Паровозы



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 формуле
Описывает 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
Цилиндр

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 пара
На 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



Схема

Обозначения
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15

16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27

28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39

40  41  42  43  44  45  46  47





1. Тендер
Специальный 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).

Тендер

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

Назад к схеме


6. Турбогенератор
Турбогенератор

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

Назад к схеме


7. Песочница
Ёмкость 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.

Песок

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 регулятора
Соединена в кабине с рычагом подачи пара в машину. Вобщем тяга «газа».

Назад к схеме


9. Сухопарник
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 насос
Предназначен для питания тормозной сети поезда сжатым воздухом и для обслуживания различных механизмов, например, песочницы.


Паровоздушный насос

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
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 труба
По ней пар поступает в цилиндр.

Паровпускная труба

Толстая, жёлтая труба.

Назад к схеме


13. Дверца дымовой коробки
Дверца дымовой коробки

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

Назад к схеме


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

Назад к схеме


15. Поддерживающая тележка
Поддерживающие 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 котла
По ней ходят, когда обслуживают паровоз.

Назад к схеме


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

Экипажная часть локомотива

Назад к схеме


18. Тормозная колодка


19. Пескоподающая труба
Через неё подают песок под колёса.

Назад к схеме


20. Сцепное дышло
Соединяет ведущие колеса с ведомыми.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы


21. Парораспределительный механизм
С помощью этого механизма изменяют направление движения паровоза.

Парораспределительный механизм

Назад к схеме


22. Тяговое дышло
Соединяет шток поршня и ведущие колесо.

Назад к схеме


23. Шток
Соединяет поршень и тяговое дышло.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы


24. Поршень
Поршень

Снизу поршень, а сверху поршневой распределитель пара.

Назад к схеме


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

Поршневой распределитель пара (сверху).

Поршень


Распределитель пара

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 пара
Корпус распределителя пара.

Назад к схеме


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

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

Дымогарные трубы

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


29. Котёл с водой
Собственно котёл в котором кипит вода.

Котёл

Котёл

Раскалённые газы, проходя по трубам внутри котла, очень эффективно разогревали воду.

Назад к схеме

Вниз к принципу работы


30. Жаровые трубы
Жаровые трубы являются основным компонентом трубчатых пароперегревателей.

Жаровые трубы

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

Жёлтые трубы — это часть пароперегревателя.


Назад к схеме

Вниз к принципу работы


31. Регулятор/Дроссельная заслонка
Регулирует количество пара поступающего в машины.

Дроссельная заслонка

Назад к схеме


32. Коллектор пароперегревателя
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 труба
Через неё выходит дым.

Дымовая труба

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. Прожектор
В прожекторе стоит лампа накаливания не меньше 500 ватт.

Назад к схеме


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

Назад к схеме


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

Назад к схеме


37. Угольный ящик
Здесь лежит запас угля.

Назад к схеме


38. Колосниковая решётка
Представляет 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. Зольник
Зольник (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.

Зольник

Назад к схеме


40. Букса
Стальная 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.

Букса

Назад к схеме


41. Рессорный балансир
Служит для распределения нагрузки на рессоры.

Назад к схеме


42. Рессора
Упругий 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.

Рессора

Назад к схеме


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

Назад к схеме


44. Стойка рессоры
В стойку рессоры упирается ось.

Назад к схеме


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

Конус

Назад к схеме

Вниз к принципу работы


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

Назад к схеме


47. Сцепное устройство
Служит для сцепки вагонов.

Сцепное устройство

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.

Схема

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.

Поехали

Так паравоз едет вперёд

Парораспределительный механизм

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




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



Richard TrevithickВ 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»

Механический путешественник



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.

Puffing Billy


Пыхтящий Билли — самый старейший из сохранившихся паровозов

Puffing Billy

Находится в «Science Museum, London»






«Ракета»



Джордж СтефенсонВ 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.




Блюхер

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.



Ракета

Подлинный паровоз Стевенсона. Science Museum (London)



Ракета

Реплика. National Railway Museum. York, England



Ракета в разрезе


С этого времени началась Эра Паровозов.






Интересные паровозы



Крушение на вокзале Монпарнас


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

«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


Паровоз Э-1112

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




Паровоз «Андрей Андреев»


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»


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»


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




S1 «Большой Мотор»


S1

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»


"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
  • +806
  • 20019
Поддержать автора




Telegram-чат istarik

Задать вопрос по статье
Telegram-канал istarik

Известит Вас о новых публикациях






Комментарии (1)

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.