Осень всегда была одним из самых красивых времён года. Есть что-то загадочное и манящее в этой жёлтой облетающей листве... Этот сладкий дым, который встаёт над трубами... Всё это натолкнуло нас на мысль о сегодняшней статье. Дым из труб... А ведь таким был наш прадедушка, полный силы и мощи! Или это не так?
Сегодня мы узнаем как устроен паровоз, зачем ему бегунковые колёса, где у него дышло и почему производительность меряют его КПД?
На связи #Команда091, поехали!
Паровоз. Как это работает?
Паровоз – это локомотив приводимый в движение силой пара. Как-же эта сила водит поезда? Да в принципе очень просто! В большом котле снизу в топке горит огонь и греет воду, вода дает пар а он и поступает в цилиндры к поршням, двигая их взад-вперед и через кривошипно-шатунный механизм /систему рычагов, дышел/ заставляет вращаться ведущие колесные пары.
Да с виду это просто, но это только принцип, а дальше нескончаемые задачи, которые приходилось решать инженерам, чтобы получился локомотив, не только пыхтящий и дымящий, но и эффективно работающий, ведущий тяжелые поезда на разных профилях пути и еще с большой скоростью!
Главное в паровозе это конечно котел, а как получить в этом котле пар с давлением в 10 и больше, вплоть до 16 атмосфер, вот головоломка то, но все решено: давление в котле доведено до таких величин, чтобы вода не закипала при своих «классических» 100 градусах а закипала при 200 и даже 300 градусах! Для этого в котле должно быть очень большое давление. Поэтому топка — сложное устройство и работает в экстремальных условиях высоких температур и давлений, она имеет и обмуровку кирпичной кладкой и топочные связи для перегревания пара и контрольные пробки ну и конечно предохранительные клапаны, которые в случае превышения допустимого давления пара не допустят взрыва котла. Пар с такой температурой называется перегретым, именно благодаря ему и достигается все: мощность, скорость, экономичность и в конце концов коэффициент полезного действия (КПД) парового агрегата, очень важный показатель работы, который в будущем и решил дальнейшее развитие локомотивостроения не в его пользу, как ни старались инженеры, КПД паровоза так и не поднялся выше 10%, но что делать, с физикой не поспоришь!
А далее пар с большим давлением из котла по системе паропроводов поступает в так называемый «сухопарник», кто видел, это как бы такие большие кастрюли на верху котла, он отделяет наиболее сухой пар, а оттуда к паровой машине.
Паровая машина находится впереди локомотива и включает в себя цилиндры где находятся поршни, цилиндры располагаются с обоих сторон. Но как заставить чтобы вся эта система работала синхронно и точно, как например поршни двигаются взад и вперед, совершая возвратно-поступательные движения? Просто, над главными большими цилиндрами располагаются цилиндры поменьше в них и бегают взад-вперед так называемые «золотники», поршни поменьше, соединенные друг с другом. Вот эти самые золотники соединены тягами с эксцентриком на кривошипе главного ведущего колеса, который вращаясь при движении двигает взад и вперед золотники через эти тяги ну а последние открывают доступ пара в цилиндр то с одной, то с другой стороны поршня через специальные каналы, вот поршни и бегают туда-сюда всю дорогу.
Золотники перекрывая каналы также отводят из цилиндров отработанный пар и они принимают непосредственное участие в изменении направления движения паровоза. Происходит это так, к золотникам подходит еще одна тяга от так называемого «кулисного камня», который движется во внутренних пазах изогнутой такой большой детали, называемой «кулисой», нижний торец кулисы также соединен тягой с кривошипом на основной ведущей оси. Если требуется изменить направление движения, то для этого пар должен толкнуть поршень или с переднего или с заднего торца цилиндра, отсюда паровоз поедет вперед или назад. Чтобы это произошло надо передвинуть золотники, а уж они один канал перекроют а другой откроют.
В этом процессе ведущее место занимает «сервомотор», управляемый машинистом посредством рычага и тяги — пневматический цилиндр с поршнем и тягой, которая и передвигает золотники в одно из требуемых положений. Золотники перемещаются и посредством другой, описанной выше тяги, через кулисный камень, передвигают кулису вверх или вниз, а кулиса, в свою очередь, через свою нижнюю тягу переводит эксцентрик кривошипа в верхнее или нижнее положение что и определяет дальнейшее направление движения паровоза.
Вроде просто, но ух как сложно! Количество пара подаваемого в цилиндры и соответственно мощность и скорость паровоза регулируется регулятором, которым управляет машинист. От регулятора идет тяга к сухопарнику а там к особому клапану, который или увеличивает подачу пара к цилиндрам паровой машины или уменьшает ее. Под главными цилиндрами находятся выпускные клапаны, выпускающие излишний пар наружу и через них производится продувка цилиндров, во избежание гидравлического удара при движении поршней. Но повторюсь, это только в принципе, а в действительности работа паровой машины и всего кривошипно-шатунного механизма требует точнейшей синхронизации всех процессов, механизмов, иначе локомотив просто не сдвинется с места, не говоря уже о какой-то полезной работе. Все это требовало огромных расчетов, большого труда инженеров.
Механика наука очень точная, даже доли миллиметра играют в ней большую роль!
Вообщем двигаемся. Паровые машины тоже бывают разных типов, например, однократного расширения, так называемый «компаунд» — в этой системе пар выполнив свою работу в одном цилиндре быстренько попадает в другой, чтобы выполнить там такую-же работу. Такая схема применялась очень широко в раннем отечественном паровозостроении, но в дальнейшем на более мощных и скоростных моделях от нее отказались, пар поступает в оба цилиндра одновременно.
Ну а весь дым из топки уходит в трубу через дымогарные трубы и дымовую коробку. Также в устройстве котла присутствуют и жаровые трубы, они играют важную роль в процессе пароперегревания. А еще пар приводит в движение паровоздушный насос «тандем-компаунд» который качает воздух в главные резервуары а из них воздух поступает в тормозную систему, а еще используется для работы некоторых своих механизмов, сервомотор, например. Паровоздушный насос располагается на передней части рамы над паровой машиной у котла и его всегда хорошо видно, если смотреть на паровоз спереди.
Кто закидывает уголь?
Странно было бы предположить, что машинист. Наверное, всё слышали о такой профессии как кочегар, так вот: последний не имеет к подбрасыванию угля в топку паровоза тоже никакого отношения. Уголь в топку закидывал помощник машиниста, так как эта работа была достаточно сложной, да и закидывать уголь "как получится" тоже не выйдет, его распределяли равномерно специальным верным способом. За смену помощник машиниста паровоза мог перекидать таким образом до 10 тонн угля!
Но чем же занимался кочегар? Кочегар лишь подвигал уголь с тендера (запасник угля на подвижном составе) поближе к топке.
Держать всегда максимальное давление пара а также смотреть за котлом, уровнем воды и так далее но и не забывать смотреть вперед, наблюдать за сигналами, путями, стрелками, все как положено - вот задачи ,которые стояли перед помощниками. Паровоз не будет двигаться без нужного давления пара со всеми вытекающими отсюда последствиями, поэтому помощники машинистов готовились очень серьезно, они были и есть также физически сильные ребята /протопи-ка огромную топку лопатой, покидай туда вручную за всю поездку несколько тонн угля если нет стокера или он отказал/, конечно в тяжелых ситуациях вся локомотивная бригада по очереди берется за лопату и кидает уголь в топку. Вот посчитайте, для себя, в тендер в среднем входит 18 тонн угля и 28 тонн воды и это на поездку в одну сторону , где-то 150-250 километров!
Бегунковая ось и осевая формула
Немножко коснемся такого понятия, как осевая формула паровоза, хотя она применяется и ко всем другим современным локомотивам. Выглядит она так: 0-5-0 или 1-5-0 или 2-4-2 и так далее. Что все это значит? Разбираемся, первая цифра показывает о наличии первой поддерживающей паровую машину оси, на которой расположены маленькие колеса, называемые «бегунками» далее тире и вторая цифра говорит нам о количестве ведущих осей на которых расположены огромные ведущие колеса, тире и третья цифра, она несет информацию о количестве поддерживающих топку осей. Вот и все. Расшифровываем: 0 – бегунковой поддерживающей оси нет -5- пять ведущих осей — о – поддерживающих топку осей нет / паровоз серии Э/. Ну еще пример, для закрепления: 2-две поддерживающих паровую машину бегунковых оси-4-четыре ведущих оси-2-две поддерживающих топку оси /паровоз П-36.