Паровозы. Паровозы По числу цилиндров паровой машины
Паровоз состоит из трех основных частей, объединенных в одно целое: котла, паровой машины и экипажа. К экипажу обычно постоянно прицеплен тендер, который служит для хранения запасов топлива, воды, смазки и обтирочных материалов.
Принцип работы паровоза заключается в следующем. В части котла, называемой топкой А (рис. 1), сжигается топливо. Газы сгорания топлива, горящего на колосниковой решетке 29, огибая свод 3, опирающийся на циркуляционные трубы 2, омывают стенки огневой коробки 4 и входят через отверстия задней трубной (огневой) решетки 5 в жаровые 7 и дымогарные 6 трубы и через их стенки отдают свое тепло воде. Выйдя через отверстия передней трубной решетки 11 в дымовую коробку В, газы огибают искроотбойные щитки, проходят искрогасительную сетку 16 и выходят через дымовую трубу 15 в атмосферу. Шлак и зола проваливаются через отверстия колосниковой решетки в зольник 28. Образующийся в результате нагрева воды в котле пар собирается над водой в замкнутом стенками котла пространстве, отчего его давление постепенно растет, доходя до рабочего.
Чтобы привести паровоз в движение, открывают с помощью привода 30 регулятор 10 и пар из парового колпака 9 поступает в камеру насыщенного пара 12 коллектора пароперегревателя. Затем пар протекает по трубкам (элементам) 5 пароперегревателя, размещенным в жаровых трубах. От нагрева газами сгорания температура пара в элементах пароперегревателя повышается до 400—450°С и он с такой температурой поступает в камеру перегретого пара 13 коллектора пароперегревателя, откуда по паровпускным трубам 14 проходит к паровой машине паровоза.
В цилиндрах 20 потенциальная энергия пара превращается в механическую энергию возвратно-поступательного движения поршня 21, а связанное с ним поршневое дышло 22 и сцепные дышла 23 вращают движущие колеса 24. Отработавший в паровой машине пар выходит по паровыпускным трубам 19 в форсовой конус 18, создавая тягу газов в котле, и далее через дымовую трубу 15 вместе с газами сгорания в атмосферу.
На экипаже паровоза размещены котел, паровая машина, будка машиниста 1, а на бестендерных паровозах и баки для запасов топлива и воды. Взаимодействие движущих колес экипажа с рельсами при работе паровой машины вызывает появление силы тяги, которая по сцепке 27 между паровозом и тендером, и далее через автосцепку 26 воздействует на прицепленные к паровозу вагоны и заставляет их двигаться вместе с ним.
Для облегчения прохода и безопасности движения с высокой скоростью на кривых участках пути быстроходные паровозы снабжают передней тележкой (бегунком) 40. В паровозах большой мощности с широкой и тяжелой топкой экипаж дополняли задней (поддерживающей) тележкой 25, имеющей колеса небольшого диаметра, позволяющие разместить ее под топкой.
Паровозы, построенные для обслуживания внутризаводских и подъездных путей промышленных предприятий, тендеров не имеют (танк-паровоз).
Наглядное представление, о распределении тепла, содержащегося в расходуемом паровозом топливе, может дать диаграмма, изображенная па рис. 2.
Потери в топке 1, в среднем оцениваемые в 8%, складываются из химического и механического недогорання топлива. Химический недожог объясняется невозможностью сжечь весь углерод С в окись—-С0 2 ; некоторая часть углерода, из-за недостатка воздуха, сгорает в закись углерода СО, не отдавая всего тепла, которое может выделиться при полном окислении углерода. Механический недожог складывается из уноса несгоревшпмп мелких частиц топлива из топки с потоком воздуха и газов, а также из попадания в шлак н провала через колосники в зольник некоторого количества топлива.
Служебный расход пара 2, составляющий в среднем около 6,5%, необходим для работы паровой машины углеподатчика, разбрасывания угля по колосниковой решетке, подачи воды в котел, продувки жаровых и дымогарных труб, работы паровоздушного насоса и питания турбины электрогенератора.
Потери на внешнее охлаждение котла 3, оцениваемые в среднем в 1,5%, пояснений не требуют. В зимнее время они возрастают в связи с понижением температуры окружающего котел воздуха.
Вторую по величине потерю —с уходящими газами 4 — в среднем можно принять 17—18%. Она может быть уменьшена за счет подогрева воздуха уходящими газами.
Неизбежные утечки пара 5 через сальники и различные уплотнения принимают обычно равными 5%. Однако, при тщательном уходе за паровозом и высококачественном ремонте эти потери могут быть существенно уменьшены.
Наибольшие потери составляет тот запас тепла, который заключен в покидающем паровую машину отработавшем паре 6; они составляют 52—53% и могут быть уменьшены за счет использования некоторой части отработавшего пара для подогрева питательной воды, хорошей регулировки парораспределения в грамотного управления паровозом.
Механические потери в машине и в шейках на трение 7 оцениваются в 1,5—2%. Кроме применения подшипников качения в дышловом механизме и в буксах, эти потери можно несколько уменьшить хорошим уходом, своевременным и правильным смазыванием мест трения.
Из приведенных данных явственно выделяется большое значение экономного расходования топлива.
Паровозы, устройство которых на фоне других технологий сегодня является примитивным, до сих пор применяются в некоторых странах. Они представляют собой автономные локомотивы, использующие в качестве двигателя паровую машину. Самые первые подобные локомотивы появились в XIX веке и сыграли ключевую роль в становлении экономики целого ряда стран.
Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера.
Принцип работы и устройство паровоза
Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:
- паровую машину;
- котел;
- экипаж.
В паровом котле получают пар - именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар - основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.
Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер - вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.
Паровой котел
При рассмотрения устройства и принципа работы паровоза начинать нужно с котла, так как это первичный источник энергии и главный компонент данной машины. К этому элементу предъявляются определенные требования: надежность и безопасность. Давление пара в установке может достигать 20 атмосфер и более, что делает его практически взрывчаткой. Нарушение работы какого-либо элемента системы может привести к взрыву, что лишит машину источника энергии.
Также данный элемент должен быть удобным в управлении, ремонте, обслуживании, быть гибким, то есть уметь работать с разным топливом (более или менее мощным).
Топка
Основной элемент котла - топка, где сжигают твердое топливо, которое подается при помощи углеподатчика. Если же машина работает на жидком топливе, то его подают через форсунки. Выделяемые в результате сгорания высокотемпературные газы передают тепло через стенки огненной коробки воде. Затем газы, отдав большую часть тепла на испарение воды и нагрев насыщенного пара, выводятся в атмосферу через дымовую трубу и искрогасительное устройство.
Образованный в котле пар аккумулируется в колпаке-сухопарнике (в верхней части). При достижении давления пара свыше 105 Па, специальный предохранительный клапан его сбрасывает, выпуская избыток в атмосферу.
Горячий пар под давлением подается через трубы к цилиндрам паровой машины, где он давит на поршень и шатунно-кривошипный механизм, приводя ко вращению ведущей оси. Отработанный пар поступает в дымовую трубу, создавая разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха в топку котла.
Схема работы
То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.
В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.
За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.
Преимущества
Как и другие типы обладают определенными достоинствами и недостатками. Плюсы следующие:
- Простота конструкции. Из-за несложного устройства паровой машины паровоза и его котла, наладить производство на машиностроительных и металлургических заводах было несложно.
- Надежность в работе. Упомянутая простота конструкции обеспечивает высокую надежность работы всей системе. Ломаться практически нечему, из-за чего паровозы работают в течение 100 и более лет.
- Мощная тяга при трогании.
- Возможность использования разных видов топлива.
Ранее было такое понятие как "всеядность". Оно применялось к паровозам и определяло возможность использовать древесину, торф, уголь, мазут в качестве топлива для этой машины. Иногда локомотивы отапливали отходами производства: разными опилками, зерновой шелухой, щепой, бракованным зерном, отслужившими смазочными материалами.
Конечно, тяговые возможности машины при этом снижались, однако это в любом случае позволяло экономить солидные средства, так как классический уголь стоит дороже.
Недостатки
Без недостатков тоже не обошлось:
- Низкий КПД. Даже на самых совершенных паровозах КПД составлял 5-9%. Это и логично, учитывая невысокий КПД самой паровой машины (около 20%). Неэффективность сгорания топлива, большие теплопотери при передаче тепла пара от котла к цилиндрам.
- Необходимость в огромных запасах топлива и воды. Особенно актуальной эта проблема становилась при эксплуатации машин в условиях засушливой местности (в пустынях, к примеру), где сложно раздобыть воду. Конечно, немного позже придумали паровозы с конденсацией отработанного пара, однако это не решало проблему полностью, а лишь упрощало ее.
- Пожароопасность, объясняемая открытым огнем сгорающего топлива. Этого недостатка нет на бестопочных паровозах, но дальность их следования ограничена.
- Дым и копоть, выбрасываемая в атмосферу. Серьезной эта проблема становится при движении паровозов в черте населенных пунктов.
- Тяжелые условия для бригады, которая обслуживает машину.
- Трудоемкость ремонта. Если в паровом котле что-то выходит из строя, то ремонт осуществляется долго и требует вложения средств.
Несмотря на недостатки, паровозы очень ценились, так как их использование существенно подняло уровень промышленности в разных странах. Конечно, сегодня применение подобных машин не актуально, в силу наличия более современных двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей. Тем не менее, именно паровозы положили начало созданию железнодорожного транспорта.
В заключение
Теперь вы знаете устройство двигателя паровоза, его особенности, плюсы и минусы эксплуатации. Кстати, сегодня на железнодорожных магистралях слаборазвитых стран (например, на Кубе) эти машины до сих пор применяются. До 1996 года они использовались и в Индии. В европейских странах, США, России этот вид транспорта существует лишь в виде памятников и музейных экспонатов.
Железнодорожный состав, состоящий из паровоза с тендером, вагона, напив-ной цистерны и товарной платформы, построен в кружке железнодорожного моделирования дорожной станции юных техников Северо-Кавказской железной дороги. Делали его младшие школьники под руководством В. М. Лосицкого.
Эти модели несложны и вполне могут быть изготовлены а школьном техническом кружке или в кружках технического моделирования станций юных техников.
Чертежи и выкройки наливной цистерны и товарной платформы не даем, а предлагаем эти детали сделать самостоятельно.
Необходимые для этого инструменты и материалы - миллиметровая линейка, карандаш, циркуль, лобзик, напильник, надфили, наждачная бумага, краски. На рисунках показаны размеры соединительных пазов и стыков для работы с фанерой толщиной 3 мм, если фанера толще, то соответственно изменятся и размеры (масштаб 1: 2).
Чтобы изготовить котел паровоза и корпус цистерны, надо в первую очередь выточить или подобрать оправку, соответствующую диаметру котла и корпуса цистерны. Размер заготовки для котла паровоза 220X134 мм. Затем ее обертывают плотной бумагой или тонким картоном в два-три слоя. Перед склейкой картон слегка смачивают и дают ему высохнуть на оправке, потом склеивают, ошкуривают и после вклейки цилиндра красят.
Паровозные дышла, дымовую трубу, прожектор, свисток изготовляют соответственно размерам на чертеже из любого, оказавшегося под рукой материала: целлулоида, плотного картона, ватманской бумаги. Крыши вагона и будки паровоза делают из плотного картона или фанеры толщиной 1 мм.
Для склеивания частей модели поезда можно применить клей ПВА (поливинилацетатная эмульсия), нитролак НЦ-551 (эмалит). Одинаковые буквы показывают места соединений.
Полотно железной дороги можно сделать из древесностружечной плиты, шпалы - из фанеры или листового полистирола, рельсы - из сосновых реек 3X5 или 4×4 мм или из листового полистирола.
Модель поезда, состоящего из паровоза, пассажирского вагона, цистерны и товарной платформы и сделанного из различных материалов:дерева, фанеры, - перед окраской необходимо обработать напильником или надфилем и наждачной бумагой. Задиры и трещины залить клеем.
Затем приступают к окраске. Кисть следует держать под углом 45-50° к скрашиваемой поверхности. Движения кистью должны быть легкими, свободными. Покрывая модель масляными красками, мазки обычно наносят сначала по длине, затем поперек и снова по длине. При этом нужно следить, чтобы краска ложилась равномерным тонким слоем и без потеков. Масляную краску обычно кладут в 2-3 слоя. Каждый последующий слой наносят после просушки предыдущего.
Рекомендуемые цвета окраски моделей: паровоз с тендером, котел, дымовая труба, сухопарник, рамы паровоза, тендера, вагон, подножки, буферные тарелки, передняя площадка паровоза и внутренняя поверхность колес, палуба, лестница, площадка - черные; бандаж (обод) колес поезда - белый; диски колес и передний брус паровоза - красные; боковая площадка паровоза, будка машиниста, боковая часть цилиндров, тендер, люки, вагон поезда - зеленые; стяжные обручи котла паровоза и прожекторов покройте бронзовой краской; крыши вагона и будки машиниста - серой или темно-коричневой; декоративные продольные полосы вагона - желтой.
Окна вагона оклейте с внутренней стороны полиэтиленовой прозрачной пленкой и изнутри окрасьте белой краской. имитируя оконные шторы.
Д. КУДИНОВ, г. Ростов-на-Дону
Представляю вашему вниманию свой 3-й паровоз ИС-20
Масштаб - 1:25
Длина модели 70 см
Ширина примерно 11,5 см
Высота примерно 20 см
Вес паровоза 3 кг
Материалы:
Колеса - напечатаны на 3D принтере (пластик)
Шатуны, и элементы сложной геометрической формы - деревянные линейки
Все остальное - листовой ПВХ 1-6 мм толщиной
На всю работу ушло около 5 месяцев
Технология:
Максимально подробно все описано в сказке: http://karopka.ru/forum/forum191/topic20819/
Вначале была построена 3D модель, затем по полученным чертежам вырезались элементы.
Инструменты - бормашина Дремель, электролобзик Проксон
Я не привязывался к конкретной машине, перед вами собирательный образ этого паровоза после версии 20-1
Страна постройки СССР;
Годы постройки 1932 - 1942
Заводы: Коломенский, Ворошиловградский
Период эксплуатации 1933 - 1972
Всего построено 649 шт
Конструкционная скорость 115 км/ч
Длина паровоза 16 365 мм
Служебный вес паровоза 133 - 136 т
Мощность 2 500 - 3 200 л.с.
Сила тяги до 15 400 кгс
История:
К 1930-м гг. на советских железных дорогах требовалось значительно повысить скорости движения пассажирских поездов. Паровоз Су с его максимальной скоростью в 125 км/ч и мощностью в 1 500 л.с. уже не мог удовлетворять этим требованиям. Магистральный пассажирский паровоз типа 1-4-2 был разработан Центральным локомотивопроектным бюро (ЦЛПБ) в 1932 году. И на момент создания он являлся самым мощным пассажирским паровозом в Европе. Обладатель премии Гран-при на Всемирной парижской выставке (1937г.). Самый сильный и мощный пассажирский паровоз в истории советского паровозостроения. Особенностью паровоза являлась большая унификация по многим деталям с грузовым паровозом ФД.
При проектировании этой модели были использованы самые передовые технологии, применявшиеся тогда в паровозостроении. При разработке конструкторам К. Сушкину, Л. Лебедянскому, А. Сломинскому удалось использовать для нового паровоза не только котёл и цилиндры от его предшественника – паровоза ФД, но множество других узлов.
В апреле из ЦЛПБ рабочие чертежи нового паровоза поступили на Коломенский завод, который при участии Ижорского завода 4 октября 1932 года выпустил первый пассажирский паровоз типа 1- 4-2. По решению рабочих завода, новому паровозу была присвоена серия ИС – Иосиф Сталин.
С апреля по декабрь 1933 года были проведены испытания. В них паровоз показал мощность в 2500 л.с., что более чем вдвое превосходило мощность паровоза Су, а в некоторых случаях значение мощности у ИС даже достигало 3200 л.с.
В 1934 году на XVII-ом съезде ВКП (б) принимается решение о том, что паровоз ИС во второй пятилетке должен стать основной единицей пассажирского паровозного парка.
В предвоенные годы паровозы серии ИС работали на многих дорогах Европейской части СССР и Сибири. Именно «ИС» водил «Красную стрелу». И именно «Сталины» были наиболее быстроходными, разгоняясь до 115 км/ч, а в обтекаемом кожухе – и до 155 км/ч.
В годы войны они были сосредоточены в восточных районах страны.
После войны паровоз эксплуатировался со скоростями не выше 70 км/ч, поэтому с него был снят обтекаемый капот. Тем не менее в апреле 1957 года, на данном паровозе со специальным поездом была достигнута скорость 175 км/ч, что было последним рекордом скорости для паровой тяги в СССР.
Паровозы ИС обслуживали такие важные направления, как: Харьков - Минеральные Воды, Москва - Смоленск - Минск, Москва - Ожерелье - Валуйки, Мичуринск - Ростов-на-Дону и другие, на которых они пришли на смену пассажирским паровозам серий Су, С, Л и пр.
Эти паровозы работали с поездами до 1966-1972 гг.
В разгар борьбы с культом личности, все «ИС» были переименованы в «ФДП» с приставкой «пассажирский»
Время жестоко обошлось с некогда знаменитой серией. Сохранилась лишь одна машина, установленная на пьедестале в Киеве.
