Pobierz rysunki prostych modeli lokomotyw metalowych. Lokomotywy parowe. Wybieramy materiał wysokiej jakości
Obraz lokomotywy parowej można kliknąć
Lokomotywa parowa wykorzystuje energię pary wysokie ciśnienie. Ta przegrzana para wypycha szereg tłoków, które za pomocą korbowodów (zdjęcie poniżej) wprawiają koła w ruch obrotowy. Względna prostota konstrukcji i niezawodność parowozu sprawiły, że był on najpopularniejszym środkiem transportu od czasu pojawienia się pierwszych lokomotyw na początku XIX wieku aż do końca II wojny światowej.
Chociaż lokomotywy parowe są nadal szeroko stosowane w Indiach i Chinach. Jednak ich główną wadą jest niski współczynnik przydatna akcja: Nawet w najlepszych lokomotywach parowych nie więcej niż 6 procent energii uwolnionej podczas spalania węgla zamienia się w energię ruchu.
W nowoczesnym silnik parowy węgiel do spalania dostarczany jest automatycznie z palnika do paleniska. Gdzie pali się w temperaturze około 2550 stopni Fahrenheita (co odpowiada 1400 ° C). Zimna woda, która również jest magazynowana w tendrze, jest dwukrotnie podgrzewana w bojlerze parowym i zamienia się w przegrzaną parę pod wysokim ciśnieniem. Para ta, docierająca następnie do cylindrów, porusza tłoki i powoduje obracanie się kół pociągu. Część pary chłodzącej zamienia się z powrotem w wodę i wraca do kotła parowego. Pozostała część pary zostaje uwolniona komin.
Zachowanie ciepła
Para, która zadziałała na tłoki, jest nadal gorąca. W niektórych konstrukcjach lokomotyw część pary wylotowej jest wykorzystywana do wstępnego podgrzewania zimna woda- zanim ta woda dostanie się do kotła parowego.
Wzrost temperatury
Ciepła woda w kotle wodno-rurowym przechodzi przez rury otaczające palenisko i zamienia się w parę. Para ta przechodzi następnie przez inne rury wewnątrz pieca.
Tłok napędzany parą
Otwiera się lewy zawór tłokowy i para pod wysokim ciśnieniem dostaje się do cylindra (jak pokazano na (1) powyżej). Para powoduje przesunięcie tłoka w prawo i obrót koła (2.). Następnie lewy zawór zamyka się. Prawy zawór otwiera się i świeża para wpływa na drugą stronę tłoka (3). Teraz pod wpływem energii pary tłok powraca do swojego pierwotnego położenia, powodując w tym czasie jeden obrót koła (4). Potem wszystko się powtarza.
„Challenger” Union Pacific
Lokomotywa parowa jest lokomotywą autonomiczną elektrownia parowa, wykorzystując maszyny parowe jako silnik.
Lokomotywy parowe są jednymi z wyjątkowych środki techniczne stworzone przez człowieka, realizowały większość ruchu w XIX i pierwszej połowie XX wieku, odgrywając znaczącą rolę we wzroście gospodarek wielu krajów.
Lokomotywy parowe były stale udoskonalane i rozwijane, co doprowadziło do wielka różnorodność ich projekty, także te odbiegające od klasycznego.
Klasyfikacja parowozów
Według wzoru osiowego
Określa liczbę osi jezdnych, napędowych i podporowych. Metody zapisywania formuł (typów) osiowych są bardzo zróżnicowane. W rosyjskiej formie zapisu uwzględnia się liczbę każdego rodzaju osi, w formie angielskiej - każdego rodzaju koła, a w formie staroniemieckiej uwzględnia się tylko całkowitą liczbę osi i napędowych . Zatem wzór osiowy chińskiej lokomotywy parowej QJ w notacji rosyjskiej będzie wynosić 1-5-1, po angielsku - 2-10-2, a po staroniemieckim - 5/7. Ponadto wiele typów ma nazwy z klasyfikacji amerykańskiej, na przykład: 2-2-0 - „amerykański”, 1-3-1 - „Prairie”, 1-4-1 - „Mikado”, 1-5-0 - „Dekapod”.
Działające zestawy kołowe- wolne (to znaczy nie są na nie przekazywane siły trakcyjne z silników trakcyjnych) zestawy kołowe umieszczone przed napędowymi zestawami kołowymi. Służą do rozładunku przedniej części lokomotywy, a także do poprawy dopasowania lokomotywy do zakrętów.
Zgodnie z warunkami dopasowania do łuków osie jezdne muszą wykazywać znaczne odchylenie od średniej osi lokomotywy. Umieszczone są na wózku obrotowym, który może poruszać się poprzecznie do ramy lokomotywy.
Zestawy kołowe do jazdy- zestawy kołowe, na które przenoszone są bezpośrednio siły trakcyjne z silników lokomotyw.
Wsparcie zestawów kołowych- służą do podparcia tyłu lokomotywy i zapewniają dopasowanie do zakrętów.
Według liczby cylindrów silnika parowego
Najbardziej rozpowszechniony dwucylindrowy(jeden cylinder po prawej i lewej stronie) lokomotywy parowe są prostsze i bardziej niezawodne w konstrukcji, ale lokomotywy wielocylindrowe mają lepsze parametry dynamiczne.
U trzycylindrowy W lokomotywach parowych 2 cylindry znajdują się na zewnątrz ramy, a trzeci znajduje się pomiędzy nimi.
U czterocylindrowy W lokomotywach parowych dwa cylindry znajdują się na zewnątrz ramy, a pozostałe dwa mogą być umieszczone albo pomiędzy połówkami ramy, albo na zewnątrz, przy czym w tym przypadku 2 cylindry z każdej strony mogą być z kolei umieszczone albo za sobą :
Lub jeden na drugim:
W lokomotywach czterocylindrowych zastosowano maszynę typu złożonego:
Maszyna mieszająca ma dwa (lub więcej) cylindry robocze różne średnice. Świeża para z kotła wchodzi do mniejszego cylindra wysokociśnieniowego. Po pracy tam (pierwsza rozbudowa) para zostaje przeniesiona do większej niskie ciśnienie. Ten schemat działania pozwala na pełniejsze wykorzystanie energii pary i zwiększa wydajność silnika.
Zasada działania:
Schemat lokomotywy:
HPC - cylinder wysokociśnieniowy.
LPC - cylinder niskociśnieniowy.
Według rodzaju użytej pary
Na parze nasyconej- powstająca para po odparowaniu wody natychmiast dostaje się do cylindrów. Schemat ten zastosowano w pierwszych lokomotywach parowych, ale był bardzo nieekonomiczny i poważnie ograniczał moc.
Na przegrzanej parze- para jest dodatkowo podgrzewana w przegrzewaczu do temperatury ponad 300°C, a następnie trafia do cylindrów maszyny parowej. Schemat ten pozwala na znaczne oszczędności pary (do 1/3), a co za tym idzie paliwa i wody, dzięki czemu zaczęto go stosować w zdecydowanej większości produkowanych parowozów o dużej mocy.
Przegrzewacz to system rurowych kanałów przechodzących przez palenisko (patrz sekcja „Kotły”).
Schemat lokomotywy parowej
Specjalny wagon dołączony do lokomotywy parowej przeznaczony jest do transportu paliwa do lokomotywy (drewno, węgiel lub olej) oraz wody. Dla potężnych lokomotyw, które zużywają duża liczba węgla, w przetargu wystawiany jest także mechaniczny podajnik węgla (ruszt).
2. Kabina kierowcy
Nie ma sensu opisywać celu wszystkich urządzeń sterujących i monitorujących; w ten czy inny sposób są one związane z dostarczaniem i dystrybucją pary.
Niektóre krany, zawory i manometry są powielane ze względów bezpieczeństwa lub w celu napraw na gorąco.
Jest też dźwignia rewersu do przełączania jazdy do przodu i do tyłu oraz dźwignia do regulowania ilości pary dostarczanej do cylindrów, słowem „gazu”.
Jest też dźwignia hamulca i napęd gwizdkowy. Zamiast dźwigni mogą znajdować się zawory.
Ponieważ lokomotywa parowa jest rzeczą niebezpieczną, w kabinie muszą znajdować się dwie osoby do monitorowania przyrządów.
I tak, w kabinie nadal jest gorąco.
3. Gwizdek
Aby dawać sygnały, na lokomotywie instaluje się proste, ale bardzo ważne urządzenie - gwizdek parowy, którego napęd jest podłączony do kabiny maszynisty. Jeżeli gwizdek jest uszkodzony, zabrania się wypuszczania lokomotywy pod pociąg.
Nowoczesne lokomotywy wyposażone są w gwizdki wielotonowe.
4. Ciąg odwrotny do mechanizmu dystrybucji pary
Jest on połączony z dźwignią biegu wstecznego w kabinie, za pomocą której następuje przełączanie ruchu do przodu i do tyłu. W nowoczesnych lokomotywach ta sama dźwignia steruje dopływem pary do cylindrów.
Przeznaczone do ochrony przed zniszczeniem urządzeń i rurociągów przez nadciśnienie poprzez automatyczne uwolnienie nadmiaru pary.
7. Piaskownica
Kontener z piaskiem instalowany na taborze trakcyjnym (lokomotywa, tramwaj itp.). Jest częścią systemu podawania piasku, którego zadaniem jest dostarczanie piasku pod koła, zwiększając w ten sposób współczynnik przyczepności kół do szyn.
Pod koła podaje się suchy piasek kwarcowy. Za pomocą sprężonego powietrza piasek z piaskownicy dostarczany jest do specjalnych dysz, które kierują strumień piasku na powierzchnię styku kół z szynami. W lokomotywach parowych instalowano jedną lub więcej piaskownic, zwykle w górnej części kotła parowego.
Kocioł wyposażony jest w korpus piaskownicy wypełniony suchym piaskiem drobny piasek. W korpusie znajdują się dysze dostarczające piasek do rur prowadzących do kół lokomotywy. W kabinie kierowcy zamontowany jest kran kierujący powietrze do dysz.
Parownica jest częścią kotła i służy do oddzielenia pary wodnej od kropelek wody i cząstek kamienia (aby nie przedostały się one do urządzenia).
Wnęka po prawej stronie to piaskownica.
W zbiorniku pary znajduje się początek rurociągu pary, stąd (przez grubą rurę) para przepływa przez zawór-regulator do przegrzewacza, a stamtąd do maszyny parowej. Regulator pozwala bardzo płynnie zwiększać dopływ pary i tym samym kontrolować moc lokomotywy. Dźwignia sterownicza tego zaworu znajduje się w skrzyni lokomotywy.
Zaprojektowany do zasilania sieci hamulcowej pociągu sprężone powietrze oraz do utrzymywania różnych mechanizmów, takich jak piaskownice.
Jest to sprężarka (pompa) napędzana małym silnikiem parowym zasilanym ze wspólnego kotła.
Wydajność wynosi około 3000 litrów powietrza na minutę.
Znajduje się z przodu lokomotywy. Zbiera gazy wydobywające się z rur dymowych i płomienicowych i uwalnia je do atmosfery przez komin.
Odgrywa ważną rolę w tworzeniu przyczepności w palenisku, co z kolei może znacznie zwiększyć moc lokomotywy. (Im lepszy ciąg, tym więcej powietrza przechodzi przez palenisko. Im więcej powietrza, tym lepiej się pali. Im lepiej się pali, tym wyższa jest temperatura.)
Aby wytworzyć ciąg w palenisku, musisz wytworzyć próżnię w komorze wędzarniczej:
Para wydechowa z cylindrów maszyny wpada do stożka rury i zasysa wraz z nią gazy z pieca. To tworzy próżnię.
15. Wózek podporowy
Podporowe zestawy kołowe to zestawy kołowe swobodne (tzn. nie są na nie przekazywane siły trakcyjne z silników trakcyjnych) umieszczone za zestawami kołowymi napędowymi. Służą do podparcia tyłu lokomotywy i zapewniają dopasowanie do zakrętów.
Urządzenie, które naprzemiennie kieruje przepływ pary do różnych wnęk cylindra.
Tłokowy dystrybutor pary (na górze).
Schemat pracy.
Istnieją również zawory suwakowe:
W zależności od położenia szpuli (1) okna (4) i (5) komunikują się z zamkniętą przestrzenią (6) otaczającą szpulę i wypełnioną parą lub z wnęką (7) połączoną z atmosferą.
Elementy konstrukcyjne kotła parowego, które służą do zwiększenia powierzchni grzewczej.
Rury przechodzą przez cały kocioł i przekazują ciepło przepływających przez nie gazów wodzie w kotle.
Cienki, niebieskie rury to rury dymowe.
Grube rury są ciepło, mają wewnątrz biegnące rury przegrzewacza (żółte). Biała, gruba rura (powyżej) biegnie od kotła parowego do przegrzewacza.
Ciekawe, że lokomotywa parowa, podobnie jak samochód, wymaga paliwa wysokiej jakości. Jeśli węgiel jest złej jakości, rury dymowe szybko zatykają się sadzą. Ich czyszczenie nie należy do najłatwiejszych zadań.
Z biegiem czasu rury wypalają się i są zastępowane nowymi.
Głównym elementem są płomienice przegrzewacze rurowe.
Rury strażackie to grube, niebieskie rury, w których biegną żółte rury.
Żółte rury są częścią przegrzewacza.
W kolektorze (to duże żółte coś) para z komory parowej rozprowadzana jest cienkimi rurkami (które z kolei przechodzą w pętli wewnątrz płomienic) i podgrzewana do temperatury ~300 stopni. i wchodzi do cylindrów maszyny przez grubą rurę.
35. Tuleja przewodu hamulcowego
Każdy wagon jest wyposażony układ hamulcowy zasilany sprężonym powietrzem z lokomotywy.
Wąż przeznaczony jest do podłączenia samochodów do wspólnego układu hamulcowego.
38. Ruszt
Jest to ruszt żeliwny, na którym spalane jest paliwo (węgiel, drewno opałowe). Ruszt posiada otwory lub szczeliny, przez które popiół wysypuje się do popielnika.
Popielnik (popielnik) to zasobnik umiejscowiony w dolnej części (pod rusztem) paleniska lokomotywy parowej, służący do gromadzenia popiołów i żużli powstających w wyniku spalania paliw. Popielnik musi umożliwiać okresowe czyszczenie.
Skrzynia stalowa lub żeliwna zawierająca łożysko ślizgowe, tuleję, smar oraz urządzenie doprowadzające smar do czopa osi lub łożysko toczne i smar.
Elastyczny element zawieszenia pojazd. Sprężyna przenosi obciążenie z ramy lub nadwozia na podwozie (koła, rolki gąsienic itp.) i łagodzi wstrząsy podczas jazdy po nierównych ścieżkach.
Teraz, gdy czytelnik zapoznał się z podstawowymi elementami lokomotywy parowej, czas dowiedzieć się, jak ona działa.
Zasada działania
Trevithick zbudował rondo w Londynie kolej żelazna, po którym lokomotywa poruszała się z prędkością 20 km/h bez ładunku i z prędkością 8 km/h z ładunkiem 10 ton.
Lokomotywa parowa Trevithicka spaliła tak dużo węgla, że wynalazek nie przyniósł żadnych korzyści komercyjnych. Lokomotywa ze względu na swój ciężar szybko sprawiła, że szyny przeznaczone do małych powozów konnych stały się bezużyteczne.
W kolejnych latach Trevithick zaprojektował i zbudował kilka kolejnych lokomotyw.
Lokomotywa posiadała dwie osie, na których spoczywał poziomy kocioł parowy. Był jeden z boku cylinder parowy, który poprzez łącznik i przekładnię poziomą napędzał mechaniczne „nogi” umieszczone z tyłu lokomotywy.
Nogi na przemian trzymają się toru i popychają lokomotywę do przodu, od czego lokomotywie nadano przydomek „Krocząca Lokomotywa”.
W 1815 roku podczas prób podwyższenia ciśnienia kocioł eksplodował. Lokomotywa została zniszczona, a kilka osób zginęło. Zdarzenie to uważa się za pierwszy na świecie wypadek kolejowy.
„Puchający Billy”
Być może pierwsza lokomotywa parowa, która okazała się naprawdę praktyczna. Po raz pierwszy jazdę pociągiem realizowano na nim wyłącznie dzięki sile przyczepności pomiędzy kołami a szynami, bez żadnej siły przyczepności dodatkowe urządzenia(jak zębatka na gąsienicach).Wbudowany 1813-1814 William Hedley, Jonathon Foster i Timothy Hackworth dla właściciela Wylam Mines, Christophera Blacketta.
Puffing Billy to najstarsza zachowana lokomotywa parowa.
W 1814 roku angielski wynalazca zaprojektował swoją pierwszą lokomotywę przeznaczoną do ciągnięcia wagonów węglowych dla kolei górniczej.
Samochód otrzymał nazwę „Blücher” na cześć pruskiego generała Gebharda Leberechta von Blüchera, który zasłynął ze zwycięstwa w bitwie z Napoleonem pod Waterloo.
Lokomotywa podczas testów przewoziła skład ośmiu załadowanych wagonów o łącznej masie około 30 ton z prędkością dochodzącą do 6-7 km/h.
15 lat później Stevenson zbudował lokomotywę parową – była to pierwsza na świecie lokomotywa parowa zbudowana rurowy kocioł parowy.
Dyrekcja Przedsiębiorstwa Transportu Drogowego Manchester-Liverpool ogłosiła bezpłatny konkurs na lepszy projekt lokomotywa Stephenson wystawiał swoją nową lokomotywę parową Rocket, która została zbudowana w jego fabryce w Rainhill.
Lokomotywa ta, o masie własnej 4,5 tony, swobodnie ciągnęła pociąg o masie całkowitej 17 ton z prędkością 21 km/h. Pod każdym względem „Rakieta” okazała się o rząd wielkości lepsza niż wszystkie inne lokomotywy.
Oryginalna lokomotywa Stevenson. Muzeum Nauki (Londyn)
Replika. Narodowe Muzeum Kolejnictwa. Yorku, Anglia
Od tego momentu rozpoczęła się era lokomotyw parowych.
Wydarzyło się to w Paryżu 22 października 1895 r. Pociąg osobowy, nie mogąc wyhamować na wzniesieniu, wybił ogranicznik toru, wjechał na peron stacji, przebił się przez ścianę budynku i spadł z wysokości na ulicę.
W wyniku wypadku pięć osób zostało rannych. Jedyną osobą zabitą była sprzedawczyni wieczornych gazet Marie-Augustin Aguilar, której kiosk został uderzony zawaloną ścianą.
Najszybsza lokomotywa
„Krzyżówka” nr 4468, projekt: Nigel Gracely (Anglia).
Lokomotywa ma 22,4 m długości i waży około 270 ton.
W 1938 roku ustanowił rekord prędkości parowozów – 202,7 km/h.
Najpopularniejsza lokomotywa
Opracowany w 1910 roku przez fabrykę w Ługańsku. Produkowany był do 1957 roku w fabrykach w Charkowie, Sormowskim, Kołomnej i Briańsku. Wyprodukowano około 10 000 egzemplarzy.
Lokomotywa parowa „Andriej Andriejew”
Jedyna lokomotywa na świecie z układem kół 4-14-4. Miał siedem osi napędowych. Odbył tylko jedną podróż i zniknął.
Faktem jest, że ze względu na swoją długość nie wpasował się w zakręty i wypadł z torów.
Stał na stacji Szczerbinka przez 25 lat, a w 1960 roku został zezłomowany.
Nazwany na cześć tego człowieka.
Lokomotywa parowa „Józef Stalin”
Duma radzieckiego przemysłu lokomotywowego - w chwili powstania była najpotężniejszą lokomotywą pasażerską w Europie i to właśnie ona zdobyła Grand Prix na Wystawie Światowej w Paryżu w 1937 roku.
Przyspieszył do 155 km/h.
Ten sam pociąg ekspresowy, tak ukochany przez Agathę Christie. Teraz jest bardzo popularne.
S1 „Duży silnik”
Na Wystawie Światowej w Nowym Jorku w 1939 r.
Największa eksperymentalna lokomotywa ze sztywną ramą, jaką kiedykolwiek zbudowano. Stał się jedyną lokomotywą parową na świecie formuła osiowa 3-2-2-3 jednak w odróżnieniu od innych typów lokomotyw przegubowych posiadał sztywną ramę.
Według pierwotnego projektu zakładano, że lokomotywa będzie w stanie ciągnąć skład o masie do 1000 ton i poruszać się z prędkością do 160 km/h, jednak tego celu nie udało się osiągnąć.
Niewystarczająca masa uciągu lokomotywy (lokomotywa niewiele ważyła) powodowała dość częste ślizganie się kół, a wyjątkowo duża długość lokomotywy (150 stóp) ograniczała jej użyteczność, uniemożliwiając jej pokonywanie zakrętów na większości torów kolei Pennsylvania Railroad.
Jedyny zbudowany egzemplarz służył do grudnia 1945 r., a w 1949 r. został zezłomowany.
Union Pacific „Duży chłopiec”
Parowozy Big Boy (amerykańskiej firmy ALCO) to największe produkcyjne parowozy na świecie (długość lokomotywy z tendrem wynosi 40,47 m) i drugie co do wielkości w historii światowej budowy lokomotyw (po eksperymentalnym parowozie PRR S1 ), a także najcięższe lokomotywy świata (masa lokomotywy z tendrem – 548,3 tony).
Lokomotywy parowe, których konstrukcja jest prymitywna w porównaniu do innych współczesnych technologii, są nadal używane w niektórych krajach. Reprezentują lokomotywy autonomiczne wykorzystując silnik parowy jako silnik. Pierwsze takie lokomotywy pojawiły się w XIX wieku i odegrały kluczową rolę w rozwoju gospodarek wielu krajów.
Konstrukcja parowozu była stale udoskonalana, co zaowocowało nowymi konstrukcjami, które bardzo różniły się od klasycznych. Tak powstały modele z przekładniami, turbinami i bez przetargu.
Zasada działania i budowa lokomotywy parowej
Pomimo tego, że istnieją różne modyfikacje konstrukcji tego transportu, wszystkie mają trzy główne części:
- silnik parowy;
- bojler;
- załoga.
W kotle parowym wytwarzana jest para - urządzenie to jest podstawowym źródłem energii, a para jest głównym czynnikiem roboczym. W silniku parowym przekształca się on w mechaniczny ruch posuwisto-zwrotny tłoka, który z kolei za pomocą mechanizmu korbowego przekształca się w ruch obrotowy. Dzięki temu koła lokomotywy obracają się. Para napędza także pompę parowo-powietrzną, generator turbiny parowej i jest używana w gwizdku.
Wózek pojazdu składa się z podwozia i ramy i stanowi podstawę ruchomą. Te trzy elementy są głównymi elementami konstrukcji lokomotywy parowej. Do pojazdu dołączony jest również tendr - wagon pełniący funkcję magazynu węgla (paliwa) i wody.
Kocioł parowy
Rozważając konstrukcję i zasadę działania lokomotywy parowej, należy zacząć od kotła, ponieważ jest to podstawowe źródło energii i główny element tej maszyny. Ten element ma określone wymagania: niezawodność i bezpieczeństwo. Ciśnienie pary w instalacji może sięgać 20 atmosfer lub więcej, co czyni ją praktycznie wybuchową. Awaria dowolnego elementu układu może doprowadzić do eksplozji, która pozbawi maszynę źródła energii.
Ponadto element ten musi być łatwy w zarządzaniu, naprawie, konserwacji i być elastyczny, to znaczy móc pracować z różnymi paliwami (mniej lub bardziej wydajnymi).
Palenisko
Głównym elementem kotła jest palenisko, w którym się pali paliwo stałe, który jest zasilany za pomocą podajnika węglowego. Jeśli maszyna działa paliwo płynne, następnie jest podawany przez dysze. Gazy o wysokiej temperaturze powstające w wyniku spalania przekazują ciepło przez ścianki paleniska do wody. Następnie gazy, dając większość ciepło potrzebne do odparowania wody i podgrzania pary nasyconej jest uwalniane do atmosfery przez komin i urządzenie wyłapujące iskry.
Para powstająca w kotle gromadzona jest w dzwonze parowym (w jego górnej części). Kiedy ciśnienie pary osiągnie wartość powyżej 105 Pa, specjalny zawór bezpieczeństwa uwalnia ją, uwalniając nadmiar do atmosfery.
Gorąca para pod ciśnieniem dostarczana jest rurami do cylindrów silnika parowego, gdzie naciska na tłok i korbowód oraz mechanizm korbowy, powodując obrót osi napędowej. Para spalinowa przedostaje się do komina, tworząc w komorze wędzarniczej podciśnienie, co zwiększa przepływ powietrza do paleniska kotła.
Schemat działania
Oznacza to, że jeśli ogólnie opiszemy zasadę działania, wszystko wydaje się niezwykle proste. Jak wygląda schemat lokomotywy parowej, można zobaczyć na zdjęciu zamieszczonym w artykule.
Kocioł parowy spala paliwo, które podgrzewa wodę. Woda zamienia się w parę, a wraz z nagrzewaniem wzrasta ciśnienie pary w układzie. Kiedy osiągnie dużą wartość, jest podawany do cylindra, w którym znajdują się tłoki.
Pod wpływem nacisku na tłoki oś obraca się, a koła wprawiają w ruch. Nadmiar pary jest uwalniany do atmosfery poprzez specjalny zawór bezpieczeństwa. Nawiasem mówiąc, rola tego ostatniego jest niezwykle ważna, ponieważ bez niego kocioł pękłby od środka. Tak wygląda konstrukcja kotła lokomotywy parowej.
Zalety
Podobnie jak inne typy, mają pewne zalety i wady. Zalety są następujące:
- Prostota projektu. Ze względu na prostą konstrukcję silnika parowego lokomotywy i jej kotła nie było trudności z uruchomieniem produkcji w zakładach inżynieryjnych i hutniczych.
- Niezawodność w działaniu. Wspomniana prostota konstrukcji zapewnia wysoką niezawodność całego systemu. Praktycznie nie ma się co psuć, dlatego lokomotywy parowe działają 100 lat i dłużej.
- Mocna przyczepność podczas ruszania.
- Możliwość wykorzystania różne typy paliwo.
Wcześniej istniało coś takiego jak „wszystkożerny”. Zastosowano ją w parowozach i określiła możliwość wykorzystania drewna, torfu, węgla i oleju opałowego jako paliwa do tej maszyny. Czasami lokomotywy ogrzewano odpadami przemysłowymi: różnymi trocinami, łuskami zbóż, zrębkami, wadliwym ziarnem i zużytymi smarami.
Oczywiście zmniejszono możliwości trakcyjne maszyny, ale w każdym razie pozwoliło to na znaczne oszczędności, ponieważ klasyczny węgiel jest droższy.
Wady
Były też pewne wady:
- Niska wydajność. Nawet w najbardziej zaawansowanych lokomotywach parowych wydajność wynosiła 5-9%. Jest to logiczne, biorąc pod uwagę niską wydajność samego silnika parowego (około 20%). Nieefektywne spalanie paliwa, duże straty ciepła podczas przenoszenia ciepła pary z kotła do cylindrów.
- Konieczność posiadania ogromnych zapasów paliwa i wody. Problem ten stał się szczególnie istotny w przypadku eksploatacji maszyn na obszarach suchych (np. na pustyniach), gdzie trudno jest uzyskać wodę. Oczywiście nieco później wymyślono lokomotywy parowe z kondensacją pary spalin, ale to nie rozwiązało całkowicie problemu, a jedynie go uprościło.
- Zagrożenie pożarowe spowodowane otwartym ogniem palącego się paliwa. Ta wada nie występuje w lokomotywach parowych nieopalanych, ale ich zasięg jest ograniczony.
- Dym i sadza wydostały się do atmosfery. Problem ten staje się poważny, gdy lokomotywy parowe poruszają się po obszarach zaludnionych.
- Trudne warunki dla ekipy obsługującej pojazd.
- Pracochłonność napraw. Jeśli w kotle parowym coś się zepsuje, naprawy zajmują dużo czasu i wymagają inwestycji.
Mimo swoich wad lokomotywy parowe cieszyły się dużym uznaniem, gdyż ich zastosowanie znacząco podniosło poziom przemysłu różne kraje. Oczywiście dzisiaj użycie takich maszyn nie jest istotne ze względu na dostępność nowocześniejszych silników spalinowy i silniki elektryczne. Jednak to lokomotywy parowe położyły podwaliny pod stworzenie transportu kolejowego.
Podsumowując
Teraz znasz budowę silnika lokomotywy parowej, jego cechy, zalety i wady działania. Nawiasem mówiąc, dziś te maszyny są nadal używane na kolei krajów słabo rozwiniętych (na przykład Kuby). Do 1996 roku używano ich także w Indiach. W Kraje europejskie, USA, Rosja, ten rodzaj transportu istnieje tylko w postaci zabytków i eksponatów muzealnych.
Lokomotywa parowa składa się z trzech głównych części połączonych w jedną: kotła, silnika parowego i załogi. Do załogi przywiązany jest zwykle na stałe tendr, który służy do przechowywania paliwa, wody, smarów i środków czyszczących.
Zasada działania lokomotywy parowej jest następująca. W części kotła zwanej komorą spalania A (rys. 1) spalane jest paliwo. Gazy spalinowe paliwa spalającego się na ruszcie 29, zaginając się wokół łuku 3, wsparte rurami cyrkulacyjnymi 2, przemywają ściany paleniska 4 i wchodzą przez otwory tylnej rury (ruszt paleniskowy) 5 do ognia 7 i pal 6 fajek i oddaj ciepło przez swoje ściany wody. Po wyjściu przez otwory przedniej blachy rurowej 11 do komory wędzarniczej B, gazy okrążają osłony przeciwiskrowe, przechodzą przez siatkę 16 gaszącą iskry i wychodzą przez komin 15 do atmosfery. Żużel i popiół dostają się otworami rusztu do popielnika 28. Para powstająca w wyniku podgrzewania wody w kotle zbiera się nad wodą w przestrzeni zamkniętej ściankami kotła, powodując stopniowy wzrost jej ciśnienia, dotarcia do pracownika.
Aby wprawić lokomotywę w ruch, należy otworzyć regulator 10 za pomocą napędu 30 i para z okapu parowego 9 wchodzi do komory pary nasyconej 12 kolektora przegrzewacza. Następnie para przepływa przez rury (elementy) 5 przegrzewacza umieszczone w płomienicach. W wyniku ogrzewania gazami spalinowymi temperatura pary w elementach przegrzewacza wzrasta do 400-450°C i przy tej temperaturze wchodzi do komory pary przegrzanej 13 kolektora przegrzewacza, skąd przechodzi przez rury wlotowe pary 14 do silnika parowego lokomotywy.
20 cylindrów energia potencjalna para zamieniana jest na energię mechaniczną ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka 21, a związany z nią dyszel tłoka 22 i cięgna sprzęgające 23 obracają koła napędowe 24. Para wydobywająca się z silnika parowego wychodzi przez rury wylotowe pary 19 na siłę stożek 18, tworząc ciąg gazów w kotle i dalej przez komin 15 wraz ze spalinami do atmosfery.
Załoga parowozu zawiera kocioł, silnik parowy, kabinę maszynisty 1, a w lokomotywach bez przetargu znajdują się zbiorniki na zapasy paliwa i wody. Współdziałanie kół napędowych wagonu z szynami podczas pracy parowozu powoduje pojawienie się siły trakcyjnej, która poprzez sprzęg 27 pomiędzy lokomotywą a tendrem, a następnie poprzez sprzęg automatyczny 26 oddziałuje na wagony przyczepione do lokomotywy i zmuszają je do poruszania się wraz z nią.
Aby ułatwić przejazd i bezpieczeństwo poruszania się z dużą prędkością po zakrzywionych odcinkach toru, parowozy szybkobieżne wyposaża się w przedni wózek (prowadnik) 40. W lokomotywach dużej mocy z szeroką i ciężką paleniskiem załoga została uzupełniona o tylny (nośny) wózek 25, który posiada koła o małej średnicy, umożliwiające umieszczenie go pod paleniskiem
Lokomotywy parowe zbudowane do obsługi torów wewnątrzzakładowych i dojazdowych przedsiębiorstw przemysłowych, nie posiadają tendrów (lokomotywa czołgowa).
Wizualne przedstawienie rozkładu ciepła zawartego w paliwie zużywanym przez lokomotywę można przedstawić za pomocą wykresu pokazanego na rys. 2.
Straty w piecu nr 1, szacowane średnio na 8%, składają się z niespalonego chemicznie i mechanicznie paliwa. Niedopalenie chemiczne tłumaczy się niemożnością spalenia całego węgla C w tlenek – CO 2; pewna część węgla z powodu braku powietrza spala się do tlenku węgla CO, nie oddając całego ciepła, które może wyzwolić się podczas całkowitego utlenienia węgla. Dopalanie mechaniczne polega na wynoszeniu niespalonych drobnych cząstek paliwa z paleniska wraz z przepływem powietrza i gazów, a także przedostawaniu się do żużla i przedostawaniu się określonej ilości paliwa przez ruszt do popielnika.
Zużycie eksploatacyjne pary 2, wynoszące średnio około 6,5%, jest niezbędne do pracy silnika parowego podajnika węgla, rozsypywania węgla na ruszcie, doprowadzenia wody do kotła, przedmuchu płomienic i rur dymowych, obsługi pompy parowo-powietrznej. i zasilania turbiny generatora elektrycznego.
Straty na zewnętrznym chłodzeniu kotła nr 3, szacowane średnio na 1,5%, nie wymagają wyjaśnienia. W czas zimowy wzrastają w wyniku spadku temperatury powietrza otaczającego kocioł.
Drugą co do wielkości stratę - w przypadku gazów spalinowych 4 - można przyjąć średnio na 17-18%. Można go ograniczyć podgrzewając powietrze spalinami.
Zwykle przyjmuje się, że nieunikniony wyciek pary 5 przez uszczelki i różne uszczelnienia wynosi 5%. Jednak przy starannej pielęgnacji lokomotywy i wysokiej jakości naprawach straty te można znacznie zmniejszyć.
Największe straty stanowią rezerwa ciepła zawarta w parze wylotowej 6 opuszczającej maszynę parową; wynoszą 52-53% i można je zmniejszyć poprzez wykorzystanie części pary wylotowej do podgrzania wody zasilającej, dobrą regulację rozdziału pary oraz odpowiednie sterowanie lokomotywą.
Straty mechaniczne w maszynie i czopach na skutek tarcia 7 szacuje się na 1,5-2%. Oprócz zastosowania łożysk tocznych w mechanizmie dyszla i maźnicach, straty te można nieco zmniejszyć dobra opieka, terminowe i prawidłowe smarowanie punktów tarcia.
Z przedstawionych danych wyraźnie to wynika wielka wartość ekonomiczne zużycie paliwa.
Urządzenie ogólne oraz zasada działania lokomotywy parowej
Lokomotywa parowa składa się z następujących głównych części (patrz rysunek 4a): kocioł parowy 2, silnik parowy 3, mechanizm korbowy 4, część załogowa.
Kocioł parowy lokomotywy parowej przeznaczony jest do przetwarzania wewnętrznej energii chemicznej paliwa (węgla) na energia cieplna para. Składa się z trzech głównych części: paleniska 1, cylindrycznej części kotła 2 i komory wędzarniczej 7. W dolnej części paleniska 1 znajduje się ruszt 8, przez który wchodzi powietrze niezbędne do spalania (utleniania) paliwa palenisko. Centralna część paleniska ma dwa rzędy ścian - zewnętrzną i wewnętrzną. Zewnętrzny rząd ścian tworzy obudowę paleniska 9, a wewnętrzny, wyłożony cegłami ogniotrwałymi, tworzy palenisko 10. Obydwa rzędy ścian są połączone ze sobą za pomocą połączeń. W tylnych ściankach paleniska wykonany jest otwór pod śrubę 11, przez który węgiel wrzucany jest na ruszt. Przednia ściana paleniska to blacha rurowa 12.
Cylindryczna część kotła wykonana jest z blachy stalowe. Znajdują się w nim rury dymowe 13 i płomieniowe 14, którymi gazy przechodzą z pieca do komory wędzarniczej 7. W rurach płomieniowych 14 dodatkowo zamontowane są elementy przegrzewacza. Cała przestrzeń kotła wokół przewodów dymowych i płomienicowych wypełniona jest wodą.
W najwyższym punkcie cylindrycznej części kotła 2 znajduje się komora parowa 15. W górnej części komory wędzarniczej 7 zainstalowana jest rura 16, przez którą usuwane są spaliny.
Rys.4 Schemat ogólnej budowy i zasady działania lokomotywy:
1 - palenisko; 2 - kocioł parowy; 3 - silnik parowy; 4 - mechanizm korbowy; 5 - pary kół napędowych; 6 - kabina kierowcy; 7 - wędzarnia; 8 - ruszt; 9 - obudowa paleniska; 10 - palenisko; 11 - otwór na śrubę; Siatka 12-rurowa; 13 - rury dymowe; 14 - rury płomieniowe; 15 - zbiornik pary; 16 - rury spalinowe; 17 - suwak; 18 - rama; 19 - zestaw kołowy biegacza; 20 - wspierające zestawy kołowe; 21 - przetarg
Silnik parowy 3 lokomotywy parowej składa się z cylindra, tłoka i pręta. Tłoczysko silnika parowego jest połączone z suwakiem 17, przez który energia mechaniczna przekazywana jest do mechanizmu korbowego 4.
Część załogowa lokomotywy składa się z kabiny maszynisty 6, ramy 18, zestawów kołowych z maźnicami i zawieszenia resorowego. Zestawy kołowe lokomotywy parowej pełnią różne funkcje i odpowiednio nazywane są: biegacz 19, napęd 5 i wspornik 20.
Integralną, choć niezależną częścią głównego parowozu jest tendr 21, w którym znajdują się zapasy paliwa, wody i smarów oraz mechanizm podawania węgla.
Zasada działania lokomotywy parowej opiera się na następujących zasadach (patrz rysunek 4, b). Paliwo podawane jest za pomocą mechanizmu podającego węgiel z podajnika 21 poprzez otwór pod śrubę 11 do rusztu 8 paleniska paleniska.
Węgiel i wodór paliwa oddziałują z tlenem z powietrza, który dostaje się do paleniska przez ruszt 8 - następuje proces spalania paliwa. W efekcie wewnętrzna energia chemiczna paliwa (ICE) zamieniana jest na energię cieplną (TE), której nośnikiem są gazy.
Gazy o temperaturze 1000 - 1600°C przechodzą przez rury płomieniowe i dymowe i ogrzewają ich ścianki. Ciepło ze ścian paleniska i rur przekazywane jest do wody. W wyniku podgrzania wody powstaje para, która gromadzi się w górnej części cylindrycznej części kotła. Z komory parowej 15 kotła para o ciśnieniu 1,5 MPa (15 kgf/cm2) i temperaturze około 220°C wpływa do silnika parowego 3 (patrz rysunek 4, a).
W silniku parowym energia pary zamieniana jest na energię mechaniczną (ME) ruchu postępowego tłoka (patrz rysunek 4, b). Następnie poprzez drążek i suwak energia przekazywana jest do mechanizmu korbowego, gdzie zamieniana jest na moment obrotowy Mk, który napędza zestawy kołowe napędowe lokomotywy. Przy współdziałaniu kół z szynami moment obrotowy Mk realizuje się w sile Fk (siła napędowa), która zapewnia ruch lokomotywy.
Lokomotywy parowe wyróżniają się przede wszystkim prostotą konstrukcji, a co za tym idzie wysoka niezawodność w pracy, a także zużycie najtańszego paliwa (węgiel, torf itp.). Jednak ten typ lokomotywy ma szereg poważnych wad, które z góry przesądziły o jej zastąpieniu innymi rodzajami trakcji: bardzo niska wydajność lokomotywy, duża pracochłonność pracy załoga lokomotywy, zwłaszcza przy usuwaniu żużla z pieca, wysoki koszt rutynowa konserwacja i remont kotła w stosunku do kosztów wytworzenia i eksploatacji parowozu, krótki (100 - 150 km) przejazd bez uzupełniania zapasów węgla i do 70 - 80 km bez poboru wody.
Jakie są przyczyny niskiej sprawności lokomotyw parowych? Wymieńmy główne sposoby utraty energii w kotle parowym pracującej lokomotywy:
· część węgla (drobne kawałki) dostająca się do paleniska nie pali się, lecz spada przez ruszt lub wraz z gazami ulatnia się rurą do atmosfery;
· duże straty energii cieplnej podczas interakcji powierzchni kotła z otaczającym powietrzem, szczególnie w okresie zimowym;
z gazów wydostających się przez rurę, które są wystarczające wysoka temperatura(około 400°C|.
Aby zwiększyć efektywność procesu przekazywania ciepła z gazów do wody kotłowej, konieczne byłoby kilkukrotne zwiększenie długości płomienic i kotła, co jest w zasadzie niemożliwe ze względu na ograniczenia wagowe i gabarytowe lokomotywy. Z tych powodów tylko 50-60% wewnętrznej energii chemicznej paliwa trafia na tworzenie i przegrzewanie pary w kotle lokomotywy parowej. W rezultacie łączna wydajność pieca i kotła wynosi 50-60% (patrz rysunek 4, b).
I wreszcie podstawową wadą silników lokomotyw parowych jest konstrukcyjna niemożność osiągnięcia ich sprawności większej niż 15–20%. Steam, wykonujący pracę, tj. poruszając tłokiem, musi on zwiększać swoją objętość, aż jego ciśnienie zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym. W tym celu konieczne jest wielokrotne zwiększanie skoku roboczego tłoka w cylindrze, co jest niemożliwe ze względu na ograniczenia wagowe i gabarytowe lokomotywy. W krajowych lokomotywach parowych faktycznie udało się osiągnąć sprawność silnika parowego na poziomie 12 - 14%.
Ogólnie rzecz biorąc, sprawność lokomotywy parowej, określona na podstawie iloczynu sprawności poszczególnych elementów e-prowadnika, może wynosić 5 - 7%, tj. na każde 100 ton węgla tylko 5 - 7 ton zużywa się na wytworzenie siły napędowej, reszta zostaje bezpowrotnie utracona (wykorzystywana do ogrzewania i zanieczyszczania środowiska) środowisko).
W jaki sposób można zwiększyć efektywność trakcji lokomotywy?
Pierwszy. Jeżeli kotły poszczególnych parowozów zostaną połączone i umieszczone na ziemi, zostaną one odizolowane termicznie od otoczenia (zbudują budynek), znacznie wzrośnie ciśnienie pary w kotłach, a silnik parowy zostanie zastąpiony silnikiem parowym bardziej ekonomicznym, Na przykład, turbina parowa, którego energia jest przekazywana do generatora elektrycznego, w rezultacie otrzymujemy elektrownia cieplna. Z niego można przekazać energię elektryczną do lokomotyw, wyposażając ich zestawy kołowe w silniki elektryczne. Tak zrodził się pomysł wykorzystania lokomotyw elektrycznych – lokomotyw elektrycznych – do trakcji.
Drugi. Jeśli zamiast elektrowni parowej spalinowej (kocioł i silnik parowy) umieścisz na lokomotywie silnik spalinowy, otrzymasz lokomotywę spalinową; jeżeli silnik turbinowy jest lokomotywą turbinową; reaktor jądrowy- lokomotywa nuklearna.
I trzeci. Jeśli w lokomotywie parowej zastąpisz silnik parowy i mechanizm korbowy turbogeneratorem (turbiną parową i generatorem elektrycznym) i wyposażysz pary kół w silniki elektryczne, pojawi się lokomotywa z turbiną parową.
Ogólna budowa i zasady działania powyższych typów lokomotyw zostaną omówione w kolejnych akapitach.
