Что внутри у паровоза

Паровоз: как устроен и как работает

Паровоз — первый вид транспорта, передвигающийся по рельсам посредством воздействия пара на движущий механизм. Созданием различных повозок, в которых лошадиная тяга была заменена на механическую, изобретатели начали заниматься в середине XVIII века. Первый паровоз появился в Англии уже в 1801 году. Его создателем стал Ричард Тревитик.

В нашей стране этот вид железнодорожного транспорта выпускался до середины ХХ века.Следует сказать, что изначально это транспортное средство называлось «самокатная паровая машина» или просто «паровая телега». Понятие «паровоз» впервые употребил издатель Н. И. Греч в середине XIXвека.

Принцип работы паровоза

Движение этого вида транспорта осуществляется за счет подачи пара под давлением в паровую машину и движения поршня. Это действие заставляет крутиться колесные пары. Пар применяется и при подаче свистка, предупреждающего об опасности. Пар получают путем нагревания воды. В качестве топлива используется все, что может гореть и давать тепло:

  • дрова;
  • уголь;
  • мазут;
  • нефть.

В топку можно отправить даже бумагу или опилки, но будет сложно получить КПД, необходимый для закипания воды. Жидкость доводят до кипения и поддерживают определенную температуру, чтобы состав двигался с необходимой скоростью. Превышение нормативных стандартов может привести к взрыву котла.

Устройство локомотива

Паровоз с технической точки зрения — это паровой локомотив с паросильной установкой. В нее входят:

  • паровой двигатель;
  • паровой котел;
  • топка;
  • тендер.

Только органичное взаимодействие всех частей позволяет локомотиву двигаться и тащить за собой вагоны.

До 50-х годов прошлого столетия паровой двигатель считался лучшим и практичным устройством. За время своей эксплуатации он постоянно модернизировался, многократно изменялся внешне, но принцип его работы оставался неизменным.

Паровой двигатель

Пар, который образовывался в результате кипения воды в котле, давил на поршень. Следствием этого становилось движение механических частей. Его эффективность определяется соотношением показателей производимой работы к затраченным энергоресурсам.

Первые паровые машины имели КПД до 8%. Усовершенствование моделей (установка конденсаторов и расширителей проточной части) позволило поднять этот показатель до 25%.

Локомотив, работающий на пару, с отличие от других видов железнодорожного транспорта, без проблем работает в условиях высокогорья. В некоторых районах с пониженным атмосферным давлением паровозы используются до настоящего времени.

Паровой котел

Если паровая машина — это агрегат, в котором происходит преобразование пара в возвратно-поступательное движение поршня, то основное рабочее тело производится в паровом котле. Это главный компонент паровоза состоит из:

  • топки;
  • цилиндрической части с дымогарными или жаровыми трубами;
  • дымовой коробки.

Парообразование осуществляется в цилиндрической части. Это происходит за счет прохождения по трубам тепловых потоков.

В дымовой коробке, кроме коллектора пароперегревателя, искродержательной сетки, парорабочих труб устанавливается дымовытяжное оборудование (конус), обеспечивающее подачу воздуха в топку.За счет этого создается искусственная тяга газов в котле. Паровой котел изготавливается из котельного листового железа. Элементы конструкции соединяются заклепками или сваркой.

Топка

Эта важная часть парового котла, состоит из двух основных частей: кожуха и огневой коробки. В нижней части топка ограничена колосниками. На них загружается твердое топливо. Решетчатая структура обеспечивает поступление потока воздуха, поддерживающего горение.Также снизу устанавливается топочная рама, изолирующая топку.

В пространство между кожухом и огневой коробкой заливается вода из тендера. Уровень ее ограничен параметрами топки. Рабочие характеристики оборудования зависят от его формы и размера. Топки подразделяются на

  • узкие (располагающиеся между элементами рамы);
  • уширенные (устанавливаются между колесами);
  • широкие (размещаются поверх рамы и колес).

При выпуске последних моделей использовался широкий вариант.
Различаются топки по конфигурации кожуха и огневой коробки:

  • верх у кожуха полукруглый, у огневой коробки — плоский;
  • плоский у кожуха и коробки;
  • радиальные: полукруг кожуха и круглая топка.

Наиболее эффективными считались модели с плоским кожухом и огневой коробкой. Несмотря на сложность изготовления, они умели увеличенное паровое пространство.

Тендер

Большую часть локомотива занимает тендер. Это прицепляемая отсек, в котором размещаются запасы воды, топлива и смазки. Последнее особенно важно для магистральных паровозов.

Распределение площади хранилища составляет 1/3 к 2/3. Меньшая часть предназначена для топлива, большая — для воды. Отсеки в тендерах для твердого топлива имели сужающуюся к низу форму, чтобы уголь естественным образом ссыпался в корыто углеподатчика. Емкости для воды имеют П-образную форму и размещаются вокруг угольного отделения.

Хранилища для воды разделяются перегородками с не совмещенными отверстиями, что снижает колебание большого (до 50 м3) объема жидкости. Заполнение тендера водой производилось во время остановок на станциях через расположенные на крыше люки.

Локомотивная бригада: машинист, помощник машиниста и кочегар

Управление локомотивом осуществляет локомотивная бригада, в которую входят:

  • машинист;
  • помощник машиниста;
  • кочегар.

Управление паровозом отличается сложностью, требует профессионализма и строго распределения обязанностей. Машинист локомотива располагается с правой стороны будки. Он отвечает за скорость движения состава. В работе используются рычаги, кнопки, краны и педали.

Машинист контролирует по манометрам уровень воды в котле, температуру водоподогрева, давление пара в котле. Помощник машиниста располагается с левой стороны рабочего пространства.

Он также контролирует уровень воды в котле и давление пара. В его ведении находится управление углеподатчиком и дверцами топки. Самая трудная работа у кочегара. Его рабочее место включает лоток тендера с углем и топочный инструмент: лопату, углеполивочный шланг.

Растопка паровоза и работа экипажа в движении

А растопку паровоза и подготовку его к поездке требуется не менее семи часов, поэтому смена локомотивной бригады начинается задолго до отправления состава.
Предварительно осматриваются все узлы и агрегаты на предмет обнаружения повреждений.

Все данные заносятся в журнал ремонта. При наличии дефектов производится ремонт бригадой слесарей. Движущиеся части полежат смазке. После процедуры заполняются все масленки, чтобы повторять эту процедуру в поездке. Затем экипаж приступает к растопке.

  1. Котел наполняется водой. В топку засыпается уголь, сверху на него укладываются дрова.
  2. Локомотив выкатывается из депо с помощью мотовоза. В начале растопки образуется большое количество дыма, а в помещении нет дымоотвода.
  3. Для розжига используется ветошь, смоченная в керосине. Пока не появится естественная тяга, в будке паровоза находиться невозможно из-за большого количества дыма.
  4. Когда дым рассеялся и дрова разгорелись, кочегар заходит в будку и проверяет равномерность горения.
  5. При давлении в 5 атмосфер машинистом проверяется инжектор и открывается сифон.
  6. При давлении 9 атмосфер он запускает паровоздушный насос.

После этого паровоз может сделать первый самостоятельный оборот колес. После начала движения проводится маневрирование и к локомотиву цепляется состав. Трогаться можно при зеленом сигнале светофора и после сигнала главного кондуктора.

Для отправления машинист

  • переводит реверс до упора в направлении движения;
  • открывает цилиндровые продувательные краны;
  • дает 2–3 толчка ручкой крана машиниста в положение отпуска;
  • дает сигнал отправления;
  • плавно открывает регулятор, чтобы можно было взять паровоз с места;
  • после начала движения локомотива уменьшает пуск пара, пока не двинутся вагоны, затем увеличивает впуск пара и устанавливает реверс в рабочее положение, увеличивает открытие регулятора;
  • в поездке он контролирует эти приборы для поддержания необходимой скорости.

В процессе следования бригада следит за сигналами светофора, показаниями приборов, подачей воды и топлива.

Достоинства и недостатки паровоза

Несмотря на то, что паровоз является устаревшим видом транспорта, он имеет неоспоримые преимущества:

  • относительно простая конструкция, по сравнению с современным железнодорожным транспортом;
  • он движется на любом топливе;
  • может ехать с одинаковой скоростью вперед и назад;
  • максимальную скорость может развить в самом начале движения;
  • надежен при соблюдении правил эксплуатации.

Из недостатков следует выделить низкий КПД, высокую трудоемкость, необходимость возить запас топлива и воды.

В современных условиях паровоз использовать нецелесообразно, так как есть более современная и удобная техника, но списывать его нельзя. В экстренных ситуациях только он сможет выполнить задачи по перевозке грузов и людей.
В настоящее время паровозы используются в высокогорных районах и для туристических поездов, позволяя людям познакомиться с уникальной техникой.

Паровоз в работе

Паровоз. Как он устроен и работает.

В соседнем сообществе и в своём блоге опубликовал статью о последнем Советском паровозе, здесь же хочу продолжить тему паровозов и рассказать о том как устроена и работает уникальная паровая машина, изобретённая ещё в 18 веке! Конструкция паровоза, это масса технических изобретений и идей, ибо заставить работать бесперебойно и безопасно паровую машину, в топке которой температура порой достигает 1800℃, а нагрузка в котлах паровозов повышенного давления доходит до 60 атм, при мощностях некоторых моделей до 8000 л.с., очень не просто! Паровозы, на протяжении всей своей истории, совершенствовались и модернизировались, для повышения надёжности конструкции и улучшения КПД, который так и не удалось поднять выше 9,22%, на сегодня, это лучший показатель, который был у советского паровоза ЛВ. Паровоз обслуживался бригадой из 3х человек — машинист, помощник и кочегар. В качестве топлива, в зависимости от модели, использовались, как твёрдое топливо — уголь, торф, древесина, так и нефтепродукты или газ.

Так как же устроен паровоз?

Обратимся к Википедии, там есть удачная картинка с описанием:

Описание работы паровоза в этом видео:

Интересный фильм о паровозах:

Ну и фрагмент статьи из журнала Популярная механика:

Вприхлопку: Как устроен паровоз
Машинисты паровозов всегда отличались богатырским здоровьем и хорошей зарплатой

Буквально какие-то 20 лет назад увидеть паровоз можно было запросто. Они стояли, заколоченные, на станциях. И вся инфраструктура тоже сохранялась на случай войны. Теперь все не так: нет ни паровозов (осталось, дай бог, штук триста на всю страну), ни машинистов — навыки уходят вместе с ветеранами. Как же функционирует стальная машина?

Растопка
Холодный паровоз доставляют в депо и ставят в стойло (термин, доставшейся чугунке в наследство от времен почтовых лошадей). Из котла вынимают мешочки с силикагелем — веществом, впитывающим влагу (его кладут в котел на время консервации паровоза). Отмывают соляркой детали от консервационной смазки. Доверху наполняют водой котел и тендер. Развешивают на колесах ведущие дышла и кулисные тяги. В топку сначала забрасывают негодные шпалы, дрова и доски, которые поджигают. Когда растопка запылает, осторожно бросают первые лопаты угля и ждут, когда он займется. Постепенно добрасывают еще и еще, пока вся колосниковая решетка не окажется охваченной ровным горящим слоем. Вода в котле закипит часа через три-четыре. Как только в котле создастся давление 34 атмосферы, паровоз делается вполне автономным: оживает сифон — устройство, создающее искусственную тягу в топке.

Начинается подготовка к рейсу. В тендер паровоза выливают порцию антинакипина. Один миллиметр толщины слоя накипи на трубах — это 600 кг (!) лишнего веса в котле. Раньше пробу воды снимали после каждого рейса: набирали воду в особый чайник из краника на котле, который так и называется — «водопробный», и сдавали в лабораторию. В лаборатории устанавливали необходимую дозу антинакипина, которая зависела от жесткости грунтовых вод на участке работы паровоза. До сих пор на тендерах паровозов можно встретить надпись: «Вода отравлена. Для питья непригодна». Впрочем, старики утверждают: «Сколько раз пили — и ничего».
Из масленок с длинными носами заливают масло в смазочные пресс-аппараты, турбинку и воздушный насос. На паровозе масло применяется разных сортов, важно его не перепутать и не залить, скажем, в паровой цилиндр масло, предназначенное для смазки букс. Сегодня настоящие паровозные масла — «вапор», «цилиндровое», «вискозин» — также стали музейными экспонатами, и все заменяются обычным дизельным маслом. А на самых первых паровозах для смазки использовали говяжье сало, олеонафт и растительное масло.

Читайте также  Почему «Дождь» отключили от сетей

Помощник машиниста ручным винтовым прессом вгоняет смазку в подшипники машины. Машинист тем временем обстукивает молоточком гайки на дышлах, тягах и крейцкопфах. Проверяет, надежно ли они затянуты, готов ли к пути механизм. На паровозе, как в оркестре, все на слух.

Стрелка парового манометра приближается к красной черте предельного давления. Можно ехать. Машинист спускает реверс на передний ход на полную отсечку, дает полнозвучный свисток и плавно открывает регулятор, вслушиваясь в дыхание машины. Плавно, потому что при резком открытии регулятора воду может подхватить и бросить из котла в цилиндры. Последствия бросания бывали таковы, что 300килограммовое дышло, вращающее ведущие колеса, сгибало в дугу, как пластилиновое, а с цилиндров сшибало чугунную крышку, привинченную 20 болтами.

Искусство кидания
Управляет паровозом машинист, а вот топит не кочегар, как думает большинство непосвященных, а помощник машиниста. Отопление требует большого опыта, сообразительности, и слова «Бери больше — кидай дальше!» тут совершенно неприменимы.

Уголь забрасывают в топку вручную особой лопатой, сугубо паровозной, с длинным ковшом и коротким черенком. Угли бывают самые разные и сильно различаются как по размерам кусков, так и по свойствам: например, бурый подмосковный уголь паровозники звали «землей» — он почти не горел, приходилось заваливать им топку чуть не до потолка. А вот, скажем, донецкие антрациты горели очень жарко, но, если помощник упускал момент, плавились и заливали колосники, из-за чего прекращался доступ в топку воздуха — после этого паровоз оставалось лишь тушить и образовавшийся монолит разбивать отбойным молотком. Самые лучшие — так называемые газовые, длиннопламенные и паровично-жирные угли, сами названия которых, кажется, горят.

От того, насколько искусен помощник, зависит жизненно важный вопрос — хватит ли в пути пару? А кочегар на паровозе обычно выполняет лишь вспомогательные работы — смазывает буксы тендера, подгребает уголь в лоток, набирает воду из колонки и т. п. В старину кочегарами обычно были практиканты или пенсионеры.

Когда паровоз движется с работающей машиной, а не по инерции, топят «вприхлопку» — то есть помощник бросает уголь, а кочегар открывает дверцы топки только в момент броска лопаты и сразу же их закрывает, чтобы в топку не шел холодный воздух. Очень важно не переохлаждать котел: паровоз простужается как человек, но, увы, с куда более серьезными последствиями, вплоть до взрыва котла (мощностью с приличную фугасную бомбу), а иногда и улетания оного в небо, как ракеты, что в свое время случалось не так уж редко.

Работа на паровозе — нелегкий физический труд. Однако он всегда был высокооплачиваемым и очень престижным, овеян огромным уважением и почетом. Кроме того, по статистике паровозники были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Когда машинист шел по улице в фуражке с особым белым кантом и поездочным «сундучком-шарманкой», встречные приветствовали его, снимая шапку.

ЗЫ: И в заключении рекомендую почитать Будни паровозной бригады, очень интересно!

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Вот вроде бы и знаешь в общих чертах, как работает паровоз, но все же интересно узнать некоторые детали.

Отправление паровоза серии Л «Лебедянка» в пробной обкатке в марте 2018г., станция Осташков, Бологое-Полоцкая линия ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

«Под поезд подъехал — бушует котел, помощник всё в топке шурует»

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части.

Наглядная модель в разрезе устройства паровоза серии Э в Музее российских железных дорог в С.Петербурге на Балтийском вокзале. Фото: Алексей Алексеев

Кроме того в состав паровоза включается тендер — специальная повозка, где хранятся запасы воды и топлива.

Тендер паровоза в разрезе, основной объём 2/3 хорошо видно это запас воды

Надпись о количестве запаса воды и угля на тендере паровоза серии Л «Лебедянка». Фото: Алексей Алексеев

Главное лицо на паровозе — это конечно же машинист, который находится как говорят локомотивщики за правым крылом. Отопление и смазку трущихся деталей паровоза осуществляет помощник машиниста. Его рабочее место за левым крылом паровоза. А вспомогательные работы выполняет кочегар, его зона ответственности это тендер паровоза, а основная задача это переброска угля уз глубин тендера к лотку ближе к будке.

«А как нам проехать то на Бологое?» «Да очень просто, езжай всё время прямо по железной дороге — рельсы выведут». Машинист и помощник в будке паровоза серии Л. Фото: Иван Шаповалов

Топливом для паровоза могут служить дрова, каменный уголь, мазут, нефть, торф, сланец, а также все мыслимые и немыслимые виды горючих материалов. Например старые пропитанные креозотом шпалы, доски, промасленная ветошь. После революции 1917 года в Гражданскую войну были известны случаи использования в качестве топлива для паровоза… сушёной воблы. В общем всё что способно создать жар и поднять давление пара в котле паровоза.

Паровозный котёл с нагромождением вентилей и манометрами, понятными только локомотивной бригаде паровоза серии Л «Лебедянка». Фото: Иван Шаповалов

Твёрдое топливо для паровоза закидывают в тендер при помощи грейферного крана на ж.д. ходу или автопогрузчиком в наши дни.

Загрузка угля в тендер тяжелого грузового паровоза серии ФД грейферным паровым краном ПК-6 на ж.д. ходу

Воду в тендер паровоза набирают в депо или на станциях из гидроколонок.

Набор воды под большим напором в тендер паровоза из гидроколонки

Твёрдое топливо (уголь) закидывают в топку лопатой или в ручную (дрова, торфяные брикеты).

На мощных тяжелых паровозах уголь подают с помощью механического устройства — углеподатчика (стокера).

«На таких монстрах, как ФД или ИС, у которых колосниковая решетка имеет площадь кухни стандартной квартиры в хрущевке, без стокера вообще ездить нельзя, хотя и были такие скареды среди машинистов, которые заставляли свою бригаду ехать не «на стокере», а «на лопате» ради того, чтобы таким образом сэкономить и подзаработать. Иные соглашались, но большинство после первой же поездки на «стокере Горбачева», отлежавшись, весьма охотно переходили на обычный механический стокер».А.Б. Вульфов из книги «Повседневная жизнь российских железных дорог»
Жидкое топливо (нефть, мазут) распыляется в топке форсунками.

Воду в котёл из тендера закачивают с помощью специального насоса — инжектора, который решает задачу подачу воды, используя энергию пара без каких-либо механических устройств.

Закачка воды в котел паровоза инжектором

В топке котла на колосниковой решётке сгорает топливо. Тепло (до 1700 градусов Цельсия) выделяемое в результате сгорания топлива, распространяется по дымогарным и жаровым трубам через слой воды называемым «зеркалом», находящейся в цилиндрической части котла паровоза. Вода, омывая трубы, при этом закипает. Образовавшийся пар скапливается в особом устройстве в виде колпака — сухопарнике.

Колосниковая решетка в топке паровоза. Жаровые и дымогарные трубы

Для загрузки твердого топлива в задней части котла имеется специальное шуровочное отверстие (или просто шуровка). На цилиндрической части котла (на фото справа) установлены жаровые и дымогарные трубы.

Шуровочное отверстие — «всепоглощающая пасть»

«До революции, в Гражданскую, а в прифронтовой полосе и в Великую Отечественную войну паровозы на многих линиях топили дровами. Двухметровыми! Потому у паровозов царской поры и шуровки круглые — под форму полена».А.Б. Вульфов из книги «Повседневная жизнь российских железных дорог»

Паровозный котёл с круглым шуровочным отверстием и распашной дверцей на дореволюционном паровозе серии Ов прозванным машинистами «Овечка». Фото с сайта цжд.рф

А вот потом стали делать паровозные «пасти» вытянутыми, полуовальными, для того чтобы удобно было лопату в них при броске угля располагать.

Бушующая адским огнём шуровка котла на паровозе серии Су с откатными на роликах дверцами. Фото: Алексей Алексеев

Заброс угля лопатой в шуровку

Для сбора золы и шлака под топкой установлен зольник. Регулирование подвода воздуха осуществляют с помощью открытия и закрытия сифона и поддувала.

Сверху, на цилиндрической части котла установлен установлен сухопарник, в котором размещён регуляторный клапан.

Жаровые и дымогарные трубы, а также сухопарник над ними

Когда машинист с помощью главного рычага (регулятора) открывает специальную заслонку, регулирующую выход пара — он устремляется из котла (сухопарника) в паровую машину.

Машинист открывает регулятор — главный орган управляющий тягой паровоза

Сухопарник и тяги идущие от регулятора на заслонку на паровозе серии Л «Лебедянка». Фото: Алексей Алексеев

Чтобы машинист мог менять направление движения и регулировать отсечку на паровозе помимо регулятора установлен ещё один важный орган управления — реверс. На мощных паровозах реверс оснащен пневматическим приводом.

Паровая машина состоит из: цилиндра, золотника, поршня и движущего механизма (сложной системы рычагов, называемых дышлами и тягами).

Эти рычаги, управляя золотником, обеспечивают парораспределение и перемену хода (вперед-назад), а также передают усилия от парового цилиндра на колёса — и паровоз перемещается по рельсам.

Цилиндры, поршень и золотник

Золотник дозирует количество пара, которое попадает в рабочую часть цилиндра и давит на поршень. Иными словами отсекает лишний пар.

Выход лишнего пара в момент отсечки на паровозе серии Л. Фото: Алексей Алексеев

Экипажная часть паровоза — это рама, рессоры и колеса. По ней определяют тип паровоза или так называемую колёсную формулу. Маленькие передние колёса, позволяющие паровозу лучше вписаться в кривую на скорости называются бегунковыми (бегунками).

Колёса на которые передается движущий момент от паровой машины, они же и перемещают паровоз — называются движущими.

Движущие колеса на паровозе серии Л «Лебедянка» с колёсной формулой 1-5-0 (одно бегунковое колёсо впереди, далее следом пять движущих колес и отсутствующие поддерживающие колёса). Фото: Алексей Алексеев

Под будкой паровоза и паровым котлом могут располагаться поддерживающие колёса.

Поддерживающие колёса на паровозе серии П36 «Генерал». Фото: Алексей Алексеев

Читайте также  Все ли люди летают во сне

Паровоз не оборудован кабиной, как многие ошибочно или по не знанию называют ей будку паровозной бригады, расположенную сзади за котлом паровоза.

В будке паровоза серии Л «Лебедянка», станция Осташков, Бологое-Полоцкая линия ОКТ ж.д. Фото: Иван Шаповалов

Что внутри у паровоза

Устройство паровоза

Котёл

Котёл состоит из трёх основных частей: топки, цилиндрической части и дымовой коробки.

  • Топка. В топке происходит сгорание топлива. Загрузка топлива производилась либо вручную через шуровочное отверстие, закрываемое заслонками, либо, в поздних сериях паровозов, с помощью специального устройства — механического углеподатчика (стокера).
  • Зольник (поддувало). Располагается под колосниковой решёткой топки. В зольнике скапливались остатки сгоревшего топлива. Зольник снабжён клапанами для регулировки количества поступающего в топку воздуха. Чистка зольника производилась через специальные отверстия металлическими скребками.
  • Цилиндрическая часть. До определённого уровня заполнена водой. Здесь находятся дымогарные трубы, через которые газообразные продукты горения топлива из топки движутся к дымовой коробке, попутно нагревая воду, находящуюся вокруг. Над дымогарными трубами проходят жаровые трубы, внутри которых смонтированы элементы пароперегревателя.
  • Пароперегреватель — устройство, состоящее из труб, проходящих через цилиндрическую часть котла, и коллектора, сообщающегося с ними при помощи соединительных трубок. Пароперегреватель повышает температуру пара до 350—400°, что увеличивает КПД паровоза;
  • Паровой колпак (сухопарник) — пространство для сбора готового пара в виде выступа наверху цилиндрической части котла. Кроме основного колпака, на паровозе могли устанавливаться дополнительные колпаки, пар из которых питал дополнительные устройства — электрогенератор для фонаря (в поздних сериях) и т. д.;
  • Регулятор — прибор, с помощью которого машинист производит впуск пара в машину и изменяет скорость движения паровоза. Регулятор располагается в паровом колпаке и может состоять из одного или двух клапанов. Одноклапанные регуляторы имели очень большое усилие открывания, с которым иногда машинист в одиночку не справлялся. В двухклапаных регуляторах малый клапан помогал открытию большого, что решало эту проблему. Применение малого клапана также позволяло экономить пар — если паровоз шел вхолостую, для движения могло хватить и пара, даваемого только малым клапаном, что даже породило устойчивое выражение — «на малом клапане», т. е. движение тихо, неспешно. В самых мощных советских паровозах серии ФД и ИС количество клапанов доходило до 4—5;
  • Паросепаратор (паросушитель) — устройство для отделения пара от капель воды;
  • Инжекторы — устройства для подачи свежей воды из тендера в котёл. В отдельных паровозах вместо инжекторов применялись поршневые насосы;
  • Дымовая коробка — передняя часть котла, в которой находятся коллектор пароперегревателя, конусное устройство (форсовый конус) и дымовая труба. В дымовой коробке располагают также коллектор, искроуловительные приборы и сифон (паровой прибор для создания разрежения в дымовой коробке при беспарном ходе паровоза). Спереди дымовая коробка закрывается крышкой на петлях, открываемой для очистки дымовой коробки и для выемки труб при ремонте. Для осмотра коробки и её очистки на фронтонном листе имеется дверца меньших размеров;
  • Конусное устройство . Выпускает отработанный пар в дымовую трубу, создавая тягу в топке. В некторых паровозах величина отверстия конусного устройства могла изменяться, соответственно меняя и тягу. В паровозах с конденсацией пара вместо конусного устройства применялся вентилятор (так называемый «дымосос»), приводимый в действие паровой турбиной.
  • Предохранительные клапаны — устройства для сброса давления в котле, если оно превышает определённый безопасный предел. Предназначены для предотвращения взрыва парового котла при возникновении аварийных режимов работы.Теплоизоляция. Для уменьшения потерь тепла снаружи котёл закрывался слоем изоляции между стенками котла и внешней стальной обшивкой.
    • Механические представляют собой подпружиненный клапан, который приоткрывается при достижении определённого давления и снова закрываются после сброса давления до безопасного уровня.
    • Плавкие представляют собой пробки из легкоплавкого металла, расположенные внутри топки. При превышении определённой температуры (например, при чрезмерном выкипании воды) расплавление пробки приводило к разгерметизации котла, быстрому сбросу давления и, одновременно, к заливанию огня в топке водой из котла.

Характеристики котла

Котёл характеризуется следующими параметрами:

  • Общая площадь нагрева, м 2 . Эта площадь складывается из площадей нагрева топки, площади перегревателя, а также площадей дымогарных и жаровых труб;
  • Объём парового пространства, м 3
  • Зеркало испарения, м 2
  • Рабочее давление, атм

Машина

Паровая машина паровоза состоит из цилиндров, отлитых как одно целое с золотниковыми коробками, механизма для передачи усилия на движущие колёса (кривошипно-шатунный механизм) и парораспределительного механизма. Цилиндры паровой машины (которых на паровозе бывает 2 и более) отливаются из стали и укрепляются на раме с помощью болтов и клиньев.

В паровозах применялись следующие виды паровых машин:

  • Простая двухцилиндровая — проста по конструкции, но имеет малую мощность и низкую экономичность;
  • Простая многоцилиндровая — обладает большей мощностью, но сложна по конструкции;
  • Компаунд-машина — также обладает большой мощностью и хорошей экономичностью, но имеет помимо сложной конструкции проблемы при движении с частыми остановками.

Несмотря на недостатки, в большинстве паровозов применялись простые двухцилиндровые машины, экономичность была повышена введением пароперегревателя, а мощность -— созданием сочленённых паровозов.

Парораспределительный (обычно кулисный) механизм паровоза состоит из кулисы 1, качающейся на оси и соединённой своим нижним концом с пальцем контркривошипа 2, насаженного на ведущем колесе под некоторым углом к кривошипу. Движение от кулисы передаётся с помощью радиальной тяги 3 верхнему концу рычага (маятнику) 4; нижний конец маятника получает движение от ползуна 5. Движение золотнику 6 сообщается от промежуточной точки маятника. С помощью кулисного механизма осуществляются (золотником) все фазы парораспределения, регулирование мощности паровоза путём изменения степени наполнения (отсечки) пара в цилиндр 7 и реверсирование 8 — получение обратного хода паровоза.

Другие элементы машины паровоза:

  • Сальники — уплотнения, предотвращающие утечки пара;
  • Байпасы — специальные устройства, которые располагались на золотниковой коробке. Байпасы работали как перепускные клапаны при закрытом регуляторе (при отсутствии подачи пара) и предотвращали торможение паровоза цилиндрами при езде по инерции.

Экипаж

Экипажная, или рамно-ходовая, часть паровоза состоит из рамы, на которой устанавливаются котёл и цилиндры, колёсных пар с буксами, рессор с балансирами и тележек.

  • Рама — металлическая несущая конструкция, к которой крепились остальные части паровоза;
  • Передняя тележка. Во многих конструкциях паровозов передняя тележка представляла собой сложную конструкцию, помогавшую паровозу вписываться в повороты. Например, в паровозах серии С использовалась тележка Цара-Краусса, объединяющая бегунковую и переднюю движущую пары колес. При этом в момент прохождении поворота бегунковая ось поворачивалась, а движущая пара получала соответствующее боковое смещение в противоположном направлении.
  • Ведущая колесная пара . Непосредственно на эту пару воздействовала машина через ведущее дышло .
  • Сцепные колесные пары . Эти колёса вращались от ведущей пары через сцепные дышла .

На центрах всех движущих колёсных пар как одно целое отлиты противовесы для уравновешивания сил инерции эксцентрично вращающихся масс (кривошипа, пальцев, спарников, а на ведущем колесе, кроме того, контркривошипа и части ведущего шатуна); на сцепных колёсах ставятся избыточные противовесы для уравновешивания сил инерции поршня и части ведущего шатуна.

  • Бегунковые колесные пары. Бегунковых пар было 1 или 2, в некоторых паровозах могли отсутствовать (паровозы формул 0-Х-Х).
  • Поддерживащие колесные пары. Располагались под будкой или топкой. В зависимости от осевой формулы могли отсутствовать. Паровозы с поддерживающими колесными парами были лучше приспособлены для движения задним ходом.
  • Осевые буксы — места крепления торцов осей колёс.
  • Рессоры — упругие элементы, располагающиеся между колёсами и рамой. Рессоры смягчают вибрацию.

Более подробно об устройстве экипажа и об осевых формулах см. статью Осевая формула паровоза.

  • Сцепка — устройство для соединения вагонов и локомотива в состав.
  • Буфера — элементы, располагающиеся в месте сцепки и предотвращающие резкие удары при соединеии вагонов.

Будка

В будке находились машинисты ( паровозная бригада ) и были сосредоточены все элементы управления паровозом. В будку также выходила задняя часть топки с шуровочным отверстием для загрузки топлива.

Тендер

Тендер — специальный вагон, прицепляемый сзади к паровозу, в котором располагались запасы воды и топлива для котла. Зачастую, тендеры имели стандартную конструкцию и использовались с несколькими сериями паровозов. В отдельных паровозах тендер также содержал специальное оборудование для конденсации отработанного пара ( тендер-конденсаторы ), автоматический углеподатчик .

Оборудование

  • Тормоза. На паровозы устанавливались, в основном, автоматические воздушные тормоза Вестингауза. Сжатый воздух накачивался паровоздушным насосом в специальный резервуар, а из резервуара воздух подавался в тормозные цилиндры, системой рычагов связанные с тормозными колодками. При открытии расположенного в будке крана, давление в общей воздушной магистрали поезда падало, и колодки давлением воздуха из резервуара прижимались к колёсам.
  • Скоростемер, проводимый в действие от одного из колёс;
  • Пирометр — устройство для измерения температуры перегретого пара;
  • Песочница. Обычно устанавливалась наверху котла. В песочнице находится специально просеянный речной песок, который давлением пара подается к колёсам при трогании и движении вверх по уклону для увеличения трения между колёсами и рельсами.
  • Свисток. На последних сериях паровозов применялись гармонические многотональные свистки.

Литература

  • Никольский А. С., Паровозы серии С, изд. «Виктория», 1997
  • БСЭ, 2-е издание

Как работает паровоз на угле?

Многим людям паровозы на угле покажутся примитивными и устаревшими. Действительно, такой вид двигателя уступает более современным технологиям, но они до сих пор активно используются в некоторых странах. Принцип работы паровоза на угле не забывают благодаря его преимуществам — надежности и автономности. Эти автономные локомотивы приводятся в движение мощной паровой машиной. Впервые появились такие в 19 столетии, и это способствовало становлению экономики в целом ряде государств.

За прошедшие десятилетия паровозы стали более совершенными. Современные модели похожи на классические лишь отдаленно. Были изобретены модели без тендера, с турбинами и шестернями. В этой статье мы расскажем об устройстве паровоза, работе парового котла и топки. Мы приведем схему работы, изложим преимущества и недостатки паровозов на паровом двигателе.

Уже к середине 20 столетия начали появляться электровозы и тепловозы. Они более производительные и экономичные относительно тех, что работают на угле. Но от старого решения не отказались, его берегут как минимум в качестве альтернативного подхода.

Устройство и принцип работы паровоза

Разработано множество конструкций, данный транспорт претерпевал многократные изменения. Но основу современных паровозов, как и их предшественников, составляют три слагаемых:

  • котел;
  • паровая машина;
  • экипаж.

Паровой котел поставляет энергию, он вырабатывает пар. Сам котел — это первичный источник энергии, пар — используемое рабочее тело. В агрегате происходит возвратно-поступательное движение поршня, затем при помощи специального механизма оно преобразуется во вращательное, что необходимо для вращения колес. Пар заставляет работать насос и паротурбогенератор, за счет него работает свисток. Экипаж представлен ходовой частью, это подвижное основание. Все три составляющие незаменимые. К таким составам часто прицепляют дополнительный вагон, в котором хранится твердое топливо и вода.

Паровой котел

Это главная составляющая всей системы, поэтому целесообразно начинать изучение именно с нее. Котел должен быть очень надежным и безопасным, выдерживать сверхвысокие нагрузки. Давление пара внутри доходит до показателя 20 атмосфер, в некоторых случаях даже выше, в работающем виде его можно сравнить со взрывчатым механизмом.

Не менее важные критерии — проста управления, обслуживания и ремонта. Хорошо, если котел может работать не только на угле, но и на других видах топлива. Это делает его универсальным и выгодным.

Топка

Это составляющая котла, месте, где твердое топливо сжигается для получения энергии. Предусмотрен углеподатчик для удобства. У механизмов на жидком топливе есть форсунки, горячее поступает через них. В ходе сгорания выделяются газы, их температура очень высокая. Они отдают свое тепло воде, отделенной стенками огненной коробки. Газы отдают большую часть тепла воде, чтобы та закипела и образовала пар, они же нагревают этот насыщенный пар, после чего покидают атмосферу через искрогаситель и дымовую трубу.

Выработанный пар накапливается в верхней части, там находится сухопарник, он выполнен в виде колпака. Когда набирается давление более 105 Па, открывается клапан-предохранитель, избыток выходит в атмосферу, чтобы не допустить аварийной ситуации. Нагретый до высокой температуры пар идет по трубам и доходит до цилиндров паровой машины. Нагнетается давление, он давит на поршень, который в свою очередь запускает шатунно-кривошипный механизм, ведущая ось приходит во вращение. Отработанный пар направляется в дымовую трубу, разреживается в дымовой коробке, это позволяет увеличить поступление воздуха в топку.

Схема

На схеме принцип работы паровоза кажется предельно простым.

И в этом действительно нет ничего сложного. Вода нагревается до состояния пара, при этом увеличивается в объеме, нагнетая давление. При достижении нужных значений пар начинает приводить в движение поршни, чтобы те запустили вращение оси. Предохранительный клапан выбрасывает из системы излишки пара, чтобы отрегулировать давление. У этой системы есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества

Паровозы не зря продолжают использовать в ряде стран, у них есть ряд плюсов:

  • простая конструкция. Котел и паровая машина устроены очень просто, наладить их производство несложно и выгодно для любой страны;
  • надежность. Ввиду своей простоты конструкция надежна. Ломаться практически нечему, поэтому такие системы исправно служат по сто лет и даже дольше;
  • создание сильной тяги при трогании с места;
  • можно использовать разные виды топлива.

Последний пункт заслуживает отдельного внимания. Раньше использовали термин “всеядность”. Паровозы, к которым он был применен, могли работать на мазуте, торфе, древесине. Это удобно при наличии производственных отходов: отработанных смазочных материалов, зерновой шелухи, опилок и щепок. Производительность становилась ниже, чем на угле, но так как это побочные продукты, получалась неплохая экономия.

Недостатки

Несмотря на все перечисленные плюсы, принцип работы парового двигателя паровоза нельзя считать идеальным. У него есть ряд минусов:

  • невысокий КПД. Даже на самых современных и высокотехнологичных локомотивах КПД составляет не более 5-9%. Это предельные показатели, так как КПД самой паровой машины не превышает 20%. Так происходит из-за больших теплопотерь, неполного сгорания топлива;
  • нужно возить с собой огромный запас воды и топлива. Особенно проблематично добываться воду в пустынной засушливой местности. Чтобы решить проблему, были разработаны паровозы с конденсацией отработанного пара. Но проблему это решало не полностью, а лишь частично;
  • высокий риск возгорания. Такого недостатка нет на паровозах бестопочного типа, но они не могут ездить на большие расстояния;
  • вред для экологии. В атмосферу выбрасывается много дыма и копоти. Это очень актуальная проблема при перемещении по населенным пунктам и для экологии в целом;
  • непростые условия труда для персонала, обслуживающего состав;
  • трудоемкость в процессе ремонта. Поломки случаются редко, но если что-то все же поломается, то на починку придется потратить много времени и денег.

Недостатки существенные, но все равно паровозы продолжают использоваться. В свое время их появление стало новым витком в развитии промышленности и экономики. Двигатели внутреннего сгорания более производительные и современные, но и они обладают своими недостатками. Паровозы на угле — это классика железнодорожного транспорта, именно они дали старт этот огромной индустрии, без которой мы не представляем своей жизни.

Чем пассажирские отличаются от грузовых?

Легко заметить внешние отличия, но более интересно будет изучить разницу в устройстве. Пассажирским составам не требуется большой сцепной вес, что позволяет снизить число движущихся колес. Для сцепления с рельсой в данном случае достаточно силы трения. Пассажирские поезда должны ехать быстрее, чтобы этого добиться, увеличили диаметр сцепных колес, а перед ними установили колеса меньшего размера. Это небольшие колеса называют бегунковыми, они помогают вписаться в кривые, подготавливая путь для основных колес.

Что касается принципа работы паровоза на угле, он одинаковых для любого локомотива. Разница лишь в том, что грузовые составы весят больше, и для их перемещения необходимо тратить больше энергии.

Вприхлопку: Как устроен паровоз

Буквально какие-то 20 лет назад увидеть паровоз можно было запросто. Они стояли, заколоченные, на станциях. И вся инфраструктура тоже сохранялась на случай войны. Теперь все не так: нет ни паровозов (осталось, дай бог, штук триста на всю страну), ни машинистов — навыки уходят вместе с ветеранами. Как же функционирует стальная машина?

Растопка

Холодный паровоз доставляют в депо и ставят в стойло (термин, доставшейся чугунке в наследство от времен почтовых лошадей). Из котла вынимают мешочки с силикагелем — веществом, впитывающим влагу (его кладут в котел на время консервации паровоза). Отмывают соляркой детали от консервационной смазки. Доверху наполняют водой котел и тендер. Развешивают на колесах ведущие дышла и кулисные тяги. В топку сначала забрасывают негодные шпалы, дрова и доски, которые поджигают. Когда растопка запылает, осторожно бросают первые лопаты угля и ждут, когда он займется. Постепенно добрасывают еще и еще, пока вся колосниковая решетка не окажется охваченной ровным горящим слоем. Вода в котле закипит часа через три-четыре. Как только в котле создастся давление 34 атмосферы, паровоз делается вполне автономным: оживает сифон — устройство, создающее искусственную тягу в топке.

Начинается подготовка к рейсу. В тендер паровоза выливают порцию антинакипина. Один миллиметр толщины слоя накипи на трубах — это 600 кг (!) лишнего веса в котле. Раньше пробу воды снимали после каждого рейса: набирали воду в особый чайник из краника на котле, который так и называется — «водопробный», и сдавали в лабораторию. В лаборатории устанавливали необходимую дозу антинакипина, которая зависела от жесткости грунтовых вод на участке работы паровоза. До сих пор на тендерах паровозов можно встретить надпись: «Вода отравлена. Для питья непригодна». Впрочем, старики утверждают: «Сколько раз пили — и ничего».

Из масленок с длинными носами заливают масло в смазочные пресс-аппараты, турбинку и воздушный насос. На паровозе масло применяется разных сортов, важно его не перепутать и не залить, скажем, в паровой цилиндр масло, предназначенное для смазки букс. Сегодня настоящие паровозные масла — «вапор», «цилиндровое», «вискозин» — также стали музейными экспонатами, и все заменяются обычным дизельным маслом. А на самых первых паровозах для смазки использовали говяжье сало, олеонафт и растительное масло.

Помощник машиниста ручным винтовым прессом вгоняет смазку в подшипники машины. Машинист тем временем обстукивает молоточком гайки на дышлах, тягах и крейцкопфах. Проверяет, надежно ли они затянуты, готов ли к пути механизм. На паровозе, как в оркестре, все на слух.

Стрелка парового манометра приближается к красной черте предельного давления. Можно ехать. Машинист спускает реверс на передний ход на полную отсечку, дает полнозвучный свисток и плавно открывает регулятор, вслушиваясь в дыхание машины. Плавно, потому что при резком открытии регулятора воду может подхватить и бросить из котла в цилиндры. Последствия бросания бывали таковы, что 300килограммовое дышло, вращающее ведущие колеса, сгибало в дугу, как пластилиновое, а с цилиндров сшибало чугунную крышку, привинченную 20 болтами.

Искусство кидания

Управляет паровозом машинист, а вот топит не кочегар, как думает большинство непосвященных, а помощник машиниста. Отопление требует большого опыта, сообразительности, и слова «Бери больше — кидай дальше!» тут совершенно неприменимы.

Уголь забрасывают в топку вручную особой лопатой, сугубо паровозной, с длинным ковшом и коротким черенком. Угли бывают самые разные и сильно различаются как по размерам кусков, так и по свойствам: например, бурый подмосковный уголь паровозники звали «землей» — он почти не горел, приходилось заваливать им топку чуть не до потолка. А вот, скажем, донецкие антрациты горели очень жарко, но, если помощник упускал момент, плавились и заливали колосники, из-за чего прекращался доступ в топку воздуха — после этого паровоз оставалось лишь тушить и образовавшийся монолит разбивать отбойным молотком. Самые лучшие — так называемые газовые, длиннопламенные и паровично-жирные угли, сами названия которых, кажется, горят.

От того, насколько искусен помощник, зависит жизненно важный вопрос — хватит ли в пути пару? А кочегар на паровозе обычно выполняет лишь вспомогательные работы — смазывает буксы тендера, подгребает уголь в лоток, набирает воду из колонки В старину кочегарами обычно были практиканты или пенсионеры.

Когда паровоз движется с работающей машиной, а не по инерции, топят «вприхлопку» — то есть помощник бросает уголь, а кочегар открывает дверцы топки только в момент броска лопаты и сразу же их закрывает, чтобы в топку не шел холодный воздух. Очень важно не переохлаждать котел: паровоз простужается как человек, но, увы, с куда более серьезными последствиями, вплоть до взрыва котла (мощностью с приличную фугасную бомбу), а иногда и улетания оного в небо, как ракеты, что в свое время случалось не так уж редко.

Работа на паровозе — нелегкий физический труд. Однако он всегда был высокооплачиваемым и очень престижным, овеян огромным уважением и почетом. Кроме того, по статистике паровозники были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Когда машинист шел по улице в фуражке с особым белым кантом и поездочным «сундучком-шарманкой», встречные приветствовали его, снимая шапку.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: