Паровоз принцип работы – § 1. Схема устройства и процесс работы паровоза

20.09.2019

Содержание

Как работает паровоз?

Изображение паровоза кликабельно

Паровоз использует энергию пара высокого давления. Этот перегретый пар толкает ряд поршней, которые с помощью соединительных тяг ( рисунок ниже) заставляют вращаться колеса. Относительная простота конструкции и надежность паровоза сделали его самым популярным средством передвижения со времени появления первых локомотивов в начале 1800-х годов и до конца второй мировой войны.

Хотя паровозы и сейчас широко используются в Индии и Китае. Однако их главным недостатком является низкий коэффициент полезного действия: даже в лучших паровозах не более 6 процентов энергии, выделяющейся при сгорании угля, переходит в энергию движения.

Паровоз

В современном паровом двигателе уголь на сгорание подается автоматически из тендера в топку. Где он и сгорает при температуре около 2550 градусов по Фаренгейту (что соответствует 1400°С). Холодная вода, запасы которой тоже хранятся в тендере, дважды нагревается в паровом котле и превращается в перегретый пар высокого давления. Этот пар, попадая затем в цилиндры, двигает поршни и заставляет крутиться колеса поезда. Часть пара, остывая, превращается снова в воду и возвращается в паровой котел. Остальной пар выбрасывается наружу через дымовую трубу.

Сохранение тепла

Пар, который отработал на поршнях, все еще горячий. В некоторых конструкциях паровозов часть отработанного пара используется для предварительного подогрева холодной воды — перед тем, как эта вода поступает в паровой котел.

Увеличение температуры

Теплая вода, находящаяся внутри водотрубного котла, проходит по трубам, окружающим топку, и превращается в пар. Затем этот пар по другим трубам проходит уже внутри топки.

Поршень, приводимый в движение паром

Открывается левый поршневой клапан, и пар под высоким давлением входит в цилиндр (как показано на (1) рисунке сверху). Пар заставляет поршень двигаться направо и поворачивает колесо (2.). Затем левый клапан закрывается. Открывается правый клапан, и свежий пар попадает на другую сторону поршня (3). Теперь под действием энергии пара поршень возвращается в первоначальное положение, заставляя колесо к этому времени проделать один оборот (4). Дальше все повторяется сначала.

information-technology.ru

8 Общее устройство и принцип работы паровоза » СтудИзба

Общее устройство и принцип работы паровоза

Паровоз состоит из следующих основных частей (см. рисунок, 4а): парового котла 2, паровой машины 3, кривошипно-шатунного механизма 4, экипажной части.

Паровой котел паровоза предназначен для преобразования внутренней химической энергии топлива (угля) в тепловую энергию пара. Он состоит из трех главных частей: топки 1, цилиндрической части котла 2 и дымовой коробки 7. В нижней части топки 1 расположена колосниковая решетка 8, через которую в топку поступает воздух, необходимый для горения (окисления) топлива. Центральная часть топки имеет два ряда стенок — наружный и внутренний. Наружный ряд стенок образует кожух 9 топки, а внутренний, который облицовывается огнеупорным кирпичом, — огневую коробку 10. Оба ряда стенок соединены между собой связями. В задних стенках топки сделано шуровочное отверстие 11, через которое забрасывают уголь на колосниковую решетку. Передней стенкой топки служит трубная решетка 12.

Цилиндрическая часть котла изготавливается из стальных листов. В ней размещаются дымогарные 13 и жаровые 14 трубы, через которые газы проходят из топки в дымовую коробку 7. В жаровых трубах 14 дополнительно установлены элементы пароперегревателя. Все пространство котла вокруг дымогарных и жаровых труб заполнено водой.

На самом высоком месте цилиндрической части котла 2 размещается сухопарник 15. В верхней части дымовой коробки 7 установлена труба 16, через которую удаляются отработавшие газы.

Рис.4 Схема общего устройства и принцип работы паровоза:

1 — топка; 2 — паровой котел; 3 — паровая машина; 4 — кривошипно-шатунный механизм; 5 — ведущее колесные пары; 6 — кабина машиниста; 7 — дымовая коробка; 8 — колосниковая решетка; 9 — кожух топки; 10 — огневая коробка; 11 — шуровочное отверстие; 12 —трубная решетка; 13 —дымогарные трубы; 14 —жаровые трубы; 15 — сухопарник; 16 — трубы для отработавших газов; 17 —ползун; 18 — рама; 19 — бегунковая колесная пара; 20 — поддерживающие колесные пары; 21 — тендер

Паровая машина 3 паровоза состоит из цилиндра, поршня и штока. Шток поршня паровой машины соединен с ползуном 17, через который механическая энергия передается на кривошипно-шатунный механизм 4.

Экипажная часть паровоза состоит из кабины (будки) машиниста 6, рамы 18, колесных пар с буксами и рессорного подвешивания. Колесные пары паровоза выполняют различные функции и, соответственно, называются: бегунковые 19, ведущие 5 и поддерживающие 20.

Неотъемлемой, хотя и самостоятельной, частью магистрального паровоза является тендер 21, на котором находятся запасы топлива, воды и смазочных материалов, а также углеподающий механизм.

Принцип работы паровоза основан на следующем (см. рисунок, 4,б). Топливо подается углеподающим механизмом из тендера 21 через шуровочное отверстие 11 на колосниковую решетку 8 огневой коробки топки.

Углерод и водород топлива взаимодействуют с кислородом воздуха, который поступает в топку через колосниковую решетку 8 — идет процесс горения топлива. В результате внутренняя химическая энергия топлива (ВХЭ) преобразуется в тепловую (ТЭ), носителем которой являются газы.

Газы, имея температуру 1000 — 1600 °С, проходят по жаровым и дымогарным трубам и нагревают их стенки. Тепло от стенок топки и труб передается воде. В результате нагрева воды образуется пар, который собирается вверху цилиндрической части котла. Из сухопарника 15 котла пар, имея давление 1,5 МПа (15 кгс/см2) и температуру около 220 °С, поступает в паровую машину 3 (см. рисунок, 4,а).

В паровой машине энергия пара преобразуется в механическую энергию (МЭ) поступательного движения поршня (см. рисунок, 4,б). Далее через шток и ползун энергия передается на кривошипно-шатунный механизм, где преобразуется в крутящий момент Мк, который приводит в движение ведущие колесные пары паровоза. При взаимодействии колес с рельсами крутящий момент Мк реализуется в силу Fк (движущую силу), обеспечивающую движение паровоза.

Паровозы отличают, прежде всего, простота конструкции и, следовательно, высокая надежность в работе, а также потребление самого дешевого топлива (уголь, торф и др.). Однако этот тип локомотивов имеет ряд серьезных недостатков, которые и предопределили его замену на другие виды тяги: очень низкая экономичность паровоза, высокая трудоемкость работы локомотивной бригады, особенно при удалении шлака из топки, высокая стоимость текущего обслуживания и ремонта котла по отношению к затратам на изготовление и эксплуатацию паровоза, небольшой (100 — 150 км) пробег без пополнения запасов угля и до 70 — 80 км — без набора воды.

В чем же причины низкой экономичности паровозов? Перечислим основные пути потерь энергии в паровом котле работающего паровоза:

·         часть угля (мелкие кусочки), попадая в топку, не сгорает, а проваливается через колосниковую решетку или вместе с газами через трубу выбрасывается в атмосферу;

·         большие потери тепловой энергии при взаимодействии поверхности котла и окружающего воздуха, особенно в зимнее время;

·         от газов, уходящих через трубу, которые имеют достаточно высокую температуру (около 400 °С|.

Для повышения эффективности процесса теплоотдачи от газов к воде котла потребовалось бы в несколько раз увеличить длину жаровых труб и котла, что в принципе невозможно из-за массогабаритных ограничений локомотива. По этим причинам лишь 50—60 % внутренней химической энергии топлива идет на образование и перегрев пара в котле паровоза. Следовательно, кпд топки и котла вместе взятых составляют 50—60 % (см. рисунок, 4,б).

И, наконец, принципиальный недостаток паровых машин паровозов — конструктивная невозможность получения их кпд более 15 — 20 %. Пар, совершая работу, т.е. перемещая поршень, должен расшириться е объеме, пока его давление не сравняется с атмосферным. Для этого надо многократно увеличить рабочий ход поршня в цилиндре, что в условиях массогабаритных ограничений локомотива сделать невозможно. На отечественных паровозах реально удавалось достигнуть значений кпд паровой машины 12 — 14 %.

В целом кпд паровоза, определяемый через произведение кпд отдельных элементов энергетической цепи, может составить 5 — 7 %, т.е. из каждых 100 т угля лишь 5 — 7 т. идет на создание движущей силы, остальное безвозвратно теряется (идет на нагревание и загрязнение окружающей среды).

Какими же путями можно повысить эффективность паровозной тяги?

Первый. Если котлы отдельных паровозов объединить и поставить на землю, теплоизолировать их от окружающей среды (построить здание), существенно повысить давление пара в котлах, а паровую машину заменить на более экономичный двигатель, например, на паровую турбину, энергию которой передать электрическому генератору, то в результате получим тепловую электростанцию. От нее можно электрическую энергию передать к локомотивам, снабдив их колесные пары электродвигателями. Так возникла идея использования для тяги электрических локомотивов — электровозов.

Второй. Если вместо пароэнергетической установки внешнего сгорания (котла и паровой машины) поставить на локомотив двигатель внутреннего сгорания — получится тепловоз; если газотурбинный двигатель — газотурбовоз; атомный реактор — атомный локомотив.

И третий. Если заменить на паровозе паровую машину и кривошипно-шатунный механизм на турбогенератор (паровую турбину и электрический генератор) и снабдить колесные пары электродвигателями — возникнет паротурбовоз.

Общее устройство и принципы работы перечисленных выше типов локомотивов будут рассмотрены в следующих параграфах.

studizba.com

Паровозы / Техника / stD



Union Pacific «Challenger»
Паровоз — автономный локомотив с паросиловой установкой, использующий в качестве двигателя паровые машины.

Паровозы являются одними из уникальных технических средств созданных человеком, они выполняли основной объём перевозок в XIX и первой половине XX века, сыграв существенную роль в подъёме экономики многих стран.

Паровозы постоянно улучшались и развивались, что привело к большому разнообразию их конструкций, в том числе и отличных от классической.

Классификация паровозов

По осевой формулеОписывает число бегунковых, движущих и поддерживающих осей. Методы записи осевых формул (типов), весьма разнообразны. В русской форме записи учитывают число каждого типа осей, в английской — каждого типа колёс, а в старогерманской учитывают только общее число осей и движущих. Так, осевая формула китайского паровоза QJ в русской записи будет 1-5-1, в английской — 2-10-2, а в старогерманской — 5/7. Помимо этого, за многими типами закрепились названия из американской классификации, например: 2-2-0 — «Америкен», 1-3-1 — «Прери», 1-4-1 — «Микадо», 1-5-0 — «Декапод».

Бегунковые колёсные пары — свободные (то есть на них не передаются тяговые усилия от тяговых двигателей) колёсные пары, расположенные перед движущими колёсными парами. Служат для разгрузки передней части локомотива, а также для улучшения вписывания локомотива в кривые.
По условиям вписывания в кривые, бегунковые оси должны иметь значительное отклонение от средней оси локомотива. Их помещают на поворотную тележку, способную перемещаться в поперечном направлении относительно рамы локомотива.

Движущие колёсные пары — колёсные пары, на которые непосредственно передаются тяговые усилия от двигателей локомотива.

Поддерживающие колёсные пары — служат для поддержки задней части локомотива и обеспечивают вписывание в кривые.



По числу цилиндров паровой машины

Наибольшее распространение получили

двухцилиндровые (по одному цилиндру справа и слева) паровозы как более простые и надёжные по конструкции, однако многоцилиндровые имеют лучшие динамические показатели.

У трёхцилиндровых паровозов 2 цилиндра расположены снаружи рамы, а третий между ними.

У четырёхцилиндровых паровозов два цилиндра располагаются снаружи рамы, а остальные два могут располагаться либо между половинами рамы, либо снаружи, причём в этом случае 2 цилиндра с каждой стороны в свою очередь могут располагаться либо друг за другом:

Либо друг над другом:

На четырёхцилиндровых паровозах применялась машина типа компаунд:

Компаунд-машина имеет два (или больше) рабочих цилиндра разного диаметра. Свежий пар из котла поступает в меньший цилиндр высокого давления. Отработав там (первое расширение), пар перепускается в больший низкого давления. Такая схема работы позволяет более полно использовать энергию пара и повысить коэффициент полезного действия двигателя.

Принцип работы:

Паровозная схема:

ЦВД — цилиндр высокого давления.
ЦНД — цилиндр низкого давления.



По роду применяемого параНа насыщенном паре — получившийся после испарения воды пар сразу поступает в цилиндры. Такая схема применялась на первых паровозах, но была весьма неэкономичной и сильно ограничивала мощность.

На перегретом паре — пар дополнительно нагревается в пароперегревателе до температуры свыше 300 °C, а затем поступает в цилиндры паровой машины. Такая схема позволяет получить значительную экономию в паре (до 1/3), а следовательно в топливе и воде, благодаря чему стала применяться на подавляющем большинстве выпускавшихся мощных паровозов.

Пароперегреватель представляет собой систему трубчатых каналов, проходящих через топку (см. в разделе «котлы»).


Схема паровоза

1. ТендерСпециальный вагон прицепляемый к паровозу, предназначен для перевозки запаса топлива для локомотива (дров, угля или нефти) и воды. Для мощных паровозов, которые потребляют большое количество угля, в тендере размещают также механический углеподатчик (стокер).

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



2. Будка машиниста

Описывать назначение всех органов управления и приборов контроля не имеет смысла, так или иначе они связаны с подачей и распределением пара.
Некоторые из кранов, вентелей и манометров продублированы в целях безопасности или для осуществления ремонта на «горячую».
Так же есть рычаг реверса для переключения езды вперёд-назад, и рычаг регулятора количества подачи пара в цилиндры, «газ» одним словом.
Ещё есть рычаг тормоза и привод свистка. Вместо рычагов могут быть вентели.

Поскольку паровоз штука опасная, в кабине обязательно должно быть два человека, чтоб следить за приборами.

И да, в кабине таки жарко.

Назад к схеме



3. Свисток

Для подачи сигналов на паровозе установлен не сложный, но весьма важный прибор—паровой свисток, привод которого выведен в кабину машиниста. При неисправном свистке запрещается выпускать локомотив под поезд.
На современных паровозах установлены многотоннальные свистки.

Назад к схеме



4. Тяга от реверса к парораспределительному механизмуСоединена с рычагом реверса в кабине, с помщью которого переключают движение вперёд-назад. В современных паровозах этим же рычагом регулируют подачу пара в цилиндры.

Назад к схеме



5. Предохранительный клапанПредназначен для защиты от разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка пара.

Назад к схеме



6. Турбогенератор

Основная функция состоит в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электричество.

Назад к схеме



7. ПесочницаЁмкость с песком, устанавливаемая на тяговом подвижном составе (локомотив, трамвай и т. п.). Входит в состав пескоподающей системы, предназначенной для подачи песка под колёса, тем самым повышая коэффициент сцепления колёс с рельсами.

Для подачи под колёса используется сухой кварцевый песок. С помощью сжатого воздуха песок подаётся из песочницы в специальные форсунки, которые направляют струю песка в зону контакта колёс с рельсами. На паровозах одна или несколько песочниц устанавливались, как правило в верхней части парового котла.

На котле установлен корпус песочницы заполняемый сухим мелким песком. В корпусе расположены форсунки, которые подают песок в трубы, идущие к колесам паровоза. В будке машиниста установлен кран при помощи которого воздух направляется к форсункам.

Назад к схеме



8. Тяга регулятораСоединена в кабине с рычагом подачи пара в машину. Вобщем тяга «газа».

Назад к схеме



9. Сухопарник

Сухопарник является частью котла и служит для отделения пара от водяных капель и частиц накипи (чтоб в машину не попали).
Полость справа — это песочница.

В сухопарнике располагается начало паропровода, отсюда (по толстой трубе) пар через клапан—регулятор поступает в пароперегреватель, а от туда к паровой машине. Регулятор позволяет очень плавно увеличивать подачу пара и тем самым управлять мощностью паровоза. Рукоятка управления этим клапаном расположена в паровозной будке.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



10. Паровоздушный насосПредназначен для питания тормозной сети поезда сжатым воздухом и для обслуживания различных механизмов, например, песочницы.

Представляет из себя компрессор (насос), приводящийся в действие, небольшой паровой машинкой питающейся от общего котла.
Производительность — около 3000 литров воздуха в минуту.

Назад к схеме



11. Дымовая коробка

Расположена в передней части паровоза. В ней собираются газы выходящие из дымогарных и жаровых труб, и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Играет важную роль в создании тяги в топке, что в свою очередь позволяет значительно повысить мощность паровоза. (Чем лучше тяга, тем больше воздуха проходит через топку. Чем больше воздуха, тем лучше горит. Чем лучше горит, тем выше температура.)

Чтобы создать тягу топке, надо в дымовой коробке создать разрежение:

Отработаный пар из цилиндров машины, устремляется в конус трубы и засасывает с собой газы из топки. Тем самым создаётся разряжение.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



12. Паровпускная трубаПо ней пар поступает в цилиндр.

Толстая, жёлтая труба.

Назад к схеме



13. Дверца дымовой коробки

Через эту дверцу, чистили дымовую коробку от сажи и производили текущий ремонт.

Назад к схеме



14. ПорученьПоручень. За него держатся когда ходят по площадке вокруг котла.

Назад к схеме



15. Поддерживающая тележкаПоддерживающие колёсные пары — свободные (то есть на них не передаются тяговые усилия от тяговых двигателей) колёсные пары, расположенные позади движущих колёсных пар. Служат для поддержки задней части локомотива и обеспечивают вписывание в кривые.

Назад к схеме



16. Площадка вокруг котлаПо ней ходят, когда обслуживают паровоз.

Назад к схеме



17. Рама экипажаЭкипажная часть локомотива — представляет собой повозку с колёсными парами.

Назад к схеме





19. Пескоподающая трубаЧерез неё подают песок под колёса.

Назад к схеме





21. Парораспределительный механизмС помощью этого механизма изменяют направление движения паровоза.

Назад к схеме



22. Тяговое дышлоСоединяет шток поршня и ведущие колесо.

Назад к схеме





24. Поршень

Снизу поршень, а сверху поршневой распределитель пара.

Назад к схеме



25. Распределитель параУстройство, попеременно направляющее поток пара в разные полости цилиндра.

Поршневой распределитель пара (сверху).

Схема работы.

Также бывают золотниковые распределители:

В зависимости от положения золотника(1), окна(4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством(6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью(7), соединённой с атмосферой.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



26. Корпус распределителя параКорпус распределителя пара.

Назад к схеме



27. ТопкаУстройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов.


Здесь горит топливо (уголь). Раскалённые газы устремляются в дымогарные трубы и нагревают воду в котле. (на рис. обозначены синим цветом)

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



28. Дымогарные трубыЭлементы конструкции парового котла, служащие для увеличения площади нагрева.
Трубы проходят через весь котёл и отдают жар проходящих через них газов воде в котле.

Тонкие, синии трубы — это дымогарные.

Толстые трубы — это жаровые, у них внутри проходят трубы пароперегревателя (жёлтые). Белая, толстая труба (сверху) идёт от сухопарника к пароперегревателю.

Любопытно то, что паровозу как и автомобилю, требуется качественное топливо. Если уголь плохого качества, то дымогарные трубы быстро забиваются сажей. Чистить их, не самая лёгкая задача.

Со временем трубы прогорают и их меняют на новые.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы





30. Жаровые трубыЖаровые трубы являются основным компонентом трубчатых пароперегревателей.

Жаровые — это толстые, синии трубы, внутри которых проходят жёлтые.

Жёлтые трубы — это часть пароперегревателя.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



31. Регулятор/Дроссельная заслонкаРегулирует количество пара поступающего в машины.

Назад к схеме



32. Коллектор пароперегревателя

В коллекторе (большая жёлтая штука), пар из сухопарника распределяется по тонким трубкам (которые в свою очередь проходят петлёй внутри жаровых) разогревается до ~300гр. и поступает в цилиндры машины по толстой трубе.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



33. Дымовая трубаЧерез неё выходит дым.

Чем длиннее труба, тем лучше тяга.
Однако её нельзя делать слишком длинной, так как можно не вписаться в габариты различных железнодорожных построек.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



34. ПрожекторВ прожекторе стоит лампа накаливания не меньше 500 ватт.

Назад к схеме



35. Рукав тормозной магистралиКаждый вагон оснащён тормозной системой, питающейся сжатым воздухом от локомотива.
Рукав предназначен для подключения вагонов в общую тормозную систему.

Назад к схеме



36. Ёмкость для водыТендер поделён на две части, в одной находится вода, которую доливают в котёл, а во второй лежит запас угля.

Назад к схеме





38. Колосниковая решёткаПредставляет собой чугунную решетку, на ней лежит горящие топливо (уголь, дрова). Колосниковая решётка имеет отверстия или щели, через которые зола просыпается зольник.

Назад к схеме



39. ЗольникЗольник (поддувало) — бункер, расположенный в нижней части (под колосниковой решёткой) топки паровоза, служащий для сбора золы и шлаков, образовавшихся в результате сгорания топлива. Зольник должен иметь возможность периодической очистки.

Назад к схеме



40. БуксаСтальная или чугунная коробка, внутри которой размещены подшипник скольжения, вкладыш, смазочный материал и устройство для подачи смазочного материала к шейке оси, либо подшипник качения и смазочный материал.

Назад к схеме



41. Рессорный балансирСлужит для распределения нагрузки на рессоры.

Назад к схеме



42. РессораУпругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку от рамы или кузова на ходовую часть (колёса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары при прохождении по неровностям пути.

Назад к схеме



43. Движущие колесаКолёсные пары, на которые непосредственно передаются тяговые усилия от двигателя локомотива.

Назад к схеме





45. КонусУстройство, находящееся в дымовой коробке паровоза. С помощью конуса отработанный пар из машины направляется в дымовую трубу, создавая тягу в топке.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы



46. Бегунковая тележкаСлужит для разгрузки передней части локомотива, а также для улучшения вписывания локомотива в кривые.

Назад к схеме


Теперь, когда читатель познакомился с основными элементами паровоза, пришло время разобраться с тем, как же он работает.



Принцип работы

Вначале тендер заправляют запасом воды и топлива. Доливают воду в котёл. Разжигают топку дровами, а когда разгорится, то закидывают уголь.

Горячие газы из топки, по дымогарным и жаровым трубам, проходят в дымовую коробку и тем самым нагревают воду в котле. Вода нагревается и давление пара постепенно растет.

Когда давление подымается до нужной отметки, открывают клапан установленный в сухопарнике. Пар из котла устремляется в коллектор, а оттуда в трубы пароперегревателя.
Проходя через трубы пароперегревателя, пар нагревается до температуры ~300гр. (за счёт этого давление вырастает свыше 20 атм) и поступает в цилиндры паровой машины.

Отработав в цилиндре, пар поступает в дымовую коробку, там струя пара проходя через конус вылетает в дымовую трубу и увлекает за собой газы из топки. Тем самым создаётся тяга в дымовой коробке и топке. Цикл замкнулся.

Распределитель пара регулирует последовательное поступление пара в разные полости цилиндра.

Под действием пара поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое через шток передается на переднее колесо.

Так паравоз едет вперёд

А так вперёд-назад

При помощи сцепных дышел, усилие получаемое ведущим колесом от паровой машины, передается остальным движущим колесам.
Иными словами, ведущим является только одно колесо, а остальные — ведомыми.

Наглядное видео

http://www.youtube.com/watch?v=nMc3ek-Xg-4&feature=youtu.be

Вот собственно и вся «наука»

Я постарался описать всё максимально сжато и как мне кажется вполне понятно. Коли это не так, критикуйте в комментариях 🙂



Первый паровоз

В 1803 году Ричард Тревитик, английский инженер и конструктор, построил первый паровоз.

Реплика. «National Waterfront Museum, Swansea»

Тревитик построил в Лондоне круговую железную дорогу, по которой локомотив двигался со скоростью 20 км/час без груза и со скоростью 8 км/час с грузом в 10 т.

Паровоз Тревитика сжигал такое количество угля, что изобретение не давало никаких коммерческих выгод. Из-за своего веса, паровоз быстро приводил в негодность рельсы, рассчитанные на небольшие вагоны с «лошадиным приводом».
В последующие годы Тревитик сконструировал и построил еще несколько паровозов.

«Механический путешественник»

В 1813 году английский инженер Уильям Брунтон запатентовал, а вскоре и построил, паровоз который получил название «Механический путешественник».

Паровоз имел две оси, на которые сверху опирался горизонтальный паровой котёл. Сбоку находился один паровой цилиндр, который через рычажную передачу и горизонтальное зубчатое колесо приводил в движение механические «ноги», расположенные сзади локомотива.
Ноги попеременно цепляясь за путь и толкали паровоз вперёд, за что за локомотивом закрепились прозвища «Шагающий паровоз»

В 1815 году при испытаниях по повышению давления, котёл взорвался. Паровоз был уничтожен и погибло несколько человек. Этот инцидент считается первой в мире железнодорожной катастрофой.

«Пыхтящий Билли»

Возможно, первый паровоз, который оказался действительно практичным. На нём впервые было реализовано вождение поездов лишь за счёт силы сцепления колёс с рельсами, без каких либо дополнительных устройств (вроде зубчатой рейки на путях).

Построен в 1813-1814 Уильямом Хедли, Джонатоном Фостером и Тимоти Хаквортом для владельца шахт «Wylam» Кристофера Блэкетта.

Пыхтящий Билли — самый старейший из сохранившихся паровозов

Находится в «Science Museum, London»

«Ракета»

В 1814 году английский изобретатель Джордж Стефенсон спроектировал свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги.
Машина получила название «Блюхер» в честь прусского генерала Гебхарда Леберехта фон Блюхера, прославившегося своей победой в битве с Наполеоном при Ватерлоо.

В ходе испытаний, паровоз провёл состав из восьми гружённых повозок общим весом около 30 тонн со скоростью до 6-7 км/ч.

Спустя 15 лет, Стевенсон построил паровоз «Ракета» — это был первый в мире паровоз с трубчатым паровым котлом.

Дирекция транспортной компании Манчестер-Ливерпульской дороги объявила свободный конкурс на лучшую конструкцию локомотива. Стефенсон выставил в Рейнхилле свой новый паровоз «Ракета», построенный на его заводе.
При собственном весе 4,5 т этот паровоз свободно тянул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/ ч. По всем показателям «Ракета» оказалась на порядок лучше всех других локомотивов.

Подлинный паровоз Стевенсона. Science Museum (London)

Реплика. National Railway Museum. York, England

С этого времени началась Эра Паровозов.

Интересные паровозы

Крушение на вокзале Монпарнас

Произошло в Париже 22 октября 1895 года. Пассажирский поезд, не сумев затормозить на уклоне, выбил путевой упор, выехал на перрон вокзала, пробил стену здания и рухнул с высоты на улицу.

В результате крушения, ранения получили пять человек. Единственной погибшей, стала продавщица вечерних газет Мари-Огюстэн Агилар, на киоск которой упала обвалившаяся стена.

Самый быстрый паравоз

«Mallard» № 4468, сконструированный Найджелом Грейсли (Англия).
Длина паровоза 22,4 метра, а вес около 270 тонн.
В 1938 году установил рекорд скорости для паровых локомотивов — 202.7 км/ч.

Самый массовый паровоз

Разработан в 1910 году Луганским заводом. Выпускался вплоть до 1957 года Харьковским, Сормовским, Коломенским и Брянским заводами. Выпущено около 10000 экземпляров.

Паровоз «Андрей Андреев»

Единственный в мире локомотив с колесной формулой 4-14-4. У него было семь ведущих осей. Совершил всего одну поездку и после этого пропал.
Дело в том, что из-за своей длины, он не вписывался в кривые и сходил с рельс.
Простоял на станции «Щербинка» 25 лет и в 1960 году его отправили на слом.

Назван в честь вот этого человека.

Паровоз «Иосиф Сталин»

Гордость советского паровозостроения – на момент создания это был самый мощный пассажирский паровоз в Европе, и именно ему досталось Гран-при на Всемирной парижской выставке 1937-го года.
Разгонялся до 155 км/ч.

«Восточный экспресс»


Тот самый экспресс, так любимый Агатой Кристи. Сейчас пользуется большой популярностью.

S1 «Большой Мотор»

На Всемирной выставке 1939 года в Нью-Йорке.

Крупнейший экспериментальный паровоз с жёсткой рамой из когда-либо построенных. Стал единственным в мире паровозом с осевой формулой 3-2-2-3, однако в отличие от других типов сочленённых паровозов, имел жёсткую раму.

По первоначальному проекту предполагалось, что паровоз сможет тянуть состав весом до 1000 т и двигаться при этом со скоростью до 160 км/ч, но эта цель не была достигнута.
Недостаточный сцепной вес локомотива (локомотив мало весил) приводил к довольно частому проскальзыванию колёс, а чрезвычайно большая длина локомотива (42,8 м) ограничивала его полезность, не позволяя ему проходить кривые на большинстве путей Пенсильванских железных дорог.

Единственный построенный экземпляр находился в эксплуатации до декабря 1945 года, а в 1949 году — отправлен на слом.

Union Pacific «Big Boy»

Паровозы «Big Boy» (Американская компания «ALCO») являются самыми крупными серийными паровозами в мире (длина паровоза с тендером — 40,47 метра) и вторыми по величине в истории мирового паровозостроения (после опытного паровоза PRR S1), а также самыми тяжёлыми локомотивами в мире ( масса паровоза с тендером — 548,3 тонны).

На этом великолепном паравозе пожалуй стоит остановиться…

Док. фильм про производство паровозов.

Здесь я писал про паровые автомобили, а тут история паровых машин…

И ещё паровые подводные лодки…

Все права защищены © 2015 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник

istarik.ru

Вприхлопку: Как устроен паровоз | Журнал Популярная Механика

Машинисты паровозов всегда отличались богатырским здоровьем и хорошей зарплатой

Архивное фото. Паровоз на поворотном круге

Схема работы паровой машины

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.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2003).

www.popmech.ru

Паровоз — Традиция

Паровоз — локомотив использующий в качестве двигателя паровую машину. Паровозы были первым и долгое время господствующим типом локомотивов, сыграв таким образом огромную роль в становлении железнодорожного сообщения. Лишь начиная с середины XX столетия их вытеснили тепловозы и электровозы. Однако паровозы всё ещё активно используются в некоторых странах, например, в Китае, на Кубе и в Таиланде.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был создан в 1804 году Ричардом Тревитиком (англ. Richard Trevithick). Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона (англ. George Stephenson). Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов. В России первый паровоз был разработан отцом и сыном Черепановыми в 1833 году.

Происхождение названия[править]

Изобретение слова «паровоз» приписывается Н. И. Гречу, который в середине XIX века издавал газету «Северная пчела». До этого паровоз называли «самокатная паровая машина», «паровая фура», «паровая телега», «пароходка» — у Черепановых и В. А. Жуковского, и даже «пароход». В первых отчётах строителя Царскосельской железной дороги Ф. А. Герстнера встречается: «паровая машина», «паровой экипаж», «паровая карета». С 1837 года Герстнер уже использует слово «паровоз».

Классификация паровозов[править]

Паровоз системы Climax

Паровозы подразделяются:

  • По ширине колеи:
    • ширококолейные, в России с колеёй 1524 мм
    • узкоколейные, в России с колеёй 1000, 900 и 750 мм
  • По роду обслуживаемых дорог
    • магистральные
      • по роду обслуживаемых поездов
        • пассажирские
        • грузовые
      • по роду службы
        • поездные
        • маневровые
    • промышленные
    • подъездные
  • По расположению цилиндров
    • паровоз с наружными цилиндрами (снаружи рам)
    • паровоз с внутренними цилиндрами
  • По роду пара
  • По роду паровой машины
    • с паровой машиной простого (однократного) расширения
    • с машиной компаунд (двукратного расширения)
  • По числу цилиндров — на паровозы 2-, 3- или 4-цилиндровые
  • По роду топлива — с угольным, дровяным или нефтяным отоплением.
  • По типам (числу и расположению движущих, поддерживающих и направляющих осей)

Осевая формула (тип) паровоза[править]

Тип, или осевая формула паровоза обозначается тремя цифрами: первая — количество бегунковых осей (передняя тележка), вторая — количество движущих («сцепных») осей, третья — количество поддерживающих осей (под будкой и топкой). В англоязычной литературе формула указывается по количеству колёс, а не осей — тогда для получения привычного обозначения все цифры надо разделить на два.

В некоторых случаях, отдельные осевые формулы имели международные имена, заимствованные из американской практики, например:

  • 1-3-0 — «Могул»
  • 1-3-1 — «Прери»
  • 2-3-1 — «Пасифик»
  • 1-4-1 — «Микадо»
  • 1-5-0 — «Декапод»
  • 1-5-1 — «Санта-Фе»
  • 1-5-2 — «Техас»

Число сцепных осей паровоза определяется расчётной силой тяги и допускаемой нагрузкой на колесо. В том случае, когда число сцепных осей получается более 5, переходят на сочленённые типы паровозов, обозначаемые 1—3+3—1 или 1—4+4—2. Такой паровоз имеет два экипажа, но один общий котёл.

Паровозы одинаковой конструкции, построенные по одному проекту, представляют серию.

Обозначение серий паровозов в России[править]

В России исторически сложилось так, что серии железнодорожной техники до середины XX века обозначались буквами русского алфавита с указанием модификации в виде индексов, например, П, Ж, НВ. Часто буква совпадала с первой буквой названия завода, где серия разрабатывалась, или именем конструктора. Исключением были некоторые советские паровозы, обозначавшиеся инициалами политических деятелей: ИС — Иосиф Сталин, ФД — Феликс Дзержинский и т. д. В дальнейшем произошел переход к унифицированным обозначениям: буквы (тип) + цифра (номер модификации).

Отличия пассажирского и грузового паровозов[править]

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» колес, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;
  • Требуется более высокая скорость, что ведёт к увеличению диаметра колёс и появлению перед ними поддерживающих, или «бегунковых» колёс меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колес.

Принцип действия паровоза[править]

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Топливо сжигается в топке котла. Дно топки представляет собой колосниковую решётку, на которой и происходит горение. Зола и шлак ссыпаются через решётку в зольник.

Котёл пронизан множеством труб, называемых дымогарными и жаровыми, окружённых наполняющей котёл водой, по которым дым из топки проходит через весь котёл, попадает в дымовую камеру и затем выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Дымогарные и жаровые трубы являются, таким образом, теплообменником, который передаёт тепло сгоревшего топлива котельной воде.

Котельная вода нагревается и закипает. Образовывающийся пар собирается в расположенном в верхней части котла сухопарнике, который по своей форме несколько напоминает колокол или купол. В большинстве паровозов пар затем проходит через пароперегреватель.

Из пароперегревателя пар через трубы поступает в паровую машину. Золотник (золотниковый клапан) направляет пар попеременно в переднюю и заднюю части парового цилиндра, приводя расположенный в цилиндре поршень в возвратно-поступательное движение. Это движение посредством кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное и передаётся колёсам паровоза.

Отработанный пар через конусное устройство (форсовый конус) направляется в дымовую трубу, где таким образом создаётся тяга, необходимая для горения топлива в топке.

Следует заметить, что проектирование паровозов было очень сложным процессом, во многом выбор основных параметров каждого элемента основывался на интуиции инженеров, а не на строгих расчётах.

В основном на паровозах в качестве топлива использовался уголь. В тех районах, где нефть была доступнее угля, паровозы также эксплуатировались на нефти (мазуте). В тяжёлые времена использовались дрова, торф и даже сушёная рыба.

Пылеугольное отопление[править]

Неоднократно, как у нас в стране, так и за рубежом, предпринимались попытки использования пылеугольного отопления. Теоретически, факельное сжигание угольной пыли позволяло повысить КПД паровоза (либо увеличить мощность при сохранении объёма топки). Но необходимая эксплуатационная надёжность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к заносу расплавленными частичками шлака задней решётки топки и жаровых труб, что резко ухудшало процесс сгорания топлива.

Автоматическая подача топлива[править]

Когда объёмы топок мощных паровозов достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Первые попытки создания механического углеподатчика — стокера — были предприняты в США в 1889 г., но они оказались неудовлетворительными. После многолетних исследований мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решётки оснащались также стокером «Дуплекс» — с двусторонней верхней подачей угля в топку. В СССР стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС.

Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером — механическим устройством, разрыхляющим смерзшийся уголь и продвигающим его к транспортеру стокера.

Недостатки паровоза[править]

Недостатки паровоза, предопределившие его замену электровозами и тепловозами следующие:

  • Крайне низкий КПД — максимальный до 5 %-10 %, а эксплуатационный в два раза ниже. В настоящее время существуют теоретические разработки, позволяющие поднять КПД паровоза до 15 %, однако воплощения они пока не получили.
  • Недостаточная мощность — паровозы большой мощности были очень сложны по конструкции, они заметно разрушали рельсы при движении.
  • Сложность в эксплуатации
  • Невозможность использования по системе многих единиц (когда один машинист управляет несколькими сцепленными локомотивами)
  • Тяжёлые условия труда локомотивной бригады

Скорость паровозов[править]

ГодСтрана / ДорогаНазвание паровозаСкорость
в км/ч
1769Франция / ПарижПаромобиль Кюньо3,5 — 4
1825Англия / Стоктон-ДарлингтонПаровоз Стефенсона24
1830Англия / Ливерпуль-Манчестер«Ракета» Стефенсона48
1835Англия / Ливерпуль-МанчестерЛокомотив Sharp & Robertsболее 100
1890Франция«Crampton No. 604»144
1893США / Нью Йоркская центральная железная дорогаNo. 999181
1935Франция / Северная3.1174174
1935США / Тихоокеанская железная дорогаКласс А Nr. 1181
1936Германия / Немецкий Рейхсбан05 002200,4
1938Англия / LNERКласс А4 Nr. 4468 «Mallard»201,2

История паровоза[править]

Самый первый паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1804 году, однако первый по-настоящему работоспособный паровоз, «Ракета» (Rocket) был создан Джорджем Стефенсоном в 1830 году. В течение XIX века паровозы совершенствовались, например был изобретён пароперегреватель, вводлись новые типы паровых машин (например компаунд-машины). К началу XX века сложилась устоявшаяся конструкция паровоза. Тогда же у паровоза появились конкуренты — электровозы и тепловозы. После Второй мировой войны в Европе и Северной Америке паровозы перестали строить. Сохранившиеся машины ещё проработали до шестидесятых-восьмидесятых годов, после чего были выведены из эксплуатации.

Дольше паровозы продержались в странах Азии. Так, в Индии на железных дорогах широкой колеи паровозы использовались до 1996 года. В Китае паровозы строились вплоть до восьмидесятых годов, они широко используются и в начале XXI века.

На Кубе сохранилось большое число очень старых (средним возрастом в 70-80 лет) паровозов производства США. Дело в том, что после прихода к власти на Кубе Ф.Кастро, США ввели против Кубы торговое эмбарго, и такии образом Куба не могла закупать более современные локомотивы.

В Европе и Северной Америке в наши дни паровозы используются на музейных железных дорогах.

Раскраска паровозов[править]

Паровоз Су-250-64

В России пассажирские паровозы раскрашивались следующим образом:

  • Зелёный или синий: котёл (кроме дымовой коробки), цилиндры, будка и тендер;
  • Ярко-красный: Колёсные центры, рама, тележки, буферный брус;
  • Белый: боковые поверхности ободов колёс и торцы осей;
  • Чёрный: все остальные детали;
  • На стенках будки белой краской наносились название дороги, серия и номер. Серия и номер также повторялись на буферном брусе.

Раскраска грузовых паровозов:

  • Красный: Рама паровоза, буферный брус, колёса, дышла и шатуны, ходовой мостик вдоль котла с торца;
  • Белый: Окантовка колёс;
  • Чёрный: Все остальные части паровоза;
  • Номерной знак белый в красной окантовке. Наносился с обеих сторон на нижней части будки машиниста и на буферном брусе.

Характеристики паровоза[править]

  • Конструктивная скорость — максимальная скорость, с которой мог двигаться паровоз;
  • Максимальная мощность;
  • Сила тяги;
  • Площадь колосниковой решётки. Чем больше была эта площадь, тем большее количество топлива могло одновременно гореть в топке, повышая мощность. Паровозы с большой колосниковой решёткой лучше работали на дровах и низкокачественном угле;
  • Поверхность нагрева котла. Складывалась из площади дымогарных и жаровых труб, проходящих от топки через воду к дымовой коробке. От площади нагрева также зависела итоговая мощность паровоза;
  • Нагрузка на ось. Измерялась в тоннах и показывала степень влияния паровоза на путь — чем больше эта величина, тем сильнее разрушались рельсы при проходе локомотива;
  • Рабочее давление пара в котле. Чем больше эта величина, тем большую мощность давала паровая машина;
  • Угол отсечки. Чем меньше было значение угла отсечки пара при нужной мощности, тем меньше был расход пара, и, соответственно, требуемое количество топлива.

Паровозы последних выпусков возили составы в 3000—3500 т. Сила тяги паровоза типа 1—5—2 составляет 25000 кг при скорости 25 км/час. Мощность паровоза при скорости 50 км/час доходит до 4000 л. с. КПД первых паровозов не превышал 2—4 %, у последних он достигал 9,3 %.

  • Паровоз ОВ Северного русско-германского фронта, пробитый германским снарядом. 1916

  • Сайты на русском языке, посвящённые паровозам
  • Отдельные страницы о паровозах
  • Хмелевский А. В., Смушков П. И.   Паровоз (Устройство, работа и ремонт). Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. 2-е издание М 1979.
  • Никольский А. С., Паровозы серии С, изд. «Виктория», 1997
  • БСЭ, 2-е издание
Первоисточник этой статьи был признан «хорошей статьёй» русского раздела Википедии.

traditio.wiki

Паровозы — это… Что такое Паровозы?

Парово́з — локомотив, использующий в качестве энергетической установки паровую машину. Паровозы были первым и долгое время господствующим типом локомотивов, сыграв таким образом огромную роль в становлении железнодорожного сообщения. Лишь начиная с середины XX столетия их вытеснили тепловозы и электровозы. Однако паровозы всё ещё активно используются в различных странах, например, в Китае, на Кубе, в Таиланде и Африканском континенте (в основном там, где дешёвое паровозное топливо).

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был создан в 1804 году Ричардом Тревитиком (англ. Richard Trevithick), первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона (англ. George Stephenson). Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов. В России первый паровоз был разработан отцом и сыном Черепановыми в 1834 году (см. Паровозы Черепановых).

Происхождение названия

Паровоз Тревитика, 1804

Изобретение слова «паровоз» приписывается Н. И. Гречу, который в середине XIX века издавал газету «Северная пчела». До этого паровоз называли «самокатная паровая машина», «паровая фура», «паровая телега», «пароходка» — у Черепановых и В. А. Жуковского, и даже «пароход». В первых отчётах строителя Царскосельской железной дороги Ф. А. Герстнера встречается: «паровая машина», «паровой экипаж», «паровая карета». С 1837 года Герстнер уже использует слово «паровоз».

Классификация паровозов

Паровоз системы Climax

Паровозы подразделяются:

  • По ширине колеи:
    • ширококолейные, в России с колеёй 1524 мм
    • узкоколейные, в России с колеёй 1000, 900 и 750 мм
  • По роду обслуживаемых дорог:
    • магистральные
      • по роду обслуживаемых поездов:
        • пассажирские
        • грузовые
      • по роду службы:
        • поездные
        • маневровые
    • промышленные
    • подъездные
  • По расположению цилиндров:
    • паровоз с наружными цилиндрами (снаружи рам)
    • паровоз с внутренними цилиндрами
  • По роду пара:
    • паровозы с насыщенным паром (выпускались до 1900-х годов)
    • паровозы с перегретым паром
  • По роду паровой машины:
    • с паровой машиной простого (однократного) расширения
    • с машиной компаунд (двукратного расширения)
  • По числу цилиндров — на паровозы 2-, 3- или 4-цилиндровые.
  • По роду топлива — с угольным, дровяным или нефтяным отоплением.
  • По типам (числу и расположению движущих, поддерживающих и направляющих осей).

Осевая формула паровоза

Тип, или осевая формула паровоза обозначается тремя цифрами: первая — количество бегунковых осей (передняя тележка), вторая — количество движущих («сцепных») осей, третья — количество поддерживающих осей (под будкой и топкой). В англоязычной литературе формула указывается по количеству колёс, а не осей — тогда для получения привычного обозначения все цифры надо разделить на два.

В некоторых случаях, отдельные осевые формулы имели международные имена, заимствованные из американской практики, например:

  • 1-3-0 — «Могул»
  • 1-3-1 — «Прери»
  • 2-3-1 — «Пасифик»
  • 1-4-1 — «Микадо»
  • 2-4-2 — «Ниагара»
  • 1-5-0 — «Декапод»
  • 1-5-1 — «Санта-Фе»
  • 1-5-2 — «Техас»

Число сцепных осей паровоза определяется расчётной силой тяги и допускаемой нагрузкой на колесо. В том случае, когда число сцепных осей получается более 5, переходят на сочленённые типы паровозов, обозначаемые 1—3+3—1 или 1—4+4—2. Такой паровоз имеет два экипажа, но один общий котёл.

Паровозы одинаковой конструкции, построенные по одному проекту, представляют серию.

Обозначение серий паровозов в России

В России исторически сложилось так, что серии железнодорожной техники до середины XX века обозначались буквами русского алфавита с указанием модификации в виде индексов, например, П, Ж, НВ. Часто буква совпадала с первой буквой названия завода, где серия разрабатывалась, или именем конструктора. Исключением были некоторые советские паровозы, обозначавшиеся инициалами политических деятелей: ИС — Иосиф Сталин, ФД — Феликс Дзержинский и т. д. В дальнейшем произошёл переход к унифицированным обозначениям: буквы (тип) + цифра (номер модификации).

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.

Принцип действия паровоза

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Топливо сжигается в топке котла. Дно топки представляет собой колосниковую решётку, на которой и происходит горение. Зола и шлак ссыпаются через решётку в зольник. Топка закреплена внутри котла на связях и полностью покрыта водой, чтобы максимально полно использовать теплоту сгорания топлива.

Котёл пронизан множеством труб, называемых дымогарными и жаровыми, окружённых наполняющей котёл водой, по которым дым из топки проходит через весь котёл, попадает в дымовую коробку и затем выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Дымогарные и жаровые трубы являются, таким образом, теплообменником, который передаёт тепло сгоревшего топлива воде в котле.

Вода в котле нагревается и закипает. Образующийся пар собирается в расположенном в верхней части котла сухопарнике, который по своей форме несколько напоминает колокол или купол. В большинстве паровозов пар затем проходит через пароперегреватель.

Из пароперегревателя пар через трубы поступает в паровую машину. Золотник (золотниковый клапан) направляет пар попеременно в переднюю и заднюю части парового цилиндра, приводя расположенный в цилиндре поршень в возвратно-поступательное движение. Это движение посредством кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное и передаётся колёсам паровоза.

Отработанный пар через конусное устройство (форсовый конус) направляется в дымовую трубу, где таким образом создаётся тяга, необходимая для горения топлива в топке.

Следует заметить, что проектирование паровозов было очень сложным процессом, во многом выбор основных параметров каждого элемента основывался на интуиции инженеров, а не на строгих расчётах.

Принцип работы машины паровоза в действии

Топливо

В основном на паровозах в качестве топлива использовался уголь. В тех районах, где нефть была доступнее угля, паровозы также эксплуатировались на нефти (мазуте), также использовались дрова, но в начале 1920-х годов от дров отказались в связи с повышением мощности паровозов, так как теплотворной способности дров уже не хватало. Но в годы разрухи и в период Великой Отечественной войны использовались дрова и торф.

Пылеугольное отопление

Неоднократно, как у нас в стране, так и за рубежом, предпринимались попытки использования пылеугольного отопления. Теоретически, факельное сжигание угольной пыли позволяло повысить КПД паровоза (либо увеличить мощность при сохранении объёма топки). Но необходимая эксплуатационная надёжность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к засорению расплавленными частичками шлака задней решётки топки и внутренней поверхности жаровых труб, что резко ухудшало их теплопроводность, следовательно, уменьшало теплоотдачу от факела к воде в котле, и, таким образом, снижало КПД локомотива.

Автоматическая подача топлива

Когда объёмы топок мощных паровозов достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Первые попытки создания механического углеподатчика — стокера — были предприняты в США в 1889 году, но они оказались неудовлетворительными. После многолетних исследований мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решётки оснащались также стокером «Дуплекс» — с двусторонней верхней подачей угля в топку. В СССР стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС.

Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером — механическим устройством, разрыхляющим смёрзшийся уголь и продвигающим его к транспортёру стокера.

Недостатки паровоза

Недостатки паровоза, предопределившие его замену электровозами и тепловозами следующие:

  • Крайне низкий КПД — максимальный до 5—10 %. В настоящее время существуют разработки, позволяющие поднять КПД паровоза до 50—60 %, на то есть практические примеры в Швейцарии. Но в данный момент слишком дорого перепрофилировать производство.
  • Необходимость заправки паровоза водой.
  • Невозможность использования по системе многих единиц (когда один машинист управляет несколькими сцепленными локомотивами).
  • Тяжёлые условия труда локомотивной бригады.

Скорость паровозов

Паровоз «Ракета» в Музее Науки (Science Museum) в Лондоне
ГодСтрана / дорогаНазвание паровозаСкорость (км/ч)
1769Франция / ПарижПаромобиль Кюньо3,5—4
1825Англия / Стоктон—ДарлингтонПаровоз Стефенсона24
1830Англия / Ливерпуль—Манчестер«Ракета» Стефенсона48
1835Англия / Ливерпуль—МанчестерЛокомотив Sharp & Robertsсвыше 100
1890Франция«Crampton No. 604»144
1893США / Нью-Йоркская центральная железная дорогаNo. 999181
1935Франция / Северная3.1174174
1935США / Тихоокеанская железная дорогаКласс А Nr. 1181
1936Германия / Немецкий Рейхсбан05 002200,4
1938Англия / LNERКласс А4 Nr. 4468 «Mallard»201,2

История паровоза

Современная реплика «Ракеты»

Самый первый паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1804 году, однако первый по-настоящему работоспособный паровоз, «Ракета» (Rocket) был создан Джорджем Стефенсоном в 1830 году. В течение XIX века паровозы совершенствовались, например, был изобретён пароперегреватель, вводились новые типы паровых машин (например, компаунд-машины). К началу XX века сложилась устоявшаяся конструкция паровоза. Тогда же у паровоза появились конкуренты — электровозы и тепловозы. После Второй мировой войны в Европе и Северной Америке паровозы перестали строить. Сохранившиеся машины ещё проработали до шестидесятых—восьмидесятых годов, после чего были выведены из эксплуатации.

Дольше паровозы продержались в странах Азии. Так, в Индии на железных дорогах широкой колеи паровозы использовались до 1996 года. В Китае паровозы строились вплоть до восьмидесятых годов, они широко используются и в начале XXI века.

На Кубе сохранилось большое число очень старых (средним возрастом в 70—80 лет) паровозов производства США. Дело в том, что после прихода к власти на Кубе Ф. Кастро США ввели против Кубы торговое эмбарго, и, таким образом, Куба не могла закупать более современные локомотивы.

В Европе, России и Северной Америке в наши дни паровозы используются на музейных железных дорогах, также поддерживается паровозная инфраструктура (депо, запасы угля, водонапорные башни и др.): паровоз является стратегическим транспортным средством на случай войны.

Раскраска паровозов

В России пассажирские паровозы раскрашивались следующим образом:

  • Зелёный или синий: котёл (кроме дымовой коробки), цилиндры, будка и тендер;
  • Ярко-красный: колёсные центры, рама, тележки, буферный брус;
  • Белый: боковые поверхности бандажей колёс и торцы осей;
  • Чёрный: все остальные детали;
  • На стенках будки белой краской наносились название дороги, серия и номер. Серия и номер также повторялись на буферном брусе.

Раскраска грузовых паровозов:

  • Красный: рама паровоза, буферный брус, колёса, дышла (поршневые по выштамповке), ходовой мостик вдоль котла с торца;
  • Белый: бандажи колёс;
  • Чёрный: все остальные части паровоза;
  • Номерной знак красный в красной окантовке. Наносился с обеих сторон на нижней части будки машиниста и на буферном брусе.

Характеристики паровоза

Паровоз Су-213-89 (памятник в Пензе)

Паровоз Су-250-64

  • Конструктивная скорость — максимальная скорость, с которой мог двигаться паровоз;
  • Максимальная мощность;
  • Сила тяги;
  • Площадь колосниковой решётки. Чем больше была эта площадь, тем выше форсировка котла. Паровозы с большой колосниковой решёткой лучше работали на низкокачественном угле;
  • Поверхность нагрева котла. Складывалась из площади дымогарных и жаровых труб, проходящих от топки через воду к дымовой коробке. От площади нагрева также зависела итоговая мощность паровоза;
  • Нагрузка на ось. Измерялась в тоннах и показывала степень влияния паровоза на путь — чем больше эта величина, тем сильнее была нагрузка на рельсы при проходе локомотива;
  • Рабочее давление пара в котле. Чем больше эта величина, тем большую мощность давала паровая машина;
  • Угол отсечки. Чем меньше было значение угла отсечки пара при нужной мощности, тем меньше был расход пара, и, соответственно, требуемое количество топлива.

Паровозы последних выпусков в СССР возили составы в 3000—4500 т. Мощность некоторых серий паровозов при скорости 50 км/час доходил до 4500 л. с. КПД первых паровозов не превышал 2—4 %, у последних он достигал 9,3 %.

См. также

Ссылки

  • Сайты на русском языке, посвящённые паровозам:
  • Отдельные страницы о паровозах:

Литература

  • Никольский А. С. Паровозы серии С. — Виктория, 1997.
  • Хмелевский А. В., Смушков П. И. Паровоз (Устройство, работа и ремонт). Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. — 2-е издание. — М.: 1979.
  • БСЭ. — 2-е издание.

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Паровоз: устройство, работа и ремонт

Паровоз: устройство, работа и ремонт   ОГЛАВЛЕНИЕ

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Общие сведения о паровозах

1. Виды локомотивов . ….. 3

2. Краткие сведения о развитии отечественного паровозостроения .. 4

3. Схема устройства и процесс работы паровоза . . . 7

4. Классификация паровозов . . . . . 9

5. Основные серии паровозов железных дорог СССР .. 10

6. Эффективное использование и хороший уход — важнейшие условия высокой производительности паровозов .. 14

7. Организация ремонта паровозов .. 16

Раздел 2. ПАРОВОЗНЫЙ КОТЕЛ

Глава 2. Топка

8. Параметры котла. Основные части топки .. 20

9. Типы и формы топок . . . . 23

10. Материал и соедииение листов топки .. 25

11. Укреплеиие стенок топки. . . 27

12. Циркуляционные устройства н свод .. 31

Глава 3. Цилиндрическая часть котла и дымовая камера

13. Барабаны котла . . 33

14. Передняя трубная решетка .. 35

15. Сухопарник . . 36

16. Дымогарные и жаровые трубы .. 37

17. Дымовая камера.. 40

18. Теплоизоляция и обшивка котла .. 42

Глава 4. Гарнитура котла

19. Дымовытяжное устройство .. 43

20. Сифон .. 46

21. Искрогасители .. 47

22. Колосниковая решетка .. 49

23. Зольник .. 52

24. Топочные дверцы .. 53

25. Приборы очистки жаровых и дымогарных труб .. 55

26. Оборудование топки для нефтяного отопления .. 57

Глава 5. Паропровод и регуляторы

27. Схема паропровода .. 64

28. Регуляторы .. 65

29. Паросушители .. 71

30. Паровые трубы н их соединения .. 73

Глава 6. Пароперегреватели

31. Свойства насыщенного н перегретого пара .. 74

32. Системы пароперегревателей .. 75

33. Элементы пароперегревателя .. 77

34. Коллекторы . . . 80

35. Устройства для промывки элементов пароперегревателя .. 82

Глава 7. Арматура котла

36. Водоуказательные приборы .. 85

37. Контрольные пробки .. 88

38. Манометры .. 89

39. Предохранительные клапаны .. 90

40. Пароразборная колонка .. 92

41. Спускные краны и продувка котла .. 93

42. Люки, люки-пробки и люк-лаз котла .. 96

43. Свисток .. 98

44. Уход за арматурой котла .. 99

Глава 8. Питательные приборы

45. Схема устройства, принцип работы и типы инжекторов .. 101

46. Всасывающие инжекторы .. 104

47. Невсасывающие инжекторы .. 108

48. Уход за питательными приборами .. 112

49. Внутрикотловая обработка воды .. 112

Глава 9. Ремонт паровозного котла

50. Ремонт огневой коробки и кожуха топки .. 115

51. Ремонт и смена связей и анкерных болтов .. 120

52. Ремонт циркуляционных труб .. . . . 122

53. Ремонт цилиндрической части котла и передней решетки .. 123

54. Ремонт и постановка жаровых и дымогарных труб .. 125

55. Освидетельствование и испытание котлов . . 131

Глава 10. Ремонт регулятора, гарнитуры, пароперегревателя и арматуры

56. Ремонт регулятора и гарнитуры .. 134

57. Ремонт пароперегревателя .. 136

58. Ремонт арматуры котла .. 141

Раздел 3. ПАРОВАЯ МАШИНА ПАРОВОЗА

Глава 11. Общее устройство и работа паровой машины

59. Схема устройства машины .. 148

60. Распределение пара простым золотником .. 149

61. Золотник с перекрышами и работа машины с расширением .. 153

62. Работа и мощность паровой машнны .. 156

63. Сила тяги и к. п. д. паровоза … 159

Глава 12. Паровые цилиндры, поршни и золотники

64. Конструкция цилиндров ……. 162

65. Цилиндровые и золотниковые втулки и крышки цилиндров .. 166

66. Поршни .. . . . . . . . 169

67. Парораспределительные золотники .. 171

68. Поршневые и золотниковые сальники .. 175

69. Арматура цилиндров … 178

70. Уход за цилиндрами, поршнями и золотниками .. 180

Глава 13. Движущий механизм

71. Ползуны .. 182

72. Параллели .. 188

73. Ведущие дышла .. 191

74. Сцепные дышла и их соединения .. 196

Глава 14. Парораспределительный механизм

75. Кулисный механизм Вальсхарта .. 202

76. Конструкция деталей кулисного механизма .. 207

77. Усовершенствование парораспределительного механизма .. 215

78. Переводные механизмы . . . . . 218

79. Уход за движущим и парораспределительным механизмами .. 220

Глава 15. Ремонт паровой машииы

80. Ремонт цилиндров, поршней н золотников .. 223

81. Ремонт сальников и арматуры цилиндров .. 231

82. Ремонт и установка параллелей и ползунов .. 232

83. Ремонт и проверка движущего механизма. . . . . 237

84. Ремонт и регулировка парораспределительного механизма . . 241

85. Проверка движущего и парораспределительного механизмов и золотников .. 246

Раздел 4. ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ ПАРОВОЗА

Глава 16. Паровозная рама

86. Типы и конструкции рам .. 249

87. Укрепление котла на раме .. 256

88. Сцепные приборы .. 258

Глава 17. Буксы и колесные пары

89. Буксы . . 262

90. Централизованная смазка букс .. 269

91. Колесные пары .. 272

Глава 18. Рессорное подвешивание

92. Типы рессорного подвешивания .. 277

93. Рессоры и детали подвешивания .. 281

94. Увеличитель сцепного веса паровоза .. 285

Глава 19. Паровозные тележки

95. Движение паровоза по кривым и назначение тележек .. 287

96. Одноосные тележки .. 288

97. Двухосные тележки .. 295

98. Уход за колесными парами, буксами и рессорным подвешиванием .. 298

Глава 20. Ремонт экипажной части

99. Неисправности паровозной рамы, ее ремонт и проверка . . . 303

100. Ремонт букс, подшипников скольжения и рессорного подвешивания .. 307

101. Освидетельствования, основные неисправности и ремонт колесных пар . . . . 311

102. Ремонт паровозных тележек .. 315

103. Виды осмотров и основные неисправности подшипников качения .. 318

Раздел 5. ТЕНДЕР ПАРОВОЗА

Глава 21. Устройство и ремонт тендеров

104. Общие сведения .. 320

105. Рама и бак тендера .. 320

106. Автоматическая сцепка тендера .. 325

107. Тележки тендера … 329

108. Оборудование тендера для нефтяного отопления .. 335

109. Уход за тендером … 337

110. Неисправности и ремонт тендера .. 339

Раздел 6. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПАРОВОЗА

Глава 22. Механический углеподатчик

111. Назначение и типы углеподатчиков .. 342

112. Углеподатчик типа С-3 .. 342

113. Паровая машина углеподатчика .. 345

114. Редуктор, конвейерные винты .. 348

115. Сопловая коробка и распределительная плита .. 350

116. Уход за углеподатчиком .. 353

117. Ремонт углеподатчика .. 354

Глава 23. Смазочные приборы

118. Смазочные материалы, применяемые на паровозах .. 356

119. Смазочные приборы …. 358

120. Маслопровод, обратные клапаны, приборы для нагнетания смазки .. 365

121. Ремонт пресс-масленок .. 368

Глава 24. Водоподогреватель

122. Принципиальная схема и установка водоподогревателя на паровозе .. 372

123. Смесительная камера и насосы .. 374

124. Уход за водоподогревателем .. 380

125. Ремонт водоподогревателя .. 383

Глава 25. Устройства, повышающие безопасность движения

126. Скоростемер .. 386

127. Механизм скоростемера … 388

128. Диаграммная лента, ее расшифровка, обслуживание скоростемера .. 393

129. Автоматическая локомотивная сигнализация с автостопом .. 396

130. Электрическое освещенне … 399

131. Турбогенератор ….. 400

132. Радиосвязь .. 403

Глава 26. Песочница, будка, инструмент

133. Песочница .. 404

134. Будка машиниста … 410

135. Инструмент и инвентарь паровоза .. 411

parmashina.narod.ru

No related posts.