Как работает паровозный двигатель – Паровоз: устройство и принцип работы
Паровоз: устройство и принцип работы
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.
Сегодня устройство паровоза можно считать устаревшим, так как еще в середине XX века были созданы тепловозы и электровозы – более экономичные локомотивы. Хотя, как уже говорилось, даже сейчас паровозы продолжают работать.
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 локомотивов, паровозы 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.
fb.ru
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
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
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.
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.
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.
5. Предохранительный клапан
Предназначен 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).
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.
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
Паровой двигатель, принцип работы
Паровые двигатели были установлены и приводили в движение большую часть паровозов в период начала 1800 и вплоть до 1950 годов прошлого века. Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался неизменным, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.
На анимированной иллюстрации приведен принцип работы парового двигателя.
Для генерации подаваемого на двигатель пара использовались котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.
Первый такт
Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан (обозначена синим цветом) попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.
Выпуск
В самом конце движения поршня к НМТ паровой клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно, расположенное ниже клапана. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.
Второй такт
В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.
Выпуск
В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все то же выпускное окно.
Цикл повторяется заново.
Паровой двигатель имеет т.н. мертвую точку в конце каждого хода, когда клапан переходит от такта расширения к выпуску. По этой причине каждый паровой двигатель имеет два цилиндра, что позволяет запускать двигатель из любого положения.
ingenerov.net
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
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
Первые паровозы
В 1804 году локомотив, приводимый в движение энергией пара, выкатился со сталелитейного завода в Уэльсе, таща за собой железную поклажу. Это событие открыло эру железнодорожных перевозок. А спустя двадцать пять лет британский инженер Джордж Стефенсон построил «Ракету» — паровоз, который благодаря своему конструктивному совершенству произвел революцию на железнодорожном транспорте.
Когда компания «Ливерпуль энд Манчестер рейл-роуд» провела конкурс на звание «Лучший в мире локомотив», победу в нем одержала «Ракета», а ее создатель получил в качестве приза 500 фунтов стерлингов. Железнодорожная линия Манчестер—Ливерпуль стала пользоваться успехом и положила начало периоду строительства железных дорог по всей Европе и в Соединенных Штатах.
Схема устройства «Ракеты»
Паровоз «Ракета» (схема устройства и рисунок этого паровоза даны выше) состоял из трех основных частей: локомотива, топки и тендера. Локомотив представлял собой паровой котел и цилиндры двигателя, в топке сгорал уголь, а в тендере размещался запас топлива, то есть уголь, и охлаждающая вода. Пар из парового котла приводил в действие два больших цилиндра. Причем каждый цилиндр был соединен с обоими передними колесами (рисунок снизу). Конструкция паровоза, содержащая топку и паровой котел, сделала «Ракету» первым по-настоящему полезным локомотивом и привела к бурному началу строительства железных дорог!
Ведущее колесо с паровым приводом
Пар, поступая в цилиндр сверху, заставляет поршень двигаться вниз. Это движение через поршневую и главную тягу передается на кривошип, который заставляет поворачиваться колесо. Затем пар входит в цилиндр снизу и толкает поршень вверх, через две же две тяги поворачивая колесо дальше.
Другие конструкции первых паровозов
Английский инженер Ричард Тревизик построил первый паровоз. В 1804 году его детище протащило 10 тонн на расстояние 10 миль.
В 1825 году в Англии была построена «Локо-машина». Это был первый паровоз, который начал ходить по государственной железной дороге. Он был ненадежным и имел мало преимуществ по сравнению с конкой — поездом, который тянула настоящая лошадь.
information-technology.ru