Давление в котле паровоза
Обновлено: 06.05.2024
masterok
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
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).
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
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»
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
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
Принцип работы паровоза
Паровозы, устройство которых на фоне других технологий сегодня является примитивным, до сих пор применяются в некоторых странах. Они представляют собой автономные локомотивы, использующие в качестве двигателя паровую машину. Самые первые подобные локомотивы появились в XIX веке и сыграли ключевую роль в становлении экономики целого ряда стран.
Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера.
Сегодня устройство паровоза можно считать устаревшим, так как еще в середине XX века были созданы тепловозы и электровозы – более экономичные локомотивы. Хотя, как уже говорилось, даже сейчас паровозы продолжают работать.
Принцип работы и устройство паровоза
Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:
- паровую машину;
- котел;
- экипаж.
В паровом котле получают пар – именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар – основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.
Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер – вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.
Паровой котел
При рассмотрения устройства и принципа работы паровоза начинать нужно с котла, так как это первичный источник энергии и главный компонент данной машины. К этому элементу предъявляются определенные требования: надежность и безопасность. Давление пара в установке может достигать 20 атмосфер и более, что делает его практически взрывчаткой. Нарушение работы какого-либо элемента системы может привести к взрыву, что лишит машину источника энергии.
Также данный элемент должен быть удобным в управлении, ремонте, обслуживании, быть гибким, то есть уметь работать с разным топливом (более или менее мощным).
Топка
Основной элемент котла – топка, где сжигают твердое топливо, которое подается при помощи углеподатчика. Если же машина работает на жидком топливе, то его подают через форсунки. Выделяемые в результате сгорания высокотемпературные газы передают тепло через стенки огненной коробки воде. Затем газы, отдав большую часть тепла на испарение воды и нагрев насыщенного пара, выводятся в атмосферу через дымовую трубу и искрогасительное устройство.
Образованный в котле пар аккумулируется в колпаке-сухопарнике (в верхней части). При достижении давления пара свыше 105 Па, специальный предохранительный клапан его сбрасывает, выпуская избыток в атмосферу.
Горячий пар под давлением подается через трубы к цилиндрам паровой машины, где он давит на поршень и шатунно-кривошипный механизм, приводя ко вращению ведущей оси. Отработанный пар поступает в дымовую трубу, создавая разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха в топку котла.
Схема работы
То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.
В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.
За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.
Преимущества
Как и другие типы локомотивов, паровозы обладают определенными достоинствами и недостатками. Плюсы следующие:
- Простота конструкции. Из-за несложного устройства паровой машины паровоза и его котла, наладить производство на машиностроительных и металлургических заводах было несложно.
- Надежность в работе. Упомянутая простота конструкции обеспечивает высокую надежность работы всей системе. Ломаться практически нечему, из-за чего паровозы работают в течение 100 и более лет.
- Мощная тяга при трогании.
- Возможность использования разных видов топлива.
Ранее было такое понятие как "всеядность". Оно применялось к паровозам и определяло возможность использовать древесину, торф, уголь, мазут в качестве топлива для этой машины. Иногда локомотивы отапливали отходами производства: разными опилками, зерновой шелухой, щепой, бракованным зерном, отслужившими смазочными материалами.
Конечно, тяговые возможности машины при этом снижались, однако это в любом случае позволяло экономить солидные средства, так как классический уголь стоит дороже.
Недостатки
Без недостатков тоже не обошлось:
- Низкий КПД. Даже на самых совершенных паровозах КПД составлял 5-9%. Это и логично, учитывая невысокий КПД самой паровой машины (около 20%). Неэффективность сгорания топлива, большие теплопотери при передаче тепла пара от котла к цилиндрам.
- Необходимость в огромных запасах топлива и воды. Особенно актуальной эта проблема становилась при эксплуатации машин в условиях засушливой местности (в пустынях, к примеру), где сложно раздобыть воду. Конечно, немного позже придумали паровозы с конденсацией отработанного пара, однако это не решало проблему полностью, а лишь упрощало ее.
- Пожароопасность, объясняемая открытым огнем сгорающего топлива. Этого недостатка нет на бестопочных паровозах, но дальность их следования ограничена.
- Дым и копоть, выбрасываемая в атмосферу. Серьезной эта проблема становится при движении паровозов в черте населенных пунктов.
- Тяжелые условия для бригады, которая обслуживает машину.
- Трудоемкость ремонта. Если в паровом котле что-то выходит из строя, то ремонт осуществляется долго и требует вложения средств.
Несмотря на недостатки, паровозы очень ценились, так как их использование существенно подняло уровень промышленности в разных странах. Конечно, сегодня применение подобных машин не актуально, в силу наличия более современных двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей. Тем не менее, именно паровозы положили начало созданию железнодорожного транспорта.
Элементы конструкции паровоза типа 1-3-1: 1 — Тендер 2 — Будка машиниста 3 — Свисток 4 — Тяга от реверса к парораспределительному механизму 5 — Предохранительный клапан 6 — Турбогенератор 7 — Песочница 8 — Тяга регулятора 9 — Сухопарник 10 — Паровоздушный насос 11 — Дымовая коробка 12 — Паровпускные трубы 13 — Дверца дымовой коробки 14 — Поручень 15 — Поддерживающая тележка 16 — Площадка вокруг котла 17 — Рама экипажа 18 — Тормозная колодка 19 — Пескоподающая труба 20 — Сцепное дышло 21 — Парораспределительный механизм 22 — Тяговое дышло 23 — Шток 24 — Поршень 25 — Золотник 26 — Золотниковая коробка 27 — Топка 28 — Дымогарные трубы 29 — Цилиндрическая часть котла 30 — Жаровые трубы 31 — Регулятор/Дроссельная заслонка 32 — Коллектор пароперегревателя 33 — Дымовая труба 34 — Прожектор 35 — Рукав тормозной магистрали 36 — Ёмкость для воды 37 — Угольный ящик 38 — Колосниковая решётка 39 — Зольник 40 — Букса 41 — Рессорный балансир 42 — Рессора 43 — Движущие (сцепные) колеса 44 — Стойка рессоры/Шпинтон (?) 45 — Конус 46 — Бегунковая тележка 47 — Сцепное устройство
Устройство паровоза и немного о паровых двигателях
Принципиальная конструктивная схема паровоза: 1 — топка; 2 — зольник; 3 — паровой котёл; 4 — дымовая коробка; 5 — будка; 6 — тендер; 7 — паровой колпак; 8 — предохранительный клапан; 9 — клапан регулятора; 10 — пароперегреватель; 11 — паровая машина; 12 — конус; 13 — парораспределительный механизм; 14 — привод регулятора; 15 — экипаж; 16 — поддерживающая тележка; 17 — бегунковая тележка; 18 — букса; 19 — рессорное подвешивание; 20 — тормозная колодка; 21 — паровоздушный насос; 22 — сцепное устройство; 23 — свисток; 24 — песочница.
Отличия пассажирского и грузового паровозов
Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колёс, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;Скорость пассажирских паровозов должна быть выше, для этого увеличивают диаметр сцепных колёс и устраивают перед ними «бегунковые» колёса меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колёс.
Что внутри у паровоза
Еще несколько десятилетий назад составы по железным дорогам тянули только паровозы. По своей сути паровоз представляет собой самодвижущуюся машину, предназначенную для перемещения вагонов и оснащенную паросиловой установкой. Это самый старый тип локомотива, который всецело господствовал на железных дорогах всего мира в XIX веке. Как же устроен паровоз?
Общее устройство паровоза
За многолетнюю историю развития железнодорожных самодвижущихся установок конструкция и размеры паровозов не раз менялись. Совершенствовались отдельные узлы и агрегаты, повышалась мощность паросиловой установки. Но в целом внутреннее устройство паровоза во все времена оставалось одним и тем же. В библиотеках и сегодня можно отыскать детальные описания принципов работы машин, приводимых в движение паром («Как устроен и работает паровоз», В.А. Дробинский, 1955).
Традиционно паровоз включает в свой состав паровой котел, паровую машину, экипаж, а иногда и тендер. Все эти части очень тесно связаны между собой и по отдельности практически ничего не значат. В котле вырабатывается сжатый пар. Машина является потребителем пара и превращает его тепловую энергию в механическую, которая, в свою очередь, приводит в действие колеса паровоза.
Экипаж преобразует вращение колес в поступательное движение всей конструкции, а также передает тяговое усилие тендеру и всему составу.
Что находится внутри паровоза?
Паровой котел очень прост по своему устройству. В нем есть топка, где сжигается топливо. При этом образуются раскаленные газы. В резервуаре нагревается вода, что способствует получению сжатого пара. Имеется также камера с трубой, через которую продукты сгорания отводятся из пространства топки.
Паровая машина предназначена для единственной цели: с максимальной выгодой преобразовывать энергию перегретого пара, создаваемого в котле, в другой вид энергии. Ведь только механическая энергия способна обеспечить вращение колес паровоза. Главные элементы паровой машины – это цилиндры. Обычно каждый паровоз имеет пару цилиндров, которые помещают в передней части рамы локомотива.
Паровая машина работает по принципу сдвоенного действия. Пар при ее работе впускается попеременно с обеих сторон поршня.
Пар поступает в цилиндры далеко не сразу. Вначале он проходит через золотниковые коробки. Золотники – устройства, распределяющие пар. Через них свежий пар попадает в цилиндр, а отработанный выпускается наружу. Золотники движутся в точном соответствии с движением поршней, что достигается посредством особого парораспределительного механизма.
И, наконец, экипаж. Он выполняет несущую функцию: на нем находится паровой котел и паровая машина. Эта часть внутренней конструкции паровоза при взаимодействии с рельсовым путем трансформирует механическую энергию паровой машины в энергию поступательного движения локомотива. Иначе говоря, экипаж жизненно важен для перемещения локомотива по рельсам.
Видео по теме
Ходовая часть и смазана и накрашена.
Стимпанк, самый настоящий.
Паровоз, вид сбоку.
Бездымный паровоз, или Паровой аккумулятор повышенной емкости
Бестопочные паровозы использовали там, где были нежелательны огонь и дым - в тоннелях, на пожароопасных производствах (бумажные фабрики, нефтеперегонные заводы) и т.п. Такой паровоз не имел топки для сжигания угля/нефти, а вместо этого оборудовался теплоизолированным котлом-аккумулятором.
Перед началом работы бестопочного паровоза его котел на 60-70% заполняли водой, а затем через специальный патрубок подавали в него пар от стационарной котельной установки.
Пар нагревал воду, и когда ее температура достигала точки кипения, т.е. давление в котле становилось равным давлению стационарного котла, паровоз оказывался готовым к действию. При пуске пара в цилиндры давление пара в котле постепенно понижалось, а вода продолжала кипеть; с понижением давления уменьшалась и температура кипения воды.
Бестопочные паровозы могли работать от заправки до заправки 4-6 часов.Для увеличения времени автономной работы шли на разные хитрости. Например, одновременно с зарядкой паром котла-аккумулятора заполняли сжатым воздухом специальные резервуары для работы вспомогательных агрегатов паровоза.
Более интересное средство для продления работы придумали еще в XIX веке. Отработанный в цилиндрах пар не выбрасывался в атмосферу, а конденсировался в отдельном баке, который окружал котел. В баке находилась каустическая сода (она же гидроксид натрия, едкий натр, NaOH).
Недалеко отсюда находится "кладбище паровозов".
На самом деле это не кладбище. Официально это база хранения специального запаса локомотивов. Этих баз по РЖД много, а такие вот паровозные содержатся на случай чрезвычайных ситуаций – коль прекратится подача электричества и снабжение дизельным топливом, железнодорожники выведут из стойла забытых до поры паровых чудовищ, которые могут питаться хоть шелухой от семечек, и потянут они составы с войсками и ремонтными бригадами по разоренной стране…
Когда-то их поставили сюда не дожидаться превращения в металлолом, а ждать своего часа – окна кое-где до сих пор забраны деревянными щитами, поршни сняты и любовно уложены в угольные тендеры. Сегодня ободрано всё, содержащее хоть какие-то материалы кроме чугуна и стали – от приборов и электрооборудования до стёкол и сидений. Сами машины никак не защищены от действия непогоды и, парализованные, медленно умирают. Очень медленно – слишком толсты и могучи по современным машинным меркам мослы и шкуры титанов эпохи пара: корпуса стоящих рядом электричек местами прогнили насквозь, а паровозы только подернулись ржавчиной. Так что всё-таки это кладбище.
Несколько лет назад их было больше, они стояли в два ряда. Куда увели часть их – пилить все ж-таки на металл или восстанавливать ради туристической экзотики? Кому-то может и повезло…
Паровозы будоражат человеческое воображение – в отличие от дизельных и электрических локомотивов – глухих коробок на крутящихся по непонятной причине колесиках – у паровоза кишки наружу и душа нараспашку – механизмы на виду, все эти поршни и шатуны, педипальпы и параподии мощно движутся туда-сюда, под шумное паровое дыхание, порождая сходство с живым существом.
Лжетвари-симбионты на броне паровоза
Они и в управлении были "живыми": теоретически рассчитать наиболее рациональные режимы хода для паровоза практически невозможно – слишком много параметров нужно было учитывать в сравнении с современными локомотивами: температура и давление пара, положения регулятора и реверсора, уровень воды в котле… – потому-то и была овеяна некой романтикой профессия машиниста, и ценились старые и опытные из них, умевшие водить тяжеловесные поезда с высокими скоростями и малыми тратами воды и угля. С уходом паровозов авторитет профессии сильно упал.
Паровые локомотивы и сегодня имеют некоторые преимущества перед современными: помимо упоминавшейся всеядности это, например, высокая сила тяги при трогании с места, Из всех использующихся на железной дороге видов двигателей только паровая машина может развивать максимальную силу тяги на сцепке, даже если локомотив стоит. А простота конструкции обеспечивала им небывало долгий по современным меркам ресурс.
Водяной тендер – он находится позади и снизу угольного и на самом деле занимает большую часть тендерного вагона – той "телеги", что цеплялась позади паровоза.
Из недостатков паровоза обычно поминают вошедший в поговорку низкий КПД (хотя, поговаривают, есть современные проекты паровозов с турбинами и электрической передачей, КПД которых по крайней мере не уступает тепловозному). Кроме того, паровые машины часто и помногу пьют, что создает некоторые трудности при обслуживании дорог, ведущих через засушливые края. Ну и, конечно, дым – инфернальный, вулканически вздымающийся до небес, чёрный, как совесть тирана – если топить углём – с пожароопасными искрами, вызывающий заболевания легких и очернение окружающей действительности. Впрочем, старые паровозы с переоборудованными под солярку топками, свистящие сегодня на "музейных трассах", практически лишены и этой неприятной черты.
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.
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!
Как устроен и работает паровоз. Часть 1
Коснемся прародителя всей славной семьи локомотивов – Паровоза. Итак, если вы думаете, что этот экземпляр уже далеко в прошлом, то вы ошибаетесь.
В настоящее время паровозы еще активно работают на многих железных дорогах мира, даже в таких передовых странах, как США, Китай, Канада. Встречаются они и у нас во главе ретро-поездов. Много паровозов стоит и на базах запаса в законсервированном состоянии на случай непредвиденных обстоятельств.
паровоз
Устройство паровоза
Паровоз – это мобильный локомотив, приводимый в движение силой пара. А где же его берут? Пар образуется в паровом котле, а для этого в котел подается вода, разогреваемая огнем, горящим внизу в топке. Это основа паровоза. Котел имеет в своем составе топку, в верхней части которой греется вода, дымогарные трубы, жаровые трубы, сухопарники, дымовую коробку.
Котел опирается на экипажную часть. Пар, получаемый в котле направляется по паропроводам в паровую машину. Паровая машина через кривошипно-шатунный механизм соединена с ведущими колесами, закрепленными на оси. Ведущие колеса, через кривошип, соединены с паровой машиной главным дышлом, а остальные колеса соединяются с ведущими колесами системой прицепных дышел, чтобы также участвовать в тяге.
Управление паровозом осуществляется из будки машиниста. Для хранения запасов угля и воды к паровозу прицеплен тендер.
Итак, уголь поступил в топку из тендера (на ранних моделях уголь закидывался в топку вручную, помощником машиниста, кочегар отвечал за тендер и подачу угля к лотку, откуда помощник брал его лопатой). На более поздних конструкциях устанавливались автоматические углеподатчики (стокеры), вал которых приводился в движение силой пара. Уголь хорошо горит, вода, поступившая из тендера, путем перекачки инжекторами, закипела, что дальше?
Чтобы пар с полной силой двигал поршни паровой машины он должен быть перегретым, т.е., вода должна закипеть не при 100 градусах Цельсия, как обычно, а при 200 и даже более. Это достигается путем создания в котле избыточного давления. Топка обмуровывается огнестойким кирпичом, уголь подается на колосниковую решетку, на которой и происходит горение.
Непосредственно топка (огневая коробка) имеет стальной кожух, тем самым между топкой и кожухом есть пространство, заполненное водой, где она и греется. Топка с кожухом соединены посредством стальных стержней – топочных связей по всему своему периметру. Конструкция топки опирается на раму паровоза. Все продукты сгорания уходят через дымогарные трубы в дымовую коробку, а оттуда через трубу в атмосферу.
Для перегревания пара существуют трубы жаровые, они также находятся в котле, но дополнительно подогревают пар, эти устройства называются пароперегревателями. Топка работает в очень тяжелом режиме: температура сгорания топлива может составлять до 1600 градусов, вода закипает при температуре 200 и более градусов, давление пара достигает десятков атмосфер.
В топке имеется шуровочное отверстие, через которое происходит загрузка угля и контроль за состоянием горения топлива и внутренних узлов топки. Данное отверстие закрыто створками, которые открываются вручную посредством рычага и автоматически (силой пара или воздуха). Пар из котла поступает в сухопарники (эти устройства можно видеть на крыше котла, в виде таких больших, как бы сказать, кастрюль). В сухопарниках пар оставляет излишнюю влагу, а оттуда по паропроводам поступает в цилиндры паровой машины, к ее поршням, через цилиндр золотников.
Паровая машина
Паровая машина имеет цилиндры силовых поршней и над ними расположены цилиндры поменьше – для золотников. Из цилиндров золотниковых, пар, через два канала, поступает в цилиндр главного поршня, с одного или другого торца, двигая тем самым поршень, в ту или другую стороны.
Паровая машина
А как это достигается?
Конечно, посредством расположенных в верхнем цилиндре золотников. Золотник представляет из себя два небольших поршня, расположенных на одном штоке, с обоих его сторон, скажем так, в виде гантели. Золотники передвигаются взад и вперед, перекрывая своим поршнем один канал для подачи пара и открывая другой, обеспечивая тем самым, возвратно-поступательные движения главного поршня. Как это происходит мы рассмотрим далее.
Поршень также располагается на штоке, один конец которого входит в зацепление с ведущим дышлом. Цилиндры паровой машины расположены с обоих сторон паровоза. Отработанный в цилиндрах пар выпускается через специальные клапаны, расположенные снизу с обоих концов цилиндра в атмосферу.
Движение паровоза
Теперь нам остается подать пар в цилиндры и ехать. Но ехать еще рано. Необходимо выбрать направление движения нашего паровоза, так сказать, отреверсировать. Как это достигается?
Мы уже коснулись такого понятия, как, кривошипно-шатунный механизм, так вот, все это его работа. Для изменения направления движения паровоза включается в работу кулисный механизм с сервомотором. Сервомотор представляет из себя обычный цилиндр, в нем находится поршень со штоком. Сервомотор переводится силой сжатого воздуха или силой пара, располагается, как правило, с правой стороны над экипажной частью. Управляет им машинист, посредством рычага реверса. Шток сервомотора соединен с верхней частью кулисы, согнутой в виде полумесяца деталью, с прорезью.
Сама кулиса закрепляется посредине к раме паровоза. В этой прорези находится устройство, называемое, кулисный камень. Кулисный камень передвигается в пазах кулисы, он соединен тягой со штоком золотников. Нижняя часть кулисы тягой соединяется с кривошипом главного ведущего колеса, на котором расположен эксцентрик. Таким образом шток сервомотора разворачивает кулису, в ней, вверх или вниз, перемещается кулисный камень, который своей тягой переводит золотники в одно из положений, необходимое для движения в ту или другую сторону, открывая тем самым нужный паропроводный канал над одной из сторон главного поршня. Другой тягой, расположенной в нижней части кулисы, переводится кривошип с эксцентриком, в сторону нужного направления движения.
Но это еще не все функции кулисного механизма, он очень важен, далее мы рассмотрим еще одну главную его функцию.
Ну теперь-то можно ехать? Попробуем. На торце котла, со стороны машиниста расположен регулятор, именно им регулируется подача пара в цилиндры. Это рычаг с рукояткой, имеющей фиксатор, расположенный на зубчатом секторе. Верхняя его часть тягой соединена со специальной заслонкой, расположенной в сухопарнике, которая регулирует величину подачи пара. Итак, паровоз отреверсирован, пар у нас есть, все, можно ехать.
Машинист переводит регулятор в первое положение, заслонка в сухопарнике открывается и пар пошел в цилиндры, через золотники, к главным поршням. Паровоз двинулся в нужную нам сторону.
Так вот, теперь уже кривошип главного колеса, вращаясь передвигает нижнюю часть кулисы, а эта нижняя часть, как нам уже известно, соединена со штоком золотников, посредством кулисного камня с тягой. Система парораспределения работает, золотники, соединенные тягой с кривошипом, двигаются взад и вперед, подавая пар то в один, то в другой канал цилиндра главного поршня, он перемещается и посредством штока перемещает главное (ведущее) дышло.
Так паровоз и движется. Главные колеса соединены с другими прицепными дышлами, таким образом работают на движение все колеса паровоза. Необходимо отметить, что шток поршня соединяется с ведущим дышлом посредством специального механизма – крейцкопфа.
Крейцкопф
Крейцкопф (ползун) – это деталь вышеописанного кривошипно-шатунного механизма, который совершает по неподвижным направляющим возвратно-поступательное движение. Применение крейцкопфа позволяет разгрузить поршень со штоком от действия силы нагрузки, в этом случае ее действие переносится на крейцкопф. Дополнительно создается вторая рабочая полость в цилиндре под поршнем. Таким образом один конец ведущего дышла закреплен в крейцкопфе, а второй посажен на кривошип.
Все ведущие колеса паровоза исполняются для облегчения веса с вырезами в виде спиц или отверстий. Обязательно эти колеса имеют противовесы.
Как правило бандажи главных колес не имеют гребней (безгребневые), это сделано для улучшения прохождения (вписывания) паровозом кривых.
На верхней части цилиндров паровой машины установлены пресс-масленки, для смазывания трущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Сжатый воздух, необходимый для работы автотормозов состава и нужд самого паровоза получается в паровоздушном насосе, типа тандем компаунд. Расположен данный насос, как правило, в передней части паровоза, в зависимости от конструкции паровоза. Из насоса сжатый воздух поступает в главные резервуары, расположенные под котлом паровоза. Перед троганием с места цилиндры паровоза продуваются паром, для удаления влаги, во избежание гидравлического удара.
"Без угля и кочегара, используя давление пара" - коротко про бестопочный паровоз
Производственным мощностям свойственно усложняться и увеличиваться. Маленькая мастерская может вырасти в фабрику, а лесопильный цех в большую лесопилку. Чем больше предприятие, тем нужнее ему железная дорога. В паровозную эпоху выбирать не приходилось, вагоны таскали паровозами. В паровозе уживаются две стихии — огонь и вода, союз которых рождает пар, приводящий в движение стальную машину. Существует множество предприятий, где даже малейшая искра может стать причиной пожара: деревоперерабатывающие фабрики, нефтеперегонные заводы, топливохранилища, химические предприятия и т.д. Видели ли вы как может искрить паровоз?
А ещё у паровоза есть зольник — бункер, расположенный в нижней части (под колосниковой решёткой) топки паровоза, служащий для сбора золы и шлаков, образовавшихся в результате сгорания топлива.
В старину из-под паровоза прилично сорило из топки на путь горящими хлопьями шлака и кусками пылающего угля. Путь, по которому ходили паровозы на твердом топливе (уголь, дрова, сланец, торф), был всегда узнаваем. Были случаи, когда целые станции сгорали из-за поджога деревянных шпал и брусьев упавшим паровозным жаром.
Для таких случаев, когда использование обычного паровоза небезопасно, строили специальные бестопочные паровозы.
Немецкий бестопочный паровоз. Немецкий бестопочный паровоз.По сути это аналог современного электромобиля, только энергия запасается не электрическая, а паровая в паровом аккумуляторе. В таком паровозе нет топки, а значит не нужен тендер с углем и кочегар тоже без надобности.
Будка бестопочного паровоза. Топка отсутствует. Будка бестопочного паровоза. Топка отсутствует.Внешне такой паровоз отличается от своего "огнедышащего собрата". Он имеет более крупный котел, а дымогарные трубы отсутствуют.
Паровой котёл бестопочного паровоза конструктивно представляет собой замкнутый цилиндрический сосуд с усиленной теплоизоляцией. При подготовке бестопочного паровоза к работе котёл на 60—70 % заполняется водой, после чего через один или несколько патрубков в него нагнетается перегретый пар высокого давления, нагревающий воду до кипения. При работе давление пара в котле постепенно падает, что приводит к снижению температуры её испарения, и вода в котле вновь закипает, тем самым добавляя ещё пара. Как правило, минимальное давление парообразования в таком котле — 3—4 кгс/см².
Сразу приходит на ум школьный урок физики, когда учитель объяснял, почему высоко в горах нельзя сварить мясо или яйцо. Да по той же причине, что при пониженном горном давлении температура кипения воды понижается.
Правда у такого паровоза были существенные недостатки. Пар в котле со временем остывал, да и пополнять его запасы приходилось регулярно. Время заправки составляло 30-40 минут, а холодного паровоза до 1,5 часов. Для этого на местах работы строили специальные заправочные пункты-котельные, где через специальный патрубок паровоз заправлялся горячим паром.
Заправка бестопочного паровоз Заправка бестопочного паровозПродолжительность работы могла составлять от 4 до 6 часов, а оперативный радиус составлял всего пару десятков километров. Также такие паровозы, из-за постоянно снижающегося рабочего давления в котле, имеют довольно большие цилиндры, чтобы и при низком давлении была тяга. Из-за этого при наивысшем давлении паровоз имел избыточную силу и нередко пробуксовывал.
В дальнейшем бестопочные паровозы были вытеснены дизельными локомотивами и электровозами. В настоящее время несколько таких паровозов находятся в постоянной эксплуатации в Германии
Понравилась статья? Поддержите лайком или подпишитесь, чтобы не пропустить новые публикации.
Читайте также: