Как работает паровоз и его устройство
Поговорим о том, как работает паровоз, устройстве этих удивительных локомотивах, история работы которых на железных дорогах всего мира перевалила далеко за век и паровозы в прямом смысле дали огромный толчок научно-техническому прогрессу, подняли на высокий уровень экономику многих стран, совершили революцию во многих аспектах развития человеческого общества и цивилизации.
Я не буду сейчас касаться далеких и первых шагов в паровозостроении от отца и сына Черепановых, Стефенсона и многих, многих других выдающихся конструкторов и инженеров, чей труд и мысль сделали революцию в научно-техническом прогрессе. Об этом мы поговорим отдельно. Сегодня мы коснемся устройства и принципа действия паровоза.
Итак, люди старшего поколения хорошо помнят эти огромные пыхтящие, дымящие и прямо-таки дышащие, как-бы живые локомотивы, я вспоминаю как в детстве восхищался и откровенно побаивался подходить к нему близко, действительно а вдруг живой? Ну конечно впечатления детства, но они оставили во мне эти ощущения на всю жизнь и предопределили мою профессию в будущем, я стал машинистом, но водить эти огнедышащие машины мне уже не пришлось. А наша молодежь видит их только в фильмах и памятниках, а иногда можно увидеть живой паровоз ведущий ретро-поезд, хоть так, но здорово! А вспомните этот гудок! Никогда и ни с чем его не спутать!
Ну ладно, повспоминали, повздыхали, теперь перейдем к более конкретному
Как работает Паровоз – это локомотив приводимый в движение силой пара. Как-же эта сила водит поезда? Да в принципе очень просто! В большом котле снизу в топке горит огонь и греет воду, вода дает пар а он и поступает в цилиндры к поршням, двигая их взад-вперед и через кривошипно-шатунный механизм /систему рычагов, дышел/ заставляет вращаться ведущие колесные пары и мы едем!
Да с виду это просто, но это только принцип, а дальше нескончаемые задачи, которые приходилось решать инженерам, чтобы получился локомотив, не только пыхтящий и дымящий, но и эффективно работающий, ведущий тяжелые поезда на разных профилях пути и еще с большой скоростью!
Главное в паровозе это конечно котел, а как получить в этом котле пар с давлением в 10 и больше, вплоть до 16 атмосфер, вот головоломка то, но все решено: давление в котле доведено до таких величин, чтобы вода не закипала при своих «классических» 100 градусах а закипала при 200 и даже 300 градусах! Для этого в котле должно быть очень большое давление. Поэтому топка — сложное устройство и работает в экстремальных условиях высоких температур и давлений, она имеет и обмуровку кирпичной кладкой и топочные связи для перегревания пара и контрольные пробки ну и конечно предохранительные клапаны, которые в случае превышения допустимого давления пара не допустят взрыва котла. Пар с такой температурой называется перегретым, именно благодаря ему и достигается все: мощность, скорость, экономичность и в конце концов коэффициент полезного действия (КПД) парового агрегата, очень важный показатель работы, который в будущем и решил дальнейшее развитие локомотивостроения не в его пользу, как ни старались инженеры, КПД паровоза так и не поднялся выше 10%, но что делать, с физикой не поспоришь!
А далее пар с большим давлением из котла по системе паропроводов поступает в так называемый «сухопарник», кто видел, это как бы такие большие кастрюли на верху котла, он отделяет наиболее сухой пар, а оттуда к паровой машине.
Паровая машина находится впереди локомотива и включает в себя цилиндры где находятся поршни, цилиндры располагаются с обоих сторон. Но как заставить чтобы вся эта система работала синхронно и точно, как например поршни двигаются взад и вперед, совершая возвратно-поступательные движения? Просто, над главными большими цилиндрами располагаются цилиндры поменьше в них и бегают взад-вперед так называемые «золотники», поршни поменьше, соединенные друг с другом. Вот эти самые золотники соединены тягами с эксцентриком на кривошипе главного ведущего колеса, который вращаясь при движении двигает взад и вперед золотники через эти тяги ну а последние открывают доступ пара в цилиндр то с одной, то с другой стороны поршня через специальные каналы, вот поршни и бегают туда-сюда всю дорогу, а дальше как я уже рассказывал.
Золотники перекрывая каналы также отводят из цилиндров отработанный пар и они принимают непосредственное участие в изменении направления движения паровоза. Происходит это так, к золотникам подходит еще одна тяга от так называемого «кулисного камня», который движется во внутренних пазах изогнутой такой большой детали, называемой «кулисой», нижний торец кулисы также соединен тягой с кривошипом на основной ведущей оси. Если требуется изменить направление движения, то для этого пар должен толкнуть поршень или с переднего или с заднего торца цилиндра, отсюда паровоз поедет вперед или назад. Чтобы это произошло надо передвинуть золотники, а уж они один канал перекроют а другой откроют.
В этом процессе ведущее место занимает «сервомотор», управляемый машинистом посредством рычага и тяги — пневматический цилиндр с поршнем и тягой, которая и передвигает золотники в одно из требуемых положений. Золотники перемещаются и посредством другой, описанной выше тяги, через кулисный камень, передвигают кулису вверх или вниз, а кулиса, в свою очередь, через свою нижнюю тягу переводит эксцентрик кривошипа в верхнее или нижнее положение что и определяет дальнейшее направление движения паровоза.
Вся эта сложная система называется «кулисным механизмом». А далее колеса, соединенные с поршнями и между собой системой дышел- силовых и прицепных, чтобы все они были ведущими, начинают вращаться и двигать локомотив а с ним и поезд.
Еще ведущие колеса имеют противовесы, их хорошо видно и они играют огромную роль в поддержании правильного баланса при движении всей этой огромной и мудреной системы. Все поехали!
Вроде просто, но ух как сложно! Количество пара подаваемого в цилиндры и соответственно мощность и скорость паровоза регулируется регулятором, которым управляет машинист. От регулятора идет тяга к сухопарнику а там к особому клапану, который или увеличивает подачу пара к цилиндрам паровой машины или уменьшает ее. Под главными цилиндрами находятся выпускные клапаны, выпускающие излишний пар наружу и через них производится продувка цилиндров, во избежание гидравлического удара при движении поршней. Но повторюсь, это только в принципе, а в действительности работа паровой машины и всего кривошипно-шатунного механизма требует точнейшей синхронизации всех процессов, механизмов, иначе локомотив просто не сдвинется с места, не говоря уже о какой-то полезной работе. Все это требовало огромных расчетов, большого труда инженеров.
Механика наука очень точная, даже доли миллиметра играют в ней большую роль!
Вообщем двигаемся. Паровые машины тоже бывают разных типов, например, однократного расширения, так называемый «компаунд» — в этой системе пар выполнив свою работу в одном цилиндре быстренько попадает в другой, чтобы выполнить там такую-же работу. Такая схема применялась очень широко в раннем отечественном паровозостроении, но в дальнейшем на более мощных и скоростных моделях от нее отказались, пар поступает в оба цилиндра одновременно.
Ну а весь дым из топки уходит в трубу через дымогарные трубы и дымовую коробку. Также в устройстве котла присутствуют и жаровые трубы, они играют важную роль в процессе пароперегревания. А еще пар приводит в движение паровоздушный насос «тандем-компаунд» который качает воздух в главные резервуары а из них воздух поступает в тормозную систему, а еще используется для работы некоторых своих механизмов, сервомотор, например. Паровоздушный насос располагается на передней части рамы над паровой машиной у котла и его всегда хорошо видно, если смотреть на паровоз спереди.
Также пару требуется вращать маленькую турбинку парогенератора, который вырабатывает электричество для прожектора, буферных фонарей, освещения будки и ходовой части, радиостанции. Пар также отапливает через систему маленьких трубок, скрытых под облицовкой, будку, в которой работает локомотивная бригада. Еще паром подогревается вода, подаваемая в котел через инжекторы, так как подавать в котел холодную воду нельзя!
Наконец паром приводится в движение шнек автоматического углеподатчика «стокера», это устройство существенно облегчает труд локомотивной бригады, в частности помощника машиниста, отвечающего за отопление а отсюда и за давление пара в котле от величины давления которого и зависела вся поездная работа!
Стокер размельчает и подает уголь из тендера прямо в топку через паровые форсунки, тем самым, исключая очень тяжелый ручной труд при загрузке угля в топку вручную, лопатой! Все запасы топлива /дров, угля или топочного мазута/ и воды находятся в прицепленном к паровозу сзади своебразном «хранилище» — тендере.
Он просто прицепляется к паровозу и соединяется с необходимыми трубопроводами для подачи воды в котел ну и топлива в топку соответственно. Паровым локомотивам приходилось довольно часто делать длительные остановки с отцепкой от состава для экипировки топливом, водой ну и для чистки топки от шлака.
Обслуживается паровоз локомотивной бригадой в состав которой как правило входит три человека: машинист, помощник машиниста и кочегар. Машинист, понятно, ведет поезд и руководит действиями помощника и кочегара, ну и естественно за все отвечает.
Огромная ответственность ложится на плечи помощника машиниста, на нем главное — топить машину углем и держать всегда максимальное давление пара а также смотреть за котлом, уровнем воды и так далее но и не забывать смотреть вперед, наблюдать за сигналами, путями, стрелками, все как положено. Паровоз не будет двигаться без нужного давления пара со всеми вытекающими отсюда последствиями, поэтому помощники машинистов готовились очень серьезно, они были и есть также физически сильные ребята /протопи-ка огромную топку лопатой, покидай туда вручную за всю поездку несколько тонн угля если нет стокера или он отказал/, конечно в тяжелых ситуациях вся локомотивная бригада по очереди берется за лопату и кидает уголь в топку. Вот посчитайте, для себя, в тендер в среднем входит 18 тонн угля и 28 тонн воды и это на поездку в одну сторону , где-то 150-250 километров, теперь прикиньте: в огромную топку, враструску чтобы не было прогаров и воздух через них не охлаждал топку, вручную! Очень тяжелый труд! А еще паровоз нужно постоянно осматривать, смазывать все трущиеся механизмы, снабжать водой и углем, чистить топку, локомотив должен быть чистым и вымытым, а иначе не как!
Вот так и трудились наши деды и отцы! Но все паровозники любили свою работу, были очень серьезными и ответственными людьми. Их уважали, ими гордились! А кочегар отвечает за тендер и постоянно подгребает уголь к лотку перед топкой или к лотку стокера и смотри за ходовой частью и другим оборудованием тендера. Все это так сказать должностные обязанности а бывало по-всякому. Если локомотив работает на нефтяном отоплении, то кочегар в состав локомотивной бригады, как правило, не входит. Такой паровоз сразу видно — на тендере вместо кучи угля располагается цистерна с топливом, которое под давлением поступает к форсункам и через них в распыленном состоянии в топку, тут и помощнику намного легче его топить, лопата не нужна, контролируй только.
Немножко коснемся такого понятия, как осевая формула паровоза, хотя она применяется и ко всем другим современным локомотивам. Выглядит она так: 0-5-0 или 1-5-0 или 2-4-2 и так далее. Что все это значит? Разбираемся, первая цифра показывает о наличии первой поддерживающей паровую машину оси, на которой расположены маленькие колеса, называемые «бегунками» далее тире и вторая цифра говорит нам о количестве ведущих осей на которых расположены огромные ведущие колеса, тире и третья цифра, она несет информацию о количестве поддерживающих топку осей. Вот и все. Расшифровываем: 0 – бегунковой поддерживающей оси нет -5- пять ведущих осей — о – поддерживающих топку осей нет / паровоз серии Э/. Ну еще пример, для закрепления: 2-две поддерживающих паровую машину бегунковых оси-4-четыре ведущих оси-2-две поддерживающих топку оси /паровоз П-36/. Думаю усвоили, все просто.
Паровоз локомотив идеально подходящий и к работе в условиях войны
Он не боится ни электромагнитного импульса ни радиации, ничего такого страшного что мгновенно выведет из строя и электровозы и тепловозы. Он практически всеяден и работает на всем что горит. Известен интересный факт когда в гражданскую войны паровоз топился сушеной воблой! Запасы воды он может пополнить хоть из лужи. Такое тоже бывало! Он терпит и множество осколочных и пулевых пробоин даже в очень важные его узлы. Фашистским летчикам сразу давали железный крест если им удавалось подбить локомотив так, чтобы он уже встал и не двигался!
Всю Великую Отечественную войну с ее вселенскими масштабами перевозок вытянули паровозы! Еще он может работать как котельная отапливая дома и целые поселки, организовать, например, банно-прачечное обслуживание и подавать горячую воду при дезактивации техники от радиации. Вот что такое ПАРОВОЗ! Выпуск паровозов прекратился в СССР в 1957 году. Но они еще очень долго, вплоть до конца 80-х годов работали на железных дорогах страны и сейчас некоторые из них водят ретро-поезда. Многие замерли навеки в памятниках.