Автор: Дробинский В.А.
Текст
Инж. В. А. ДРОБИНСКИЙ
КАК УСТРОЕН
И РАБОТАЕТ
ПАРОВОЗ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
Москва 1955
scan: The Stainless Steel Cat
В книге в научно-популярной форме описаны
принципы устройства и работы современного
паровоза; изложена сущность действия пневма-
тических и электропневматических тормозов,
автостопов, самопишущего скоростемера, радио-
связи с локомотивом; даны основные понятия
о современных экипировочных устройствах па-
ровоза, силе тяги, вписывании в кривые участки
железнодорожного пути, уравновешивании дви-
жущихся частей паровой машины; приведены не-
которые сведения о газотурбовозах, паротурбо-
возах, паровозах с пылеугольным отоплением и
других локомотивах.
Книга рассчитана на широкие круги железно-
дорожников, знакомых с основами физики
и химии, а также учащихся старших классов
железнодорожных школ.
Редактор инж. М. С. ГАЛАНОВА
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение ............................................... 5
Глава I. Основные части паровоза и экипировочные устройства 17
1. Котёл.............................................17
2. Паровая машина ...................................31
3. Экипаж............................................34
4. Тендер ................................................37
5. Экипировочные устройства ........................... 41
Глава II. Горение и парообразование ...........................47
1. Потребность в воздухе для горения.......................47
2. Процесс горения ........................................48
3. Передача тепла..........................................49
4. Испарение...............................................51
5. Кипение.................................................52
6. Перегретый пар..........................................55
7. Получение перегретого пара..............................57
8. Устройство пароперегревателя............................57
9. Средства, улучшающие качество пара.....................60
Глава III. Образование тяги газов.......................... 66
1. Как создаётся тяга газов ...............66
2. Принцип работы конусной дымовытяжной установки .... 67
3. Сифон.................................................71
4. Искрогашение и борьба с дымом ............73
Глава IV. Питание котла и его арматура.......................75
1. Инжектор..............................................75
2. Водоподогреватель .................................. 80
3. Углеподатчик....................................... . 82
4. Арматура котла .......................................86
Глава V. Как поступает пар из котла в паровую машину . . 100
1. Регулятор.............................................100
2. Золотник............................................ 102
3. Взаимосвязь в движении золотника и поршня . .........105
4. Работа пара при его расширении. Отсечка...............108
5. Предварение выпуска...................................109
6. Сжатие пара ...................................... . 110
7. Предварение впуска ...................................111
8. Угол опережения..................................... 111
9. Распределение пара цилиндрическим золотником ...... 112
10. Шесть процессов парораспределения ............ 113
11. Кулиса н переводной механизм..........................116
12. Маятник ..............................................120
Глава VI. Как связана паровая машина с движущими колёсами 124
1. Работа и мощность паровой машины............... 124
2. Цилиндры...................................... . 127
3. Детали поршневой группы ........................ . 129
4. Ведущее дышло ................................ 132
4
Оглавление
Стр,
5. Палец кривошипа и ведущая колёсная пара.............. . 134
6. Сцепные колёсные пары................................. 137
7. Сочленённые паровозы................................. 140*
Глава VII. Экипаж паровоза..................................142
1. Рессоры..............................................142
2. Размещение рессор на паровозе........................144
3. Корпус буксы н подшипник ............................145
4. Вписывание паровоза в кривые участки пути. Тележки паровоза 149*
5. Тип и серия паровоза.................................156
Глава VIII. Сила тяги паровоза..............................158
1. Возникновение силы тяги..............................158
2. Силы сопротивления движению поезда ..................160
3. Закон сцепления .....................................164
4. Песочница............................................166
5. Увеличитель сцепного веса............................167
6. Ограничение силы тяги по котлу. Форсировка...........168
7. Ограничение силы тяги по машине.....................169*
8. График силы тягн.....................................170
9. Взаимосвязь в работе котла и машины..................172
Глава IX. Противовесы.......................................174
1. Силы инерции.........................................174
2. Уравновешивание сил инерции вращающихся тел..........175
3. Уравновешивание сил инерции невращающихся тел........178
Глава X. Трение и борьба с ним..............................181
1. О сухом и жидкостном трении .........................181
2. Свойство смазки.................................... 182
3. Подача смазки к трущимся деталям.....................183
4. Твёрдая смазка..................................... 185
Гл а в а XI. Коэффициент полезного действия паровоза. Паровоз
с тендером-конденсатором. Некоторые опытные локомотивы . 186
1. Понятие о коэффициенте полезного действия..............186
2. Баланс энергии в котле.................................187
3. Баланс энергии в паровой машине....................... 187
4. Трудности повышения к. п. д. паровоза .............. . 189
5. Паровозе тендером-конденсатором и некоторые опытные локо-
мотивы ...................................................191
6. Модернизация паровозов ................................204
Глава XII. Автотормоза .................................207
1. Назначение тормозов ............................. 207
2. Тормозной путь .................................210>
3. Автоматичность тормоза............................ . 210
4. Принцип действия пневматических автотормозов ...... 211
5. Преимущества электропневматическнх тормозов......216
6. Принцип действия электропневматическнх тормозов..220
Глава XIII. Электрическое освещение паровоза............225
Глава XIV. Автостопы ...................................229
Глава XV. Самопишущий скоростемер ......................235
Глава XVI. Радиосвязь с паровозом.......................239
Приложения..............................................245
Алфавитный указатель ...................................249
ВВЕДЕНИЕ
Советский Союз — великая железнодорожная держава.
Более чем на девять тысяч километров с запада на восток и
четыре с половиной тысячи километров с юга на север раскинулась
в нашей стране сеть железных дорог. Если стальные пути мысленно
представить уложенными в одну колею, то такая дорога оказалась
бы длиннее трёх окружностей земного шара по экватору. Потребо-
валось бы около двух месяцев, чтобы проехать это расстояние
в курьерском поезде, мчащемся без остановок со скоростью
100 км!час.
Железнодорожный транспорт связывает в единое целое много-
численные области и районы нашей необъятной Родины. В этом
состоит его великое государственное значение.
Железные дороги являются основным видом транспорта. Они
осуществляют в стране 90% всех пассажирских и 85% грузовых
перевозок.
По размерам пассажирского движения (пассажирооборота)
Советский Союз занимает первое место в мире. Железнодорожным
транспортом в сутки перевозится до пяти миллионов, а в год
свыше полутора миллиардов человек.
Грузооборот железных дорог СССР превышает грузооборот
железных дорог США и вдвое больше грузооборота железных
дорог всех остальных капиталистических стран, вместе взятых.
Достаточно сказать, что такие дороги, как Томская, Омская, Сверд-
ловская и Донецкая, каждая в отдельности имеет грузооборот боль-
ший, чем все железные дороги Англии.
Днём и ночью везут поезда ценнейшие грузы — уголь и нефть,
руду и металл, машины и станки, хлопок и лес, хлеб, фрукты,
овощи, мясо, молоко, ткани, обувь, мебель — всё, что необходимо
для промышленного производства и удовлетворения потребностей
советских людей.
Коммунистическая партия и Советское правительство с первых
дней Великой Октябрьской социалистической революции уделяли
и уделяют большое внимание совершенствованию техники и разви-
тию хозяйства железных дорог.
Благодаря постоянной заботе о непрерывном развитии тяжёлой
промышленности, являющейся основой основ социалистической эко-
номики, в стране создана могучая индустриальная база для оснаще-
ния транспорта передовой техникой, современными мощными
6
Введение
локомотивами, большегрузными вагонами, тяжёлыми типами рель-
сов, высокопроизводительными машинами и устройствами, обеспе-
чивающими безопасность движения поездов.
• •
•
На железнодорожном транспорте применяются различные
виды локомотивов—самодвижущихся по рельсовому пути транспорт-
ных машин (самовозов), предназначенных для перемещения
вагонов. Локомотив с паросиловой установкой, состоящей из
котла и поршневой паровой машины, называется паровозом, а
если вместо паровой машины применена паровая турбина — паро-
турбовозом. Если на локомотиве установлен двигатель внутрен-
него сгорания, он называется тепловозом или мотовозом или авто-
мотрисой. Электровозом и моторным вагоном называется локомотив
с электрическим двигателем, получающим электрическую энергию
извне, по проводам. Локомотив, у которого двигателем является
газовая турбина, принято называть газотурбовозом, а когда приме-
нены одновременно паровой и газовый поршневые двигатели —
теплопаровозом.
Паровоз является самым старым типом локомотива, безраздель-
но господствовавшим на железнодорожном транспорте в XIX в.
В начале XX в. у паровоза появился конкурент — электровоз.
Для движения электровоза используется энергия электрического
тока, первоисточником которой являются уголь, торф или горючие
сланцы, сжигаемые в топках стационарных паровых котлов электро-
станций. Если для получения электротока используется энергия
рек,- применение электрической тяги делается особенно выгодным,
так как гидростанции работают без потребления топлива.
В 1924 г. инженеры молодой Советской страны построили новый
оригинальный локомотив, ранее неизвестный в истории мирового
локомотивостроения. Это был первый в мире мощный магистральный
тепловоз. Постройкой этой машины советские инженеры осуществили
мечты русских изобретателей Н. Г. Кузнецова и А. И. Одинцова,
которые в 1905 г. впервые разработали проект локомотива
с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей.
В настоящее время паровоз ещё является самым распростра-
нённым видом локомотива, приводящим в движение около четырёх
пятых всех грузовых и пассажирских поездов на наших железных
дорогах. Однако уже в ближайшие годы тепловозы и электровозы
займут основное место в локомотивном парке, как наиболее эконо-
мичные и отвечающие большинству требований железнодорожного
транспорта локомотивы.
В соответствии с решениями июльского (1955 г.) Пленума
ЦК КПСС уже сейчас широко развёрнуты научно-исследовательские
и проектно-конструкторские работы по созданию высокоэкономич-
ных газотурбовозов, электровозов и тепловозов. Резко увели-
чивается также выпуск тепловозов и электровозов, принятых к
серийной постройке.
Введение
История сооружения первых паровозов полна творческих иска-
ний и больших усилий многих представителей технической мысли
в нашей стране и за рубежом.
Созданию первых паровозов предшествовало возникновение
лежневых и рельсовых дорог, на которых в качестве тяговой силы
применялись самые различные средства.
Первая в мире дорога с лежневыми путями (деревянными про-
дольными брусьями), по которым вагонетки перемещались канатной
тягой от привода водяно-
го колеса, была соору-
жена на Алтае в 1763 —
1765 гг. известным рус-
ским гидротехником
К. Д- Фроловым. Через
несколько лет (в 1788 г.)
русский изобретатель
А. С. Ярцев проложил
на артиллерийском заво-
де в Петрозаводске доро-
гу с чугунными рель-
сами.
Яркую страницу в
историю рельсового пути
вписал П. К. Фролов,
сын К. Д. Фролова. В
начале XIX в. (1806—
1810 ГГ.) ОН построил на фиг. 1. Паровоз Брунтона
Алтае дорогу с чугунны-
ми рельсами, по которым с помощью конной тяги передвигались
вагонетки, груженные рудой. Длина этой знаменитой «чугунки»
превышала длину внутризаводской дороги Ярцева более чем в
И раз и составляла 1 867 м.
Рельсовый путь оказывал меньшее сопротивление движению
повозки, чем обычная грунтовая дорога с её неровностями. Но так
как законы сцепления колёс с рельсами были очень мало изучены,
изобретателям казалось, что колёса самодвижущейся повозки
при вращении будут непременно проскальзывать на рельсах, т. е.
крутиться на одном и том же месте, и такая повозка не сможет
двигать себя, не говоря уже о прицепленных к ней тележках.
Поэтому строители первых паровозов снабжали их специальными
приспособлениями. Так, Муррей и Бленкинсон в 1812 г. построили
в Англии паровоз, передние и задние колёса которого были глад-
кие, а средние (ведущие) зубчатые. Передние и задние колёса
опирались на обычные гладкие рельсы, а средние на зубчатую
рейку, уложенную вдоль рельсов. Зубья ведущих колёс, приле-
гая к зубьям рейки, отталкивались от них и приводили в движе-
ние паровоз и гружёные вагонетки.
8
Введение
конструкцию паровоза предложил английский изобре-
татель Брунтон. Его паровоз был снабжён системой рычагов, на-
поминающей ноги (фиг. 1), при помощи которых локомотив должен
был отталкиваться от поверхности пути и таким образом катиться
по рельсам.
Однако мнение, что сцепление гладких колёс паровоза с гладкими
рельсами недостаточно для передвижения паровоза, постепенно
рассеивалось. Появились паровозы без специальных приспособле-
ний для передвижения.
Наиболее совершенным оказался паровоз, построенный извест-
ным англичанином Д. Стефенсоном в 1829 г. (см. фиг. 4). Его
скорость с грузом около 16 т равнялась 21 км!час.
Ефим Алексеевич Черепанов
(1774 — 181-2)
Мирон Ефимович Черепанов
(1803 — 1849)
Честь создания первого русского паровоза, как и первой рус-
ской железной дороги с паровой тягой, принадлежит уральским
крепостным механикам Ефиму Алексеевичу и Мирону Ефимовичу
Черепановым.
Успешному осуществлению этих важнейших изобретений, сыг-
равших огромную роль в истории создания железнодорожного транс-
порта в России, способствовала вся предшествующая работа
Черепановых. Перед тем как приступить к постройке «сухопутного
парохода» (так тогда назывался паровоз), Ефим Черепанов и его
сын Мирон накопили уже большой опыт постройки многих
паровых машин, разнообразных двигателей и станков для заводов
и приисков.
Введение
9
Черепановы построили два паровоза своей конструкции.
Первый паровоз (фиг. 2), построенный в 1834 г., имел
горизонтальный цилиндрический котёл длиной^ 676 мм, диаметром
914 мм. Котёл опирался на деревянную раму, поддерживаемую
четырьмя колёсами одинакового диаметра.
Под котлом между передними колёсами были горизонтально уста-
новлены два паровых цилиндра длиной 229 мм и диаметром 178 мм
каждый. Силы пара, воспри-
нимаемые поршнями цилинд-
ров, приводили в движение
ведущие колёса второй ко-
ленчатой оси паровоза, к
которому был прицеплен «осо-
бый фургон» для запасов дре-
весного угля и воды.
Паровоз был невелик: его
длина (без фургона) состав-
ляла около 2,6 м. Впереди
возвышалась труба. Маши-
нист управлял машиной со
специальной площадки, рас-
положенной у топки котла.
Паровоз двигался по «колёсо-
проводам» (так тогда называ-
лись рельсы) и возил на от-
крытых вагонетках со скоро-
стью до 16 км!час около
3,5 т груза.
Дорога имела одну колею
шириной 1 645 мм и окан-
чивалась тупиком. Протяжён-
ность этой первой русской
Фиг. 2. Модель первого русского паро-
воза Е. А. и М. Е. Черепановых
железной дороги с паровой тягой составляла сначала 854 м, а
потом была доведена до километра. По ней перевозились не
только грузы, но и люди, для которых прицеплялась специ-
альная повозка, вмещавшая до 40 чел.
Испытания первого паровоза дали хорошие результаты, и ураль-
ские механики, несмотря на консерватизм царских чиновников,
продолжали трудиться над его усовершенствованием.
В начале 1835 г. они построили второй паровоз, в котором
удалось воплотить ряд оригинальных идей.
На фотографии (фиг. 3) показан момент пуска второго черепа-
новского паровоза.
Сопоставляя этот паровоз Черепановых с паровозом «Ракета»
Д. Стефенсона (фиг. 4), мы можем отметить ряд достоинств оте-
чественной машины.
Котёл паровоза «Ракета» имел только 25 дымогарных труб.
В котле второго паровоза Черепановых их было 80.
10
Введение
Такое количество дымогарных труб давало большое преиму-
щество, так как способствовало увеличению паропроизводитель-
ности котла.
Второй паровоз Черепановых был намного мощнее первого: он
возил уже до 17 т груза, т. е. почти ’в 5 раз больше, чем
первый.
Много работали Черепановы и над вопросами изменения направ-
ления движения паровоза. Они построили механизм пе-
ремены хода, «чтобы паро-
Фиг. 3. Пуск черепановского паровоза.
Фото инж. М. Э. Мейтус с картины ху-
дожника П. С. Бортнова (Н.-Тагильский
краеведческий музей)
воз мог ходить взад и вперёд
без поворачивания». Дей-
ствие механизма было осно-
вано на перемене впуска
пара золотником с помо-
щью специального «экс-
центрического колеса».
На паровозе Черепа-
новых выхлопной (отра-
ботавший) пар уходил ..в-
атмосферу через дымовую
трубу, что обеспечивало
интенсивную тягу газов из
топки котла.
Совершенствуя свой па-
ровоз, русские конструкто-
ры разработали чертежи
важных приборов к нему
(предохранительный кла-
пан, питательный насос с
приводом от колеса и др.).
Черепановы применили
горизонтальное располо-
жение паровых цилиндров.
Эта оригинальная но-
винка вызвала много-
численные подражания во
всех странах мира.
Однако, несмотря на высокие по тему времени качества русского
паровоза, его создатели были незаслуженно забыты.
Вместо того, чтобы опереться на опыт отечественных паровозо-
строителей и развить его, царское правительство заказало в Анг-
лии паровозы для железной дороги Петербург — Царское Село,
хотя эта дорога была открыта в 1837 г., т. е. спустя три года после
постройки Черепановыми своих паровозов.
Так правящие классы царсксй России похоронили замечательное
творение простых русских людей — уральских механиков Е. А и
М. Е. Черепановых.
Начало массового отечественного паровозостроения связано
Введение
11
с сооружением в 1842—1851 гг. железной дороги между Петербур-
гом и Москвой (нынеОктябрьская железная дорога). Для этой доро-
ги постройка паровозов была организована на б. Александровском»
машиностроительном заводе.
В годы, последовавшие за Крымской войной (1853—1856 гг.),
в России развернулось усиленное строительство железных дорог.
«В развитии ж.-дорожного
строительства России, — пи-
сал В. И. Ленин, — было два
периода громадного подъёма:
конец 60-х (и начало 70-х) го-
дов и вторая половина 90-х
годов. С 1865 по 1875 г. сред-
ний годовой прирост русской
жел.-дорожной сети состав-
лял’РД тыс. километров, а
с 1893 по 1897-~около21/2 тыс.
километров»1.
Только «за десятилетие
(1890— 1900 годы) было вы-
строено свыше 21 тысячи
верст новых железнодорож-
' ных путей. Железным дорогам
требовалось огромное коли- Фиг. 4. Паровоз «Ракета» Д. Стефенсона
чество металла (на рельсы,
паровозы, вагоны), требова-
лось все больше топлива, каменного угля и нефти. Это привело1
к развитию металлургии и топливной промышленности»1 2.
В свою очередь развивающаяся промышленность требовала быст-
рого расширения железнодорожных путей сообщения. Уже к 1900 г.
протяжённость железных дорог в России достигла 48 700 км.
Заводы (Коломенский, Брянский, Путиловский, Сормовский,.
Луганский, Харьковский и др.) выпускали сотни паровозов.
За 50 лет — с 1868 по 1917 гг. — на русских заводах было по-
строено свыше 21 000 различных паровозов.
Успешное развитие паровозостроения в России сопровождалось
подъёмом научных исследований в этой области.
Талантливый русский инженер А. П. Бородин положил начало
современному опытному исследованию локомотивов, создав в 1882 г.
первую в мире лабораторию для испытания паровозов.
Громадное значение имели работы профессора Н. П. Петрова.
Ещё в 1882 г. он опубликовал работу «Трение в машинах и влияние
на него смазывающей жидкости», где были установлены зависимости
1 В. И. Ленин. Соч., т. Ш, изд. 4-е, стр. 486.
2 История ВКП(б). Краткий курс. Госполитиздат, 1951, стр. 7.
12
Введение
силы'трения от свойств жидкой смазки и её количества, от скорости
движения и др.
Исследования, проведённые русским учёным, позволили решить
ряд вопросов теории трения, имеющих огромное практическое зна-
чение для всех областей техники. Разработанная Н. П. Петровым
гидродинамическая теория трения в машинах была удостоена Ло-
моносовской премии и прославила его на весь мир.
Изучая вопросы торможения поездов, профессор Н. П. Петров
•создал оригинальный труд по теории тормозов (1878 г.). Его работы
положили начало отечественной науке о торможении и не поте-
ряли своего значения в наше время.
Фиг. 5. Пассажирский паровоз серии ИС
В 1878 г. в нашей стране был построен пассажирский паровоз
с .'тремя спаренными осями, отличавшийся высокой скоростью и
большой мощностью. До этого времени как за границей, так и в Рос-
сии выпускались пассажирские паровозы только с двумя спарен-
ными осями.
На Всемирной выставке в Париже (1900 г.) с успехом демонст-
рировался мощный сочленённый (сдвоенный) паровоз, построенный
Брянским заводом.
Однако подлинное развитие технической мысли в нашей стране
стало возможным только после Великой Октябрьской социалисти-
ческой революции.
Коммунистическая партия и Советское правительство, прояв-
ляя большую заботу об учёных, инженерах, изобретателях, рацио-
нализаторах, направляют их деятельность на решение важнейших
задач во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства и
'транспорта.
* *
*
В решение многих проблем и вопросов паровозостроения, дина-
мики паровозов и тяги поездов большой вклад внесли инженеры
К. Н. Сушкин, Л. С. Лебедянский, М. Н. Щукин, П. М. Шаройко,
Введение'
13.
академик С. П. Сыромятников, создавший широко известную теорию,
теплового процесса паровоза, член-корреспондент Академии наук
СССР И. И. Николаев, профессора А. М. Бабичков, О. Н. Исаакян,,
К. П. Королёв и многие другие.
Фиг. 6. Грузовой паровоз серии ФД
Испытания паровозов и научный анализ этих испытаний явля-
лись основой создания совершенных локомотивов.
Фиг. 7. Грузовой паровоз серии Л
Ещё в 1931—1932 гг. на советских заводах были построены мощ-
ные магистральные паровозы (фиг. 5 и 6) серии ИС—Иосиф Сталин
44
Введение
•и серии ФД — Феликс Дзержинский. Эти локомотивы на
протяжении второй и третьей пятилеток выпускались как се-
рийные.
Фиг. 8. Пассажирский паровоз типа 2-4-2
На Всемирной парижской выставке в 1938 г. они были представ-
лены в числе лучших образцов локомотивостроения.
Фиг. 9. Грузовой паровоз серии ЛВ
В годы четвёртой (первой послевоенной) пятилетки наша про-
мышленность освоила крупносерийное производство магистрального
грузового паровоза серии Л (фиг. 7).
Имея меньшую нагрузку колёс на рельсы, чем паровоз серии
ФД, паровоз серии Л может проходить по всем участкам
железных дорог сети, что позволяет называть его вездеходным.
Введение
15
В пятой пятилетке, наряду с постройкой паровозов основных
серий, на железные дороги страны поступили паровозы новейших
образцов. Среди них магистральный пассажирский паровоз
Фиг. 10. Новый сочленённый грузовой паровоз
типа 2-4-2 (фиг. 8), выпущенный в 1949 г. Коломенским заводом
им. В. В. Куйбышева, и грузовой паровоз серии ЛВ (фиг. 9),
построенный в 1952 г. Ворошиловградским заводом имени Октябрь-
Фиг. 10а. Новый грузовой парово^ ОР-21
ской революции. В этих мощных локомотивах, серийное производ-
ство которых начато в 1954 г., воплощены последние достижения
машиностроительной и железнодорожной техники.
16 Введение
Мощность, развиваемая новыми паровозами 2-4-2 и ЛВ, намного
превышает мощность широко распространённых на наших
дорогах пассажирского паровоза серии Су и грузового паровоза
серии Л.
Парк опытных локомотивов пополнился рядом грузовых паро-
возов ещё большей мощности, новейшими из которых являются соч-
ленённый паровоз (фиг. 10), построенный в 1954 г. Коломенским
паровозостроительным заводом, и паровоз ОР-21 (фиг. 10а) пост-
ройки Ворошиловградского завода (1954 г.).
Создавая новые локомотивы и модернизируя имеющиеся, наши
конструкторы используют последние достижения советской и зару-
бежной науки и техники, а также опыт работы и рационализатор-
ские предложения машинистов-новаторов.
Глава I
ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ПАРОВОЗА И ЭКИПИРОВОЧНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Рядом с современным паровозом паровоз Черепановых, постро-
енный 120 лет назад, выглядит очень маленьким (фиг. 11).
Несмотря на различие конструкций и размеров, мощный магист-
ральный паровоз имеет те же основные части, что и черепановский —
котёл, машину, экипаж и тендер.
Фиг. 11. Современный пассажирский паровоз и паровоз
Черепановых (схемы вычерчены примерно в одинаковых
масштабах)
Между' котлом, машиной и экипажем паровоза существует
тесная взаимосвязь. Котёл вырабатывает сжатый пар; машина —
основной потребитель пара — превращает тепловую энергию пара
в механическую энергию, т. е. приводит во вращение колёса парово-
за; экипаж с помощью рельсов преобразует энергию вращения
колёс в энергию поступательного движения паровоза, передаёт
усилия машины на сцепку паровоза и далее на сцепку тендера.
1. КОТЁЛ
Котёл паровоза схематично изображён на фиг. 12. На первый
взгляд устройство котла кажется простым: есть топка, в которой
сжигается топливо и образуются раскалённые газы, есть резервуар,
где нагревается вода и получается сжатый пар, есть и камера с тру-
бой для отвода газов сгорания из топки. Однако, рассматривая
котёл более внимательно, мы увидим, что он устроен и работает
по довольно сложной схеме.
Тепло, необходимое для нагревания воды, выделяется в топке.
Обычная топка паровозного котла представляет две коробки, встав-
ленные одна в другую и соединённые между собой (фиг. 13). Внутрен-
2 В. А. Дробинский
18
Глава I
Фиг. 12. Схема котла паровоза
Основные части паровоза и экипировочные устройства
19
нюю коробку, в которой при сжигании топлива образуется огонь,
называют огневой коробкой, а наружную — кожу-
хом топки.
В огневой коробке простейшего вида различают пять листов:
потолок и четыре стенки, из которых две боковые, одна задняя и
одна передняя с рядом отверстий; последняя называется задней
трубной решёткой (в отличие от передней трубной решётки, см.
Фиг. 13. Огневая коробка и кожух топки в разрезе
ниже). В отверстия решётки вставляются концы специальных газо-
ходов — дымогарных и жаровых т р у б. По трубам
проходят топочные газы (продукты сгорания).
Снизу огневая коробка имеет колосниковую решётку,
на которую забрасывают уголь или другое твёрдое топливо.
Колосниковая решётка (см. фиг. 13) собирается из чугунных
плит-колосников, которые по всей площади имеют прорези. Пло-
щадь прорезей составляет так называемое живое с е ч е н и е ко-
лосниковой решётки, сквозь которое в топку поступает атмосферный
воздух, необходимый для сгорания топлива. К колосниковой ре-
шётке воздух попадает через зольник (фиг. 14), имеющий для
этой цели боковые клапаны, открывающиеся при помощи рычаж-
ного механизма. Зольник размещается под колосниковой решёткой
и представляет собой двух- или трёхбункерный ящик. Бункера закры-
ваются днищами. На новых паровозах благодаря специальному ме-
ханизму днища бункеров можно легко открыть и закрыть.
2*
20
Глава I
Через прорези в колосниках в зольник проваливаются зола и
мелкие несгоревшие частицы топлива.
На современных паровозах применяются качающиеся колосни-
ковые решётки, которые можно на стоянках и на ходу паровоза
прокачивать для очистки топки от шлака.
Рычаги управления качающимися колосниками находятся
в будке машиниста. Перемещая тот или иной рычаг, кочегар
заставляет группу колосников занимать наклонное положение
Фиг. 14. Зольник
(угол наклона не менее 45°). От этого слой шлака взламывается
и в виде мелких кусков сбрасывается в зольник.
Таким образом, зольник предназначен для подвода воздуха
к сжигаемому топливу и для сбора шлака и мелких несгоревших
частиц топлива. Эти остатки периодически высыпаются из зольни-
ка при открытии днищ бункеров.
Новейшие советские паровозы оборудуются колосниковыми
решётками с механическим приводом для прокачивания колосни-
ков (фиг. 15). Привод действует сжатым воздухом, поступающим
в воздушные цилиндры. Такой механизм облегчает труд паровозных
бригад.
Площадь колосниковой решётки в значительной степени опреде-
ляет мощность паровоза. Чем больше размеры колосниковой решёт-
ки, тем большее количество топлива можно сжечь на ней и тем боль-
ше получить тепла. Чем больше площадь колосниковой решётки,
тем мощнее паровоз.
На протяжении многих лет конструкторы увеличивали площади
Основные части паровоза и экипировочные устройства
21
колосниковых решёток. Есть паровозы, у которых она достигает
12 м2.
Но иметь большую площадь решётки — это ещё не всё. Важно
получить большой объём и развитую поверхность стенок огневой
коробки. Малая поверхность не успеет поглотить большое количество
тепла, выделенного при сжигании топлива. Поэтому вода в котле
получит мало тепла.
Фиг. 15. Общий вид стенда для испытания и наладки механического
привода колосниковой решётки
Наилучшее парообразование дают такие топки, у которых
поверхность нагрева стенок огневой коробки примерно в четыре
раза превышает площадь колосниковой решётки.
Хотя топки котлов современных паровозов несравненно более
совершенны, чем у их «предков» — черепановских паровозов, всё
же до сих пор создание наивыгоднейшей формы топки встречало
много трудностей.
Огневой коробке придают такие размеры и форму, которые
позволили бы сжигать топливо как можно полнее и быстрее и полу-
чать при этом как можно больше тепла.
Очертанию огневой коробки соответствует и форма кожуха топки
(см. фиг. 12 и 13). Кожух обычно состоит из пяти листов: потолка,
двух боковых стенок, лобового и ухватного листов.
Лобовой лист кожуха топки расположен против задней стенки
огневой коробки — непосредственно в будке машиниста.
Топливо забрасывается на колосниковую решётку через отвер-
стия в лобовом листе кожуха топки и в задней стенке огневой
22
Глава I
коробки. Кромки этих отверстий листов огневой коробки и ко-
жуха отгибаются навстречу друг другу и в месте стыка свариваются,,
образуя топочное (шуровочное) отверстие.
Пространство между кожухом и стенками огневой коробки за-
полняется водой и паром. В нижней части этого пространства рас-
положена топочная рама, к которой прочно и плотно заклёп-
ками и сваркой присоединены листы огневой коробки и кожуха,
образуя дно для воды и как бы фундамент топки, опирающийся на
раму паровоза.
Топочная рама служит также опорой для колосниковой решёт-
ки и зольника, которые прикрепляются к ней специальными крон-
штейнами.
Фиг. 16. Жёсткая сгязь
Плоские стенки кожуха соединяются с так называемой ц и л и н-
д р и ч е с к о й частью котла ухватным листом.
Во время работы котла все его стенки испытывают усилие пара,
измеряемое тысячами тонн. Только на стенки огневой коробки
паровоза серии ФД, общая поверхность которой составляет пример-
но 300 000 см2, действует сила, превышающая 4 500 т (при дав-
лении пара 15 кг/см2). Эта сила почти в 18 раз больше веса
самого паровоза серии ФД с тендером.
Почему же громадные силы, действующие па плоские стенки
топки, не разрушают её? Потому, что они воспринимаются целым
лесом стальных стержней, соединяющих листы огневой коробки и
кожуха топки в единую взаимосвязанную систему. Эти стержни
называют топочными связями-—боковыми и потолочными.
Они установлены, как это видно на фиг. 13, в простенках между
огневой коробкой и кожухом топки.
Связи, расположенные горизонтальными и вертикальными
рядами, удалены друг от друга в среднем на расстояние
около 100 мм. Всего на укрепление топки идёт более 2 000 боковых
и потолочных связей. Например, топка паровоза серии ФД имеет
2 512 связей; их общий вес достигает 3,2 т.
На фиг. 16 показана жёсткая связь; она называется так
Основные части паровоза и экипировочные устройства
23
потому, что оба конца её жёстко укреплены в стенках кожуха и
огневой коробки. Укрепление связей осуществляется электросвар-
кой.
Вследствие неравномерного режима работы котла температура
стенок огневой коробки то повы-
шается, то понижается, вызывая их
деформацию (отклонение положения
стенок от нормального). Деформация
стенок вызывает в связях дополни-
тельные напряжения. Чтобы умень-
шить напряжения в связях, в ме-
стах наибольших деформаций стенок
(особенно в углах топки) устанавли-
ваются подвижные связи
(фиг. 17).
На пассажирском паровозе типа
2-4-2 (см. фиг. 8) имеется 956 под-
вижных связей. Один конец такой
связи наглухо приварен к стенке
огневой коробки,а другой конец, ко-
торому придана форма шара, свобод-
но опирается на особую втулку, при-
варенную к стенке кожуха. Втулка
закрывается колпачком. Местораспо-
ложение подвижных связей видно на
фиг. 25.
Связи работают на растяжение и
изгиб. Излом хотя бы одной из них
увеличивает нагрузку на соседние
связи, что угрожает безопасной рабо-
те котла.
Если выйдет из строя несколько
рядом расположенных связей, то в
этом месте лист огневой коробки
останется без укрепления и под дей-
ствием силы пара прогнётся. В ре-
•ультате в листе огневой коробки
жет образоваться трещина. Вот
'-’ему стенки топки скрепляются
' .".ыши количеством связей.
Наиболее часто связи надламыва-
йся у мест их жёсткого крепления
стенкам топки. Для того чтобы
' ’. ружить надломленную жёсткую
г, с обоих её концов высверлены
Фиг. 17. Подвижная связь
несквозные каналы — кон-
ечные отверстия. У сломавшейся возле стенки связи пар или
. .. устремляясь через канал наружу, сигнализируют о её изло-
стрелку на фиг. 18). Подвижные связи имеют контрольные
24
Глава 1
отверстия только со стороны их жёсткого крепления к стенке огне-
вой коробки (см. фиг. 17).
В отдельных местах, где постановка боковых и потолочных
связей невозможна (например
верхняя часть лобового листа
кожуха топки), стенки топки
укрепляются специальными тя-
жами (см. фиг. 13) и связями
другого вида. Тяж одним кон-
цом прикрепляется к потолку
кожуха топки, а другим, име-
ющим форму вилки, соединяется
с угольником на лобовом листе.
Мы познакомились с устрой-
ством огневой коробки наибо-
лее простой формы.
Внешний вид огневой короб-
ки более сложной формы пока-
зан на фиг. 19. Здесь увеличен-
ный объём огневой коробки по-
лучен благодаря устройству
специальной камеры дого-
рания.
Камера догорания огневоК’коробки, имеющая форму сплющен-
ного цилиндра, как это видно'1 из фиг. 19 и 22, образует дополни-
тельное топочное пространство. Огневая коробка с камерой догора-
Фиг. 19. Огневая коробка с камерой догорания
ния состоит не из пяти листов, а из семи, так как добавляется ниж-
ний лист камеры догорания и так называемый ухватный лист.
Ухватный лист соединяет воедино плоские боковые стенки огневой
Основные части паровоза и экипировочные устройства
25
коробки с камерой догорания. Общий вес топок с камерами догора-
ния возрастает за счёт веса дополнительных листов и за счёт увели-
чения числа связей, необходимых для укрепления камеры догора-
ния.
Объём огневой коробки котлов современных паровозов доходит
до 13—15 м'Т Чтобы наглядно представить себе внушительные раз-
меры огневой коробки мощного паровоза, достаточно сказать, что
в ней может свободно разместиться автомобиль «Победа».
Теперь познакомимся с устройством цилиндрической части котла
(фиг. 20), внутри которой размещены трубы — жаровые (большого
диаметра) и дымогарные (малого диаметра).
к-Дммодая---------------Цилиндрическая часть---------------
коробка | . |
I, у лап арник |
Тапка-----------
Фиг. 20. Топка и цилиндрическая часть котла
У современных паровозов большой мощностидлина цилиндри-
ческой части достигает 6—7 м. Так как на имеющихся прокатных
станах нельзя прокатать такой широкий лист, то для изготовления
цилиндрической части приходится применять не один, а два, три
и даже четыре листа, которые свёртываются в виде барабанов и
свариваются продольным швом. Между собою барабаны свари-
ваются встык при помощи автоматических сварочных машин.
Передний барабан цилиндрической части котла соединяется
с передней трубной решёткой, а задний — с кожухом топки при
помощи ухватного листа.
Передняя решётка представляет собой лист, имеющий форму дис-
ка с отверстиями. Концы жаровых и дымогарных труб (см. фиг. 20),
общее число которых доходит до 200, вставляются в отверстия задней
решётки (у топки) и передней решётки (у дымовой коробки). Для
плотности соединения концы труб развальцовывают, отбуртовывают,
а со стороны топки ещё и приваривают. Передняя решётка укреп-
ляется в барабане котла при помощи сварки, а также жаровыми
и дымогарными трубами; верхняя часть, где нет труб, дополни-
тельно укрепляется тяжами.
Когда котёл работает, вода в нём не должна опускаться ниже
определённого допускаемого уровня, показанного на фиг. 12.
26
Глава I
Паровозная бригада постоянно наблюдает за уровнем воды по водо-
указательным стёклам и водопробным краникам, расположенным на
лобовом листе кожуха топки.
Во время работы котла огневая коробка, жаровые и дымогарные
трубы всегда погружены в воду. Проходя по жаровым и дымогарным
Фиг. 21. Схема циркуляции
трубам, горячие газы, так же, как и че-
рез стенки огневой коробки, отдают
часть тепла воде. Благодаря этому паро-
образование усиливается.
Если мы нальём в сосуд любой фор-
мы воду и начнём его снизу подогревать
(фиг. 21), то частицы воды в сосуде бу-
дут непрерывно перемещаться. Так как
горячая вода легче холодной, то подо;
гретые снизу частицы её будут подни-
маться, а на их место сверху поступит
более холодная вода. Если нагревание
продолжать, то вода непрерывно будет
воды в сосуде совершать круговорот. Такое движение
воды называется циркуляцией.
Полезное ли движение совершает вода? Оказывается, очень нуж-
ное и полезное. Чем интенсивнее перемещаются частицы воды,
тем лучше нагретая вода перемешивается с холодной, тем быстрее
происходит нагревание всей массы воды и тем быстрее выравни-
вается температура отдельных частей сосуда.
Фиг. 22. Схема циркуляции воды в котле паровоза
В паровозном котле при нагревании огневой коробки создаётся
такая же непрерывная циркуляция воды. Чтобы ускорить цир-
куляцию и тем самым повысить паропроизводителыюсть котла,
внутри огневой коробки, т. е. в зоне наиболее высоких температур,
размещают несколько продольных труб, которые сообщают нижний
слой воды с верхним (фиг. 22). Такие трубы называются цирку-
Основные части паровоза и экипировочные устройства
27
ляционными или кипятильными. Нижними концами
они прикрепляются к задней трубной решётке (см. фиг. 12) или,
если есть камера догорания, к её ухватному листу (см. фиг. 22), а
верхними — к задней стенке огневой коробки. Горячие газы, омы-
вая стенки труб, быстро нагревают заполняющую их воду; частицы
горячей воды и пара перемещаются вверх по трубе, а их место зани-
мает более холодная вода.
• Стремление ещё более усилить циркуляцию воды в'котле, особен-
но между боковыми простенками топки, привело конструкторов
к мысли расположить циркуляционные трубы в виде опрокинутой
буквы Т, как это показано на фиг. 23. Эти трубы верхними
Фиг. 23. Поперечные циркуляторы в тонко
концами прикрепляют к потолку огневой коробки, а ниж-
ними — к её боковым стенкам. Поэтому вода циркулирует от
боковых стенок к потолку. Такие трубы называются попереч-
ными циркуляторами.
Поперечные циркуляторы получили распространение на мощ-
ных паровозах, так как они, наряду с усилением циркуляции воды
в котле, непрерывно подают её на потолок огневой коробки, т. е.
«покрывают» его слоем воды, что очень важно для безопасной ра-
боты котла.
Циркуляционные трубы имеют и другое назначение. Они под-
держивают кирпичный свод (см. фиг. 13)— необходимую часть
каждой топки современного паровоза.
Свод по всей ширине топки примерно наполовину (вдоль оси
котла) перекрывает площадь колосниковой решётки. При наличии
свода газы сгорания вынуждены совершать более длинный путь,.
28
Глава I
поэтому они лучше смешиваются с воздухом, необходимым для горе-
ния. Кроме того, свод препятствует выходу несгоревших мелких
частиц топлива в жаровые и дымогарные трубы, способствуя тем
самым догоранию частиц непосредственно в огневой коробке.
Но свод нужен не только для этих целей. Расположенный прямо
над пламенем, он нагревается, т. е. накапливает тепловую энергию
в период наибольшей температуры в топке и в случае охлаждения
топки отдаёт энергию, подобно мощному аккумулятору. Благодаря
Фиг. 24. Дымовая коробка
этому значительно улучшается процесс сжигания топлива. Кроме
того, свод хорошо защищает стенки топки от холодного воздуха,
прорывающегося через слой топлива, особенно при чистке топки,
открытии боковых клапанов зольника и топочных дверок.
Сверху одного из барабанов котла установлен цилиндрический
купол—с у х о п а р н и к, из которого полученный в котле пар начи-
нает свой путь к машине (см. фиг. 12).
На некоторых паровозах в сухопарнике размещают регулятор,
-т. е. устройство при помощи которого машинист может впустить пар
из котла в паровую’машину или прекратить его впуск.
Спереди к цилиндрической части котла примыкает камера,
называемая дымовой коробкой (фиг. 24). Это — третья
•составная часть котла, паровоза.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
29'
В дымовой коробке, имеющей цилиндрическую форму, разме-
щены устройства для создания тяги топочных газов, движущихся
по жаровым и дымогарным трубам котла.
С помощью этих устройств в огневую коробку через клапаны
зольника и колосниковую решётку засасывается атмосферный
воздух, необходимый для горения.
Для отвода продуктов сгорания в атмосферу служит дымовая,
труба. Чтобы крупные раскалённые угольки (изгарь) из топки
не вылетели через дымовую трубу наружу, в дымовой коробке уста-
навливают приспособления в виде отбойных листов и сеток. Послед-
ние дробят раскалённые частицы несгоревшего твёрдого топлива,,
препятствуя их уносу в атмосферу. Это имеет большое значение
в противопожарном отношении, так как мелкие искры после выхода
из дымовой трубы быстрее гаснут, чем крупные.
Спереди дымовая коробка закрывается фронтонным ли-
стом, который подвешен на петлях на случай ремонта котла, на-
пример, для выемки жаровых и дымогарных труб. Чтобы преду-
предить возможность проникновения (подсоса) наружного воздуха
в дымовую коробку, фронтонный лист прижимается к ней десят-
ками болтов, а вырезы для паровпускных труб, мусороочиститель-
ной трубы и др. тщательно заделываются.
Для осмотра дымовой коробки на фронтонном листе имеется
плотно закрываемая малая дверка.
Осмотр котла, а также удаление накипи и шлама при промывках
производятся через имеющиеся на кожухе и цилиндрической части
люки и промывательные пробки.
Современные паровозы работают исключительно перегретым
паром, принцип получения которого довольно прост.
Пар, выходящий из сухопарника (см. фиг. 12), до поступления
в машину направляется по трубопроводу в мелкие трубки паро-
перегревателя, называемые элементами. Элементы вставляются
в жаровые трубы, а их концы присоединяются к специальной ко-
робке — коллектору, установленному в верхней части дымо-
вой коробки. Поток газов, движущихся по жаровым трубам из топки,
омывает элементы и через их стенки отдаёт своё тепло пару, прохо-
дящему в трубках элементов. В трубках'пароперегравателя отде-
лённый от воды пар получает дополнительное количество тепла,
за счёт которого температура его повышается — пар становится
перегретым.
Все части котла соединены между собой плотно и прочно. Качест-
во соединений проверяется специальными испытаниями в опреде-
лённые сроки согласно правилам по котлонадзору.
Раньше котельные листы соединялись между собой заклёпоч-
ными швами, которые располагались вдоль и поперёк котла. На
котёл мощного паровоза шло огромное количество заклёпок. В на-
стоящее время трудоёмкие клепальные работы при постройке и
ремонте паровозных котлов заменены сваркой.
Первый в мире цельносварной паровозный котёл промышленного
30
Глава I
типа, не имеющий заклёпочных швов, был построен в СССР
в 1932 г.
Сварные швы проверяются рентгенопросвечиванием на плёнку,
по которой судят о качестве сварки.
Цельносварные котлы мощных паровозов показали хорошие
качества в эксплуатации. Кроме того, они значительно легче и
проще в изготовлении и ремонте, чем котлы с заклёпочными соеди-
нениями листов.
Применение сварки даёт большую экономию металла (около
2—2,5 т на котёл), при этом снижается трудоёмкость работ и повы-
шается надёжность соединений.
Фиг. 25. Общий вид котла современного паровоза
В последнее время способ сварки котлов усовершенствован.
Ручная сварка уступила место автоматической по методу совет-
ского учёного Е. О. Патона. Специальные машины сами ведут
скоростную сварку котельных листов. Труд сварщиков заменён
высокопроизводительной работой сварочных автоматов. Общий
вид котла современного паровоза показан на фиг. 25.
Чтобы уменьшить потери тепла на внешнее охлаждение, кожух
топки и цилиндрическая часть котла покрываются специальным
термоизоляционным материалом. Благодаря применению термо-
изоляции потери тепла во внешнюю среду не превышают 1—2%,
а расход угля уменьшается на 8%.
На фиг. 26 показан процесс образования твёрдой теплоизоляции
на поверхности котла.
Жидкий изолирующий материал (раствор асбеста, диатомита
и извести) заливается в промежуток между котлом и его обшивкой.
К началу заливки температура воды в котле доводится до 70—80°,
что способствует быстрому затвердеванию раствора и сохранению
в дальнейшем приданной ему формы.
Основные части паровоза и зкипировочные устройства
31
Наряду с изоляцией котла способом заливки, применяются так-
же и «сухие» способы; они заключаются в том, что на поверхность
котла накладываются асбестоцементные или вулканитовые плиты,
Фиг. 26. Процесс образования твёрдой
теплоизоляции методом заливки
а там, где их поставить нельзя, производится обмазка поверхностей
асбестоцементным раствором. Покрытая изоляцией поверхность
котла закрывается обшивкой из мягкой листовой стали и стя-
гивается обручами.
2. ПАРОВАЯ МАШИНА
Устройство паровой машины (фиг. 27) подчинено задаче —
с наибольшей выгодой преобразовать тепловую энергию пара,
созданного в котле, в механическую энергию вращения колёс.
Основной частью паровой машины являются цилиндры.
Почти на всех паровозах установлено два паровых цилиндра. Раз-
мещены они в передней части локомотива, по обе стороны рамы. Для
того чтобы при небольших размерах цилиндров получить большую
мощность (3 000 — 3 500 л. с.), паровая машина выполняется по
принципу двойного действия: пар впускается не с одной стороны
поршня, а попеременно с двух сторон.
32
Глава 1
Кулисная тяга Эксцентриковая тяга
Прежде чем попасть в цилинд-
ры, пар поступает в золотни-
ковые коробки, называе-
мые так потому, что внутри каж-
дой из них находится золот-
н и к. Золотник — распределитель
пара — осуществляет автоматиче-
ский впуск свежего пара в ци-
линдр и выпуск отработавшего.
Движение золотников точно со-
гласовано с движением поршней
благодаря особому механизму, на-
зываемому парораспреде-
лительным. Пар совершает
в цилиндре непрерывную работу;
поступая в цилиндры попеременно
то с передней стороны поршня, то
с задней, он заставляет поршень
перемещаться то в одну, то в дру-
гую сторону. Чтобы использовать
работу пара для перемещения па-
ровоза, нужно возвратно-поступа-
тельное движение поршней в обо-
их цилиндрах преобразовать во
вращательное движение колёс. Для
этой цели служит передаточный
механизм, называемый шатунно-
кривошипным.
Шатунно - кривошипный меха-
низм размещается с каждой сто-
роны паровоза; он состоит из сле-
дующих деталей: поршней, ползу-
нов, шатунов (ведущих дышел) и
колёсной пары1.
Движение поршня через пол-
зун непосредственно передаётся
ведущему дышлу, которое и при-
водит во вращение колёсную пару.
Ведущее дышло связано с ко-
лесом через палец кривошипа,
запрессованный в тело колеса.
Все колёсные пары соединяют
(спаривают) друг с другом. Делает-
ся это для того, чтобы увеличить
силу тяги паровоза. Соединение
1 Под колёсной парой понимается
ось и наглухо насаженные (напрес-
сованные) на неё два колеса.
Основные части паровоза и экипировочные устройства 33
3 В. А. Дробинский
34
Г лава I
колёсных пар осуществляется несколькими сцепными дышлами.
Все спаренные сцепные колёсные пары называются движущими,
а одна из них, связанная ведущим дышлом с поршнем паровой
машины, называется ведущей. Большинстве? паровозов имеет
3—5 движущих колёсных пар.
Система деталей — поршней, ползунов, ведущих и сцепных
дышел, колёсных пар с пальцами кривошипов образует движу-
щий механизм паровоза.
Таким образом, к паровой машине относятся: 1) цилиндры,
2) парораспределительный механизм и 3) движущий механизм.
3. ЭКИПАЖ
Назначение экипажа (фиг. 28)—нести на себе котёл и паровую
машину. Экипаж преобразовывает (с помощью рельсов) механиче-
скую энергию, развиваемую в машине, в механическую энергию по-
ступательного движения паровоза.
Иными словами, экипаж необходим для движения локомотива.
Фиг. 29. Брусковая рама
Основной частью экипажа является рама — остов паровоза.
Помимо собственного веса (общий вес рамы грузового паровоза
серии ФД, достигает 15,4 т), рама должна выдерживать тяжесть опи-
рающегося на неё котла, блока цилиндров и других частей, прикреп-
лённых к ней.
Кроме того, рама воспринимает усилия от давления пара в паро-
вой машине и толчки, возникающие во время движения, особенно
при повороте паровоза в кривых участках пути, при торможении,
на стыках рельсов и т. п.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
35
Поэтому современные паровозы большой мощности имеют мас-
сивные брусковые рамы (фиг. 29). Основу их составляют два
продольных полотнища брускового типа (толщиной 125—140 лш),
которые соединены между собой несколькими поперечными крепле-
ниями, буферным брусом, скрепляющим передние концы продоль-
ных полотнищ, стяжным ящиком,
соединяющим задние концы полот-
нищ, и цилиндровым блоком (см.
фиг. 28), служащим также передней
опорой котла. Эти важнейшие креп-
ления связывают продольные по-
лотнища рамы в одну общую жёст-
кую конструкцию.
Как же опирается котёл на
раму? Из физики известно, что при
нагревании тела расширяются, а
при охлаждении сжимаются. По-
этому, например, между рельсами
железнодорожного пути оставля-
ются зазоры. В жаркие летние дни
зазоры едва заметны, зимой же, в
сильные морозы, они увеличива-
ются. Если соединять рельсы вплот-
ную, то, удлиняясь при нагрева-
нии, они изогнутся. То же может
Фиг. 30. Передняя опора котла
получиться с котлом паровоза.
Температура стенок котла не по-
стоянна: у интенсивно работающего
паровоза она повышается примерно до 160°, а у охлаждённого (во
время ремонта в депо) снижается до 15°, т. е. до температуры воз-
духа в цехе.
При повышении температуры паровозный котёл удлиняется при-
близительно на 25—30 мм. Поэтому приходится укреплять котёл на
раме так, чтобы только одна из его концевых опор была неподвиж-
ной.
На паровозах такая жёсткая неподвижная опора устанавливает-
ся в передней части рамы, где расположены цилиндры. Передняя
опора (фиг. 30) и цилиндры объединены в цилиндровый блок, на сед-
лообразной верхней части которого и укреплена дымовая коробка
котла. Задняя часть котла (топка) опирается на раму через под-
вижные опоры. Они позволяют котлу перемещаться вдоль рамы.
Подвижные опоры могут выполняться скользящими или гиб-
кими. Скользящие опоры имеют крупный недостаток: между их
опорными поверхностями возникает значительное трение, для
уменьшения которого требуется смазка. Иначе неизбежно заедание.
Этого недостатка лишены гибкие опоры, которые представляют
собой стальные листы, поставленные вертикально. Нижними кон-
цами листы жёстко прикрепляются к раме паровоза, а верхними --
з
36
Глава I
к топочной раме. Легко изгибаясь, они не препятствуют свободному
удлинению или сокращению котла.
На буферном брусе рамы укрепляются буфера, воспринимаю-
щие толчки вагонов, и паровозная автосцепка. Посредством деталей,
размещённых в стяжном ящике, осуществляется сцепление
между паровозом и тендером. Здесь сила
тяги от паровоза передаётся тендеру и от
него — составу вагонов.
В продольных полотнах рамы име-
ются вырезы. Одни из них предназна-
чены для размещения букс и деталей
рессорного подвешивания, другие еде?
ланы для уменьшения веса рамы.
Буксу помещают в буксовый вырез рамы
для того, чтобы она была устойчива
и не могла повернуться во время движе-
ния. Так как буксовые вырезы снизу
открыты, то при большой длине (до 12 м)
и значительном весе рамы такое ослаб-
ление полотнищ угрожало бы прогибу
всей рамы. Чтобы этого не произошло,
рама в местах вырезов для букс соеди-
няется подбуксовыми связями
(струнками). Укрепляя полотно ра-
мы, связи как бы заменяют вырезанную
снизу часть металла, и тем самым
способствуют сохранению прочности
рамы.
На паровозах малой и средней мощ-
ности применяются листовые рамы.
Основу листовой рамы (фиг. 31) состав-
ляют два сравнительно высоких про-
дольных листа (полотна), толщина ко-
торых в 4 — 4,5 раза меньше, чем у
брусковой рамы.
Для создания достаточной жёсткости
в горизонтальной плоскости листовая
рама имеет большое количество крепле-
ний, загромождающих междурамное про-
странство.
Междурамные крепления присоеди»
няются к полотнам рамы болтами
(на раме паровоза серии СО поставлено,
например, более 1 000 болтов).
При движении паровоза на стыках рельсов возникают удары
(характерное постукивание колёс знакомо каждому из пассажиров).
Сила ударов зависит от нагрузки на колёсную пару, скорости дви-
жения и т. п.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
37
Сильные удары и толчки появляются также при неисправности
колёсных пар, рельсов и вообще железнодорожного полотна.
Если не предохранить раму от резких ударов, то из строя выйдет
«е только рама, но и установленные на ией котёл и паровая машина.
Поэтому все части паровоза, укреплённые на раме, опираются на
колёсные пары через эластичные, но прочные рессоры.
Нагрузка через рессоры передаётся сначала на буксы, в которых
помещены подшипники, опирающиеся в свою очередь на оси колёс-
ных пар.
Будучи упругими, рессоры смягчают удары. Благодаря именно
этому свойству рессор рама испытывает Значительно меньшие на-
пряжения. В этом и заключается главное назначение рессор.
Итак, экипаж паровоза состоит из следующих основных частей:
рамы с опорами котла, рессор и букс (движущие колёсные пары от-
носятся к паровой машине).
Кроме того, к экипажу относятся передние и задние тележки.
Передние тележки называют бегуиковыми, а задние —
поддерживающими.
4. ТЕНДЕР
При интенсивной работе современный мощный паровоз рас-
ходует только за один час 20 000— 25 000 кг воды и до 5 000 кг
угля.
Но где же разместить запасы воды и топлива, которых хватило
хотя бы на несколько часов непрерывной работы паровоза?
Установить громадные баки для воды и бункера для угля на
самом паровозе, конечно, невозможно, так как размеры паровоза
при этом выйдут за пределы габарита 1 подвижного состава.
Для размещения запасов воды, топлива, а также смазки к паро-
возу прицепляется отдельная повозка, называемая тендером. На
фиг. 32 изображён общий вид, а на фиг. 33 приведена схема устрой-
ства шестиосного тендера.
Тендеры паровозов большой мощности (2 500—3 000 л. с.) имеют
водяные баки, ёмкость которых доходит до 50 ма; это целое водохра-
нилище глубиной более 2 м.
Запас воды в восьмиосных тендерах новейших грузовых па-
ровозов, построенных Коломенским заводом, достигает почти
60 т.
Для удобства наблюдения за уровнем воды водяные баки.снаб-
жены указателями поплавкового типа; шкала указателя вынесена
в контрбудку (см. ниже).
1 Габаритом называется предельное поперечное очертание подвижного
состава. Все выступающие детали паровоза должны помещаться внутри
габарита, иначе при движении паровоз может зацепиться, например,
за мостовую ферму, тоннель, высокую платформу или другое соору-
жение.
38
Глава I
В тендере помещается свыше 20 т топлива. Есть тендеры, в кото-
рые загружают 35 т топлива.
Фиг. 32. Общий вид шестиосноцо тендера
Основными частями тендера являются водяной бак с угольным
бункером, рама и тележки.
Корыто углеподатчика
Разрез по А А
Люки для набора воды
\/ '
Перегородки* Отсеки
Фиг. 33. Схема устройства шестиосиого тендера
Водяному баку придаётся П-образная форма (см. нижнюю про-
екцию, фиг. 33). Такая форма оказывается наиболее удобной для
совместного размещения воды и топлива.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
39
Водяной бак разделён перегородками с отверстиями на ряд отсе-
ков. Отверстия в соседних перегородках, как это видно на фиг. 33,
смещены относительно друг друга. Перегородки смягчают удары от
колебания воды при движении паровоза, особенно при внезапных
изменениях скорости (например при резком торможении). В сред-
ней части тендера размещён бункер для топлива.
Задняя и боковые стенки угольного бункера наклонные. Это
способствует ссыпанию угля на дно бункера и в корыто углеподат-
чика.
Фиг. 34. Танк-паровоз
Конструкторы изыскивают способы максимально снизить соб-
ственный вес тендера, не уменьшая его объёма: чем меньше вес
порожнего тендера, тем большее количество топлива и воды можно
в него загрузить, не превышая допускаемых нагрузок на рельс.
Тендер — неотъемлемая часть магистрального паровоза. Не-
которые же паровозы, работающие в пределах станции или завода,
не имеют отдельного тендера. Это бестендерные или так называе-
мые та н к-п а р о в оз ы (фиг. 34).
Небольшие баки для воды на танк-паровозах размещены обыч-
но по бокам котла паровоза, а ящики для угля — в будке машиниста.
« «
*
Будка машиниста — это помещение, где находится паро-
возная бригада: машинист, его помощник и кочегар; здесь разме-
щены все приборы и приводы механизмов для управления паро-
возом.
Будка машиниста укрепляется на топке котла. Задняя часть
будки — контрбудка — укреплена на тендере; в ней поме-
щается лоток для угля, необходимого при отоплении паровоза вруч-
ную. Лобовой лист кожуха топки, «дышащий» зноем, находится
40
Глава I
непосредственно в будке. Это создаёт неблагоприятные условия
для работы паровозных бригад.
Чтобы облегчить труд людей, работающих на паровозе, конструк-
торы и строители паровозов внесли в устройство будки ряд измене-
ний.
Будка машиниста пассажирского паровоза, показанного на
фиг. 8, — это просторное светлое помещение, размеры которого
(объём и рабочая площадь) больше будок многих других отечествен-
ных паровозов.
Фнг. 35. Будка машиниста современного паровоза (внутренний вид)
Будка, внутренний вид которой представлен на фиг. 35, имеет
шесть больших окон: четыре в боковых стенках и два в передней
стенке. Помимо этого, поток дневного света вливается в помеще-
ние сверху, через световые фонари. Переднее правое стекло обору-
довано стеклообогревателем, благодаря которому оно не замерзает
даже в самые сильные морозы, а от снега, дождя и пыли стекло очи-
щается пневматическим стеклоочистителем автомобильного типа —
«дворником».
В будке шесть сидений, из них четыре откидных. Кресло для
машиниста установлено, как обычно, справа, для помощника —
слева.
Паровое отопление даёт возможность в суровое зимнее время
поддерживать в будке необходимую температуру воздуха.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
41
Для удаления воздуха, загрязнённого топочными газами и
пылью, в потолке будки установлены два вентиляционных люка.
Кроме общей вентиляции, применена также местная вытяжная
вентиляция в виде специальных вытяжных люков, размещённых
против рабочих мест машиниста и его помощника.
Будка отделяется от контрбудки раздвижными двухстворчатыми
дверями, которые препятствуют прониканию угольной пыли из
тендера в будку.
Очень важное значение для работы паровозной бригады имеет
искусственное освещение контрольных и измерительных приборов.
В новейших будках лампочки установлены в отдельные кожуха,
снабжённые щелями, которые направлены в сторону того или иного
прибора. Благодаря этому в будке создаётся полумрак, обеспечи-
вающий хорошую видимость не только приборов, но и путевых
сигналов. Это так называемое рабочее освещение, оно применяется
в пути при следовании паровоза.
На стоянках включаются плафоны для освещения всей будки.
Таким образом в будках новейших паровозов устраивается двух-
режимное комбинированное освещение.
Будка современного паровоза радиофицирована. Радиоустановка
позволяет машинисту в любой момент связаться с диспетчером
участка.
При конструировании будок большое внимание уделяется их
отделке. Внутри помещение обшито тепловлагостойкой фанерой.
Между внутренней и наружной обшивками проходят трубопро-
воды для обогрева будки. Воздушная прослойка между внутренними
и наружными стенками зимой сохраняет тепло внутри будки,
а летом препятствует прониканию жары извне: воздух, как известно,
является плохим проводником тепла.
Перечисленные усовершенствования в будках новейших паро-
возов наряду с применением механической подачи угля в топку,
механической прокачки колосников и других механизмов, значи-
тельно улучшили условия труда паровозной бригады.
5. ЭКИПИРОВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Перед отправлением в рейс паровоз снабжается топливом, водой,
песком, смазочными и другими материалами.
В депо, на ряде станций, а иногда и в пути периодически очищают
топку отшлака, продувают котёл для удаления шлама, жаровые и
дымогарные трубы для очистки их от сажи, а также производят
другие операции, обеспечивающие нормальные условия работы паро-
воза. Комплекс этих операций называется экипировкой паро-
возов.
Трудоёмкие процессы экипировки — подача угля, песка, воды,
уборка шлака и др. — механизированы.
Снабжение паровозов углём. На топливных
складах железных дорог уголь на тендер паровоза подаётся при
42
Глава I
помощи паровых или элект-
рических грейферных кра- ,
нов (фиг. 36, внизу) или
через эстакады и бункерные
установки (фиг. 36, вверху).
Применение эстакад и
бункерных установок со-
га кращает простои паровоза
g- под набором угля до 4 —
§ 5 мин.
На топливных складах
щ выгрузка угля из самораз-
ш гружающихся полувагонов
g производится на специаль-
и ных повышенных путях
5 без применения ручного
£• труда. Из отвалов разгру-
’ зочного пути уголь’ грей-
я ферными кранами подаётся
g в кустовые бункера (см.
S. фиг. 36) или непосредст-
“ венно—на тендер паровоза,
з Наиболее совершенной
ё. установкой для подачи уг-
•е ля на паровозы является
’S углеподающая эстакада со
u смесительной станцией
я (фиг. 37). Полувагоны с уг-
§ лём разных марок подают-
£ ся на разгрузочный путь,
с совмещённый с углесмеси-
S тельной установкой, где и
к разгружаются в соответст-
вующие бункера.
я Из бункеров разгрузоч-
и ного пути уголь подаётся
° на движущийся транспор-
. тёр, на ленте которого об-
от разуется несколько слоёв
ц угля разных марок. Эта
е смесь при помощи системы
ленточных ’транспортёров
перемещается в раздаточ-
ные бункера углеподающей
эстакады. При загрузке в
бункера эстакады уголь
взвешивается.
Снабжение паро-
возов песком. На-
Основные части паровоза и экипировочные устройства
4Э
Фиг. 37. Углеподающая эстакада со смесительной станцией
Фиг. 38. Набор песка паровозом
44
Глава I
полнение песочниц паровозов сухим кварцевым песком производится
из пескораздаточных бункеров (фиг. 38), в которые песок подаётся
•с помощью сжатого воздуха из пескосушилки.
Пескоснабжающая установка включает в себя склад сырого
песка, пескосушилку с устройствами для сушки и просеивания
песка, пескопроводы и раздаточные бункера, из которых сухой
песок засыпается в песочницы паровозов. В новейших типах песке*
снабжающих установок для сушки песка применяются высокопро-
изводительные механизированные барабанные печи.
Снабжение паровозов водой. Быстрое снабжение
паровозов водой на промежуточных станциях имеет большое зна-
чение для увеличения скорости движения поездов (коммерческой
•скорости). Для сокращения простоев паровозов под набором воды
на многих станциях применяются башни-ускорители. Ускоритель —
это небольшой резервуар (ёмкостью 30—40 м3), расположенный
вблизи гидроколонки. В интервале между набором воды паровозами
ускорители наполняются водой, которая по трубопроводу и гид-
'роколонке за 6—10 мин. наполняет тендер паровоза.
На фиг. 39 показана принципиальная схема современного желез-
нодорожного водоснабженияс автоматическим управлением насосной
станцией. Такая станция работает без участия человека.
Схема работы станции железнодорожного водоснабжения доволь-
но проста. Вода из реки или другого водоёма перекачивается
в бак водонапорного сооружения. Отсюда она подаётся в раз-
водящий трубопровод под естественным напором или под давлением.
Как же обеспечивается автоматичность работы всех аппаратов и
оборудования насосной станции?
Установленный в здании насосной станции насос связан (сбло-
кирован) с поплавковым устройством водяного бака. Поэтому пуск и
•остановка электродвигателя насоса осуществляются автоматически в
зависимости от положения уровня воды в водонапорном сооружении.
Если уровень воды в водонапорной башне достигнет верхнего
предела, поплавок воздействует на реле (датчик), которое через
приборы управления останавливает электродвигатель насоса. На-
оборот, при понижении уровня в башне реле заставляет приборы
управления привести электродвигатель насоса в действие.
Необходимые переключения агрегатов, связанные с изменением
•режима работы станции, осуществляются при помощи электромаг-
нитных и тепловых реле-аппаратов, которые, выполняя разнообраз-
ные функции, автоматически воздействуют на другие аппараты и
контролируют их работу.
Передача электрического сигнала от поплавкового реле к агре-
гатам насосной станции осуществляется по проводам сигнализации.
Всякое изменение режима насосной станции быстро и чётко
воспринимается соответствующими аппаратами и агрегатами.
Работа каждого агрегата и всей установки контролируется по
•приборам; при появлении малейшей неисправности агрегат мгновен-
но отключается, и в действие приходит резервный агрегат.
Основные части паровоза и экипировочные устройства
45
Реле (датчик)
уровня воды
Фиг. 39. Схема снабжения паровоза водой с автоматическим управлением насосной станцией
46
Глава I
Основные преимущества насосной станции с автоматическим уп-
равлением перед станцией с ручным управлением заключаются в по-
вышении надёжности работы насосно-силового оборудования, его
сохранности и экономичности эксплуатации.
Автоматизация железнодорожного водоснабжения получает всё
более широкое распространение на наших железных дорогах.
Фиг. 40. Установка для уборки шлака
Уборка шлака. Чтобы обеспечить интенсивное горение
топлива, колосниковую решётку паровоза периодически очищают
от шлака. Шлак, накопившийся в бункерах зольника, высыпается
(в специально отведённых для этого местах) на деповские или
станционные пути или в кочегарные канавы и затем убирается в
отвал. В дальнейшем шлак используется как строительный материал.
Наиболее совершенная установка для уборки шлака (скиповая)
показана на фиг. 40. Шлак из зольника высыпается в расположен-
ный под путями приёмный бункер шлакоуборочной установки. При
автоматическом открытии затвора шлак из приёмного бункера»
высыпается в передвижной скип (ковш). При помощи электроле-
бёдки скип выкатывается из-под пути, поднимается и опрокидывает-
ся; шлак из него высыпается в железнодорожный полувагон.
Все процессы по открытию затворов бункеров, перемещению,
подъёму и разгрузке скипа в этой установке механизированы в
управление ими осуществляется нажатием кнопки.
Глава II
ГОРЕНИЕ И ПАРООБРАЗОВАНИЕ
1. ПОТРЕБНОСТЬ В ВОЗДУХЕ ДЛЯ ГОРЕНИЯ
Современные паровозы отапливаются преимущественно углём.
Каменный уголь может содержать до 80% углерода. Углерод —
основное горючее вещество любого топлива. Кроме углерода, горю-
чими являются водород и частично сера.
Содержащиеся в топливе азот и кислород, а также влага при горе-
нии топлива тепла не выделяют, а влага требует ещё и тепла для
своего испарения.
Минеральные примеси, находящиеся в топливе, при полном сго-
рании его претерпевают ряд химических превращений. В результате
после сгорания топлива из минеральных примесей образуется него-
рючий остаток, называемый золой.
Зола и влага являются вредными примесями, так как они за-
грязняют топливо и осложняют его горение. Поэтому их называют
балластом топлива.
При достаточно высокой температуре горючая часть топлива —
углерод, водород, сера — быстро соединяется с кислородом воз-
духа, подводимого в топку. Быстро протекающее химическое соеди-
нение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое
выделением тепла и света, называется горением.
В воздухе содержится более х/6 кислорода (20,91%) и почти
4/6 азота (78,15%). Небольшой процент (0,94%) падает на долю
углекислоты и водяных паров.
Горение поддерживает только кислород. Азот, как показывает
само название этого газа («азот» — слово древнегреческое, обозна-
чающее «безжизненный»), горения не поддерживает. Поэтому когда
мы говорим о подводе в топку необходимого для горения воздуха,
мы, собственно, подразумеваем подвод содержащегося в нём кисло-
рода.
Сколько же нужно подвести в топку воздуха, чтобы топливо
сгорело наиболее полно?
Здесь нам на помощь приходит химия. Она позволяет определить
теоретически потребное количество воздуха. Установлено, что для
полного сгорания 1 кг обычного каменного угля требуется около
10 кг воздуха. Так как 1 кг воздуха занимает объём примерно 0,8 ж8,
то для сжигания 1 кг каменного угля должно быть подведено
48
Глава II
приблизительно 8 м3 воздуха. Например, если в час на колосниковой
решётке сжигается 3 000 кг каменного угля, то за это время нужно
подать в топку около 24 000 м3 воздуха.
Практически в топку подводится несколько большее количество
воздуха, чем требуется по теоретическим подсчётам. Это объясняется
тем, что процесс перемешивания воздуха с частицами топлива
(особенно твёрдого топлива) и горючими газами происходит несо-
вершенно. Вследствие этого некоторые частицы не успевают войти в
соприкосновение с воздухом. Следовательно, если в топку подводить
только теоретически необходимое количество воздуха, то сгорание
будет неполным, а значит и тепла при этом выделится значительно
меньше.
Однако чрезмерно увеличивать количество подводимого воздуха
невыгодно: слишком обильный его приток, хотя и обеспечивает наи-
более полное сгорание топлива, но в то же время избыточный воз-
дух, нагреваясь, отнимает у топлива тепло и температура в огневой
коробке уменьшается.
Практика показывает, что для полного сгорания углей выгоднее
подавать воздуха в 1,2 —1,3 раза больше теоретически необхо-
димого количества. Следовательно, для полного сжигания 3000 кг
каменного угля нужно в течение часа подать в огневую коробку
не 24 000 л3 воздуха, как указано в нашем примере, а около
30 000 м3.
Чтобы заставить такое большое количество воздуха непрерывно
поступать в топку, в котле паровоза создаётся сильная тяга (см.
главу III).
2. ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ
Рассмотрим вкратце процесс горения топлива в топке паровоз-
ного котла.
Вначале топливо, заброшенное в раскалённую топку, подсуши-
вается, из него выделяется влага. Затем при нагревании до темпе-
ратуры 600 — 800° из топлива выделяются (улетучиваются) газо-
образные вещества, называемые летучими.
Летучие вещества быстро и легко загораются; чем больше лету-
чих содержит уголь, тем легче он воспламеняется, тем длиннее
языки пламени. Летучие сгорают в пространстве над колосниковой
решёткой, т. е. над слоем топлива. Чем меньше летучих содержит
уголь, тем труднее он загорается, и процесс горения протекает глав-
ным образом в самом слое топлива.
При горении в результате химических реакций образуются про-
дукты горения (топочные газы), которые состоят из азота (главным
образом), углекислого газа, сернистого газа, паров воды и некото-
рого количества свободного кислорода, не успевшего вступить
в соединение с углеродом.
Горение считается полным, если весь углерод, содержащийся
в топливе, перешёл в углекислый газ, а водород — в пары воды.
Горение называется неполным, если в продуктах горения имеют-
Горение и парообразование
49
ся окись углерода, несгоревший водород или другие горючие
вещества.
После выделения летучих на колосниковой решётке образуется
твёрдый остаток — кокс.
Топочные газы, образующиеся от сгорания летучих и кокса,
отводятся из огневой коробки через жаровые и дымогарные трубы
при помощи специальной дымовытяжной установки (см. главу Ш).
Тепловой эффект любого вида топлива, и в частности каменного
угля, характеризуется теплотворной способностью, т. е. тем коли-
чеством тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг дан-
ного топлива. За единицу количества тепла принята килокалория
(большая калория), т. е. количество тепла, за счёт которого можно
повысить температуру 1 кг воды на ГС.
Установлено, что 1 кг хорошего каменного угля при полном сго-
рании способен выделить около 6 500 килокалорий тепла. При пол-
ном использовании этого тепла можно повысить температуру 6,5 т
воды на Г или подогреть от 0 до 100° 65 кг воды.
После сгорания топлива на колосниковой решётке, как указы-
валось, остаётся зола — несгорающий остаток, образующийся из ми-
неральных примесей. Чем больше золы в топливе, тем меньше горю-
чих веществ и тем меньше теплотворная способность этого топлива.
Находясь в слое раскалённого топлива, зола плавится и, медлен-
но стекая к менее нагретой поверхности колосниковой решётки,
застывает на ней, образуя плотную корку шлака. В результате доступ
воздуха к слою топлива затрудняется, горение ухудшается и, если
своевременно не очистить колосниковую решётку, может вообще
прекратиться.
Чтобы избежать зашлаковывания, топки паровозных котлов
оборудуются шлакоувлажнителями. Шлакоувлажнитель имеет вид
изогнутой трубки, расположенной под колосниковой решёткой.
В трубке высверлен целый ряд маленьких отверстий. Пар, выходя-
щий тонкими струйками из отверстий шлакоувлажнителя, проникает
между частицами спекающейся золы, способствуя образованию
пористого шлака. В результате значительно облегчается доступ
воздуха из зольника в топку и упрощается чистка топки.
Во время интенсивного горения температура в топке доходит
до 1500°, а иногда и до 1700—1800°.
Как же тепло, выделяющееся при горении в топке, передаётся
воде, находящейся в котле паровоза?
3. ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА
Передача тепла в паровозной топке может происходить двумя
путями: лучеиспусканием (радиацией) и соприкосновением (конвек-
цией). Между ними есть различие. Чтобы понять его, приведём
такие примеры.
Каждый из нас не раз ощущал действие тепловых лучей
яркого летнего солнца, хотя солнце отделено от земли огромным
4 В. А. Дробипский
50
Г лава II
пространством. Нагревательная спираль обычной электрической
плитки точно так же излучает тепловые лучи, которые мы ощущаем,
когда включим ток.
Свойством испускать лучи обладают не только раскалённые тела,
но и тела, нагретые до любой температуры, например стенки тёплой
печи, поверхности труб отопления, по которым пропускается горя-
чая вода или пар. Подобных примеров можно привести много.
Передача тепла лучами на расстояние носит название теплопе-
редачи лучеиспусканием (радиацией).
Чтобы яснее представить перенос тепла конвекцией, достаточно
опустить руку в поток слегка нагретой жидкости или газа, как мы
сразу же ощутим приток теплоты. Такой способ распространения
теплоты путём непосредственного действия нагретых частиц вещест-
ва при их движении называется конвекцией. Примером передачи
тепла конвекцией может служить также движение воздуха в
комнате от батареи парового отопления к холодному окну.
В топке паровоза теплопередача лучеиспусканием (радиацией)
является основной; почти девять десятых всего количества тепла
в пределах огневой коробки передаётся лучеиспусканием. Источ-
ником лучистой энергии здесь служат раскалённый слой угля, рас-
калённые газы (пламя), а также свод, нагретый до высокой темпера-
туры.
Указанные источники излучают во все стороны топки тепловые
лучи, тепло которых поглощается менее нагретыми стенками огне-
вой коробки и через них передаётся воде, омывающей стенки.
Кроме передачи лучеиспусканием, небольшая доля тепла пере-
даётся воде конвекцией. Отдав значительную часть тепла в топке,
горячие газы мощным потоком устремляются из огневой коробки
в жаровые и дымогарные трубы. Здесь процесс переноса тепла про-
должается, но он носит иной характер: место лучеиспускания зани-
мает главным образом конвекция, т. е. отдача тепла стенкам труб
движущимися газами.
Количество тепла, передающееся воде через каждый квадратный
метр поверхности труб, много меньше того, которое передаётся через
ту же площадь стенок топки. Каждый квадратный метр поверхности
труб поглощает тепла в 8—10 раз меньше, чем каждый квадратный
метр поверхности нагрева огневой коробки. Именно этим и объяс-
няется тот факт, что топка приготовляет больше половины всего
количества пара, получаемого в котле, хотя её поверхность примерно
в 10 раз меньше испаряющей поверхности всех жаровых и дымогар-
ных труб.
Итак, теплопередача в котле осуществляется одновременно двумя
способами; в топке основной вид теплопередачи — лучеиспуска-
ние, в жаровых и дымогарных трубах — конвекция. Передача тепла
воде через стенки огневой коробки и труб возможна благодаря тепло-
проводности металла (фиг. 41). Внутри металлической стенки тепло
непрерывно «течёт» от более нагретых частиц металла к менее
нагретым и далее к воде, находящейся в котле.
Горение и парообразование
51
Фиг. 41. Схема передачи тепла воде
через стенку огневой коробки
Теория теплопередачи в топке и в трубах котла является одной из
сложных областей паровозной теплотехники. Ещё совсем недавно —
три десятка лет назад — ряд вопросов из этой области был
слабо изучен. Советские учё-
ные — академик С. П. Сыро-
мятников, проф. Н. И. Бело-
конь, проф. П. К. Конаков и
др.—вскрыли и научно объ-
яснили многие важные явле-
ния теплопередачи в паровоз-
ном котле.
Всё же некоторые вопросы,
касающиеся теплового рас-
чёта котла паровоза, недос-
таточно изучены.
4. ИСПАРЕНИЕ
Прежде чем перейти к рас-
смотрению явлений, связан-
ных с образованием пара в
паровозном котле, остановим-
ся сначала на особенностях парообразования в открытом сосуде,
когда давление на поверхности воды равно атмосферному.
Молекулы воды, как и всех веществ в природе, всегда находятся
в движении: одни молекулы двигаются быстрее, другие — медлен-
нее. Молекулы, которые двигаются с наибольшей скоростью,
преодолевают силы молекулярного сцепления и выносятся в атмо-
сферу. Оторвавшись от воды и попав в окружающий воздух, молекулы
воды образуют водяной пар.
Скорость движения молекул, находящихся в парообразном со-
стоянии, больше скорости движения молекул воды. Расстояние
между молекулами воды при переходе её в парообразное со-
стояние увеличивается, вследствие чего объём 1 кг пара во много
раз больше объёма 1 кг воды; при атмосферном давлении 1 кг пара
занимает объём в 1 650 раз больше того объёма воды, из которой он
получился (фиг. 42).
Процесс перехода воды в парообразное состояние называется ис-
парением. Так как молекулы жидкости всегда находятся в движении,
то испарение её имеет место при любой температуре.
Испарение можно наблюдать в природе: туман, облака и тучи —
результат испарения воды с поверхности рек, озёр, морей. Однако
без нагревания переход воды в пар происходит очень мед-
ленно.
Чем сильнее нагрето тело, тем быстрее движение молекул
«...теплота состоит во внутреннем движении материи», — писал
свыше двухсот лет назад великий русский учёный М. В. Ломо-
носов.
4*
52
Глава II
С возрастанием температуры число молекул, двигающихся с наи-
большей скоростью, увеличивается, а поэтому процесс испарения
усиливается. Тепло, сообщаемое воде, расходуется на работу по
Фиг. 42. Сухой насыщенный пар при 1 ата, полученный
из 1 л воды, займёт бак объёмом 1 650 л
преодолению сил молекулярного сцепления в воде и сил давления
атмосферного воздуха, который давит на поверхность воды и тем
самым препятствует выходу пара в атмосферу.
5. КИПЕНИЕ
В процессе передачи тепла воде температура её всё время воз-
растает. Когда термометр показывает 100°, вода испаряется не толь-
ко с поверхности, но и изнутри во всей своей массе. Пар в виде
мельчайших пузырьков зарождается главным образом у поверх-
ностей нагрева, так как именно эти поверхности обладают наиболее
высокой температурой.
Образующиеся пузырьки пара быстро растут, так как они энер-
гично забирают тепло от окружающих перегретых частиц воды,
отрываются от поверхности, на которой они образовались, и в вер-
тикальном направлении всплывают на поверхность воды, приводя
всю воду в состояние бурного, вихревого движения: спокойное испа-
рение жидкости переходит в интенсивное кипение. Когда жидкость
закипит, дальнейшее повышение температуры прекращается, хотя
воде, находящейся в открытом сосуде, непрерывно сообщается тепло.
На что затрачивается это тепло?
При кипении тепловая энергия, сообщаемая воде, идёт только
на превращение воды в пар,т. е. на преодоление сил сцепления
между молекулами. Для нагревания 1 кг воды от 0 до 100° нужно
затратить 100 килокалорий, а для того чтобы полностью превратить
1 кг воды в пар при температуре 100°, требуется ещё 540 килокало-
рий, т. е. в 5 с лишним раз больше. Это тепло, затрата которого не
Горение и парообразование
53
сопровождается повышением температуры воды, называется скрытой
теплотой парообразования.
До сих пор мы рассматривали процесс получения пара в откры-
том сосуде, когда выходу молекул из воды препятствовало только
давление окружающего воздуха.
Иная картина получается в плотно закрытом сосуде с водой,
каким в сущности является котёл паровоза. Здесь выходящему из
воды пару остаётся только пространство, ограниченное поверхностью
воды и стенками сосуда.
Когда вода нагреется до 100°, из неё начнёт выделяться пар той
же температуры. Выделяющийся пар, поднимаясь вверх, встретит
препятствие в виде стенок сосуда. А так как молекулы находятся
в постоянном движении, то в ограниченном пространстве котла учас-
тятся удары их друг о друга и о стенки котла. Удары миллиардов
молекул в сумме и составляют давление пара.
Молекулы пара, заполнившего замкнутое пространство сосуда,
будут давить не только на его стенки, — они будут оказывать такое
же воздействие на поверхность воды (зеркало испарения), препят-
ствуя выделению пузырьков пара из толщи воды. Но так как на-
гревание не прекращается, то тепло будет затрачиваться на повыше-
ние температуры воды сверх 100°. При этом скорость движения
частиц ещё больше увеличится, и как только давление внутри паро-
вых пузырьков превысит давление сверху, новая порция пара по-
ступит в пространство над уровнем воды.
Количество молекул в паровом пространстве возрастёт, про-
межутки между ними уменьшатся, пар уплотнится. От этого число
ударов молекул увеличится, а следовательно, возрастёт и давление
пара. Это вызовет дополнительное увеличение внутренней энергии
пара, т. е. затрату дополнительного тепла на повышение темпера-
туры воды, и описанный процесс парообразования повторится снова.
Необходимо отметить, что этот процесс протекает непрерывно и
очень быстро.
Из этого следует, что температура кипения воды зависит от давле-
ния, действующего на её поверхность, и повышается с увеличением
давления (фиг. 43).
Например, при давлении по манометру 4 ат температура котло-
вой воды, а значит и пара, равна около 151°, а при давлении 10 ат—
180,3°. Если же довести давление в котле до 15 ат* по манометру,
то температура увеличится до 200°. Наоборот, при снижении давле-
ния температура кипения воды понижается.
Таким образом, температура кипения зависит от давления, при
котором происходит парообразование. Это обстоятельство и позво-
лило разрешить проблему создания маневрового паровоза, работаю-
щего без отопления, и поэтому безопасного в пожарном отношении.
Такие паровозы, получившие название безогневых, или бестолочных
* На современных паровозах большой мощности давление пара в котле
равно 15 — 16 ат.
54
Глава II
(так как они не имеют топки), незаменимы для работы на нефтепере-
гонных заводах, бумажных и лесопильных фабриках и тому подоб-
ных огнеопасных предприятиях, где возможность возникновения
пожара особенно велика.
Общий вид бестопочного паровоза, построенного Муромским
заводом по проекту Коломенского паровозостроительного завода,
представлен на фиг. 44. Он имеет обычную паровую Машину и эки-
пажную часть, но у него нет дымовой трубы и тендера, а вместо
котла с топкой установлен котёл-аккумулятор, представляющий
собой большой стальной резервуар (ёмкостью 21 .и3) с хорошей
теплоизоляцией.
Фиг. 43. Схема зависимости температуры кипения от давления
пара при парообразовании в закрытом сосуде
Котёл-аккумулятор до приведения паровоза в действие запол-
няется примерно на 2/8 водой, а затем паром из обычного парового
котла или котельной установки предприятия (начальная заправка
занимает 30—50 мин.). Пар, поступающий в самую нижнюю часть
котла, нагревает воду. Постепенно температура воды в котле-
аккумуляторе увеличивается и наступает момент, когда эта тем-
пература соответствует точке кипения при заданном давлении
(16 ат): паровоз готов к работе. Когда машинист открывает
выпускной клапан, пар из котла-аккумулятор а поступает в паро-
вую машину, и паровоз трогается. При этом по мере расходования
пара давление и температура в котле-аккумуляторе постепенно
снижаются.
Но так как со снижением давления уменьшается и темпе-
ратура кипения, вода всё время кипит и интенсивно выделяет-
ся пар. Бестопочные паровозы могут работать без повторной заряд-
ки до тех пор, пока давление не снизится до 1—2 ат. Однако
практически они разряжаются до давления 3—4 ат, при котором
ещё обеспечивается достаточная для маневровой работы сила тяги
паровоза. Повторная зарядка занимает 15-—25 мин.
Процесс парообразования в котле обычного паровоза отличается
интересными свойствами. Если, например, при неизменном подводе
тепла выпустить из котла часть пара, то несмотря на частично осво-
Горение и парообразование
55
бодившийся объём парового пространства давление находящегося
там пара останется прежним.
Это происходит потому, что место выпущенного пара сейчас же
занимает новая порция пара, образовавшегося из воды.
Фнг. 44. Бестопочный паровоз
При кипении пар уносит с собой частицы воды и является влаж-
ным. Вот почему непосредственно соприкасающийся с водой пар
называют насыщенным. В котле паровоза всегда получается насы-
щенный пар; он содержит в себе от 3 до 5% влаги, т. е. в 1 кг пара
находится в среднем от 30 до 50 г воды.
в. ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР
Паровая машина паровоза приводится в действие перегретым
паром, т. е. таким, температура которого в 2—2,5 раза выше темпе-
ратуры насыщенного пара при том же давлении. На новейших паро-
возах температура перегретого пара достигает 450°.
Чтобы нагляднее представить себе выгоды, связанные с приме-
нением перегретого пара, сопоставим два одинаковых паровоза
с давлением пара в котле (по манометру) 15 ат. Пусть первый локо-
мотив работает насыщенным паром с влажностью 5%, а второй —
перегретым паром, температурой 400°. Паровая машина паровоза,
работающего насыщенным паром, потребляет в час примерно
10 000 кг пара.
56
Глава II
Высчитаем, сколько будет расходовать перегретого пара машина
второго паровоза.
Установлено, что 1 кг насыщенного пара при давлении 15 ат по
манометру занимает объём 0,126 м8. Значит, 10 000 кг пара занимают
объём, равный 0,126 X 10 000 = 1 260 м3. Если же 1 кг пара на-
греть при этом же давлении до 400°, то он займёт объём 0,194 м8,
а 10 000 кг — 1 940 м8, т. е. на 680 м8 больше, чем такое же
весовое количество насыщенного пара.
Из этого следует, что для заполнения одного и того же цилиндра
(объёма) потребуется меньшее весовое количество перегретого пара.
Обращаясь к нашему примеру, видим, что для заполнения в те-
чение часа того же объёма (1 260 м.3) перегретым паром потребуется
уже не 10 000 кг пара, а только 1 260 : 0,194 = 6 500 кг. Сбереже-
ние значительного количества пара, а следовательно, и воды даёт
возможность сэкономить топливо при выполнении той же работы.
Но может возникнуть вопрос, каким же образом получается
экономия топлива, если для перегрева пара требуется добавочное
тепло? На первый взгляд кажется, что, выигрывая на увеличении
объёма пара, мы проигрываем на затрате тепла, которое требуется
для перегрева. Однако это не так. Например, при давлении по мано-
метру 15 ат и температуре 200° на приготовление 1 м8 насыщенного
пара расходуется 5 200 ккал, а при тех же 15 ат и перегревании пара
до 400° на получение 1 м8 перегретого пара затрачивается только
4 000 ккал.
Использование перегретого пара вместо насыщенного даёт
экономию примерно 20—25% топлива и 30—40% воды.
Другим ценным свойством перегретого пара по сравнению с насы-
щенным является то, что он не выделяет капелек воды при охлажде-
нии, расширении или снижении давления, т. е. не конденсируется,
пока его температура не достигнет температуры насыщенного пара.
Почему вредна конденсация? Пар, превратившийся в воду,
естественно, работы не производит, вследствие чего в машину надо
вводить некоторое количество добавочного пара.
В паровых машинах, работающих насыщенным паром, потери
от конденсации составляют 25—60%. Они складываются из потерь
на так называемую первоначальную и внутреннюю конденсацию.
Не останавливаясь подробно на этих довольно сложных явле-
ниях, отметим лишь главное. Читателю известно, что определён-
ному давлению насыщенного пара соответствует определённая его
температура. В цилиндры паровой машины пар впускается при дав-
лении примерно 15 ат, а выпускается при давлении 1,5—2 ат.
При этом впуск и выпуск пара производятся через одни и те же ка-
налы цилиндров. Температура стенок каналов после прохода по
ним отработавшего пара будет значительно ниже температуры све-
жего пара, впускаемого в цилиндры через те же каналы. Из-за
соприкосновения со сравнительно холодными внутренними поверх-
ностями каналов и цилиндра часть пара оседает на них в виде
росы—• происходит первоначальная конденсация.
Горение и парообразование
57
Внутренняя конденсация в отличие от первоначальной происхо-
дит не на стенках каналов и цилиндров, а во всём рабочем объёме
цилиндров.
При высокой же температуре перегрева пар не конденсируется
в течение всего времени нахождения его в цилиндрах машины. Сле-
довательно, потери на конденсацию уменьшаются, а это позволяет
уменьшить расход пара.
7. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА
Фиг. 45. По-
лучение пе-
регретого па-
ра при по-
стоянном
давлении
Представим себе цилиндр с водой, на поверхности которой лежит
подвижный поршень. Он притёрт к стенкам цилиндра так хорошо,
что совершенно не пропускает пара. Будем подогревать воду.
Пока вся вода в цилиндре не испарится, тепло бу-
дет затрачиваться на переход воды в пар. Но как
только последняя частица воды испарится (фиг. 45),
начнётся перегрев пара, объём которого в нашем
примере будет возрастать, так как давление остаётся
постоянным.
Продолжая подводить тепло к пару, мы можем
перегреть его до значительной температуры.
Таким образом в основу получения перегретого
пара положен принцип отделения и осушки насыщен-
ного пара от воды, из которой он образовался, и со-
общения ему добавочного тепла.
В котле паровоза, всегда наполненном водой, по-
лучить перегретый пар путём испарения всей воды,
конечно, нельзя. Поэтому здесь используют другой
способ получения перегретого пара. Смысл его за-
ключается в том, что насыщенный пар выводят за пре-
делы парового пространства котла, отделяя тем самым
пар от котловой воды. После этого ему и сообщают добавочное коли-
чество тепла. При этом, как и в рассмотренном выше примере, тем-
пература пара и его объём увеличиваются, а давление остаётся
постоянным.
Как же осуществляется перегрев насыщенного пара на совре-
менных паровозах?
8. УСТРОЙСТВО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ
Принцип получения перегретого пара был известен давно.
Однако создание надёжного устройства для перегрева пара на паро-
возах оказалось весьма трудной задачей. Практически она была
разрешена немногим более полувека назад.
В 1898 г. инженер Грубинский сконструировал и установил
на паровозе специальное устройство — пароперегреватель,
который позволял нагревать насыщенный пар при постоянном дав-
лении.
58
Глава II
Создание и усовершенствование пароперегревателей открыло но-
вую эру в паровозостроении.
Перегрев пара на паровозах происходит в пучках параллель-
ных петлеобразных трубок — элементах, помещённых внутри труб,
по которым проходят из топки газы сгорания. Эти широкие трубы
называются жаровыми. Увеличение их диаметра в 2,5—3 раза по
сравнению с дымогарными трубами и объясняется необходимостью
разместить в них элементы. Число жаровых труб на паровозах до-
ходит до 130.
Пароперегреватели, элементы которых размещены внутри жаро-
вых труб, называются жаротрубными пароперегревателями.
Фиг. 46. Схема двухоборотного пароперегревателя
Жаротрубный пароперегреватель (схема его представлена
на фиг. 46) состоит из двух основных частей: элементов и коллектора.
Трубки элементов укрепляются в жаровых трубах специальными
скобами и распорками. Количество трубок в элементе, их располо-
жение и размеры определяют тип пароперегревателя. Концы элемен-
тов выводятся в дымовую коробку и плотно прикрепляются к кол-
лектору.
Коллектор (фиг. 47) представляет собой коробку, состоящую
из двух изолированных друг от друга камер: для насыщенного и для
перегретого пара.
Один конец элемента соединён с камерой насыщенного пара,
другой — с камерой перегретого пара. Поэтому пар из одной камеры
в другую может попасть, только пройдя через элементы паропере-
гревателя.
Пар из котла попадает в камеру коллектора для насыщенного
пара и из неё поступает в элементы через ряд отверстий в плите
(дне) этой камеры, разделяясь при этом на ряд мелких струек.
Проходя внутри каждого элемента, струйки пара делают один или
два поворота (к топке и обратно) в зависимости от типа перегрева-
теля.
Горение и парообразование
Пар в трубках однооборотного пароперегревателя проходит
в двух направлениях: от дымовой коробки к топке навстречу дви-
жению газов сгорания и от топки к дымовой коробке по направ-
лению движения газов. Таким образом, пар делает в каждом;
элементе один оборот.
В трубках двухоборотного перегревателя пар совершает два
оборота (см. фиг. 46).
Фиг. 47. Коллектор пароперегревателя
Проходя по жаровым трубам, поток раскалённых газов встре-
чает на своём пути элементы и передаёт часть тепла от газов пару,.,
движущемуся в трубках пароперегревателя.
Передача тепла пару здесь идёт главным образом конвекцией,
т. е. путём непосредственного соприкосновения движущихся газов,
со стенками элементов. Первоначально в элементах происходит испа-
рение влаги, оставшейся в паре после выхода из котла. В это время
температура пара не повышается. Следовательно, на некотором уча-
стке поверхность пароперегревателя (примерно 15—20% длины
элемента) используется не по прямому назначению, что снижает ко-
нечную температуру перегрева пара. Но как только последняя
частица влаги испарится, тотчас же начнётся перегрев пара.
При движении по трубкам элементов пар перегревается до тем-
пературы 350—450°.
Так как находящийся в пароперегревательных трубках пар всё-
время сообщается с котлом, то давление пара остаётся почти неиз-
менным (примерно равным котловому).
'SO
Глава II
Таким образом, поток раскалённых газов, проходя по жаровым
трубам, передаёт своё тепло не только окружающей воде, но и
лару, протекающему в трубках элементов. От этого температура
газового потока снижается и при выходе из жаровых труб не
превышает 250—450°, тогда как при входе онаа равна 900—1200°
•(см. фиг. 46).
Пройдя элементы, пар возвращается в коллектор, но уже в камеру
перегретого пара.
Итак, насыщенному пару, образовавшемуся в котле, приходится
проделать длинный путь, прежде чем он попадёт наконец в паровую
машину. На этом пути происходит осушка и перегрев пара.
9. СРЕДСТВА, УЛУЧШАЮЩИЕ КАЧЕСТВО ПАРА
Котлы паровозов питаются водой из рек, озёр, артезианских
•скважин и искусственных водохранилищ. Воды этих источников
содержат разнообразные примеси (частицы глины, песка, газы и
растворённые соли). В среднем одна тонна природной воды содер-
жит 300—500 г примесей.
Состав и количество этих примесей неодинаковы для источников
водоснабжения различных районов. Так, например, воды Донбасса
особенно богаты солями, а воды многих источников водоснабжения
•Северного Кавказа отличаются присутствием в них большого коли-
чества щёлочей. Органические вещества преобладают в водоёмах,
питающихся болотными торфяными водами.
Если питательная вода не подвергается специальной обработке,
то, попадая в котёл паровоза, она приносите собой много различных
примесей в растворённом виде или в виде взвешенных частиц. При
испарении воды в котле количество примесей возрастает в несколько
раз.
Если котловая вода загрязнена незначительно, то пузырьки
пара, образующиеся при кипении, достигая её поверхности, мгно-
венно лопаются. Если же котловая вода сильно загрязнена, то паро-
образование ухудшается, так как процесс разрушения пузырьков
пара при выходе их в паровой объём замедляется. Это происходит
потому, что примеси, содержащиеся в воде, делают плёнку пузырь-
ков более прочной.
«Срок жизни» пузырьков пара в этом случае удлиняется. Это
приводит к тому, что поступающие на поверхность воды новые пу-
зырьки наслаиваются на пузырьки, не успевшие разорваться. Много-
слойная масса пузырьков представляет собой пену, которая на-
капливается под свободной поверхностью воды и поднимает эту
поверхность. При этом объём парового пространства уменьшается
и пар, захватывая с собой пену, загрязняется солями, механиче-
скими примесями, делается более влажным.
Для вод с высоким содержанием солей, наряду со вспениванием,
•в котле наблюдаются и случаи бросания, заключающиеся в мгно-
венных выбросах значительного количества воды вместе с паром
Горение и парообразование
6J
в пароперегреватель и даже в паровую машину. Это явление
большей частью имеет место при резком открытии регулятора.
На фиг. 48 изображён «бросок» воды в котле при резком открыта»
регулятора. При «броске» воды влажность пара может увеличиться
во много раз.
Выше указывалось, что унос влаги из котла снижает температуру
перегрева пара. Падение температуры перегретого пара на 10е
вызывает пережог топлива паровозом примерно на 1%, что снижает
его экономичность и приводит к перерасходу до 1,5% воды.
Но это не всё. При испарении влаги в пароперегревателе примеси,,
содержащиеся в ней, осаждаются на стенках трубок элементов. От-
Фиг. 48. «Бросок» воды в котле при резком открытии регулятора
этого сечение трубок уменьшается; передача тепла от стенок трубок
к пару ухудшается, а стенки трубок перегреваются и прогорают..
Ещё недавно только из-за накипи, образующейся в трубках
элементов, потери топлива на сети дорог достигали 600 тыс. твгод.
Из этого видно, как сильно влияет унос влаги из котла на расход,
топлива.
Часть примесей в виде мелких частиц уносится паровым пото-
ком в цилиндры паровой машины, что приводит к усиленному износу
трущихся частей и образованию твёрдого нагара.
Во время работы котла примеси осаждаются на стенках топки,,
жаровых и дымогарных труб в виде накипи или шлама. Теплопро-
водность стенок, покрытых накипью, уменьшается. От этого паро-
образование ухудшается.
Таким образом, нормальная эксплуатация паровоза при плохом
качестве пара сильно осложняется, а в отдельных случаях может
произойти поломка деталей движущего и парораспределительного
механизмов.
Вопросы борьбы за качество пара, которое зависит от его влаж-
ности и содержания солей, уносимых из котловой воды в про-
цессе парообразования, приобрели особое значение при вождении
•32
Глава II
тяжеловесных поездов на высоких скоростях, когда съём пара
-с каждого квадратного метра поверхности нагрева значительно воз-
растает.
До последнего времени самым распространённым способом
борьбы с влажностью пара был способ механического отделения
влаги от парового потока на его пути к пароперегревателю.
Для этого применялся простой прибор, известный под назва-
нием паросушителя. Устройство его основано на использо-
вании лабиринта перегородок, через которые пропускался пар
(фиг. 49). При резких поворотах (на 180°) капельки воды, обладаю-
щие значительно большим весом по сравнению с частицами пара,
отбрасываются силами инерции на стенки прибора и возвращаются
в котёл. Такие паросушители называются инерционными.
Фиг. 49. Схема работы механического паросушителя
Аналогично работают и так называемые центробежные паро-
сушители. Разница лишь в том, что в центробежных приборах
пар проходит не сквозь лабиринт перегородок, а между изогнутыми
лопатками особого диска (сепаратора).
Механический способ очистки пара от влаги по идее является
наиболее простым и поэтому весьма заманчив. Однако среди пред-
ложенных многочисленных механических паросушителей в настоя-
щее время нет ни одной надёжной конструкции. Техническая мысль
много лет работала над идеей замены механического паросушителя.
На фиг. 50 показана схема газового паросушителя конструкции
инженеров Н. С. Череватого, Л. М. Майзеля, Н. А. Турика. Они
предложили поместить в дымовой коробке специальный барабан
с большим количеством вертикальных трубок.
Топочные газы проходят внутри этих трубок сверху вниз (чёр-
ные стрелки), а насыщенный пар из котла омывает трубки снаружи
(белые стрелки). Благодаря этому уходящие газы охлаждаются, а пар
подсушивается и подогревается. По выходе из камеры газы на-
правляются в дымовую трубу, а подсушенный и слегка подогретый
пар — в камеру насыщенного пара коллектора и далее, как обычно,
через элементы к цилиндрам машины. От этого работа пароперегре-
вателя и всего паровоза становится эффективнее.
Такие газовые паросушители установлены пока на опытных па-
Горение и парообразование
63
ровозах. Основной их недостаток — громоздкость и большой вес
(более 2 т).
Эффективным средством борьбы с пенообразованием является
химический пеногаситель. В отличие от паросушителей он не толь-
ко снижает капельный унос воды, но и предотвращает её бросание.
Фиг. 50. Газовый паросушитель
Пеногасителем называют специальное химическое вещество,
обладающее свойством распределяться по всей толще котловой
воды и разрушать пузырьки.
Выше указывалось, что под влиянием загрязнения котловой
воды примесями процесс лопания пузырьков, достигших поверх-
ности воды, сильно замедляется. Это происходит потому, что проч-
ность плёнки пузырьков пара при наличии примесей возрастает.
Чтобы уменьшить пенообразование, надо прежде всего снизить
прочность плёнки пузырьков, образующих пену.
Химический пеногаситель, проникая в плёнку пузырьков,
ослабляет их прочность, чем способствует более быстрому разру-
шению пузырьков и более свободному выходу пара в паровое
пространство.
Разрушая мелкие пузырьки, сокращая как бы «срок жизни» их,
пеногаситель не даёт им возможности скопиться и образовать пену, *
64
Глава II
благодаря этому общий уровень кипящей в котле воды остаётся
нормальным.
Таким: образом, введение в котёл нескольких граммов высоко-
эффективного пеногасителя (в среднем 0,2—0,3 г на 1 т испа-
ряемой воды в зависимости от её качества) предотвращает вспе-
нивание и унос котловой воды с паром, а значит, улучшает паро-
образование в течение нескольких часов работы паровоза.
Пеногаситель периодически вводится в котёл паровоза перед
отправлением поезда, а в некоторых случаях и перед вступлением
его на затяжной подъём.
Химический пеногаситель — новее средство борьбы за каче-
ство пара—применяется почти на всех железных дорогах нашей
Сажесдуватель. Во время работы паровозного котла,
особенно при высокой форсировке, в дымогарные и жаровые трубы
заносятся мелкие несгоревшие частицы твёрдого топлива. Оседая
на стенках труб, они понижают их теплопроводность и, как следст-
вие, ухудшают парообразование и перегрев пара. Поэтому содержа-
ние труб в чистоте имеет очень важнее значение для экономичной
работы паровоза.
Положительные результаты даёт применение сажесдувателей,
которые устанавливаются по бокам кожуха топки.
Действие сажесдувателя основано на использовании энергии
котлового пара, струя которого вытекает из сопла в направлении
трубчатой решётки и выдувает частицы угля и сажи, попав-
шие в трубы. Из схемы, приведённой нафиг. 51, видно, что при про-
дувке труб сопло сажесдувателя выдвигается в пространство топки,
а после продувки убирается в простенок между огневой коробкой
и его кожухом..
Это позволяет продлить срок службы сопла, так как в период
между продувками труб оно не подвергается действию высоких тем-
ператур топочных газов и поэтому не обгорает. Сажесдуватель
с выдвигающимся соплом состоит из цилиндра с поршнем, шток
которого соединён с соплом. Когда машинист откроет доступ пару
в правую полость цилиндра, поршень передвинется и выдвинет
сопло, пар к которому будет поступать через канал в штоке.
Горение и парообразование
65
* *
*
Подводя итог всему сказанному, мы можем сделать заключение,
что внутри котла паровоза происходят сложные превращения
энергии, которые можно разделить на две группы:
1) сжигание топлива — превращение химической энергии топ-
лива в тепловую энергию газов;
2) образование пара повышенного давления (сначала насыщен-
ного, потом перегретого) — превращение тепловой энергии газов
в потенциальную энергию пара.
Потенциальную энергию пара можно сравнить, например,
с энергией мощного молота, хотя на первый взгляд кажется, что
здесь нет ничего общего.
Поднимем бабу (биток) молота на некоторую высоту и будем
удерживать её так посторонней силой. На поднятие бабы нам при-
шлось затратить работу, которую нетрудно подсчитать, если вес
бабы умножить на высоту подъёма.
Пока баба находится на весу, она обладает запасом потенциаль-
ной энергии, накопленной по мере того, как бабу поднимали.
Если теперь отпустить бабу, то, падая с высоты, она произведёт
работу: деформирует металл на наковальне.
К моменту удара о наковальню вся потенциальная энергия
(энергия покоя) перейдёт в кинетическую (энергию движения).
Подобно падающей бабе пар, если дать ему выход, способен произ-
вести работу.
Итак, котёл паровоза совместно с пароперегревателем обеспе-
чивает в потребном количестве получение перегретого пара опреде-
лённого давления и температуры.
В этом состоит главное назначение котла паровоза, как, впрочем,
и любого другого парового котла.
5 В. А« Дробпнскнй
Глава TIT
ОБРАЗОВАНИЕ ТЯГИ ГАЗОВ
1. КАК СОЗДАЁТСЯ ТЯГА ГАЗОВ
Для создания тяги и отвода газов сгорания в промышленных
котельных установках нередко сооружаются дымовые трубы высо-
той в несколько десятков метров. В таких трубах тяга создаётся
естественным путём вследствие разности давлений окружающего
атмосферного воздуха и нагретых газов.
Пока котёл не работает, т. е. топливо в топке не сжигается,
дымовая труба, так же как и топочное пространство, будет заполне-
на атмосферным воздухом. Поэтому давления в 1 ат со стороны
трубы и со стороны топки будут уравновешивать друг друга.
Иное положение мы получим, если топка работает. В этом слу-
чае при высокой температуре (250—300°) уходящие газы становят-
ся значительно легче атмосферного воздуха. Поэтому давление
столба газов, заполняющих дымовую трубу, оказывается меньше
давления воздуха, окружающего эту трубу. В результате разности
этих давлений у основания дымовой трубы создаётся естественная
тяга, которая обеспечивает поступление в топку воздуха, необхо-
димого для горения топлива, последующее вытеснение продуктов
сгорания по газоходам и, наконец, удаление их в атмосферу.
Таким образом, естественная тяга будет тем больше, чем выше
дымовая труба, чем ниже температура атмосферного воздуха и чем
выше температура уходящих газов.
Однако по ряду причин нельзя значительно повышать темпера-
туру уходящих газов, а следовательно, трудно создать есте-
ственную тягу достаточной силы; увеличение температуры уходящих
газов привело бы к большим потерям тепла.
Ясно также, что на паровозах нельзя применять чрезмерно вы-
сокие и тяжёлые трубы.
На современных паровозах с их высокими котлами габарит под-
вижного состава позволяет устанавливать трубы (и то углублён-
ные в дымовую коробку) высотой не более 2 м.
Но такая маленькая по высоте труба, конечно, может создать
очень небольшую естественную тягу, которая не в состоянии будет
обеспечить достаточной интенсивности горения топлива на колосни-
ковой решётке. Поэтому тяга газов в паровозе создаётся не естест-
венным путём, а искусственным, т. е. при помощи специальных ды-
мовытяжных установок.
Образование тяги газов
67
Искусственную тягу разделяют на струйную—конусную и меха-
ническую — вентиляторную. Все паровозы, за исключением паро-
возов с конденсацией пара (см. главу XI), оборудованы конусным
дымовытяжным устройством, поэтому мы в дальнейшем будем рас-
сматривать этот основной вид дымовытяжных установок.
2. ПРИНЦИП РАБОТЫ КОНУСНОЙ ДЫМОВЫТЯЖНОЙ УСТАНОВКИ
Конус постоянного сечения
Конусное дымовытяжное устройство состоит из двух взаимо-
связанных частей: конуса постоянного сечения и дымовой трубы,
которая устанавливается над конусом на одной вертикальной оси
с ним (фиг. 52).
Паровозный конус простейшего вида (фиг. 53) напоминает обыч-
ный тройник, в верхней части которого расположен насадок (сопло).
К двум нижним отвер-
Фиг. 52. Схема конусной дымовытяжной
установки
стиям конуса присоеди-
няются паровыхлопные
трубы паровых цилинд-
ров.
Фиг. 53. Конус простей-
шего вида
Действие дымовытяжных устройств основано на использовании
энергии отработавшего в машине пара.
После расширения в паровой машине пар, совершивший полез-
ную работу, обладает ещё значительным запасом энергии. Это объяс-
няется, главным образом, неполным расширением пара в цилинд-
рах машины, имеющих ограниченный объём. Энергия отработавшего
пара используется в конусно-вытяжном устройстве в виде кинети-
ческой энергии паровой струи.
После выхода из конуса в дымовую коробку струя пара, обла-
дая большой скоростью, на своём пути смешивается с уходящими
газами и увлекает их в дымовую трубу, а через неё — в атмосферу.
При удалении частиц газа из дымовой коробки давление
в ней снижается, т. е. возникает разрежение. Чем больше пара
5*
68
Глава III
удаляется через конус и чем выше его скорость, тем большая масса
газов увлекается паровой струёй и тем больше разрежение в
дымовой коробке. Так как дымовая коробка соединена с топкой
жаровыми и дымогарными трубами, то разрежение постепенно
создаётся на всём пути (тракте) от дымовой до огневой коробки.
В результате давление воздуха перед входом в топку превысит
давление газов сгорания внутри газовытяжного тракта паровозного
котла от топки до дымовой коробки включительно. Поэтому через
открытые клапаны зольника и щелевидные отверстия в колосниковой
решётке в топку будет энергично засасываться необходимый для
сгорания воздух.
Образующиеся при сгорании топлива всё новые и новые порции
топочных газов благодаря создаваемой на ходу паровоза тяге вы-
брасываются в атмосферу.
Известно, что скорость истечения любого газа и, в том числе
пара, зависит от разности давлений в области, откуда течёт газ, по
сравнению с областью, в которую он втекает. С другой стороны»
известно также, что чем меньше сечение отверстия, через кото-
рое удаляется определённое количество пара, тем выше должно
быть давление перед ним и, следовательно, скорость истечения
пара.
Насадок паровозного конуса именно и является таким отвер-
стием, которое определяет величину скорости паровой струи.
В самом деле, уменьшая размеры выхлопного отверстия, мы
как бы прикрываем «заслонку» на пути пара. Чем больше прикрыта
«заслонка», тем больше увеличивается подпор перед ней, т. е.
давление пара, и тем больше увеличивается скорость паровой
струи. Вместе с тем это повышение давления перед конусом можно
обеспечить лишь за счёт дополнительного усилия на поршень ма-
шины в процессе выталкивания пара. Таким образом, даже при не-
значительном уменьшении выхлопного сечения конуса, с одной сто-
роны, увеличивается скорость пара и тяга газов в котле, но, с другой
стороны, возникает дополнительный подпор (противодавление) ив
нерабочую сторону поршня, уменьшающий полезную мощность
паровоза. Установлено, например, что на паровозе серии Эм при;
уменьшении диаметра конуса с 67 до 61 мм потеря силы тяги со-
ставляет 390 кг.
Увеличение диаметра выхлопного отверстия, хотя и снижает
противодавление в машине, но уменьшает тягу газов.
Если пар из обоих цилиндров удаляется через общую головку
конуса, т. е. при подходе к выходному отверстию оба потока пара
объединяются в один общий поток (конус с общим выхлопом), то
наблюдается ещё одно отрицательное явление, а именно —
выхлоп пара из одной машины отрицательно влияет на экономии*
ность другой машины. Это явление заключается в том, что пар,
удаляемый из одной машины в начальный момент выхлопа»,
имеет очень высокое давление и встречается в конусе с паром»
вытолкнутым из другой машины при обратном ходе поршня и име-
Образование тяги газов
69
ющим значительно меньшее давление, в результате чего возникает
противодавление на нерабочую сторону второй машины.
Если в конусе вместо одного общего канала для выпуска пара из
обоих цилиндров устроить для каждого цилиндра свои собствен-
ные каналы, изолированные друг от друга, два для правого
цилиндра и два для левого (фиг. 54), то отрицательное влияние вы-
хлопа правого цилиндра на левый (и наоборот) уменьшится. Такой
конус называется четырёхдырным конусом с раздельным выхлопом
пара.
Опыт показывает, что при чрезвычайной простоте устройства
конуса его работа сопровождается сложными явлениями. Не вда-
ваясь в детали этого вопроса, ограничимся лишь рассмотрением
некоторых особенностей работы конусного устройства.
Фиг. 54. Конус постоянного сечения с раздельным выхлопом пара
Разрез по ДЯ
Любопытно отметить, что конусная дымовытяжная установка,
не имеющая ни одной движущейся или вращающейся детали, теоре-
тически может развивать мощность, равную мощности паровоза
старого типа, т. е. более 1 000 л. с.
Однако энергия, которой располагает паровая струя перед
выходом из конуса, в значительной степени теряется при смешении
с газовым потоком вследствие трения и ударов частиц пара и газа.
Лишь незначительная часть энергии паровой струи (около 10%)
преобразуется в полезную работу — создание тяги газов. Вот по-
чему машинисты-новаторы в содружестве с научными работ-
никами производят расчёты и опыты, отыскивая пути уменьшения
этих потерь, ведут борьбу за экономию топлива.
Машинист-рационализатор К- Я. Золотарёв и кандидат техни-
ческих наук А. С. Гордеев в поисках более эффективных средств
борьбы с потерями пошли по пути усовершенствования дымовой
трубы. Они сумели определить то наивыгоднейшее расстояние, на
которое следует приблизить дымовую трубу к конусу, чтобы сохра-
нить интенсивную тягу при, увеличенном диаметре конусного
70 Г лае а III
насадка, а значит, и при меньшем противодавлении в паровой
машине.
Практика показала, что предложение К. Я. Золотарёва и
А. С. Гордеева обеспечивает дополнительную экономию топлива.
В связи с этим улучшенная дымовытяжная система получает всё
более широкое распространение на паровозах.
Изучая работу конусной установки, машинисты-новаторы и учё-
ные пришли к выводу, что её экономичность в большей степени зави-
сит от размеров и формы дымовой трубы, чем от формы конуса.
Правильное очертание нижней части трубы (раструба) и её рас-
положение над конусом способствуют усилению тяги газов, так
как в этом случае достигается хорошее вписывание в трубу подни-
мающейся кверху паро-газовой смеси (см. фиг. 52).
Итак, мы создали разрежение в дымовой коробке, обеспечив
нужную нам тягу газов. Это значит, что паро-газовая смесь, попада-
ющая в дымовую трубу, имеет давление меньшее, чем давление
атмосферного воздуха.
Дальнейшая задача заключается в том, чтобы придать паро-
газовому потоку определённый напор, с помощью которого можно
было бы преодолеть противодавление наружного воздуха. Это до-
стигается тем, что дымовую трубу делают слегка расширяющейся
кверху и возможно большей высоты.
При расширении паро-газового потока в трубе происходит
уменьшение его скорости и возрастание давления до атмосферного.
Ещё об одном замечательном свойстве конусно-вытяжной установ-
ки— автоматичности регулирования тяги газов, а следовательно,
и подвода воздуха в топку в зависимости от условий работы парово-
за — мы узнаем позже (см. главу VIII), когда познакомимся с осо-
бенностями работы паровой машины.
Конус переменного сечения
Основной недостаток конуса постоянного сечения обусловли-
вается непостоянством режима работы паровоза и его котла, особен-
но в связи с изменением веса состава и качества углей, загру-
жаемых в топку.
Чтобы работа конусной дымовытяжной установки отвечала
часто меняющемуся режиму работы паровоза и его котла, нужно
конус постоянного сечения заменить конусом переменного сечения,
позволяющим машинисту на ходу поезда регулировать площадь
паровыхлопного сечения.
Было предложено большое количество конусов переменного
сечения, однако ни одна из конструкций не получила практиче-
ского применения (быстрый износ, дополнительное сопротивление).
В большинстве предложенных конструкций изменение выхлоп-
ного сечения конуса достигается рассечением струи пара так
называемыми рассекателями, которые размещаются в паровыхлоп-
ных каналах конуса.
Образование тяги газов
71
Рассекатели управляются из будки машиниста при помощи
пневматического или механического привода.
В простейшем виде рассекатель напоминает грушу.
Устройство и схема работы конуса переменного сечения с рас-
секателем грушеобразной формы становятся понятными при рас-
смотрении фиг. 55.
Фиг. 55. Конус переменного сечения
В настоящее время ряд паровозов оборудован опытными кон-
струкциями конусов переменного сечения с пневматическим при-
водом.
3. СИФОН
Когда поезд идёт, например, по длинному спуску, нет нужды пода-
вать пар в паровую машину паровоза, потому что и без пара
он будет двигаться под действием составляющей силы тяжести, тол-
кающей поезд вперёд. Для экономии пара машинист иногда закры-
вает регулятор и в других случаях.
Чтобы при езде с закрытым регулятором, а также на стоянках
можно было создать интенсивную тягу газов, в дымовой коробке
размещается ещё один прибор, называемый сифоном.
Сифон (фиг. 56) — это трубчатое кольцо, укрепляемое на’конусе
на уровне верхней плоскости конусного насадка. По средней
72
Глава Ill
окружности кольца симметрично расположено несколько сопел
с расширяющимися в сторону дымовой трубы каналами.
Если через сифонное кольцо пропустить пар, то он устремится
с большой скоростью сразу из всех сопел. Отдельные струи пара,
соединяясь в один общий поток, заполняют дымовую трубу. Пар,
вылетающий из сифона так же, как из конуса, увлекает за собой
в атмосферу топочные газы, создавая разрежение в дымовой
коробке и топке. Разница в работе конуса и сифона состоит в том,
что конус действует отработавшим паром только при открытом ре-
гуляторе, тогда как сифон— паром, подводимым непосредственно из
котла.
Фиг. 56. Сифон
Для включения и выключения сифона в будке машиниста уста-
новлен специальный вентиль или рычаг.
Сифонами машинисты пользуются не только во время стоянки
паровоза, но и при езде с открытым регулятором.
При малой скорости движения выхлопы отработавшего пара
через конус очень редки. Поэтому тяга газов получается пульси-
рующей: то резко возрастает, то уменьшается. Если в этом случае
пустить в действие сифон, то он будет способствовать выравниванию
тяги газов, что особенно важно при отоплении слабоспекающимися
углями и при тонком слое угля на колосниковой решётке.
Совместное размещение конуса, сифона и дымовой трубы на
паровозе видно на фиг. 12 (стр. 18).
Образование тяги газов
73
4. ИСКРОГАШЕНИЕ И БОРЬБА С-ДЫМОМ
Если не принять надлежащей предосторожности против уноса
в дымовую трубу раскалённых частиц твёрдого топлива (искр),
то часть их размером до 8 мм, а иногда и больше, подхваченная
ветром, может подняться на значительную высоту (до 50 м) и в го-
рящем состоянии опуститься в радиусе более чем 15 м. Такоеискро-
падение может быть причиной пожаров, так как температура
крупных искр достигает почти 900°.
Вот почему в Правилах технической эксплуатации железных
дорог записано: «На каждом паровозе с дровяным или угольным
топливом должны быть вполне исправные искроуловительные
или искрогасительные приборы».
Простейшее устройство для улавливания крупных искр выпол-
няется в виде искроудерживающей сетки, устанавливаемой в дымо-
вой
конусом
трубой.
Г азы сгорания не
могут попасть в дымо-
вую трубу иначе, как
через сетку, препятст-
вующую проходу круп-
ных искр. В результате
удара о сетку часть
искр отскакивает от неё,
дробится и скапливается
на дне дымовой коробки.
Однако при таком уст-
ройстве приходится час-
то очищать дымовую ко-
робку от изгари; сетки
быстро перегорают и
коробке между
и дымовой
Вертикальный
сплошной шит
ЖароВые
а Вымо-
гаемые
труби
ИскроуНержи-
Воющая сетка
Щиток-
отражатель
'Фрон-
тонный
(передний)
лист
т_____z
Горизонтальный
сплошной шит
Фиг. 57. Схема устройства щиткового
искрогасителя
плохо задерживают крупные горящие
угольки.
На современных мощных паровозах, в топках которых сжигается
в единицу времени большое количество топлива, ставятся так на-
зываемые щитковые приборы. Эти приборы не только улавливают
искры, но и частично дробят и измельчают их до размеров менее
1 мм, при которых искры не опасны в пожарном отношении. Хоро-
шо ли это? И да, и нет. Хорошо, потому что отпадает надобность
производить очистку дымовой коробки. Плохо, потому что в трубу
безвозвратно вылетает много изгари, т. е. теряется значительное
количество тепла. А ведь при смешении с углём собранную изгарь
можно снова использовать для отопления паровозов.
Рассмотрим устройство щиткового (дефлекторного) искрогаси-
теля паровоза серии Л. Он состоит из вертикального и горизон-
тального щитов, соединённых между собой под прямым углом
(фиг. 57). К горизонтальному сплошному щиту прикрепляется
74
Глава III
i ’ ‘ 1' к I
с наклоном искроудерживающая сетка, а на их стыке щиток-отра-
жатель, который отклоняет газовый поток книзу.*
Таким образом, поток газов,
выходя из жаровых и дымогар-
ных труб, на своём пути огибает
ряд щитов — фронтонный лист,
щиток - отражатель и, наконец,
через сетку устремляется к
Фиг. 58. Расположение дымоотбой
ных щитов
не только осушает насыщенный
струе пара, выходящей из ко-
нуса.
Этот прибор значительно по-
вышает сопротивленце газового
тракта и в то же время не обе-
спечивает полностью искрогаше-
ния.
Несмотря на кажущуюся про-
стоту надёжная конструкция
прибора для борьбы с искрами
до сих пор ещё не создана, хотя
предложений по этому вопросу
имеется много. Некоторые из
приборов находятся сейчас в
стадии испытаний: например,
знакомый нам газовый паросу-
шитель (см. фиг. 50), который
пар, но и «по совместительству»
гасит искры.
Посмотрим теперь, как конструкторы борются с дымом. Смесь
дыма с паром, вылетающая из дымовой трубы,— нежелательный,
но, к сожалению, почти постоянный спутник паровоза. Застилая
окна будки машиниста, дым ухудшает видимость пути и путевых
сигналов.
Избавиться от дыма нельзя, зато можно прекратить или, во
всяком случае, ослабить задымление окон будки машиниста.
Делаются попытки поднять дым над паровозом силой встречного
ветра. Для этого с боков дымовой коробки ставят вертикальные
дымоотбойные щиты (фиг. 58).
При таком расположении щитов поток встречного воздуха на
быстром ходу паровоза двигается кверху, увлекая за собой дым,
вылетающий из трубы.
Глава IV
ПИТАНИЕ КОТЛА И ЕГО АРМАТУРА
При интенсивной работе современного паровоза в его котле
испаряется до 20 000 — 25 000 кг воды в час. Для поддержания
определённого уровня воды в котле нужно время от времени добав-
лять в котёл воду из тендерного бака.
Как же заставить воду из тендера не только подниматься вверх,,
но ещё и перемещаться в герметически закрытый котёл, давление
в котором в 15—16 раз больше атмосферного?
Если учесть, что котёл должен питаться подогретой водой (хо-
лодная вода может его остудить) и что прибор, подающий воду,
должен быть простым по устройству и надёжным в действии, то за-
дача эта окажется не лёгкой.
На современных паровозах применяются два вида приборов,
питающих котлы водой: инжекторы и поршневые насосы. Послед-
ние применяются на паровозах с конденсацией пара и на паровозах
с водоподогревателями.
1. ИНЖЕКТОР
Рассмотрим принципиальную схему действия всасывающего
инжектора. Внутри корпуса инжектора (фиг. 59) расположены
точно по одной оси три главных полых конуса: паровой 1, водя-
ной (смесительный) 2 и нагнетательный 3. Первые два конуса,
имеют суживающуюся форму, а третий, нагнетательный, — расши-
ряющуюся по направлению движения воды.
Инжектор водоприёмной трубой соединён с водяным баком
тендера. По закону сообщающихся сосудов уровень воды в баке-
и водоприёмной трубе будет одинаков.
Если мы какими-нибудь путями сможем создать в корпусе ин-
жектора разрежение (вакуум), то, очевидно, вода под действием
давления атмосферного воздуха поднимется по водоприёмной
трубе и поступит в инжектор.
Как же создать это разрежение?
Если немного приоткрыть паровпускной клапан (см. фиг. 59,а).,
с помощью которого осуществляется управление инжектором, то-
пар из котла через кольцевой проход парового конуса попадёт
в корпус инжектора.
Пока паровпускной клапан открыт немного, пар в инжектор-
поступает в небольшом количестве, поэтому открыть питательный
76
Глава IV
клапан, прижатый давлением пара в котле (15—16 ат}, он ещё не
® состоянии. Стремясь найти выход, пар откроет вестовой клапан,
находящийся под атмосферным давлением, и увлечёт за собой в ве-
Пар из котла.
О)
Пар вытесняет воздух
из инжектора
Вестовой
клапан
открыт
Питатель-
ный клапан -
Закрыт
Вестовая
труба
Смесь пара
я
^Паровпускной
U клапан
приоткрыт
'Давление
атмосферного
воздуха,
Дородная
"вода 6
баке тендера
Питательная Г.
труда L
водоприём-
ная труба
Пар из котла
6)
Разреженное
пространство
Питатель-] -
’ный клапаА-
отнрыт J, _
Вестовой)
клапан
закрыт
Паровпускной
клапан
открыт
Фиг. 59. Схема работы инжектора
Питательная -
бода, аз тен- I
дера в котёл I
•стовую трубу воздух как из корпуса инжектора, так и из водоприём-
ной трубы, соединённой с водяным баком тендера. Давление в во-
дяной камере инжектора станет ниже атмосферного. Тогда вода
Питание котла и его арматура 77
поступит по водоприёмной трубе в инжектор и устремится через:
вестовую трубу наружу, в атмосферу. Это значит, что инжектор-
«забрал», т. е. присосал воду.
Если помощник машиниста выглянет в этот момент из окна
будки, он увидит, как смесь пара и воздуха выбрасывается череэ
вестовую трубу, расположенную под будкой машиниста.
Итак, струя пара в первый период работы инжектора проходит
по следующему «маршруту»: кольцевой проход парового конуса—
водяной конус (через его прорези) — вестовой клапан — вестовая:
труба (направление движения пара указано стрелками).
Под действием атмосферного давления вода из тендерного бака
поднимется по водоприёмной трубе и заполнит водяную камеру
инжектора (см. фиг. 59,6), давление в которой ниже атмо-
сферного.
В результате частичной конденсации в смесительном конусе
объём пара, поступающего в инжектор, быстро уменьшается, дав-
ление в корпусе инжектора снижается, и вестовой клапан под дав-
лением атмосферного воздуха прижимается к своему седлу. В это-
время помощник машиниста до отказа открывает паровпускной
клапан (см. фиг. 59, б) и количество острого пара, поступающего в
инжектор через паровое сопло, увеличивается. С этого момента
начинается второй период работы инжектора.
Теперь через паровой конус проходит в среднем в 10 раз больше-
пара, чем через кольцевой проход парового конуса. Кине-
тическая энергия пара значительно увеличивается и струя пара
увлекает за собой воду в смесительный конус. В паровом конусе
создастся большая разница (перепад) давлений пара перед кону-
сом и после него (с котлового почти до атмосферного давления),
что обеспечивает вылет пара из парового конуса со скоростью
450—500 м/сек. При таких больших скоростях пар смешивается
с холодной водой (скорость последней 7—8 м/сек), засасываемой
из тендерного бака и находящейся в смесительном конусе. В смеси-
тельном конусе происходит конденсация пара и нагревание воды.
Тепловая энергия пара расходуется на нагревание воды до 60—
70° и на сообщение ей кинетической энергии. Скорость движения
паро-водяной смеси, несмотря на частичную конденсацию пара, ос-
таётся очень высокой, так как смесительный конус имеет сужи-
вающуюся форму.
С большой скоростью вода устремляется в третий, нагнетатель-
ный, конус. Нагнетательный конус 3 сделан расширяющимся по
направлению движения паро-водяной струи. Поэтому скорость
струи, попавшей в такой расширяющийся конус (диффузор),
начнёт падать, а давление в струе возрастать.
Размеры конусов рассчитаны так, что давление водяной струи,
в нагнетательном конусе становится больше давления пара в котле.
В результате этого питательная вода, преодолевая котловое дав-
ление пара, поднимает питательный клапан и свободно поступает
в водяной объём передней части котла паровоза.
78
Глава IV
Если же давление водяной струи будет меньше котлового то
вода в котёл не пойдёт, а через прорезы смесительного конуса будет
вытекать через вестовую трубу наружу.
Таким образом, работа инжектора по перекачке воды из тендера
в котёл основана на использовании энергии пара, находящегося
в том же котле, в который подаётся вода.
Фиг. 60. Схема расположения всасывающего инжектора на паровозе
Тепло, заключённое в паре, отбираемом из котла для работы ин-
жектора, вновь возвращается в котёл с подогретой водой. Лишь
очень небольшая доля этого тепла теряется при закачке (с водой,
уходящей через вестовой клапан) и за счёт охлаждения корпуса
инжектора окружающим воздухом.
[На каждом паровозе должно быть установлено не менее двух
независимых приборов для питания котла водой, каждый из кото-
рых должен обеспечить полную подачу воды при максимальной
форсировке.
На паровозах применяются унифицированные всасывающие
инжекторы производительностью 170 и 250 л!мин, а также
невсасывающие инжекторы производительностью 400 л! мин.
В настоящее время производительность унифицированных всасы-
вающих инжекторов В-250 увеличена до 300 л/мин. Такая произ-
Питание котла и его арматура
79
водительность достигнута постановкой в них нового набора кону-
сов с увеличенными проходными сечениями.
Инжекторы располагаются на лобовом листе кожуха топки (вса-
сывающие) или
под будкой машиниста (невсасывающие).
Пар из котла
Вестобой
клапан
Закачибающий
породой клапан —
Водяной
конус
ВоЗа.
В котел
Рукоятка закачиваю-
щего клапана
Паровая
камера
Целтршный
(паровой} конус
ВестоЪая труба
инжектора
'Предохранитель'
пая сетка
' Нагнетательный
конус
Нагнетательная' Нолпач^,.
камера
Фиг. 61. Общий вид всасывающего
Водяная камера
Камера смешения
Для поливки
угля
Кроме своего прямого назначения, инжектор используется для
ввода в котёл химического пеногасителя, а также для служебных
нужд (поливки топлива, заливки шлака и т. д.).
80
Глава IV
Схема расположения на паровозе всасывающего инжектора по-
казана на фиг. 60, а общий вид его — на фиг. 61.
Особенностью конструкции инжектора является его компакт-
ность, полное отсутствие перемещающихся частей и надёжность в
эксплуатации. 4
Подача воды в котёл инжекторами производится периодически;
бывает, что за поездку помощнику машиниста приходится делать
до 150 закачек воды. Температура воды, подаваемой инжекторами,
не превышает 70°, в то время как температура воды в котле дости-
гает 200°.
Инжектор очень удобен и надёжен в эксплуатации. Но он имеет
существенные недостатки: недостаточно нагревает питательную
воду и не может засасывать воду, имеющую температуру более
35°С.
2. ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЬ
[Водоподогреватель обеспечивает не только непрерывное пита-
ние котла водой, но и более высокую температуру её подогрева
(до 95°). Благодаря этому температура различных частей котла
при подаче воды изменяется не так резко, а также улучшается теп-
ловая работа котла (экономия топлива 8—10%, экономия воды
10—12%).
Основные части водоподогревателя — турбонасос холодной
воды, смеситель-подогреватель, поршневой насос горячей воды и
система трубопроводов (фиг. 62).
При помощи турбонасоса холодная вода, поступающая к нему
самотёком из тендера, нагнетается в смеситель-подогреватель.
Сюда же от парового потока, проходящего в конусе, отбирается
часть (около 15%) отработавшего пара. Для отбора пара
в конусе имеется специальный патрубок. В смесителе холодная вода
смешивается с паром и подогревается им; горячая вода поршневым
насосом нагнетается через питательный клапан в котёл.
Такова общая схема работы водоподогревателя. Остановимся
на некоторых её особенностях.
Всё управление водоподогревателем сводится к открытию или
закрытию пускового вентиля, регулирующего число ходов поршне-
вого насоса горячей воды, т. е. его производительность. Производи-
тельность водоподогревателя можно регулировать в широких пре-
делах — от 0 до 24 т воды в час (до 400 л/мин).
При открытии пускового вентиля (см. фиг. 62) свежий пар из
котла поступает к поршневому насосу, а от него через регули-
рующий золотник поплавкового устройства смесителя-подогре-
вателя к турбонасосу.
Поплавковое устройство автоматически регулирует уровень
воды в камере смесителя. Если уровень воды в ней поднимется, то
шар-поплавок всплывёт и с помощью рычажной передачи переме-
стит регулирующий золотник вниз. При этом доступ свежего пара
к турбонасосу прекратится. Последний останавливается и холодная
Питание котла и его арматура
81
Фиг. 62. Схема устройства водоподогревателя
82
Глава IV
вода из тендера в смеситель-подогреватель не поступит. Но едва
уровень воды в камере смесителя опустится, как регулирующий зо-
лотник откроет доступ свежему пару к турбонасосу и последний нач-
нёт подачу воды в смеситель в большем или меньшем количестве
в зависимости от положения уровня воды в подогревателе. Таким
образом, достигается автоматичность в работе водоподогревателя.
Чтобы ускорить процесс подогрева, струя воды при входе
в смеситель разбрызгивается. Для этого вверху камеры смешения С
устанавливается специальный разбрызгивающий клапан, который
открывается под давлением воды, создаваемым турбонасосом.
Частицы холодной воды быстро конденсируют отработавший пар,
поглощая его тепло.
Таким образом, в смесителе-подогревателе происходит частич-
ное возвращение тепла, затраченного ранее на приготовление пара.
Отработавший в паровой машине пар поступает в камеру сме-
шения С. Пройдя в камеру А смесителя, пар приподнимает обрат-
ные клапаны и входит в камеру В.
Если бы не было обратных клапанов, то вода из смесителя могла
бы проникнуть в камеру А и далее в цилиндры паровой машины,
что недопустимо.
Для выпуска в атмосферу конденсата, воздуха и других газов,
выделяющихся из горячей воды, в смесителе предусмотрены спе-
циальные отводы (см. фиг. 24 на стр. 28).
8. УГЛЕПОДАТЧИК
Раньше подача угля из тендера в топку производилась только
вручную: помощник машиниста лопатой захватывал уголь с лотка,
а кочегар быстро распахивал топочные дверцы. В этот момент по-
мощник машиниста забрасывал уголь на горящий слой топлива.
Затем дверцы снова закрывались и всё повторялось сначала. Такое
отопление называлось отоплением «вприхлопку».
Для чего кочегар то и дело закрывал дверцы топки? Ведь и
четверть минуты не проходило, как вслед за одной порцией угля
в топку забрасывалась новая. Это приходилось делать для того,
чтобы не охладить топку наружным воздухом, врывающимся через
открытые топочные дверцы.
При сравнительно малых размерах колосниковой решётки руч-
ной способ отопления себя оправдывал. Помощник машиниста
при интенсивной работе за час загружал в топку около 2,0—2,5 т
угля. Этого было достаточно, чтобы паровоз развивал мощность
около 1 500 л. с.
Дальнейшее увеличение мощности паровозов было прямо свя-
зано с увеличением размеров котла и прежде всего размеров топки.
Обслуживать огромные топки современных паровозов мощ-
ностью 2 500—3 000 л. с. ручным способом очень трудно. Поэтому
на всех паровозах, имеющих топки с колосниковыми решётками
площадью 6 л’ и выше, подача угля механизирована.
Питание котла и его арматура
83
Роспребемтельная плита
' ЛароЛая машина углепоЛатаика
Фиг. 63. расположение углеподатчика на паровозе
6®
84
Глава IV
Устройство для механической подачи угля из тендера в топку на-
зывается углеподатчиком. Уголь поступает в топку при закрытой
дверце и равномерно распределяется по колосниковой решётке.
Раньше это устройство называли «механическим кочегаром» (сто-
кером), что неправильно, так как отопление паровоза производит
не кочегар, а помощник машиниста. Кочегар по указанию помощ-
ника машиниста только подготовляет топливо для загрузки в топку.
Для того чтобы понять, как работает углеподатчик, обратимся
к фиг. 63 и 64.
На раме тендера под днищем угольного бункера укреплено коры-
то. Внутри корыта (см. фиг. 64) размещён конвейерный винт, который
по внешнему виду похож на винт мясорубки, только гораздо боль-
ших размеров. Длина этого винта достигает нескольких метров.
Он приводится во вращение небольшой паровой машиной, находя-
щейся в специальном ящике тендера. Корыто сверху закрывается
заслонками. Когда отодвигают одну из заслонок, уголь провали-
вается в корыто (см. фиг. 33), захватывается конвейерным винтом и
постепенно перемещается вперёд.
При выходе из корыта уголь попадает в особый (телескопиче-
ский) трубопровод, расположенный между паровозом и тендером.
Чтобы отдельные куски угля не застряли в трубопроводе, спереди
корыта установлен угледробитель.
Трубопровод имеет телескопическое и шаровое соединение,
так как при движении паровоз и тендер взаимно перемещаются
в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Внутри трубопровода помещаются два малых винта, шарнирно
соединённых между собой и с главным винтом. Они передают
Питание котла и его арматура
85
уголь дальше на распределительную плиту (фиг. 65), укреплён-
ную внутри огневой коробки у топочного отверстия.
Между плитой и трубопроводом находится парораспределитель-
ная коробка с паровыми соплами, объединёнными в группы.
Непрерывно подаваемый на распределительную плиту уголь
попадает в сильный поток мелких паровых струй, вытекающих
из сопел. Сдуваемый паром с плиты уголь разбрасывается по всей
колосниковой решётке на раскалённый слой топлива.
Фиг. 65. Распределительная плита (вид изнутри
огневой коробки)
Группы сопел расставлены так, что каждая из них обслуживает
определённые места колосниковой решётки. Для более равномерного
разбрасывания угля распределительная плита снабжена направ-
ляющими рёбрами. Впуск пара в сопла регулируется вентилями,
находящимися под рукой помощника машиниста.
Современный углеподатчик может подать в течение часа 7—8 т
угля.
* *
Недостатком механической подачи угля является то, что при при-
менении этого способа отопления значительно увеличивается потеря
тепла из-за уноса мелких несгоревших частиц угля в дымовую тру-
бу. На паровозах, оборудованных углеподатчиками, потери тепла
с уносом нередко достигают 30%. Из-за этого резко снижается
экономичность машины.
Машинист-инструктор Томской железной дороги т. Гисич
предложил прибор, позволяющий значительно снизить потери теп-
ла от уноса. В хоботе углеподатчика просверливается отверстие.
В него вставляется трубка, по которой от пожарного отростка ле-
вого инжектора подаётся вода, а при необходимости и пар (из паро-
подводящей трубы инжектора). При открытии вентиля паро-водяная
смесь смачивает уголь, подаваемый углеподатчиком. Благодаря
смачиванию отдельные мелкие частички угля слипаются в крупные
комки и поэтому меньше подвержены уносу.
86
Глава IV
Практика показывает, что применение прибора т. Гисича особенно
эффективно при отоплении паровозов мелкими малоспекающими-
ся углями.
В этом случае экономия топлива достигает 4—5%. Прибор
т. Гисича находит всё более широкое применение на паровозах,
оборудованных углеподатчиками.
4. АРМАТУРА КОТЛА
Тепловые процессы, связанные с образованием пара, протекают
внутри котла. Между тем паровозная бригада должна наблюдать
за уровнем воды в котле и знать давление пара в нём. Для этого
в будке машиниста на лобовом листе кожуха топки (фиг. 66)
устанавливаются контрольно-измерительные приборы, которые и
относятся к арматуре котла.
Одни из приборов — водоуказательные стёкла или водопробные
краники — служат для контроля уровня воды в котле; другие —
манометры — для контроля давления пара.
К арматуре котла относятся также предохранительные клапаны,
водоуспокоительная колонка, пирометр, вентили, краны и др.
Водоуказательные (водомерные) стёкла
• При спокойном состоянии воды её уровень в котле паровоза,
как и в любом сосуде, всегда остаётся горизонтальным (фиг. 67,а).
Но с увеличением угла наклона сосуда слой воды становится боль-
ше на одной стороне сосуда и меньше на другой. А если в сосуде
мало воды и его сильно наклонить, то дно сосуда частично обна-
жится.
Паровозу приходится двигаться по разнообразному профилю
пути.
Когда паровоз идёт по спуску, а также при резком торможении,
вода в котле перемещается вперёд и слой воды в передней части
котла увеличивается (фиг. 67,6). Наоборот, в задней части котла,
как раз там, где расположен потолок огневой коробки, слой воды
при этом уменьшается и может случиться так, что какой-то участок
потолка обнажится. В этом случае он быстро перегреется, т. е.
его температура станет значительно выше, чем та, которую имел
потолочный лист при нормальном уровне воды.
В результате перегрева металла может произойти расстройство
соединений потолочного листа с анкерными болтами, разрыв этого
листа и взрыв котла.
Поэтому потолки огневых коробок всех паровозов располагают
не горизонтально, а с некоторым уклоном (фиг. 67,в).
На паровозе серии Л, например, передняя часть потолка рас-
положена выше задней на 75 мм. По своей относительной величине
уклон потолка обычно несколько превосходит самые крутые спуски
железных дорог.
Питание котла и его арматура
87
Привод клапанов ' Шуровочная вверни. Рычаги вестовая труда
сольника привода колосников инжектора
Фиг.. 66. Расположение приборов арматуры на лобовом листе
88
Г лава IV
Уклон увеличивает слой воды над задней частью огневой коробки
по сравнению с передней.
Если паровоз с площадки перейдёт на спуск, то хотя вода
в котле и устремится вперёд, но потолок топки не обнажится,
так как на спуске он сам будет приближаться к горизонтальному
положению. Благодаря этому слой воды над потолком огневой
коробки будет ровным.
В котле необходимо всегда поддерживать определённый запас
воды. Иначе не только на спуске, но даже и на площадке возникнет
опасность обнажения потолка огневой коробки.
а — при горизонтальном потолке, когда
паровоз движется по площадке;
б — то же, когда паровоз движется ' по
спуску;
в—при наклонном 'потолке, когда паровоз
движется по площадке;
е— тоже, когда паровоз движется по
спуску
Фиг. 67. Толщина слоя воды над задней частью огневой’ коробки (пунк-
тиром обозначен уровень воды в котле, стрелками — толщина слоя
воды над задней частью котла)
Передняя часть потолка огневой коробки является самой высо-
кой частью котла, обогреваемой непосредственно пламенем. Это
самая высокая точка потолка, обозначенная табличкой «Нёбо топ-
ки» (фиг. 68 и 69). Уровень воды в котле измеряют именно от этой
наивысшей точки.
Пока над огневой коробкой находится достаточное количество
воды, она отнимает от металла потолка избыточное тепло и предо-
храняет его от перегрева.
После снижения уровня воды ниже предельного допускаемого
происходит выплавление контрольных пробок (см. ниже), и если
не будет произведено немедленного прекращения горения в топке, то
при интенсивной работе топки достаточно нескольких минут, чтобы
обнажённый от воды потолочный лист перегрелся до температуры
500—550°.
При такой температуре прочность металла снижается более чем
в четыре раза.
Питание котла и его арматура
89
Потолочный лист под давлением пара выпучивается, значи-
тельно вытягиваясь и нарушая тем самым соединение его с по-
толочными связями; в результате может произойти разрыв листа.
Фиг. 68. «Нёбо топки» и потолок огневой коробки
Быстрое, почти мгновенное при разрыве листа снижение давле-
ния пара в котле вызывает бурное вскипание всей массы воды в кот-
ле, так как котловая вода имеет обычно температуру около 200°, а в
условиях ^атмосферного давления кипение происходит при 100°.
||
Лобовая
стенки
Наинизший уровень бобы
Фиг. 69. Схема установки цилиндрического водоуказательного стекла
Мгновенно образовавшийся поток громадного количества пара
вызывает взрыв котла с разрушением всех его частей. Вот почему
необходимо, чтобы толщина слоя воды над «Нёбом топки» была не
менее 100 мм. Это — минимально допустимый уровень воды в.котле,
при котором потолок огневой коробки будет ещё застрахован от
обнажения и перегрева.
ео
Глава IV
Интересно отметить, что при уровне воды 100 мм над потолком
топки в котле паровозов серий ФД и ИС имеется около 13,5 m воды.
Наблюдая положение уровня воды в стекле по отношению к ука-
зателю низшего уровня, паровозная бригада регулирует ^питание
котла водой.
Чем же и как измеряется уровень воды в котле?
Одним из приборов, с помощью которого паровозная бригада
наблюдает за изменением уровня воды в котле, является водо-
указательное (водомерное) стекло.
Принцип действия водоуказательного стекла основан' на законе
сообщающихся сосудов, уровень воды в которых (при одинаковом
давлении в обоих сосудах) остаётся всегда одинаковым независимо
от формы и размеров каждого из сосудов. Этим законом физики и
воспользовались конструкторы паровых котлов. Посредством шту-
церов и уплотнительных сальников водоуказательное стекло верх-
ним концом сообщается с паровым пространством котла, а нижним—
с водяным (см. фиг. 69). Поэтому уровень воды в котле и водоуказа-
тельном стекле будет одинаковым.
Нижний штуцер размещён на одном уровне с «Нёбом топки»,
т. е. с самой верхней точкой потолка огневой коробки.
На лобовом листе котла каждого паровоза, вблизи водоуказа-
тельного стекла, прикрепляется пластина с указателем и надписью
«Низший уровень воды в котле».
Паровозная бригада ни в коем случае и ни при каких условиях
не должна допускать снижения уровня воды в котле ниже отметки
«Низший уровень воды».
В настоящее время новаторы транспорта и инженеры-конструк-
торы работают над созданием приборов, которые могли бы в случае
понижения уровня воды в котле ниже допускаемого автоматически
сигнализировать машинисту об опасности обнажения потолка огне-
вой коробки.
Водоуказательное стекло действует исправно, если каналы, со-
единяющие его с котлом, не засорены. Если каналы засорились,
стекло даёт неверные показания. Чтобы показания водомерного
стекла были правильными, его необходимо периодически проду-
вать, для чего оба штуцера снабжаются вентилями и специальным
продувательным краном.
При открытии продувательного крана и одного из вентилей
сильная струя пара устремляется в атмосферу, выталкивая накипь
и грязь, скопившиеся в канале, который соединяет водоуказатель-
ное стекло с котлом. Если стеклянная трубка разобьётся, то, пере-
крывая вентили, её можно разобщить с котлом и заменить новой.
Чтобы осколки стекла не причинили вреда паровозной бригаде,
на водоуказательное стекло надевают ещё одно толстое предохрани-
тельное стекло, внутрь которого заделана металлическая сетка.
На котле современного паровоза нет ни цилиндрического стекла,
ни предохранительного футляра. Однако уровень воды в котле от-
чётливо виден и наблюдать за ним безопасно. Достигается это с по-
Питание котла и его ар чату ра
91
мощью специального плоского стекла (фиг. 70)/ отлитого в форме
толстого бруска. Это стекло вставляется на прокладках в метал-
лический корпус (обойму) и плотно прижимается к нему. С паро-
вым и водяным пространством котла плоское стекло (вернее, обойма
Трубка.подводящая пар
вертикальные
призматические
рёбра с обратной,
стороны стекла
Плоское Момер-
ное стекло
Пижнии штуцер
водомерного стекла
Разобщитель-
ный вентиль
верхний, штуцер
стекла.
Верхний штуцер
колонки.
Металлический
корпус
ОродуЗочнь1й
вентиль стекла.
Пар из оароЗого
1 пространства котла.
Воронка
----Вода из котла.
fie менее
100 мм
В одоиспокоцтель -
пая колонка
Разобщитель-
ный вентиль
Вентиль для продрЗни
всей колонки
драиень
Водопрдбные
ркраникц
Фиг. 70. Схема установки"’ плоского водоуказательного
стекла на водоуспокоительной колонке
его) сообщается так же, как и цилиндрическое, посредством штуце-
ров и вентилей.
Часть плоского стекла, заполненная водой, кажется тёмной,,
а часть стекла, заполненная паром, остаётся светлой.
Почему же вода кажется окрашенной?
92
Глава IV
Потому что задняя стенка стекла снабжена вертикальными приз-
матическими рёбрами. Благодаря ребристой поверхности лучи света,
падающие на стекло, преломляются, отчего вода и кажется тёмной.
.Это позволяет отчётливо видеть уровень воды в стекле, а значит,
и в котле.
На современных мощных паровозах устанавливается два водо-
указательных стекла: одно непосредственно на котле (левое), вто-
рое (см. фиг. 70) на водоуспокоительной колонке (правое).
Водоуспокоительная колонка
Огневая коробка, как нам уже известно, снабжена несколькими
циркуляционными трубами, которые при интенсивной работе
паровоза создают возле лобового листа (т. е. как раз там, где раз-
мещено водоуказательное стекло) бурный выброс воды вверх (см.
-фиг. 68). Из-за этого видимый уровень воды искусственно повышает-
ся, хотя на самом деле её в котле не прибавилось.
Если малоопытный машинист примет кажущийся уровень воды
за действительный, над огневой коробкой может не оказаться ми-
нимального слоя воды.
Чтобы знать действительный уровень воды в котле, водоуказа-
тельное стекло применяется в комбинации с так называемой водо-
успокоительной колонкой (см. фиг. 70), устанавливаемой с правой
•стороны лобового листа. Водоуспокоительная колонка как бы успо-
каивает, приводит в равновесие колебания уровня воды в котле.
Колонка имеет форму цилиндра, поставленного вертикально
и сообщающегося вверху с паровым пространством котла, а внизу —
•с водяным. Диаметр колонки намного больше диаметра нижнего
штуцера, подводящего воду, поэтому колебания воды в котле по-
глощаются столбом воды в колонке. Кроме того, нижний штуцер
колонки введён в котёл ниже выхода передних концов циркуля-
ционных труб. А так как водоуказательное стекло установлено
как раз на колонке, то показания его всегда, даже при наличии
циркуляционных труб, соответствуют действительному уровню
воды в котле.
Водопробные краники
Каналы штуцеров для присоединения водоуказательного сте-
кла к котлу могут засоряться (если их не прочищать во время
ремонта) накипью или мелкими твёрдыми частицами, содержащи-
мися в воде и паре.
Чтобы неисправности водоуказательных стёкол даже изредка не
могли причинять неприятностей, соблюдается ещё одна предосторож-
ность: котёл снабжают водопробными краниками (вентилями).
Если имеется водоуспокоительная колонка, то краники разме-
щают на ней (см. фиг. 70), если колонки нет— непосредственно на
лобовом листе кожуха топки. В том и другом случае устраиваются
три краника, которые размещаются друг от друга на равном рас-
Питание котла и его арматура
93
стоянии (70—75 мм по вертикали). При этом нижний краник уста-
навливается точно против отметки «Низший уровень воды в кот-
ле». Открывая время от времени тот или иной краник и сравнивая
его показания с показаниями водомерного стекла, можно прове-
рить исправность последнего.
Таким образом, котёл каждого паровоза должен иметь не менее
двух приборов для указания уровня воды в котле, причём один из.
них в виде водопробных краников, а другой — в виде водоуказа-
тельных стёкол.
Водоуказательные стёкла и водопробные краники являются,
независимыми друг от друга приборами. Каждый из них контроли-
рует показания другого.
Контрольные пробки
В потолке огневой коробки всех паровозов (см. фиг. 68) делаются
два, иногда три сквозных отверстия, в каждое из которых
ввёртывается так называемая контрольная пробка (фиг. 71), имею-
щая внутри сравнительно небольшой сквозной канал. Верхняя
половина канала заливается свинцовисто-оловянистым сплавом,
Фиг. 71. Контрольная пробка Фиг. 72. Контрольная пробка
без вставки со вставкой
Пробки обычно располагаются на продольной оси потолка
огневой коробки.
Обнажение потолка огневой коробки или резкое уменьшение
толщины слоя воды над потолком сопровождается очень быстрым
перегревом металла потолка. При этом сплав свинца с оловом рас-
плавляется и вытекает из канала, в результате чего пар с водой
через освобождённый канал пробки с шумом устремляется в огне-
вую коробку, обращая внимание паровозной бригады на недопусти-
мое снижение уровня воды над огневой коробкой.
94
Глава IV
В последнее время широко внедряются пробки со специальными
вставками (фиг. 72). Вставка устанавливается в верхнюю часть
сквозного канала. Её диаметр меньше диаметра канала пробки;
удерживается вставка легкоплавким сплавом, который заливается
•в канал.
По сравнению с обычной контрольной пробкой у пробки,
снабжённой вставкой, становится возможным увеличить сечение
внутреннего канала. Поэтому при выплавлении такой контроль-
ной пробки в огневую коробку устремляется большее количество
паро-водяной смеси, а значит, гашение огня в топке должно быть
эффективнее. Вставки в пробках применяются также с целью
экономии цветных металлов.
Даже незначительное подплавление любой из контрольных
пробок расценивается как недопустимое отношение паровозной
бригады к своим обязанностям, и каждый такой случай рассле-
дуется.
В случае выплавления пробки паровозная бригада обязана
принять экстренные меры к гашению огня в топке, для чего горя-
щий уголь проваливается в зольник (через опрокидывающую
плиту-колосник), или колосниковая решётка забрасывается^слоем
сырого угля, закрывается сифон и клапаны зольника.
Паровой манометр
При проектировании паровозов конструкторы рассчитывают
детали котла так, чтобы они были прочны и могли служить длитель-
ный срок, не разрушаясь при определённом давлении пара в котле.
Повышение давления сверх расчётного может привести к рас-
стройству соединений котла и даже к взрыву. Вот почему для без-
опасной работы паровоза надо всегда знать величину давления
пара в котле. Прибор, который указывает это давление, назы-
вается манометром (фиг. 73 и 74). Правильность и чувствительность
показаний этого важнейшего прибора во многом предопределяет
действия паровозной бригады по управлению паровозом.
Механизм манометра заключён в металлический корпус, закры-
тый циферблатом.
Каждое, даже самое незначительное изменение давления пара
в котле, немедленно передаётся указательной стрелке на цифер-
блате манометра, установленного на лобовом листе кожуха топки
(см. фиг. 66).
Основной частью манометра является упругая, овального се-
чения полая трубка, изогнутая в виде буквы С (см. фиг. 73). Один
конец трубки запаян, другой сообщается с паровым пространством
котла, в котором требуется измерить давление.
Такая трубка, наполненная паром (или конденсатом), представ-
ляет собой нечто вроде пружины: при повышении давления в котле
она стремится выпрямиться, а при понижении— вернуться в перво-
начальное положение. Эта деформация трубки-пружины передаёт-
ся указательной стрелке, соединённой при помощи несложной си-
Питание котла и его арматура
95
стемы рычагов, зубчатого сектора и шестерёнки с запаянным кон-
цом трубки. Отклоняясь, стрелка показывает на шкале манометра
величину давления. Промежуток между большими чёрточками шка-
лы равен одной атмосфере. Цифры против делений позволяют про-
честь показания манометра.
На современных паровозах для удобства наблюдения паровой
манометр делается двусторонним, т. е. снабжается двумя цифербла-
тами, один из которых обращён в сторону машиниста, а другой —
в сторону его помощника (см. фиг. 74).
Фиг. 73. Схема устройства
парового манометра
На шкале манометра наносится красная черта, указывающая
предельно допускаемое давление пара в котле.
Переступив красную черту — границу наивысшего допускае-
мого давления, стрелка манометра будет показывать, что работа
котла небезопасна.
Манометр должен быть запломбирован и иметь отметку о вре-
мени проверки.
Машинист никогда не должен допускать превышения установ-
ленного давления. Но если почему-либо он не заметит, как давле-
ние превысит допустимое, автоматически начинают действовать пре-
дохранительные клапаны, выпускающие избыток пара из котла.
Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны служат для предохранения котла
от взрыва, когда давление пара в нём превысит нормальное.
96
Глава IV
Какова бы ни была причина чрезмерного увеличения давления
(это возможно, например, когда паровая машина потребляет пара
меньше, чем вырабатывает котёл), предохранительные клапаны авто-
матически открываются, выпуская из котла часть пара, и тем самым
снижают давление.
На чём же основана работа предохранительного клапана? На-
глядное пояснение этому даёт упрощённая схема действия клапана,
изображённая на фиг. 75, а.
Пар из котла
Фиг. 75. Схема и устройство предохранительного клапана
Спиральная пружина, надетая на стержень, верхним концом
упирается в шайбу, а нижним через другую шайбу — в тарелку
клапана.
Таким образом, сверху на клапан действует усилие пружины,
рассчитанное на рабочее котловое давление, а снизу — давление
пара в котле.
Пока давление пара меньше усилия, создаваемого пружиной
(или равно ему), клапан закрыт. Но как только давление в котле
возрастёт сверх предельно установленного, клапан моментально
поднимается и пар с шумом вырывается через отверстия наружу,
в атмосферу. Когда избыток пара выйдет из котла и давление в нём
снизится, клапан снова закроется.
Предохранительные автоматические клапаны устанавливают на
верхней части кожуха топки, сухопарника или барабанов цилин-
дрической части котла. Котёл паровоза должен иметь не менее
Питание, котла и его арматура
97
двух предохранительных клапанов; обычно их бывает три. Каждый
из предохранительных клапанов отрегулирован на определённое
давление. Регулировка производится затягиванием или ослабле-
нием пружины.
Если давление пара в котле увеличится на 0,2 ат сверх нор-
мального, автоматически открывается и начинает выпускать из-
лишний пар из котла только один из предохранительных клапанов.
Этим обеспечивается наименьшая потеря пара. Если же стрелка
манометра перейдёт за красную черту ещё на 0,2 ат, в действие при-
ходят второй и третий клапаны.
Наличие нескольких клапанов, отрегулированных на разное
давление, позволяет быстро снизить давление пара в котле до нор-
мального при наименьшем расходе пара, выпускаемого в атмосферу.
Сработав, клапан прекращает выпуск пара только после того,
как давление в котле упадёт несколько ниже нормального.
Выход пара через предохранительные клапаны сопровождается
резким шумом, который привлекает внимание паровозной бригады.
Услышав предупреждающий сигнал, паровозная бригада немед-
ленно должна принять меры к снижению давления в котле.
Чтобы снизить давление, надо остановить углеподатчик, т. е.
прекратить подачу угля в топку, и включить инжектор, т. е. качать
сравнительно холодную воду в котёл. При этом температура воды
в котле понизится и парообразование уменьшится. Кроме того,
часть пара будет расходоваться на работу инжектора.
Итак, предохранительные клапаны срабатывают при заранее
заданном давлении. Изменить нагрузку на клапаны паровозная
бригада не может; они запломбированы и снабжены приспособле-
ниями, не допускающими изменения нагрузки.
Пирометр
Обычно температуру перегретого пара в коллекторе паропере-
гревателя или золотниковой коробке парового цилиндра опреде-
ляют прибором, называемым пирометром.
Известно, что если две различные по составу проволоки спаять
(сварить) и в месте спая нагреть, то в проволоках возникнет
электродвижущая сила. Чем выше температура нагрева, тем больше
будет электродвижущая сила.
По величине электродвижущей силы можно судить о темпера-
туре той среды, в которую помещены концы двух проволок (кон-
цы термопары).
На этом принципе и построен пирометр. Он состоит из термо-
пары (фиг. 76), к верхним концам которой присоединены так назы-
ваемые компенсационные провода, в свою очередь соединённые
с тряскоустойчивым магнитоэлектрическим прибором — милли-
вольтметром.
I Шкала милливольтметра, устанавливаемого в будке маши-
ниста, разделена на градусы (от 0 до 450 — 500°С).
7 В. А. Дробинский
98
Глава IV
Положение1 стрелки милливольтметра показывает темпера-
туру, измеряемую термопарой, в коллекторе или золотниковой
коробке.
'ешиволыпнетр
-Д+
иоробна зашмоВ
Соевинительные
компенсационные
провоза
•Фиг. 76. Схема включения пирометра (слева показан циферблат галь-
ванометра со шкалой, разделённой на градусы)
Свисток
Каждый, конечно, слышал свисток паровоза то отрывистый,
Клапан
Кромка
Шпака
f.opnyc
Рычаг
свистка
Стержет
К ала аки 4 J—1
(резонаторы)
Фиг. 77. Схема парового
свистка
то протяжный, но всегда громкий, пронзительный; его слышно
на расстоянии 7 — 10 км.
Свистком машинист или его помощник
оповещает людей о приближении или от-
правлении поезда, даёт условные сигналы
персоналу, обслуживающему поезд; этот
маленький прибор несёт большую службу.
По Правилам технической эксплуата-
ции железных дорог СССР паровоз запре-
щается выпускать под поезд с испорчен-
ным свистком.
Современный свисток (фиг. 77) состоит
из трёх частей: корпуса, колпака (который
сверху навинчивается на корпус) и кла-
пана. Действие свистка основано на созда-
нии колебательных движений в колпаке.
Корпус свистка сообщается с паровым
пространством котла. Внутри корпуса по-
мещён клапан, который прижимается к
своему седлу давлением пара из котла.
Свисток приводится в действие воздуш-
ным или ручным приводом из будки ма-
шиниста.
Колпак (резонатор) — это пустотелая часть свистка. В про-
стейшем виде он напоминает опрокинутый вверх дном стакан. Сви-
стки с одним колпаком применялись на старых паровозах. Когда
Питание котла и его арматура
99
машинист нажимал на рукоятку, пар из котла ударялся о кромку
колпака (резонатора), заставляя при этом его колебаться. Коле-
бания резонатора сопровождались появлением звуковой волны.
Свистки с одним резонатором дают гудок высокого тона (пронзи-
тельный).
На современных паровозах колпак состоит из пяти звуковых
резонаторов, закрытых сверху. Резонаторы имеют различную вы-
соту (см. фиг. 77). Благодаря этому они создают различное число
колебаний в секунду, что придаёт звуку каждого резонатора свое-
образный тембр (тон). Размеры резонаторов подбираются так, чтобы
общий звук получался возможно более приятным (гармоничным).
Смягчение звука гудков паровоза, проходящего вблизи жилых
и общественных зданий, имеет важное значение. Поэтому, наряду
с паровыми свистками, дополнительно ставятся воздушные свистки
(тифоны).
В отличие от парового воздушный свисток даёт возможность
получить более мягкий и одновременно достаточно сильный звук.
Этот свисток устроен просто (фиг. 78). В узкой части трубы
(рупора) расположена мембрана, посередине которой укреплён
клапан. Клапан и мембрана закрывают собой конец трубы.
Под действием сжатого воздуха, впуск которого производит
машинист, мембрана прогибается; воздух, обладающий давлением
6—8 ат, врывается в зазор между клапаном и трубой воздушного
свистка. Возникающий при этом звук (воздушные волны) отли-
чается значительной мягкостью тона и хорошей слышимостью.
Глава V
КАК ПОСТУПАЕТ ПАР ИЗ КОТЛА В ПАРОВУЮ МАШИНУ
1. РЕГУЛЯТОР
Итак, в котле паровоза получается пар определённого давления
и в необходимом количестве. Теперь нужно обеспечить машинисту
возможность открывать и закрывать доступ пара к паровой ма-
шине.
Если это осуществлять с помощью простого клапана, то воз-
никнет трудность, которая заключается в том, что при попытке
открыть клапан придётся преодолеть силу, равную по величине
произведению площади клапана на давление пара в котле. Эта
сила будет действовать на клапан подобно сжатой пружине.
Если выпуск пара, имеющего давление 15 ат, осуществлять,
например, с помощью клапана диаметром 20 см, то сила,
препятствующая открытию клапана, достигнет 4,7 т.
Чтобы машинист без труда мог преодолеть такую огромную
силу, применяется специальное устройство — регулятор
(фиг. 79). Работа регулятора основана на использовании давления
пара, т. е. на использовании той самой силы, которая в случае
применения простого клапана препятствовала бы его открытию.
Для этого регулятор снабжён двумя клапанами — большим и ма-
лым — и разгрузочным поршнем.
Малый клапан представляет собой стержень, пропущенный через
центральный канал в хвостовике большого клапана. Большой
клапан жёстко соединён с разгрузочным поршнем. В закрытом
положении малый клапан опирается на большой, не допуская
доступа пара в центральный канал большого клапана. Ниже раз-
грузочного поршня на малый клапан навинчена гайка, являющаяся
упором. Между гайкой и хвостовиком большого клапана имеется
зазор, который определяет подъём малого клапана.
Рычажный механизм-привод (фиг. 80) связывает малый кла-
пан с рукояткой регулятора (фиг. 81), которая помещена в будке
машиниста.
Когда машинист нажимает на рукоятку регулятора от себя,
малый клапан, имеющий небольшой диаметр, легко поднимается,
пропуская пар под разгрузочный поршень.
Усилие пара на разгрузочный поршень снизу вверх больше,
чем усилие на большой клапан сверху вниз, так как диаметр пор-
Как. поступает пар из котла в паровую машину
101
шня больше диаметра клапана (см. фиг. 79). При наличии проти-
водавления, направленного снизу вверх, машинисту надо для даль-
нейшего открывания клапана преодолеть лишь вес клапана и трение
в рычажном механизме.
Фиг. 79. Разгруженный регулятор
Подъём большого клапана начинается, когда, использовав
свой ход, малый клапан упрётся гайкой в хвостовик большого
клапана.
В промежуточных (открытых) положениях рукоятка регулятора
удерживается зубчатым сектором и защёлкой с пружиной.
На паровозах регуляторы размещаются или до пароперегре-
вателя (см. фиг.12и46) или после него. В первом случае через
регулятор проходит насыщенный пар, а во втором—перегретый.
102
Глава V
Регуляторы, пропускающие насыщенный пар, размещаются обычно
в сухопарнике и называются внутренними, а регуляторы, про-
пускающие перегретый пар, устанавливаются в дымовой коробке,
на коллекторе пароперегревателя
Фиг. 81. Рукоятка регулятора
и называются внешними.
На мощных грузовых и пас-
сажирских паровозах серий ФД,
ИС применяются многоклапан-
ные регуляторы, составляющие
одно целое с коллектором паро-
перегревателя. Общий вид и раз-
рез коллектора и многоклапан-
ного регулятора показаны на
фиг. 82.
2. ЗОЛОТНИК
С помощью золотника осу-
ществляется впуск пара в па-
ровую машину и выпуск из неё.
Чтобы понять назначение зо-
лотника, рассмотрим сначала
принцип действия паровой ма-
шины на упрощённой схеме
(фиг. 83). Внутри цилиндра на-
ходится поршень, который при
помощи штока соединён в точке
а с ползуном, скользящим по
направляющим параллелей.
Ползун соединён с ведущим
дышлом (шатуном). В точке б
шатун связан с кривошипом
колеса.
Таким образом шатунно-кривошипный механизм соединяет пор-
шень паровой машины с колесом. Поэтому если начать двигать
поршень, то вместе с ним придут в движение шток и соединённый
с ним шатун, который посредством кривошипа заставит колесо
вращаться. Шатун в данном случае будет выполнять примерно
такую же роль, как рука человека, вращающая , ручку швейной
машины.
Как поступает пар us котла в паровую машину
103
Фиг. 82. Разрез а и общий вид б многоклапанного регулятора
и коллектора
104
Глава V
В паровой машине для перемещения поршня вперёд и назад
используется энергия пара. Представим себе, что в цилиндре имеет-
ся четыре крана. Краны Л» / и № 2 помещены на паровпускных тру-
бах, а краны ЛгЗиЛг 4 на паровыпускных. К первым двум кранам
Фиг. 83. Простейшая схема паровой машины
подводится свежий пар из котла, а два вторых выпускают этот
пар из цилиндра после того, как он уже совершит работу.
. Если открыть впускной кран Лб 1 и выпускной кран № 4, то
пар из котла через кран № 1 устремится внутрь цилиндра и будет
давить во все стороны, а значит, и на поршень, который начнёт
перемещаться (см фиг. 83) слева направо. Воздух, выталкиваемый
поршнем с другой его стороны, будет уходить в атмосферу через
Фиг. 84. Цилиндрический золотник
открытый кран № 4. Таким образом, поршень переместится в край-
нее (правое) положение.
Чтобы изменить направление движения поршня на обратное,
нужно закрыть краны № 1 и № 4 и открыть впускной кран Лб 2 и
выпускной кран № 3. Тогда через кран № 2 свежий пар будет
поступать внутрь цилиндра и своим давлением перемещать поршень
в крайнее (левое) положение. При этом поршень будет выталкивать
через открытый кран Л® 3 пар, оставшийся в левой полости ци-
линдра.
Как поступает пар из котла в паровую машину
105
В рассмотренном примере впуск пара в машину и выпуск па-
ра из неё осуществляется при помощи четырёх кранов, открывае-
мых и закрываемых вручную. Паровых машин с ручным распреде-
лением пара не существует, ибо открывать и закрывать краны
рукой, конечно, невозможно, тем более на такой быстроходной
машине, как паровоз.
Почти на всех паровозах впуск и
выпуск пара производятся с помощью
золотникового парораспределительного
механизма. При золотниковом парорас-
пределении роль кранов выполняет зо-
лотник, причём впуск и выпуск пара
осуществляются не по четырём кана-
лам, а только по двум, так как
поочерёдно через один и тот же канал
пар то впускается в цилиндр, то
выпускается из пего.
Для размещения золотника каждый
Борт золотника
Фиг. 85. Плоский золотник
паровой цилиндр имеет
сверху золотниковую камеру, в которую запрессованы цилиндри-
ческие втулки с рядом окон для впуска и выпуска пара из цилиндра.
Внутри втулок перемещается золотник, состоящий из двух дисков,
насаженных на одном штоке. Такой золотник называется цилиндри-
ческим (фиг. 84). Он установлен на всех современных паровозах,
работающих перегретым паром.
Раньше на паровозах устанавливались плоские золотники,
иначе называемые коробчатыми (фиг. 85). Они имеют тот недо-
статок, что при работе машины пар, поступающий из котла в
золотниковую коробку своим давлением сверху прижимает
плоский золотник к плоскости скольжения (зеркалу). Поэтому
золотник передвигается по зеркалу с большим трением, на пре-
одоление которого расходуется значительная работа. При высокой
температуре перегретого пара плоские золотники подвержены
короблению. В настоящее время они встречаются на старых
паровозах, работающих насыщенным паром.
3. ВЗАИМОСВЯЗЬ В ДВИЖЕНИИ ЗОЛОТНИКА И ПОРШНЯ
Распределение пара рассмотрим на отдельных положениях
плоского золотника в зависимости от местонахождения поршня.
На фиг. 86 изображена простейшая схема паровой машины
с золотниковым парораспределением. Как видно из схемы, золот-
ник и поршень связаны с колесом, имеющим два кривошипа —
поршневой и золотниковый (контркривошип).
При движении поршня вместе с ним придут в движение пол-
зун и шатун; последний посредством кривошипа заставит колесо
вращаться. Вращаясь, оно в свою очередь с помощью контркриво-
шипа и золотниковой тяги заставит двигаться золотник. При
такой связи каждому перемещению поршня будет соответствовать
106
Глава V
определённое перемещение золотника. В этом и состоит автома-
тичность его движения.
В цилиндре при наличии поршня различают две полости: зад-
нюю (левую) и переднюю (правую). Проследим, как золотник рас-
пределяет пар в каждую из полостей за один оборот колеса.
в писк пара
Фиг. 86. Схема паровой машины с золотниковым парораспределением
Для простоты будем считать, что контркривошип размещён
относительно кривошипа под углом 90° (см.’, фиг. 86). Ширина опор-
ных поверхностей бортов золотника равна ширине паровых окон
(см. фиг. 85).
Установим всю систему в исходное положение (фиг. 87): пор-
шень занимает крайнее левое (заднее) положение, кривошип рас-
Фиг. 87. Поршень в левом крайнем положении. Золотник
в среднем положении
положен горизонтально, контркривошип — вертикально, при
этом золотник займёт среднее положение. В таком положении он
не пропустит пара в цилиндр и не выпустит его из цилиндра.
Приведём в движение шатунно-кривошипный механизм. Пере-
двигаясь вправо, золотник наружной кромкой левого борта будет
постепенно открывать левое окно, давая таким образом доступ
пара в левую полость (фиг. 88), и в то же время внутренней кром-
кой правого борта открывать правое окно, выпуская пар из пра-
вой полости цилиндра.
Как поступает пар из котла в паровую машину
107
Заметим, что в начале хода поршня и поршень и золотник дви-
гаются в одну сторону. После того как колесо сделает четверть
оборота, золотник начнёт двигаться обратно, а поршень будет
продолжать движение в том же направлении. К этому моменту
I
I
I
1
I
I
I
f
I
t
I
1
i
I
I
I
g
№
I
ж
Фиг. 88. Поршень в среднем положении. Золотник в крайнем
положении. Наибольшее открытие окон
поршень пройдёт приблизительно половину своего пути, и откры-
тие паровых окон будет наибольшим (см. фиг. 88).
Ещё через четверть оборота золотник полностью закроет паро-
вые окна, заняв снова среднее положение, а поршень придёт в край-
нее правое положение (фиг. 89).
Перемещение поршня от одного крайнего положения до друго-
го называется ходом поршня. Каждому ходу поршня со-
Фиг. 89. Поршень в крайнем правом положении. Золотник в среднем поло-
жении
ответствует полуоборот колеса (поворот кривошипа на 180°). Таким
образом, ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа.
Мы рассмотрели работу золотника при ходе поршня в одну
сторону (слева направо) за полуоборот колеса.
При движении поршня в обратную сторону золотник опять от-
клонится от среднего положения, но теперь уже в противополож-
ную сторону. Через четверть оборота колеса он полностью откроет
108
Глава V
паровые окна: правые для впуска и левые для выпуска пара (см.
фиг. 86). Поршень в этот момент снова займёт приблизительно
среднее положение.
Ещё через четверть оборота золотник и поршень займут ис-
ходное положение, золотник — среднее, поршень крайнее левое
(см. фиг. 87). Это будет соответствовать началу второго хода
поршня, или началу второго оборота колеса.
Когда поршень находится в крайних положениях, то между
ним и одной из крышек цилиндра образуется некоторое простран-
ство. Заполняя это пространство, пар полезной работы по пере-
мещению поршня произвести не может. Поэтому пространство, об-
разующееся между крышкой цилиндра и поршнем, когда поршень
находится в крайнем положении, называют «вредным».
Вредным является также пространство паровпускных каналов
цилиндров.
Дальше мы узнаем, что вредное пространство является одно-
временно и полезным.
Характерной особенностью рассмотренной схемы парораспре-
деления является то, что паровые окна остаются открытыми на
протяжении всего хода поршня, а впуск пара осуществляют на-
ружные кромки золотника.
Так как пар впускается в цилиндр непрерывно, то давление
отработавшего пара будет почти равно давлению свежего пара,
т. е. отработавший пар будет уносить с собой в атмосферу большое
количество тепла.
Разумеется, что такая паровая машина, в которой за один ход
поршня совершаются только два процесса (впуск и выпуск пара)
в высшей степени неэкономична.
4. РАБОТА ПАРА ПРИ ЕГО РАСШИРЕНИИ. ОТСЕЧКА
Ценным качеством пара является его способность расширяться,
т. е. стремление занять как можно больший объём. Расширяясь,
пар может производить работу.
Чтобы полнее использовать энергию пара, нужно сделать
такой золотник, который впускал бы пар в цилиндр не
на всём протяжении хода поршня, а лишь на некоторой части.
Тогда после прекращения впуска пара или, как говорят паровоз-
ники, после отсечки, поршень будет продолжать движение уже
за счёт энергии расширяющегося пара.
Рассмотренный нами простой золотник не позволяет исполь-
зовать способность пара расширяться, так как он (золотник) не
перекрывает, т. е. не держит закрытыми, паровые окна на протя-
жении некоторой части хода поршня; даже при незначительном
смещении золотника от среднего положения паровые окна тотчас
открываются.,
Увеличим борта золотника так, чтобы их ширина была больше
ширины паровых окон (фиг. 90).
Как поступает, пар из котла в паровую машину
109*
Такой золотник в отличие от простого (см. фиг. 85) закроет па-
ровпускное окно ещё задолго до того, как поршень придёт в край-
нее положение. Значит, поршень будет продолжать свой ход при
закрытых паровых окнах за счёт расширения пара, заключён-
ного в цилиндре.
Чем раньше золотник перекроет паровые окна, тем скорее-
произойдёт отсечка пара и начнётся его расширение. А чем рань-
ше произойдёт отсечка, тем меньшее
количество пара поступит в цилиндр, е
тем меньше будет его расход на один |
ход поршня. И, наоборот, чем доль-
ше будет открыто окно, тем позже /
начнётся расширение пара, тем больше К-ЖЖ
будет его расход на каждый ход пор- ___s'
шня. Как мы увидим дальше, отсечку
пара машинист устанавливает по
своему усмотрению. фнг- Плоский золотник с
В зависимости от условии работы r r J
он может прекратить доступ свежего
пара в цилиндр, когда поршень пройдёт 0,5 своего пути, 0,4,
0,3 или 0,2. В первом случае отсечка показывает, что на-
полнение цилиндра свежим паром осуществляется на протяже-
нии половины хода поршня, а на протяжении остальной половины
поршень движется под давлением расширяющегося пара; во вто-
ром случае отсечка показывает, что пар в цилиндр впускается
только в продолжении четырёх десятых хода поршня, и т. д.
Расстояние, на которое золотник при среднем положении пе-
рекрывает окна со стороны впуска пара, называется п е р е к р ы-
шей впуска, которую принято обозначать буквой е (фиг. 90),
а со стороны выпуска пара — перекрышей выпуска,
обозначаемой буквой I.
Итак, при золотнике с перекрышами, т. е. при работе пара
с расширением, отработавший пар выбрасывается в атмосферу
с давлением в несколько раз меньшим по сравнению с тем, которое-
он'имел при поступлении в цилиндр. Устройство перекрыт у
золотника позволяет, таким образом, более полно использовать
энергию пара.
5. ПРЕДВАРЕНИЕ ВЫПУСКА
После того как пар переместит поршень в крайнее положение,
его нужно возможно быстрее выпустить из цилиндра, иначе, зани-
мая всю полость цилиндра, отработавший пар будет оказывать,
противодействие (противодавление) обратному ходу поршня.
Для освобождения цилиндра от отрабатавшего пара надо»
открыть паровое окно. А чтобы ускорить выпуск пара, окно откры-
вают ещё до того, как поршень во время рабочего хода дойдёт до-
крайнего положения.
На первый взгляд это кажется невыгодным. В самом деле:
110
Глава V
зачем преждевременно выпускать из цилиндра пар, не потерявший
своей энергии, ведь и без того дорог каждый кубический санти-
метр пара?
Приходится, однако, мириться с незначительной потерей энер-
гии. Делается это для того, чтобы облегчить движение поршня
в тот момент, когда он меняет направление на обратное. Поэтому
перекрышу выпуска чаще всего делают отрицательной; в этом
случае кромки золотника, осуществляющие выпуск пара, при сред-
нем положении золотника не доходят до кромок паровых каналов
на несколько миллиметров. Иногда перекрышу выпуска делают
равной нулю.
Процесс предварительного выпуска пара из цилиндра до того,
как поршень придёт в крайнее положение, называют пред-
варением выпуска, а величину, на которую золотник
открыл окно для выпуска пара при крайнем положении поршня,
называют линейным предварением выпуска.
Таким образом, предварение выпуска облегчает движение порш-
ня в начале нового хода, так как пар успевает почти полностью
уйти из цилиндра. С этого момента остатки отработавшего пара,
не успевшие удалиться за период предварения выпуска, вытал-
киваются поршнем из цилиндра в атмосферу.
Выталкивание пара в атмосферу происходит до тех пор, пока
золотник не перекроет окна. После этого поршень начнёт сжимать
оставшийся в цилиндре пар.
Сильно замедлить движение поршня этот пар уже не сможет,
так как он имеет низкое давление. Но почему его всё-таки остав-
ляют в цилиндре и зачем нужно пар сжимать?
6. СЖАТИЕ ПАРА
Когда поршень подойдёт к крайнему положению, то вредное
пространство окажется заполненным паром, уже достаточно сжа-
тым (приблизительно до давления свежего пара).
Сжатие отработавшего пара даёт возможность экономить све-
жий пар.
Действительно, если бы периода сжатия совсем не было (окна
для выпуска были бы открыты до прихода поршня в крайнее поло-
жение), то для заполнения вредного пространства между поршнем
и крышкой цилиндра бесполезно расходовался бы свежий пар.
В нашем же случае вредное пространство заполняется отрабо-
тавшим паром. Следовательно, расход свежего пара уменьшится
и экономичность машины повысится. Вот почему конструкторы
идут на создание такой паровой подушки, тем более что, будучи
упругой, она поглощает силы инерции движущего поршня, а это
способствует плавной (без толчков и ударов) работе машины.
Выходит так, что вредное пространство является в то же время
и полезным. Обычно объём вредного пространства равен х/10 —
4/g полезного объёма цилиндра.
Как поступает пар из котла в паровую машину
111
Полезным (рабочим) объёмом цилиндра называют объём, осво-
бождаемый поршнем при его движении от одного крайнего поло-
жения до другого. Линейная величина, характеризующая вредное
пространство, т. е. расстояние от поршня до крышки, обычно рав-
на 12—15 мм.
Ч. ПРЕДВАРЕНИЕ ВПУСКА
В современных паровых машинах окна для впуска пара начи-
нают открываться не тогда, когда поршень придёт в крайнее поло-
жение, т. е. не с началом нового хода поршня, а немного раньше.
Свежий пар поступает в цилиндр навстречу поршню через чуть
открытые золотником паровые окна; происходит предварение
впуска.
Делается это для того, чтобы к началу обратного хода свежий
пар давил на поршень с максимальным усилием: к этому моменту
золотник достаточно широко (на 4—8 мм) откроет окно для впуска
пара.
Если же начать впускать пар одновременно с началом рабочего
хода поршня, то пару придётся в начале впуска проходить через
очень узкую щель парового окна. Это вызовет сильное мятие пара,
причём он не успеет быстро заполнить полость цилиндра.
Как заставить золотник открывать окно для впуска пара до
прихода поршня в крайнее положение?
8. УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ
Начнём с того, что угол между контр кривошипом и кривошипом
сделаем’несколько больше 90°. Тогда золотник при крайнем поло-
Фиг. 91. Схема образования угла опережения. Паровые окна
при крайнем положении поршня немного приоткрыты
жении поршня будет находиться уже не в среднем положении,
а немного сдвинутом от него (фиг. 91).
Иными словами, паровые окна при крайних положениях пор-
шня будут не перекрыты, как раньше,, а немного приоткрыты.
112
Глава V
В этом случае золотник с самого начала движения несколько
опережает движение поршня, чтобы заранее открыть паровые окна
на некоторую величину. Поэтому угол 8, за счёт которого это
опережение достигнуто, принято называть углом опережения, хотя
фактически контркривошип опережает кривошип на угол 90° + 8
(см. фиг. 91).
Очевидно, чтобы получить предварение впуска в заднем край-
нем положении поршня, нужно сдвинуть плоский золотник от сред-
него положения вправо на величину перекрыши впуска плюс ещё
на некоторую величину, называемую линейным предварением впус-
ка. Поэтому величина угла опережения зависит от величины пере-
крыши впуска и линейного предварения впуска.
В современных локомотивах паровые машины имеют золот-
ники с перекрышей впуска 35—60 мм и линейным предварением
впуска 4—8 мм.
9. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРА ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ
ЗОЛОТНИКОМ
До сих пор мы рассматривали такой случай, когда плоский
золотник впускал пар в цилиндр наружными кромками бортов и
выпускал пар из цилиндра внутренними кромками.
Такой золотник носит название золотника с наружным впус-
ком пара; он имеет ряд недостатков.
При наружном впуске свежий пар попадает в пространство
между золотником и крышками золотниковой камеры, которые
непосредственно омываются холодным наружным воздухом. Это
ускоряет охлаждение свежего пара, а значит способствует потере
его энергии.
Самое же главное в том, что увеличивается возможность утеч-
ки свежего пара между штоком золотника и уплотняющим его
сальником.
При большом давлении и высокой температуре пар становится
более текучим и вследствие этого пропуск пара сальниками (утеч-
ка) ещё более увеличится.
От указанных недостатков можно легко избавиться. Для этого
достаточно заменить плоский золотник более совершенным цилин-
дрическим (см. фиг. 84).
При таком золотнике свежий пар поступает в полость между
дисками, а отработавший пар, имеющий низкое давление и мень-
шую температуру, выходит через полость между дисками и крыш-
ками золотниковой коробки.
Иными словами, цилиндрический золотник отсекает свежий
пар при впуске не наружными кромками, а внутренними. Такой
золотник называется золотником с внутренним
впуском.
Плоский золотник в начале хода поршня двигается вместе
с ним в одну сторону. А цилиндрический золотник с внутренним
К.ак поступает пар из котла в паровую машину
113
впуском пара, чтобы сохранить направление движения поршня,
например вправо, должен двигаться влево, так как пар теперь
впускается внутренними кромками золотника. Перекрыта впуска
и перекрыта выпуска как бы меняются своими местами.
Другими словами, золотник с внутренним впуском должен
перемещаться в направлении, противоположном золотнику с на-
ружным впуском.
Для этого надо контркривошип расположить не впереди кри-
вошипа, а позади него. В этом случае золотник при крайнем поло-
жении поршня будет сдвинут от своего среднего положения в об-
ратную сторону на ту же величину, равную величине линейного
предварения плюс величина перекрыши впуска.
Итак, при золотнике с внутренним впуском пара контркриво-
шип закрепляется, или, как говорят, заклинивается, со сдвигом
на угол 180° против положения при золотнике с наружным впус-
ком пара.
Следовательно, теперь контркривошип отстаёт от кривошипа,
а не опережает его, как это было при наружном впуске.
Процесс же распределения пара у золотников с внутренним
впуском такой же, как и у золотников с наружным впуском.
10. ШЕСТЬ ПРОЦЕССОВ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Итак, в каждой полости цилиндра за два хода поршня совер-
шается не два процесса (впуск и выпуск пара), а четыре:
1) впуск свежего перегретого пара;
2) его расширение;
3) выпуск отработавшего пара;
4) сжатие оставшегося отработавшего пара.
Это чрезвычайно важные процессы.
Первый процесс — впуск пара — состоит из предваритель-
ного впуска (сокращённо: предварения впуска) и основного впуска
пара.
Аналогично этому третий процесс — выпуск пара — раз-
деляется на предварительный выпуск (предварение выпуска) и
основной (выталкивание оставшегося пара).
Таким образом, если учесть, что впуск и выпуск пара разде-
ляются на две стадии, то в работе золотника будет шесть про-
цессов парораспределения:
1) предварение впуска;
2) впуск;
3) расширение;
’ 4) предварение выпуска;
5) выпуск (выталкивание);
6) сжатие.
Многолетней практикой и теоретическими исследованиями уста-
новлено, что именно эти процессы обеспечивают наиболее экономич-
ную работу паровой машины.
8 В. А. Дробинский
114
Глава V
I. Предварение впуска." Поршень ещё немного не
дошёл до крайнего положения, но золотник уже начинает откры-
вать окно для впуска пара. Когда поршень будет в крайнем поло-
Фиг. 92. Схемы шести процессов парораспределения
женин, золотник откроет окно на величину линейного предварения
впуска (фиг. 92, а)
2. Впуск. Паровпускное окно открыто. Под действием посту-
пающего пара поршень начинает свой рабочий ход. Когда он прой-
дёт часть пути, золотник перекроет окно, отсекая доступ пара
Как поступает пар из котла в паровую машину
115
в цилиндр. Этот момент называется моментом отсечки пара
(фиг. 92, б). Начинается процесс расширения.
3. Расширение. Впущенный в цилиндр пар расширяется
при цилиндрических золотниках с внутренним впуском
до момента открытия окна — до начала предварения выпуска
(фиг. 92, в). Под давлением расширяющегося пара поршень про-
должает двигаться дальше. По мере перемещения поршня объём
цилиндра, освобождаемый поршнем, увеличивается, а давление
пара уменьшается.
8*
116
Глава V
4. Предварение выпуска. Поршень ещё немного
не дошёл до мёртвого положения, но золотник уже начинает откры-
вать окно для выпуска пара1. Когда поршень придёт в крайнее
положение, золотник откроет окно на величину линейного предва-
рения выпуска (фиг. 92, г). •
5. Выпуск. В отличие от предварения выпуска пар во вре-
мя процесса выпуска (фиг. 92, д) не просто выходит из цилиндра,
а выталкивается поршнем, изменившим направление своего дви-
жения на обратное. Но когда поршень пройдёт часть своего хода,
золотник перекрывает окно и выпуск пара прекращается.
6. Сжатие. Сжатие пара поршнем начинается с момента
закрытия паровыпускных окон (фиг. 92, е).
После сжатия процессы парораспределения начинают повто-
ряться: предварение впуска, впуск, расширение, предварение вы-
пуска, выпуск, сжатие и т. д.
Значит, золотник должен очень точно управлять впуском и
выпуском пара в полном соответствии с движением поршня.
Однако возможность нарушения порядка этих процессов здесь
исключена, так как все звенья парораспределительного и движу-
щего механизмов связаны между собой в единое целое: движение
золотника осуществляется от контркривошипа, который вместе
с колесом получает вращение от поршня через шток, шатун и кри-
вошип. Поэтому каждое положение поршня автоматически точно
определяет соответствующее положение золотника.
Мы рассмотрели процессы распределения пара в одной по-
лости цилиндра. Аналогичные процессы повторяются и в другой
его полости; при этом, когда с левой стороны поршня начинается
предварение впуска, с правой стороны происходит предварение
выпуска, при впуске пара в левую полость в правой происходит
выпуск и т. д. Точно такие же процессы протекают в обеих поло-
стях цилиндра, расположенного с другой стороны паровоза.
11. КУЛИСА И ПЕРЕВОДНОЙ МЕХАНИЗМ
Если паровозу нужно двигаться только вперёд, то рассмотрен-
ный нами парораспределительный механизм вполне удовлетворяет
этому требованию.
Однако паровоз должен иметь возможность двигаться как впе-
рёд, так и назад.
Направление движения паровоза зависит от того, в каком поло-
жении находится кривошип и в какую из полостей цилиндра —
заднюю или переднюю — первоначально будет впущен пар.
Если кривошип находится в верхней половине колеса, то для
движения паровоза вперёд пар нужно впустить в заднюю полость
цилиндра, а для движения назад — в переднюю.
1 Впуск пара в цилиндры паровой машины и выпуск его, как указы-
валось, производятся через одни и те же окна.
Как поступает пар из котла в паровую машину
117
Если же кривошип находится в нижней половине колеса, то
для движения паровоза вперёд пар нужно
полость, а для движения назад — в зад-
нюю полость цилиндра.
Чтобы изменить направление движения
паровоза, нужно так поставить золотник,
чтобы он осуществлял впуск пара в нуж-
ную полость цилиндра, т. е. надо иметь
возможность изменять направление дви-
жения золотника. Это осуществляется с
помощью кулисы (фиг. 93).
Кулиса представляет стальную поков-
ку, в середине которой имеется прорезь,
расположенная по дуге. Радиус этой дуги
равен длине золотниковой тяги.
В прорезь, поверхности которой гладко
обработаны, вставляется особая деталь, на-
зываемая камнем. Камень может сколь-
зить внутри прорези. Сама кулиса укреп-
ляется в подшипниках и может ка-
чаться на цапфах относительно опреде-
лённого центра.
До сих пор рассматривался случай, ког-
да золотник приводился в движение золот-
никовой тягой непосредственно от золот-
никового кривошипа (контркривошипа). А
впустить в переднюю
Фиг. 93. Кулиса
что получится, если мы «разрежем» золотниковую тягу и в месте
разреза (примерно посередине) шарнирно укрепим кулису (фиг. 94).
Фиг. 94. Схема парораспределительного механизма с кулисой
Чтобы контр кривошип мог теперь передавать движение золот-
нику, соединим его с хвостовиком (нижней частью) кулисы тягой,
118
Глава V
называемой кулисной, а камень кулисы с золотником — тягой,
называемой золотниковой.
Теперь в работе нашего механизма примут участие новые дета-
ли-посредники — кулиса и её камень.
Если машинист опустит камень ниже центра кулисы, то движе-
ние контр кривошипа будет передаваться через кулису золотнику
в том же направлении, как и в случае, рассмотренном на фиг. 92,
т. е. золотник откроет окно для впуска пара в заднюю полость
цилиндра и паровоз будет двигаться вперёд.
Если же машинист поднимет камень кулисы вверх, выше центра
кулисы, то золотник при этом передвинется, открыв окно для
впуска пара в переднюю полость, и тогда паровоз будет двигаться
назад.
Остаётся сделать так, чтобы можно было перемещать камень
в кулисе на стоянке и на ходу паровоза. Для этого служит пере-
водной механизм. Он состоит из переводного винта, тяг и рычаж-
ной передачи.
Посмотрите на фиг. 94. Золотниковая тяга подвеской соединена
с двуплечим рычагом, насаженным на переводной вал. Верхнее
плечо рычага соединено длинной тягой с переводным рычагом
(реверсом), находящимся в будке машиниста.
Когда машинист переводит рукоятку реверса вперёд, он за-
ставляет кулисный камень опускаться, когда он переводит рукоятку
назад, — камень поднимается.
В современных паровозах для перемещения камня кулисы, а
следовательно, для изменения направления движения паровоза
применяется механизм, действующий сжатым воздухом. Обязан-
ность машиниста сводится к тому, чтобы переставить переводной
рычаг по сектору в переднее или заднее положение, которое
соответствует переднему или заднему ходу.
Перемещение кулисного камня выполняется автоматически
благодаря особому механизму — сервомотору, установленному
между переводным рычагом и кулисой.
Сервомотор (фиг. 95) состоит из цилиндра с поршнем (шток
которого соединён с рычагом переводного вала) и распределитель-
ной головки.
Золотник распределительной головки изменяет приток сжа-
того воздуха в цилиндр сервомотора; он связан с переводным
рычагом, расположенным в будке машиниста, длинной тягой.
Когда машинист переместит переводной рычаг вперёд или назад
в требуемое положение, длинная тяга увлечёт за собой рычаг /,
который, поворачиваясь вокруг точки А, повернёт золотник в рас-
пределительной головке,
Перемещаясь, золотник откроет доступ сжатому воздуху в одну
из полостей цилиндра сервомотора и выпустит воздух из другой
полости. В результате поршень передвинется и связанный с ним
переводной вал повернётся, тем самым опуская или поднимая ка-
мень в кулисе.
Как поступает пар из котла в паровую машину
119
Перемещение поршня сервомотора вызывает перемещение пол-
зуна сервомотора, поддерживаемого параллелями, и соединённого
с рычагом 1.
Благодаря такому дополнительному соединению рычаг 1
поворачивает золотник в среднее положение, прекращая выпуск
воздуха из цилиндра, вследствие чего поршень остановится
и давление по обе стороны его станет одинаковым.
Действие на золотник после перестановки машинистом пере-
водного рычага (реверса) передаётся через некоторый промежу-
ток времени, необходимый для перемещения камня на определён-
ную отсечку. В этом и состоит автоматичность действия серво-
мотора, обеспечивающая быстрый и лёгкий перевод кулисных
камней.
Переходной рычаг
(X бцдкр машиниста]
Фиг. 95. Схема установки сервомотора
Паровая машина должна быть приспособлена к резко'перемен-
ному режиму работы паровоза. Ведь паровозу приходится вести
поезда различного веса: то по ровному (горизонтальному) пути,
то на подъёме. При трогании с места или при езде на подъём, да
ещё с тяжеловесным составом, необходимо, чтобы паровоз разви-
вал наибольшее тяговое усилие (силу тяги). Наоборот, при дви-
жении по горизонтальному пути при малом весе состава нет нужды
в особенно большой силе тяги.
Таким образом, условия работы паровоза таковы, что машинист
должен изменять силу тяги паровоза от максимальной до мини-
мальной.
Мощность паровой машины зависит от количества пара, впус-
каемого в её цилиндры. Чем больше поступит пара в цилиндры,
тем большую силу тяги разовьёт паровоз; при меньшем наполне-
нии цилиндра паром сила тяги будет меньше.
Нужно, следовательно, чтобы золотник паровой машины при
надобности позволял изменять отсечку, т. е. степень наполне-
ния цилиндров свежим паром. Иными словами, нужно предоста-
вить машинисту возможность по своему желанию регулировать
120
Глава V
работу паровой машины, т. е. изменять скорость и силу тяги паро-
воза.
Чтобы решить эту задачу, сначала выясним, когда паровая ма-
шина работает с одинаковой степенью наполнения. Очевидно,
в тех случаях, когда связь между золотником и его кривошипом
осуществляется только через золотниковую тягу, длина которой
(а следовательно и размах золотника) остаётся во время хода па-
ровоза постоянной.
Нельзя ли изменить ход золотника? Для этой цели попробуем
уменьшить радиус вращения контркривошипа.
Раз меньше радиус контркривошипа, значит и меньше ход
золотника, поэтому окна для впуска и выпуска пара будут
открываться на меньшую величину и, следовательно, пара в маши-
ну поступит меньше.
Теперь попробуем увеличить радиус вращения контр кривошип а.
В этом случае ход золотника увеличится, поэтому отсечка про-
изойдёт позже и, следовательно, в машину поступит пара больше.
Но при изменении длины контр кривошип а будут изменяться ли-
нейные предварения впуска и выпуска, а нам этого не нужно.
Чтобы оставить постоянными линейные предварения, мы вынуж-
дены изменять угол опережения. Конструктивно выполнить меха-
низм, который бы согласованно изменял угол опережения и длину
контркривошипа на ходу паровоза, чрезвычайно трудно. Поэтому
такое решение отпадает.
Каким-же образом можно добиться изменения хода золотника
без изменения длины контркривошипа и угла опережения, одно-
временно- сохранив постоянную величину линейного предварения
впуска и выпуска? Здесь нам на помощь и приходит кулиса.
В самом деле, передвинем с помощью переводного механизма ка-
мень кулисы к одному из её концов.
Чем дальше от центра находится камень, тем большие размахи
он будет совершать при качании кулисы взад и вперёд и тем, сле-
довательно, ход золотника будет большим. Наоборот, чем ближе
к центру кулисы камень, тем меньше размах его колебаний и тем,
следовательно, меньшее расстояние пройдёт золотник.
Таким образом, кроме изменения направления движения, кули-
са выполняет ещё одну очень важную функцию: с её помощью ма-
шинист имеет возможность (передвигая кулисный камень) во время
движения паровоза изменять величину хода золотника, т. е. от-
сечку. Установка кулисного камня на нужную отсечку осущест-
вляется тем же переводным механизмом.
12. МАЯТНИК
Итак, первая задача решена: разные отсечки можно получить
на ходу паровоза. Теперь решим вторую задачу: как при разных
отсечках сохранить постоянную величину линейного предварения
впуска?
Как поступает пар из котла в паровую машину
121
Обратим внимание на следующую особенность кулисы: когда
камень находится в середине, то качание кулисы не передаётся
золотниковой тяге, а следовательно,
Чтобы и в этом случае обеспе-
чить передвижение золотника, снаб-
дим наш механизм ещё одной дета-
лью — маятником (фиг. 96). Эту де-
таль называют так потому, что при
работе паровой машины она соверша-
ет периодические колебания вперёд
и назад, подобно маятнику часов.
Маятник разместим в передней ча-
сти золотниковой тяги, т. е. ближе
к золотнику. Верхнюю точку маятни-
ка соединим с золотниковой тягой
(фиг. 98), а нижнюю посредством по-
водка— с ползуном паровой машины.
На некотором расстоянии (плече) от
верхней точки соединим наш маят-
ник через золотниковый кулачок со
штоком золотника.
Таким образом, золотник будет
соединён с золотниковой тягой через
маятник.
Если камень находится посереди-
не кулисы, то несмотря на колебания
последней верхняя точка маятника
остаётся всегда неподвижной.
Нижний же конец маятника, ведо-
мый ползуном, будет качаться вперёд
и назад, передавая своё ритмичное
колебательное движение золотнику
(через золотниковый шток). Поэтому
даже при среднем положении камня
в кулисе золотник будет переме-
щаться.
Плечи маятника подобраны так,
что золотник передвигается от сред-
него положения на строго опреде-
лённую величину.
Ход поршня и плечи маятника (их длина) в отличие от раз-
маха камня являются величинами постоянными. Влиять на изме-
нение этих величин машинист, конечно, не может. Поэтому вели-
чина линейного предварения впуска будет постоянной при всех
отсечках.
Но верхняя точка маятника является неподвижной только
в том случае, когда кулисный камень находится в центре кулисы.
Во всех остальных промежуточных положениях камня верхняя
122
Глава V
Как поступает пар из котла в паровую машину
123
точка маятника получает движение от кулисы через золотниковую
тягу.
Возникает вопрос: может ли это изменить постоянство величин
линейного предварения впуска?
Оказывается, не может. Всё дело заключается в том, что теперь
золотник получает перемещение, во-первых, от контр кривошипа
(через кулисную тягу, кулису и золотниковую тягу) и, во-вторых,
от возвратно движущегося ползуна (через поводок и маятник).
Тяга к реверсу
Переводной вал.
Центр (середина!
кулисы.
Двуплечий рычаг
Подвеска
Золотниковая тяга выпуск Впуск
I Золотниковый шток / пара , । / пара
Кулисная тяга
Маятник-, /
'Камень Г
•Кулиса /
Поршень-^
Шатун Ползун—
Контркривошип г Поводок
•—Код поршня—
Фиг. 98. Схема парораспределительного механизма с маятником
Сложение этих двух движений в одно общее движение маят-
ника и даёт машинисту возможность по своему усмотрению изме-
нять отсечку и направление движения паровоза (передний и задний
ход) при постоянном предварении впуска и выпуска независимо от
величины отсечки.
Таким образом, в функции кулисы входят изменение отсечки
и направления движения паровоза, а в функции маятника — со-
хранение постоянной величины предварения впуска и выпуска во
время этих изменений.
Поэтому, когда говорят о парораспределительном механизме,
подразумевают собственно два механизма — механизм отсечки и
механизм предварения.
Внёшний вид рассмотренного нами парораспределительного
механизма представлен на фиг. 97. Этот парораспределительный
механизм, носящий имя бельгийского мастера Вальсхарта, при-
меняется почти на всех паровозах.
Глава VI
КАК СВЯЗАНА ПАРОВАЯ МАШИНА С ДВИЖУЩИМИ
КОЛЁСАМИ
1. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПАРОВОЙ МАШИНЫ
Меняющееся давление пара в каждой полости цилиндра *в за-
висимости от положения поршня можно определить прибором,
называемым индикатором. Рассмотрим его устройство и действие
на упрощённой схеме (фиг. 99).
В крышке парового цилиндра просверлено небольшое отвер-
стие, к которому присоединена трубка. Внутри трубки помещены
Карандаш
Фиг.-99.^Упрощённая схема инди-
катора
поршенёк со штоком и пру-
жинка. На конце штока ук-
реплён пишущий наконечник
(карандаш), упирающийся сво-
им остриём в полоску бумаги.
С помощью рычага бумага
приводится в движение от
поршня.
Если в полость, к кото-
рой присоединён индикатор,
впустить пар, давление вну-
три трубки прибора будет
равно давлению пара внутри
цилиндра (см. фиг. 99, ле-
вая полость цилиндра).
При изменении давления
карандаш будет пропорцио-
нально этому давлению дви-
гаться по бумаге вверх или вниз, а бумага в зависимости от дви-
жения поршня будет двигаться вправо или влево. В результате
•сложения этих движений карандаш вычертит на бумаге замкнутую
диаграмму зависимости давления в цилиндре паровой машины от
хода поршня. Такая диаграмма называется индикаторной. Она
позволяет судить о правильности протекания каждого рабочего
процесса, с которыми мы уже познакомились в предыдущей
главе.
Перед тем как снять индикаторную диаграмму, на бумаге
>(в современных индикаторах бумажная лента накручивается на
Как связана паровая машина с движущими колёсами
125
вращающийся барабан, связанный с поршнем специальным ходо-
уменьшителем) проводится так называемая атмосферная линия
(см. пунктирную линию на фиг. 99). Как показывает само назва-
ние, атмосферная линия изображает давление окружающей среды.
Любая вертикальная линия, проведённая в пределах контура
диаграммы, будет соответствовать давлению пара при определён-
ном положении поршня, а горизонтальная — объёму цилиндра или
расстоянию, на которое перемещается поршень.
На фиг. 100 показаны характерные для паровозной машины инди-
каторные диаграммы для передней и задней полостей одного цилин-
дра. В исправной машине с точным парораспределением обе диа-
граммы должны быть одинаковыми.
Фиг. 100. Индикаторные диаграммы
На индикаторных диаграммах, изображённых на фиг. 100, до-
вольно чётко видны все шесть периодов парораспределения: от
точки 6 до точки 1 происходит предварение впуска, от точки 1 до
точки 2 — впуск пара, от точки 2 до точки 3 — расширение, от точ-
ки 3 до точки 4 — предварение выпуска, от точки 4 до точки 5—
выталкивание и от точки 5 до точки 6— сжатие пара,
Площадь индикаторной диаграммы, очерченная карандашом
индикатора, выражает в определённом масштабе не что иное, как
работу пара, которую он совершает в цилиндре при движении
поршня в одну сторону. Но так как паровая машина паровоза —
машина двойного действия, то очевидно, что такую же работу
произведёт пар, впущенный и в другую полость цилиндра.
Следовательно, полная работа пара за два хода поршня
будет равна сумме площадей индикаторных диаграмм каждой
полости.
Во время перемещения поршня давление пара в рабочей полос-
ти цилиндра изменяется от максимума до минимума, поэтому рабо-
ту пара в цилиндрах подсчитывают по средней величине его давле-
ния за весь ход поршня. Это давление, величина которого условно
принята постоянной, называется средним индикаторным давлением.
Оно будет тем больше, чем больше степень наполнения (отсечка)
126
Глава VI
цилиндра, и тем меньше, чем меньше отсечка при одной и той же
скорости.
Иными словами, среднее индикаторное давление будет зависеть
от продолжительности впуска.
Если среднее индикаторное давление умножить на площадь
поршня, то получим среднюю силу, приложенную к поршню. Если
теперь эту силу умножить на расстояние, проходимое поршнем,
то найдём работу, которую совершит пар, действующий на пор-
шень за один его ход в одной полости цилиндра.
Очевидно, что работа пара в обоих цилиндрах паровой машины
будет вчетверо больше (пар действует в обеих полостях цилиндра,
а цилиндров у паровоза обычно два).
Поясним это примером.
Пусть среднее индикаторное давление равно 8,5 кг/см*, а пло-
щадь поршня 3 416,6 СЛ42. Тогда сила давления на поршень (сред-
няя) определится так:
8,5 х 3 416,6 = 29041 кг.
Пусть ход поршня равен 80 сж, или 0,8 ж. Работа, которую
произведёт пар при движении поршня из одного крайнего положе-
ния в другое, будет равна произведению силы на путь её действия,
т. е. на ход поршня:
29 041 х 0,8 = 23 232,8 кгм.
За два хода поршня работа будет в два раза больше, т. е.
23 232,8 х 2 = 46 465,6 кгм.
В двух цилиндрах работа будет ещё в два раза больше или
46 465,6 X 2 = 92 931,2 кгм.
Мы подсчитали работу, которую совершает пар в цилиндрах
за один оборот колёс.
Теперь подсчитаем мощность паровоза.
Предположим, что паровоз проходит за 1 час 30 км. Сколько
оборотов за это время сделают движущие колёса? Очевидно, для
решения этой задачи надо знать диаметр движущих колёс.
Чем больше диаметр колеса, тем меньше при той же скорости
паровоза оно сделает оборотов, и наоборот.
Как известно, длина окружности примерно в три раза (точнее,
в 3,14 раза) больше её диаметра. Значит за один оборот движу-
щего колеса, имеющего диаметр 1 500 мм, паровоз пройдёт отрезок
пути, равный
1,5 X 3,14 = 4,7 м.
Разделив путь, проходимый паровозом в час. (скорость), на
этот отрезок пути, подсчитаем число оборотов колёс в 1 час.
Как связана паровая машина с движущими колёсами
127
Если произвести такое вычисление для скорости 30 км/час и
диаметра колёс 1,5 м, то получится, что колёса делают
30 000: 4,7 = 6 383 оборота в час.
Так как работа пара за один оборот колеса составляет в нашем
случае 92 931,2 кгм, то, следовательно, за 1 час она будет равна
92 931,2 х 6 383 = 593 179 849,6 кгм.
Теперь нетрудно подсчитать и мощность паровой машины.
Мощностью называется работа, произведённая в единицу времени
(в секунду). Если в одну секунду будет совершена работа в 75 кгм,
то эту мощность условно называют одной лошадиной силой. Зна-
чит работа, соответствующая 1 л. с., в течение 1 часа будет равна
75X3 600 = 270000 кгм.
Следовательно, мощность нашей двухцилиндровой паровой ма-
шины в лошадиных силах определится, если мы разделим вели-
чину часовой работы на 270000 кгм. Это составит
593 179 849,6 : 270 000 =» 2 196 л. с.
Мощность современных паровозных машин несмотря на их
•ограниченные размеры и вес превосходит 3 500 л. с.
Из приведённого примера видно, что мощность паровой маши-
ны определяется давлением пара, числом цилиндров, диаметром
поршня, его ходом, а также величиной отсечки.
2. ЦИЛИНДРЫ
Читателю уже известно, что почти на всех паровозах установ-
лена паровая машина с двумя цилиндрами, расположенными впе-
реди локомотива по обе стороны рамы. Кроме двухцилиндровых па-
ровозов, встречаются (редко) паровозы трёхцилиндровые и четы-
рёхцилиндровые, но на них мы останавливаться' не будем.
Размещение цилиндров вблизи дымовой коробки наиболее вы-
годно: свежий перегретый и отработавший пар совершает самый
короткий путь из коллектора пароперегревателя в цилиндры,
.а из цилиндров через конус в атмосферу. Благодаря этому паровые
трубы имеют небольшую длину.
Цилиндры стараются расположить так, чтобы их ось прохо-
дила через центры ведущих колёс.
На мощных паровозах, имеющих цилиндры большого диаметра,
габарит не позволяет этого достигнуть, и поэтому цилиндры не-
сколько приподнимаются (на 20—50 мм) над осью колёс.
У паровозов различных серий цилиндры отличаются друг от
друга по своей форме, но все они состоят из двух частей, отлитых
заодно — собственно цилиндров и золотниковых коробок, раз-
мещённых над ними. Общий вид цилиндрового блока показан на
фиг. 101.
128
Глава VI
Цилиндр закрывается с обеих сторон крышками, которые поз-
воляют устанавливать и вынимать поршень. В задних крышках
всегда делаются отверстия для пропуска штоков.
В местах прохода штока в крышке образуется камера для уста-
новки сальников. Сальник, препятствуя утечке пара, обеспечивает
герметичность цилиндра.
Существует несколько конструкций сальников. Всё более широ-
кое распространение сейчас получает сальник ЦНИИ, показанный
на фиг. 102.
Фиг. 101. Общий вид цилиндрового блока современного паровоза
Применение этих сальников даёт большую экономию цветного
металла и обеспечивает лучшую паронепроницаемость.
Основными деталями сальника являются чугунные уплотни-
тельные кольца, разрезанные на четыре отдельные части (секции),
одинаковые по размерам. С помощью браслетных пружин, стяги-
вающих четырёхсекционные кольца, достигается их самоуплот-
нение на штоке поршня. Как видно из фигуры, поршневой саль-
ник имеет шесть уплотнительных колец, попарно размещённых
в трёх обоймах, образующих камеры.
Подобное комбинированное расположение уплотнительных колец
создаёт хорошую преграду против просачивания пара по штоку.
Все детали сальника закрыты крышкой.
Для нормальной работы сальников с чугунными кольцами
смазку их необходимо производить принудительным способом от
пресс-маслёнки.
Золотниковый сальник с чугунными уплотнительными коль-
Как связана паровая машина с движущими колёсами
129
цами состоит из тех же деталей, но имеет не три обоймы; а только
одну.
Фиг. 102. Разрез поршневого сальника с чугунными уплотнительными
кольцами
Так как температура перегретого пара на современных паро-
возах достигает 400—420°, то уплотнительные кольца сальников
изготовляются из специального чугуна, а браслетные пружины —
из специальной стали, обеспечивающей их высокую упругость.
3, ДЕТАЛИ ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ
В поршневую группу объединены детали, совершающие толь-
ко возвратно-поступательное движение. К ним относятся пор-
шень (фиг. 103) и ползун (фиг. 104).
Поршень паровоза должен быть очень прочным, так как ему
приходится воспринимать значительные усилия. Диск поршня
в сечений имеет воронкообразную форму. В средней части диска
сделано сквозное отверстие для крепления его на штоке. На ободе
диска проточены ручьи (канавки) для уплотнительных
колец (поршневых).
В один ручей вставляется два кольца, каждое из которых раз-
резано на пять частей (секций). Когда кольцо собрано и вставлено
в ручей диска, оно имеет в сечении вид буквы Т. Чтобы кольцо
плотнее прилегало к стенке цилиндра, внутри кольца помещают
9 В. А. Дробинский
130
Глава VI
круглую распорную пружину, которая, разжимаясь, заставляет
секции кольца равномерно и плотно прижаться к цилиндру.
Чтобы не допустить пропуска пара из одной полости в другую,
устанавливается не одно кольцо, а два или три.
Для уплотнения цилиндрического золотника, распределяюще-
го пар, также применяются уплотняющие кольца, однако у них
делается только один разрез и они не имеют пружин. На каждом
диске золотника ставится 6 — 8 золотниковых колец.
Фиг. 103. Поршень паровой машины
Поршневые и золотниковые кольца работают в'очень трудных
условиях. Они подвергаются действию высокой температуры пере-
гретого пара, воспринимают большие удельные давления при пере-
менной скорости движения. В то же время система смазки
поршней и золотников недостаточно совершенна. В этом одна из
причин быстрого износа (истирания) колец, а следовательно, появ-
ления паропроницаемости, т. е. ухудшения работы машины. По-
этому мысль конструкторов направлена на повышение теплоустой-
чивости и износоустойчивости колец, а также на улучшение уст-
ройств для смазки золотников.
В настоящее время предложен ряд приборов для отключения
подачи смазки, к золотникам при беспарном ходе паровоза.
Применение этих приборов наряду с экономией смазки даст воз-
Как связана паровая машина с движущими колёсами
131
можность уменьшить нагарообразование и улучшить работу
золотниковых колец.
Усилие, воспринимаемое поршнем, посредством штока передаётся
другим деталям шатунно-кривошипного механизма, находящимся
вне цилиндра.
Чтобы достигнуть большой
прочности соединения, шток за-
прессовывается в диск под
большим давлением (50—70 т).
Другим концом. шток жёстко
соединяется с. ползуном посред-
ством клинового соединения.
В последнее время в ЦНИИ
МПС разработана новая техно-
логия соединения поршня со
штоком газопрессовой сваркой.
Применение сварки не только
уменьшает вес этого узла (при-
мерно на 25 кг), но, что самое
главное,—повышает надёжность
соединения. Такое укрепление
диска поршня на штоке осущест-
влено на опытном сверхмощном
сочленённом паровозе, построен-
ном Коломенским заводом.
Ползун (фиг. 104) — это
Фиг. 104. Внешний вид ползуна
деталь, которая вставляется в
параллель (фиг. 105). На внутренней поверхности параллели, имею-
щей Т-образную форму, сделаны пазы, а на ползуне — выступы,
входящие в эти пазы. Пазы параллельны горизонтальной оси
цилиндра и оси штока поршня.
Фиг. 105. Ползун и параллель в сборе
При перемещении поршня связанный с ним ползун скользит
по параллели прямолинейно, параллельно оси цилиндра. Так как
шток поршня жёстко соединён с ползуном и диском поршня, то
132
Глава VI
получается, что он имеет как бы две подвижные опоры. Благодаря
этому перемещение поршня в цилиндре вполне устойчиво.
Чтобы уменьшить удельное давление на рабочие поверхности
параллели (давление на каждый квадратный сантиметр), а следо-
вательно, уменьшить их износ, увеличивают число опорных поверх-
ностей ползуна и параллели и их площадь. В зависимости от кон-
струкции параллелей опорные поверхности их бывают одноплос-
костные, двухплоскостные и многоплоскбстные. На фиг. 104 и 105
показаны ползун и параллель, имеющие две опорные поверхности.
Для уменьшения трения скольжения трущиеся поверхности пол-
зунов многоплоскостиых параллелей заливаются баббитом и
к ним подводится смазка.
4. ВЕДУЩЕЕ ДЫШЛО
Ползун воспринимает на себя усилие пара, передаваемое че-
рез поршень во время его движения вперёд и назад. Чтобы пере-
дать силу пара дальше на ведущую колёсную пару, к ползуну
посредством валика присоединяют шатун (ведущее дышло)
(фиг. 106).
Ведущее дышло соединяет ползун с колесом через палец кри-
вошипа и служит, таким образом, для передачи усилия от поршня
Фиг. 106. Ведущее дышло и его детали
к колесу, преобразуя возвратно-поступательное движение во вра-
щательное.
Во время движения паровоза ведущее дышло напоминает ги-
гантскую стальную руку, неутомимо вращающую колесо.
Силы, действующие на ведущее дышло, разнообразны и велики.
Стержень (штанга) дышла должен выдерживать попеременно сжа-
тие и растяжение, продольный изгиб от давления пара и попереч-
ный изгиб от сил инерции.
Как связана паровая машина с движущими колёсами
133
Чтобы не произошло изгиба или излома, ведущее дышло де-
лают массивным, как говорят, металлоёмким. Вес его превосходит
400 кг.
Штанга дышла по концам имеет две головки — переднюю (ма-
лую) и заднюю (большую). Передняя охватывает валик ползуна,
а задняя — палец кривошина ведущего колеса.
Для уменьшения трения в обе головки вставлены подшипники.
Они бывают разных конструкций.
В дышлах паровозов новых типов широко применяются под-
шипники с «плавающими втулками». Такие подшипники хороши
тем, что их втулки изнашиваются почти равномерно по всей по-
верхности, хотя на них и действуют резко изменяющиеся по вели-
чине и направлению усилия от поршня. Эта особенность плаваю-
щих втулок имеет важное значение, так как при неравномерном
износе образуются односторонние зазоры-щели между пальцами
кривошипов и подшипниками (обычно по горизонтальной оси колёс).
Чем больше этот зазор, тем с большей силой ударяет палец о дыш-
ловый подшипник, расстраивая его и весь движущий механизм.
При вращении колеса подвижная плавающая втулка в головке
дышла постепенно поворачивается, увлекаемая силой трения между
ней и вращающимся пальцем кривошипа, на который она свободно
насажена. Поэтому втулка изнашивается равномернее по тру-
щимся поверхностям.
При непрерывном вращении на пальце кривошипа плавающая
втулка изнашивала бы своей наружной поверхностью головку
дышла.Чтобы не допустить этого, в головку дышла наглухо запрес-
совывают стальную втулку, которую всегда легко заменить.
Палец и плавающую втулку необходимо непрерывно смазывать.
Для этого в ней делаются сквозные отверстия, равномерно распо-
ложенные по всей цилиндрической поверхности. Твёрдая смазка,
поступающая через клапан в головку дышла, проходит по сма-
зочному каналу в неподвижной втулке и заполняет эти отвер-
стия, а также весь зазор между плавающей и запрессованной
втулками.
Во время движения паровоза трущиеся поверхности нагре-
ваются, от этого твёрдая смазка расплавляется и вытекает из от-
верстий на палец.
Передние головки ведущих дышел современных паровозов имеют
игольчатые подшипники, которые называются так потому, что состо-
ят из двух рядов стальных игл-роликов диаметром 5 мм (фиг. 106).
В каждом ряду 91 игла. Иглы помещаются между стальными втул-
ками, одна из которых впрессовывается в головку дышла, а другая
насаживается на валик ползуна.
Чтобы иглы не могли выпасть из своих мест, с торцов подшип-
ника ставятся два наружных кольца, а внутри между рядами игл —
внутреннее кольцо. Во время работы шатунно-кривошипного меха-
низма иглы вращаются и катятся по поверхностям стальных
втулок.
134
Глава VI
Для'уменьшения зазоров между пальцем кривошипа и подшип-
ником, а также для уменьшения трения конструкторы предложили
заменить в дышлах скользящие подшипники роликовыми. Двухряд-
ным роликовым подшипником оборудована задняя головка веду-
щего дышла пассажирского паровоза типа 2-4-2 (фиг. 107).
5. ПАЛЕЦ КРИВОШИПА И ВЕДУЩАЯ КОЛЁСНАЯ ПАРА
Палец кривошипа воспринимает усилия от ведущего
дышла и передаёт их колесу ведущей колёсной пары.
Ведущая колёсная пара (фиг. 108) представляет
собой ось с напрессованными на неё двумя колёсами. Колёса со-
стоят из колёсных центров, на которые в горячем состоянии на-
саживаются бандажи.
На шейках осей колёсных пар монтируются буксовые подшип-
ники.
Фиг. 107. Общий вид задней головки ведущего дышла, оборудованной
роликоподшипником
Чтобы облегчить вес и получить возможность проверять каче-
ство металла, оси, как правило, делают сверлёными (пустотелыми).
Колёсный центр имеет ступицу оси, обод, соединительную часть
между ними, ступицу пальца и противовес. Раньше соединитель-
ную часть делали спицевой, но сейчас наибольшее распространение
получили дисковые центры: они гораздо прочнее и в то же время
легче спицевых. В ступицу пальца запрессовывается палец криво-
шипа, на который насаживается контркривошип.
Противовес в колёсном центре размещается против пальца
кривошипа (см. гл. IX).
Бандаж — это рабочая часть колеса, соприкасающаяся внеш-
ней поверхностью с рельсами.
Чтобы бандаж был износоустойчивым, его изготовляют из спе-
циальной углеродистой стали. Внутренний диаметр бандажа де-
лают меньше диаметра обода колёсного центра примерно на
1—1,5 мм на каждый метр диаметра обода. Перед насадкой бан-
Как связана паровая машина с движущими колёсами
135
даж нагревают до 250—320°; бандаж при этом расширяется и в
таком виде его свободно надевают на колёсный центр. Остывая, бан-
даж сжимается и прочно стягивает обод центра. Для большей
надёжности бандаж укрепляется ещё дополнительно с помощью
специального кольца.
Рабочая поверхность бандажей (поверхность катания) обта-
чивается на конус по специальному профилю.
Фиг. 108. Ведущая колёсная пара
Такая форма бандажа облегчает паровозу прохождение кривых
участков пути (поворотов). Происходит это потому, что при дви-
жении паровоза по криволинейному участку оба колеса одной и той
же колёсной пары, делая одно и то же число оборотов, вследствие
коничности бандажей проходят неодинаковый путь, так как
внутренний рельс несколько короче наружного.
Если бы поверхность бандажей была цилиндрической, то в кри-
вых участках пути происходило бы проскальзывание колёс.
Проскальзывание увеличивает сопротивление движению паровоза
и приводит к быстрому износу бандажей.
Колёсные пары с коническими бандажами имеют и ещё одно за-
мечательное свойство: когда паровоз движется по прямой, колёсные
пары не только сохраняют своё среднее положение, так как проти-
воположные колёса их катятся по рельсам одинаковыми окруж-
ностями, но и стремятся воспрепятствовать всякому отклонению
от этого положения. Такая устойчивость колёсных пар повышает
безопасность движения.
136
Глава VI
В соответствии с коничностью бандажей рельсы укладываются
с некоторым уклоном внутрь колеи так, чтобы нагрузка от колёс-
ных пар передавалась по оси рельса.
В период эксплуатации паровоза его колёса совершают мил-
лионы оборотов.
В результате непрерывного качения колеса по рельсу и большой
нагрузки в месте контакта (несколько тонн на 1 см2) рабочая по-
верхность бандажа, особенно ведущей колёсной пары, постепенно
изнашивается. Поверхность качения (круг катания) становится
желобообразной. Износ бандажей по кругу катания называют про-
катом; прокат характеризуется глубиной.
Бандажи колёсных пар, особенно ведущих, изнашиваются не-
равномерно, вследствие чего величина проката в одном месте бан-
дажа (местный прокат) может быть на 2—3 мм больше общего про-
ката бандажа. Это объясняется особенностью работы паровой ма-
шины и движущего механизма. Если прокат бандажей колёсных
пар достигнет глубины 7 мм, эксплуатировать паровоз становится
опасно.
При движении паровоза с таким износом бандажей ход его де-
лается менее плавным, учащается боксование, т. е. проворачи-
вание (проскальзывание) движущих колёс относительно рельсов.
Всё это вредно отражается на работе важнейших деталей паровоза
и прежде всего деталей движущего механизма.
При увеличении проката до 7 мм и его неравномерности рабочая
поверхность бандажа теряет форму правильного круга. Такой бан-
даж расстраивает рельсовый путь, что небезопасно для движения.
Кроме того, при прокате более 7 мм гребень бандажа значительно
опускается и может повредить и даже срезать стрелочные болты,
а при прохождении паровоза по крестовинам стрелочных переводов
может произойти даже сход колёсной пары с рельсов. Вот почему
нельзя допускать возрастания проката бандажей выше определён-
ной величины, установленной расчётами и практикой.
Паровоз, имеющий колёсную пару с предельным прокатом, запре-
щается выдавать под поезда до тех пор, пока не будет устранён
прокат. Для этого колёсную пару выкатывают из-под паровоза и
устанавливают на специальный станок, где обточкой придают
поверхности качения бандажа первоначальную форму.
Раньше указывалось, что большинство паровозов имеет два па-
ровых цилиндра, размещённых в передней части рамы по обе её
стороны.
Шатунно-кривошипные механизмы паровой машины совершен-
но одинаково устроены и состоят из одних и тех же деталей.
Разница состоит только в том, что кривошип ведущего колеса
с одной стороны паровоза расположен под прямым углом относи-
тельно кривошипа другой стороны.
Иными словами, когда кривошип, например, правой стороны
располагается горизонтально, то кривошип левой стороны в это
время занимает вертикальное положение.
Как связана паровая машина с движущими колёсами
137
Для точного расположения кривошипов с левой и правой сто-
роны паровоза в колёсных центрах и осях делаются пазы, в которые
закладываются шпонки. По шпонке направляется центр колеса при
запрессовке на ось.
Такое расположение кривошипов сделано по следующим сооб-
ражениям. Когда поршень придёт в одно из крайних положений,
то направление ведущего дышла и штока совпадает с направлением
кривошипа, как говорят, машина с одной стороны станет врастяж-
ку (мёртвое положение). В этом случае, как бы ни была велика
сила давления пара на поршень, он не сдвинется с места и паро-
вая машина в действие не придёт. Сила пара будет сжимать (или
растягивать) детали шатунно-кривошипного механизма, но колёсная
пара останется совершенно неподвижной.
Разумеется, что при этих условиях паровоз не сможет тро-
нуться с места. Значит, чтобы вывести шатунно-кривошипный меха-
низм из мёртвого положения, которое он может занять при оста-
новке паровоза, нужна дополнительная сила.
Закрепление кривошипов на своих колёсных парах под прямым
углом друг к другу и позволяет паровозу трогаться с места при лю-
бом расположении деталей шатунно-кривошипных механизмов, даже
когда один из них встал врастяжку. Если, например, в мёртвом по-
ложении находится механизм правого цилиндра, то паровоз тро-
гается с места левой паровой машиной, кривошип которой в это
время занимает вертикальное положение, и наоборот.
6. СЦЕПНЫЕ КОЛЁСНЫЕ ПАРЫ
Паровоз строят с таким расчётом, чтобы нагрузка на рельс от
колеса (в месте контакта его с рельсом) не превышала допускае-
мой. Чем ббльшая нагрузка приходится на рельсы, тем прочнее
они должны быть. Иначе в рельсах могут возникнуть опасные на-
пряжения.
Напряжение в рельсе зависит также от расстояния между шпа-
лами, скорости паровоза, качества балласта. Например, рельсы
типа П-а допускают нагрузку от колёсной пары 18,5 т. Рельсы
типа Р50 (1 пог. м таких рельсов весит 50 кг) допускают нагрузку
23 т.
На наших железных дорогах уложены рельсы различных ти-
пов. Паровозы с нагрузкой на колёсную пару около 18 т могут
проходить по любым участкам железнодорожного пути. Такой
вездеходной машиной является, например, паровоз серии Л.
Если бы полный вес паровоза был распределён только между
одной ведущей колёсной парой и несколькими поддерживающими
(не движущими), то наш паровоз не мог бы использовать полностью
мощность паровой машины.
Дело в том, что сила сцепления колёс с рельсами пропор-
циональна нагрузке. От силы сцепления прямо зависит и сила
тяги паровоза: чем больше сила сцепления, тем больше сила тяги.
138
Глава VI
Но так как нагрузку на рельс от ведущей 'колёсной пары можно
увеличивать только до определённого предела, то^сила тяги такого
паровоза была бы очень невелика.
Фиг. 109. Комплект движущих колёсных пар
Для увеличения силы тяги паровоза без превышения допускае-
мой нагрузки на рельс нужно увеличить число движущих колёс-
ных пар, которые бы подобно ведущей колёсной паре отталкива-
лись от рельсов и таким образом все вместе сообщали локомотиву
поступательное движение.
Средняя нагрузка Средние нагрузки от сцепных колёсных
от бегун твой пар на ремсы всего
колёсной пары ^озт
Фиг. ПО. Схема распределения сцепного веса по всем
колёсным парам
Для этого ведущую колёсную пару соединяют (спаривают) с со-
седними колёсными парами; разумеется, тогда общее число колёс,
приводящих паровоз в движение, увеличится. Такое спаривание
Как связана паровая машина с движущими колёсами
139
осуществляется посредством дышел, которые в отличие от веду-
щего дышла называются сцепными.
Таким образом, все спаренные (сцепные) колёсные пары, при-
водящие паровоз в движение, называются движущими, а одна из-
них, связанная ведущими дышлами с поршнями паровой машины,,
называется ведущей. На ведущую колёсную пару приходится
примерно одна треть всех усилий, передаваемых от паровой ма-
шины на спаренные колёсные пары.
Фиг. 111. Сцепные дышла:
а — второе (центровое), б — первое
Комплект движущих колёсных пар показан на фиг. 109.
Вес паровоза, приходящийся на сцепные колёса, называют
сцепным весом. Схема распределения сцепного веса по сцепным
колёсным парам показана на фиг. 110. Здесь изображён паровоз,,
который опирается на пять движущих колёсных пар и на бегунок.
Современные паровозы имеют от трёх до пяти сцепных движущих
колёсных пар. Например, грузовой паровоз серии Л имеет 5 дви-
жущих колёсных пар с нагрузкой на рельс от каждой 18,2 т. Зна-
чит, сцепной вес паровоза серии Л равен 18,2x5 = 91 т.
Так как каждое сцепное дышло связывает пару соседних ко-
лёс, то число их с каждой стороны паровоза на единицу меньше
числа сцепных колёс. По своей конструкции сцепные дышла сход-
ны с ведущим дышлом. На фиг. 111 изображены второе и первое'
сцепные дышла (считая от цилиндров паровой машины).
НО Глава VI
Второе сцепное дышло (фиг. 111, а) имеет две головки с плаваю-
щими втулками и два хвостовика. Эти хвостовики входят в про-
ушины (вилки) соседних дышел; соединение проушин с хвостовика-
ми осуществляется при помощи валиков, называемых дышловыми.
Передняя головка второго сцепного дышла пассажирского паро-
воза типа 2-4-2 оборудована двумя роликоподшипниками с ко-
роткими цилиндрическими роликами.
Сцепные дышла навешиваются на пальцы кривошипов сцепных
колёсных пар.
Сцепные колёсные пары устроены аналогично ведущей колёсной
паре, но они не имеют контркривошипов. Есть и ещё одно отличие
их от ведущих. Ведущая колёсная пара приводится во вращение
непосредственно ведущим дышлом и поэтому она работает в более
тяжёлых условиях, чем сцепные.
Чтобы облегчить прохождение кривых участков пути (если
это требуется для данного локомотива), бандажи ведущей колёсной
пары современных паровозов обычно делаются без гребней (ре-
борд). Остальные движущие колёсные пары, как правило, дела-
ются с ребордами.
Реборды, расположенные с внутренней стороны бандажей, пре-
дотвращают сход паровоза с рельсов. Чтобы реборды не тёрлись
ю рельсы во время движения по прямым участкам пути, рабочая
поверхность их выполняется конической, а между ребордами и
рельсами оставляется зазор.
Шатунно-кривошипный механизм, как было сказано, в сочета-
нии со сцепными колёсными парами и дышлами называется движу-
щим механизмом.
7. СОЧЛЕНЁННЫЕ ПАРОВОЗЫ
Сочленённые паровозы отличаются большой мощностью. Если,
например, наиболее мощный паровоз серии ФД может водить по-
езда весом 2 500 т, то сочленённый паровоз обеспечивает обращение
поездов весом 4 500 т, т. е. на 80% больше.
Значительное повышение весовой нормы поездов, позволяющее
увеличить провозную способность дорог, достигается за счёт
резкого увеличения сцепного веса. Для этого число движущих
осей доводится до 8 вместо 5. Такой паровоз не требует специ-
ального усиления верхнего строения пути, так как нагрузки на
ось остаются в прежних пределах. Восемь движущих осей, разме-
щаются не в одной раме, как это имеет место у обычных парово-
зов, а в двух шарнирно сочленённых между собой (с помощью
шкворня) рамах по четыре оси в каждой.
На фиг. 112 представлена схема сочленённого паровоза с восемью
движущими осями, одноосной передней тележкой и двухосной зад-
ней тележкой, построенного в 1954 г. Коломенским паровозостро-
ительным заводом (главный конструктор Л. С. Лебедянский).
Общий вид его показан на фиг. 10 (стр. 15), а основные размеры
приведены в приложении 1 в конце книги.
Как связана паровая машина с движущими колёсами
141
На паровозе установлена четырёхцилиндровая паровая ма-
шина (по два цилиндра на каждой раме); свежий перегретый пар
сначала поступает к задним цилиндрам (фиг. 113), а потом к перед-
ним; отработавший пар из всех цилиндров направляется в конус
Задний Передний
цилиндр цилиндр
Фиг. 112. Схема сочленённого паровоза.
Уместно отметить, что в России значительное количество соч-
ленённых паровозов было построено Брянским заводом ещё
в 1898 г. Тогда они имели сцепной вес 83 т, что примерно в 1,5
раза превышало сцепной вес четырёхосных паровозов, строящихся
в то время.
Преимущества сочленённых паровозов подтверждаются и за-
рубежной практикой.
- Передний
цилиндр
Задний
цилиндр 7Z222ZZZZZZZAZZZZZ^
Передний
цилиндр
3^pX^ZZ7T/ZZZZZZ7.
пв сйежий пар
Е22Я атрадотаёишй пар
Фиг. ]]3. Схема паропроводов
Сочленённого паровоза
7ZZZZZ2KZZ7/,
Интерес конструкторов к этим локомотивам объясняется тем»
что большая мощность при малых размерах цилиндров паровой
машины и невысокой нагрузке на ось не являются единственным
достоинством их. Немаловажное значение имеет также и тот факт,
что сочленённые паровозы оказывают меньшее воздействие на
путь. Так как давление пара в цилиндрах сочленённого паровоза
приходится на четыре поршня, то сила, действующая на каждый
поршень, оказывается меньше, чем в двухцилиндровой машине.
Это позволяет уменьшить вес деталей движущего механизма.
Глава VII
ЭКИПАЖ ПАРОВОЗА
1. РЕССОРЫ
На железнодорожном подвижном составе применяются рес-
соры разнообразных конструкций. Несмотря на это принцип их
действия одинаков.
Рессоры должны обладать двумя основными качествами: боль-
шой упругостью и высокой прочностью. Чтобы понять, как работает
рессора, отбратимся к фиг. 114, а. Здесь изображена прямоуголь-
ная стальная пластинка АВ, опирающаяся посередине на призму.
К концам пластинки подвешен груз Д, вес которого заставляет
пластинку прогнуться (см. пунктир).
В каждом сечении изогнутая пластинка будет испытывать раз-
ные напряжения. Чем ближе сечение к призме, т. е. к месту за-
крепления, тем больше напряжение; чем дальше от места закрепле-
ния, тем меньше напряжение.
Для того чтобы пластинка имела одинаковые напряжения во
всех сечениях, ей необходимо придать форму ромба АБВГ
(фиг. 114, б).
Если опереть такой ромб посередине на призму и подвесить по
концам его груз, то ромб окажется жёстче прямоугольной пластин-
ки; в любом сечении его (аа, бб и т. д.) будут примерно одинаковые
напряжения.
Такие пластинки в форме ромбов относятся к телам, которые
носят название тел равного сопротивления при изгибе. Знание
закона распределения напряжений подсказывает нам и ромбообраз-
ную форму листов для рессоры. Но ромбообразные листы невоз-
можно применять в паровозных рессорах из-за слишком большой
ширины их.
Чтобы ширина рессоры была небольшой и в то же время сохра-
нились качества ромбообразного листа, достаточно его разрезать на
несколько равных частей (линии разреза проведены на фиг. 114, б).
Затем полученные пластины соединяются попарно (в нашем примере
2—2,3—3,4—4,5—5 и 6—6) и накладываются друг на друга с таким
расчётом, чтобы наверху была самая длинная и широкая пластина 1,
а под ней остальные сдвоенные, более короткие (фиг. 114, в). Коли-
чество листов в рессоре выбирается в зависимости от их размеров и
от величины нагрузки. Пригнанные таким образом полосы по-
середине охватываются хомутом.
Экипаж паровоза
143
В действительности рессоры изготовляют из целых полос.
Благодаря своей особой форме листовая рессора способна вы-
держивать нагрузку на изгиб, превышающую в десятки раз её соб-
ственный вес.
Величина, на которую прогибает»
ся рессора под действием груза в
1 т, называется гибкостью
рессоры. Гибкость — важнейшая
характеристика упругих свойств
рессоры.
Чем больше сможет прогнуться
рессора под нагрузкой, тем она мяг-
че, чем меньше, — тем жёстче. От
гибкости рессор зависит сила воз-
действия паровоза на путь. Более
гибкие рессоры лучше смягчают вос-
принимаемые удары и толчки.
Чтобы рессорное подвешивание
было более гибким, листовые рес-
соры применяются совместно с пру-
жинами— витыми или спиральными.
Может случиться, что в то время
как одна рессора воспринимает наи-
большую нагрузку, другая рессора
окажется полностью разгруженной.
При этом колесо может приподнять-
ся и сойти с рельсов.
Чтобы более равномерно распре-
делить нагрузки между колёсами,
отдельные рессоры соединяют меж-
ду собой посредством так называе-
мых балансиров (фиг. 115). Ба-
лансир напоминает коромысло: сред-
ней своей частью балансир опирается
на специальные ножи или на валики,
около которых он может качаться.
К каждому балансиру посредством
Фиг. 114. Схема образования
паровозной рессоры
подвесок присоединяются смежные концы рессор двух соседних
колёс.
Вот почему действие удара от неровности пути на одну колёсную
пару тотчас передаётся через балансиры соседней колёсной паре.
От этого нагрузки колёс на рельсы и усилия, воспринимаемые от-
дельными рессорами, выравниваются.
На паровозах рессоры с помощью подвижных балансиров (про-
дольных и поперечных) объединяются между собой в группы.
Если внимательно посмотреть на фиг. 115, то на ней можно
увидеть три группы рессор, соединённых между собой балансирами.
Каждая из этих трёх групп независима одна от другой.
144
Глава VII
К первой группе относятся
рессоры тележки и рессоры
двух передних колёсных пар,
ко второй группе — рессоры
трёх остальных колёсных пар,
расположенных с правой сторо-
ны рамы, а к третьей группе—
рессоры тех же колёсных пар,
но расположенных с левой сто-
роны рамы.
2. РАЗМЕЩЕНИЕ РЕССОР
НА ПАРОВОЗЕ
Ы it м -ли HOOCltf
я Так как через рессоры пе-
га редаётся ходовым частям вес
g котла, машины и рамы парово-
о за, то они (рессоры) с одной сто-
" роны должны быть связаны с
я рамой, а с другой — с ходовы-
g ми частями. В зависимости от
“ размещения рессор различают
§ рессорное-подвешивание: верх-
§ нее, промежуточное и нижнее.
§ Фиг. 115 иллюстрирует уст-
с ройство верхнего и промежуточ-
о кого рессорного подвешивания,
g. При верхнем подвешивании хо-
8 мут рессоры (через так называе-
сх мую упорку) опирается на Верх-
нюю часть буксы (фиг. 115. Рес-
соры I, II и III осей). При
г промежуточном подвешивании
© рессора через рессорную стойку
опирается на раму, а концы её
соединяются с балансирами
(фиг. 115. Рессоры IV и V осей).
С рамой паровоза рессора
соединяется шарнирно.
Если жёстко закрепить кон-
цы рессоры на раме, то рессора
при нагрузке не сможет про-
гнуться, а при резком толчке
даже сломается.
Если же концы рессоры со-
единить с рамой шарнирно — с
помощью подвесок, то она полу-
чит возможность свободно проги-
Экипаж паровоза
145
баться под нагрузкой. Нагрузки на отдельные рессоры у движуще-
гося паровоза , изменяются вследствие его качания (так называе-
мые виляние и галопирование). Это приводит к резкому перена-
пряжению отдельных рессор и их поломке.
3. КОРПУС БУКСЫ И подшипник
Букса с подшипником скольжения
До недавнего времени в колёсных парах паровозных и тендер-
ных осей применялись исключительно подшипники скользящего
трения.
Фиг. 116» Букса с подшипником скольжения в разрезе
Теперь на железнодорожном транспорте" начато оборудование
подвижного состава роликовыми подшипниками, имеющими не-
сомненные преимущества перед подшипниками скольжения. Чтобы
оценить их, рассмотрим сначала устройство буксы с обычным
подшипником скольжения. Такой подшипник виден на фиг. 116,
где показана букса в разрезе. ?
Подшипник внутренней поверхностью обхватывает шейку оси;
при движении паровоза шейка оси скользит по этой поверхности.
10 В, А. ДробиискиЗ
146
Глава VII
Поэтому такой подшипник и называют подшипником скольжения.
Чтобы уменьшить трение, к трущимся поверхностям подводится
смазка (см. главу X). Благодаря смазке облегчается движение
и трогание поезда с места. При движении поезда вращающаяся
ось увлекает смазку из подшипника и между осью и подшипни-
ком может не оказаться масляной плёнки; трение будет сухим.
В этих случаях мельчайшие неровности подшипника начнут цеплять-
ся за поверхность шейки. При смятии и срезе неровностей соз-
даётся большое сопротивление движению, на преодоление которого
расходуется часть силы тяги паровоза. При сухом трении на шейке
образуются риски (задиры), которые приводят к нагреванию под-
шипника и даже поломке оси. Учитывая это, конструкторы отде-
лили подшипник от шейки оси не только масляной плёнкой,
но ещё и тонким слоем мягкого сплава — баббита (баббитовой
заливкой, см. фиг. 116).
Подшипник запрессовывается в корпус буксы.
Корпус буксы представляет собой стальную отливку П-образ-
ной формы, достаточно жёсткой и прочной конструкции. Букса
должна выдерживать большие по величине и разнообразные по на-
правлениям нагрузки: давление от веса надрессорного строения
паровоза; поперечные усилия при прохождении паровоза по кривым
участкам пути; толчки от неровностей пути, а также все усилия,
действующие на раму от паровой машины и при торможении.
Чтобы воспринять воздействие указанных сил и обеспечить
подвижную связь рамы с колёсными парами, буксы должны не
только плотно устанавливаться в буксовых вырезах, но вместе с тем
иметь возможность перемещаться относительно рамы.
Для этого в корпусе буксы с боков прострагиваются пазы
(фиг. 116). Букса вставляется в буксовый вырез рамы снизу так,
что её пазы обхватывают боковые поверхности (грани) буксового
выреза.
Для уменьшения трения при вертикальных перемещениях бук-
сы в её пазах укрепляются бронзовые пластины с буртами, назы-
ваемые наличниками, или между рамой и буксой ставятся чугун-
ные буксовые прокладки.
Положение буксы в буксовом вырезе регулируется клином.
Клин, помещаемый между наличником и стенкой буксового выреза,
позволяет точно расположить буксу в раме по отношению к оси
колеса и в то же время обеспечивает свободное перемещение буксы
вверх и вниз.
В настоящее время на паровозах применяются так называе-
мые самоустанавливающиеся клинья, которые автоматически «под-
тягиваются» пружиной, «выбирая» зазоры, образующиеся от изно-
са наличников букс и направляющих. Самоустанавливающиеся
клинья освобождают машиниста от необходимости выполнять тру-
доёмкую работу по регулировке и подтяжке клиньев, способствуя
увеличению пробегов паровозов без обточки, благодаря своевре-
менной и правильной регулировке буксовых клиньев.
Экипаж паровоза
147
Прибор для автоматической подтяжки клина укрепляется
снизу к буксовой струнке.
В нижнюю часть буксы вставляется подбуксовая коробка, внутри
которой помещается так называемая «подбивка» из войлока, про-
питанного маслом. Она смазывает нижнюю часть шейки оси колёс-
ной пары и предохраняет её от загрязнения.
Мы рассмотрели буксу с подшипником скольжения.
Букса с роликовым подшипником
Основным достоинством подшипников качения является то,
что в них трение скольжения заменено трением качения; в ре-
зультате сопротивление в буксе уменьшается в несколько раз;
подшипники качения для своей работы требуют значительно
меньше смазки, чем подшипники скольжения. Из-за уменьшения
трения облегчается трогание подвижного состава с места и уход
за ним в эксплуатации.
Фиг. 117. Упрощённая схема буксы с подшипником качения
(роликовая букса)
Идея устройства буксы с роликовым подшипником очень
проста (фиг. 117 и 118). На шейке оси колёсной пары укреплено
кольцо (внутреннее), которое вращается вместе с осью. Другое
кольцо (наружное), большего диаметра, остаётся неподвижным
в корпусе буксы. Между двумя кольцами помещаются ролики.
Чтобы удержать ролики на равном расстоянии друг от друга,
применяется сепаратор — латунное или стальное кольцо с гнёзда-
ми для роликов. Когда паровоз трогается с места, внутреннее
кольцо начинает вращаться и увлекает ролики, которые перекаты-
ваются между кольцами, образующими дорожки качения для
роликов.
Для того чтобы ещё больше уменьшить трение и отвести тепло
выделяемое при трении, в корпус буксы закладывается смазка,
которая в свою очередь предохраняет кольца и сепаратор от
коррозии.
10*
148
Г лава VII
На, первый взгляд кажется, что нагрузка Р (фиг. 117, о) на
буксу воспринимается одновременно всеми роликами. Однако это
не, так.
Дело в том, что • изготовить детали подшипников (кольца
и ролики), абсолютно правильной формы почти невозможно. А если
бы даже это и удалось, то всё равно при износе роликов и ко-
Фиг. 118. Общий вид роликового
подшипника:
лец появятся радиальные
зазоры, хотя и очень ма-
лой величины.
Из-за радиальных зазо-
ров (фиг. 117, б) часть ро-
ликов, находящихся в ниж-
ней части подшипника, не
испытывает никакой на-
грузки; удерживаемые се-
паратором они в этой части
подшипника продвигаются
«безучастно». В верхней
части подшипника зазора
нет, поэтому вся нагруз-
ка Р на буксу восприни-
мается перекатываемыми
2—ролик; 2, 3 — наружные кольца; 4 — сепаратор; ЗДвСЬ РОЛИКЭМИ, ГЛЭВНЫМ
5 - внутреннее кольцо обраЗОМ, ДВуМЯ-ТреМЯ РО-
ликами.
Разумеется, что сопротивление качения роликов в десятки раз
меньше сопротивления, возникающего в обычных подшипниках
скольжения. Этим и объясняется тот факт, что трогание с места
поезда на роликовых подшипниках значительно облегчается по
сравнению с поездом на подшипниках скольжения.
В том, что роликовые подшипники намного уменьшают трение
в буксах, можно убедиться, рассматривая фиг. 119. Здесь показана
величина удельной (т. е. приходящейся на 1 т веса поезда) рабо-
ты, которую необходимо затратить на разгон поезда, вагоны ко-
торого оборудованы в одном случае подшипниками скольжения,
а1 в другом роликовыми подшипниками. Чтобы развить, например,
скорость в 70 км/час, необходимо произвести работу, равную
примерно 30 000 кгм/т, если состав оборудован роликовыми под-
шипниками, и почти в 2 раза больше (свыше 50 000 кгм/tn), если
состав оборудован подшипниками скольжения.
График, приведённый на фиг. 119, составлен на основании опыт-
ных поездок с поездом, проведённых на экспериментальном кольце
Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорож-
ного транспорта.
; Важное преимущество роликоподшипников состоит также
в'том, что менять смазку в буксах нужно только два раза в год,,
тогда как в обычные буксы приходится добавлять смазку еже-
дневно.
Экипаж паровоза
149
На подвижном составе железных дорог применяются ролики
различной формы: цилиндрические, конические, бочкообразные
(сферические). Каждый из них имеет достоинства и недостатки.
Так, цилиндрический ролик прекрасно выдерживает радиа-
льную (вертикальную) нагрузку, в том числе и кратковременную
ударную нагрузку, например при проходе рельсовых стыков.
теши
Скорость^ кн/час
Фиг. 119. Удельная работа на разгон поездов (по опытам ЦНИИ)
Конические и сферические ролики хорошо воспринимают осевые
(горизонтальные) нагрузки и стремятся сохранить своё положение
в случае изменения направления нагрузки.
Движущие колёса паровоза, как правило, оборудованы кониче-
скими роликами, а тендерные и поддерживающие оси парово-
зов — цилиндрическими и сферическими роликами.
4. ВПИСЫВАНИЕ ПАРОВОЗА В КРИВЫЕ УЧАСТКИ ПУТИ.
ТЕЛЕЖКИ ПАРОВОЗА
В связи с разнообразным рельефом местности, а также по эко-
номическим соображениям железнодорожные пути, кроме прямых
участков, имеют немало кривых.
В железнодорожной терминологии слово «кривая» обозначает
плавное закругление пути между прямыми участками, располо-
женными под углом друг к другу.
Но какой бы плавной ни была кривая, движение подвижного со-
става по ней всегда затрудняется. Объясняется это тем, что на па-
ровозе нет «руля», который мог бы повернуть колёсные пары при
перемене направления движения поезда. Сила, «поворачивающая»
паровоз и вагоны, возникает между рельсами и колёсами, которые
в кривой прижимаются к рельсу гребнями бандажей.
150
Глава VII
Когда вагон с прямого пути переходит в кривую, то пассажирам,
стоящим в вагоне, приходится опираться о стену или держаться за
поручень, чтобы сохранить равновесие.
Пассажира отбрасывает в сторону сила, которая в механике
называется центробежной.
Величина центробежной силы-зависит, во-первых, от массы дви-
жущегося по кривой тела: чем больше масса (чем тело тяжелее),
тем больше величина центробежной силы, во-вторых, от радиуса
кривой, чем меньше радиус кривой (чем она круче), тем больше
величина центробежной силы, и, в-третьих, от скорости движения
тела по кривой, причём центробежная сила изменяется пропор-
ционально квадрату скорости движения: с увеличением скорости,
например, в 10 раз центробежная сила увеличится в 10 -10 === 100 раз.
Чтобы удержаться при повороте вагона, пассажир давит на ва-
гон с некоторой силой, а вагон с точно такой же силой действует
на пассажира, заставляя его вместе с вагоном изменять направление
движения.
Нечто подобное происходит и с паровозом при движении его-
в кривой. ч
Паровоз стремится сохранить прямолинейное движение, по-
этому на закруглении некоторые из его колёс гребнями бандажей
прижимаются к наружному рельсу кривой (т. е. к рельсу, кото-
рый закруглён по большему радиусу) и давят на него с силой, ве-
личина которой, грубо говоря, равна центробежной силе паро-
воза.
В железнодорожной практике эта сила, с которой гребни
бандажей давят на рельсы, называется боковым давлением. Рельсы
в свою очередь воздействуют на гребни бандажей с равной и проти-
воположно направленной силой, которая называется реакцией
рельса.
Реакция рельса и заставляет изменять направление движения
паровоза в кривой, «поворачивает» его.
Чем больше центробежная сила паровоза и чем меньше колёс
давит на наружный рельс, тем больше боковое давление от каждо-
го колеса паровоза.
У современных паровозов максимальная величина бокового
давления составляет 6—8 тыс. кг.
Хотя рельсы и прочно закреплены на шпалах, но большие бо-
ковые давления могут вызвать отжатие (сдвиг) рельсов на недопусти-
мую для эксплуатации величину (8——10 мм и более), что угрожает
безопасности движения поездов.
При сдвиге рельсов расширяется колея и паровоз может сойти
с рельсов (его колёса провалятся внутрь колеи).
Поэтому задача конструкторов состоит в том, чтобы правильно-
рассчитать величину боковых давлений и так спроектировать
экипаж, чтобы центробежная сила паровоза передавалась на
рельсы через возможно большее количество колёс.
На фиг. 120 условно показано расположение экипажа с пятью
Экипаж паровоза
151
осями в кривых различного радиуса. Жёсткая рама экипажа пред-
ставлена в виде отрезка прямой, колёсные пары обозначены точками
1, 2, 3, 4, 5, рельсовая колея изображена в виде двух концентри-
ческих окружностей. Крупными точками показаны колёсные пары,
касающиеся гребнем бандажей наружного рельса. Отрезки yi и
у5 обозначают в масштабе, на какую величину колёсные пары 1
и 5 выходят за наружный рельс. Рассмотрим, что показывают эти
установки.
1. Положение I. Все
колёсные пары пятиосного эки-
пажа умещаются в пределах
рельсовой колеи, или, как гово-
рят экипаж вписывается в кри-
вую. Колёсные пары 1 и 5 ка-
саются гребнями бандажей на-
ружного рельса, колёсная пара
3—внутреннего рельса, а колёс-
ные пары 2 и 4 находятся в за-
зоре кривой, т. е. не касаются
гребнями бандажей ни внутрен-
него, ни наружного рельса.
Экипаж в указанной уста-
новке как бы заклинён своими
колёсными парами 1, 3 и 5 между
сами, но ещё сможет пройти эту
Фиг. 120. Схема установки пятиос-
ного экипажа в кривой
наружным и внутренним рель-
кривую.
2. Положение II. В кривой меньшего радиуса тот же
экипаж выходит колёсной парой 3 за внутренний рельс. Так эки-
паж не может двигаться по кривой: он или отодвинет внутренний
рельс или сойдёт с рельсов.
Чтобы обеспечить безопасное движение в кривой, колёсная пара 3
(у пятиосных паровозов ведущая) обычно выполняется с уширен-
ным безгребневым бандажом (уширение бандажа нужно для того,
чтобы колесо не сползло с рельса при такой установке).
3. Положение III. Так как радиус III кривой ещё меньше,
т. е. кривая круче, то кроме колёсной пары 3 за пределами рельсо-
вой колеи оказывается колёсная пара 1.
Чтобы обеспечить движение экипажа в кривой, нужно сделать
колёсную пару 3 с безгребневым бандажом, а у колёсной пары 1
предусмотреть разбег на величину yi, так как крайние оси с без-
гребневым бандажом обычно не делают.
Разбегом оси называется величина поперечного перемещения
колёсной пары относительно рамы паровоза.
4. Положение IV. За пределы рельсовой колеи вышли
колёсные пары 1 и 5, а колёсные пары 2 и 4 касаются наружного
рельса.
Для такой установки уже необходим разбег у колёсных пар 1
и 5 на величину z/x и у5.
152
Глава VII
Следовательно, для обеспечения безопасности движения паро-
воза в кривых его крайние оси выполняются с разбегом, а ведущая
ось пятиосных экипажей делается с безгребневым бандажом.
Кроме этого, для облегчения вписывания экипажей ширина
колеи в кривой делается несколько большей по сравнению с шири-
ной прямых участков.
В кривых, радиус которых равен 350 м и меньше, ширина ко-
леи равна 1 540 мм, тогда как на прямых участках — 1 524 мм.
Но ни . в каких случаях ширина колеи не должна превышать
1 546 мм.
Расстояние между крайними осями, расположенными в одной
жёсткой раме, называется жёсткой базой экипажа.
Чем длиннее жёсткая база, тем большим должен быть радиус
кривой, чтобы этот экипаж мог пройти её без заклинивания.
Наименьший радиус кривых наших железных дорог не позволяет
разместить в одной жёсткой раме больше пяти движущих колёсных
пар, так как уже при этом количестве для возможности вписывания
паровоза в кривые ведущую колёсную пару приходится делать
с уширенным безгребневым бандажом (безребордную), а крайние
оси должны иметь разбег.
Если в одной жёсткой раме разместить более пяти движущих
колёсных пар, то при безребордной ведущей колёсной паре для
вписывания паровоза в кривые необходимо сделать разбег крайних
колёсных пар очень большим, а это значительно усложнит конст-
рукцию движущего механизма.
Поэтому у мощных паровозов, имеющих больше пяти сцепных
осей, делают две жёсткие рамы, соединённые между собой шарнир-
но. Такие паровозы называются сочленёнными (см. стр. 140).
Для уменьшения влияния центробежной силы на рельсы паро-
воз в кривой искусственно наклоняют в сторону, обратную действию
центробежной силы, для чего наружный рельс в кривой устанавли-
вают несколько выше, чем внутренний.
Для определённого типа паровоза при его движении с определён-
ной скоростью можно так рассчитать подъём наружного рельса,
что центробежная сила будет полностью уравновешена силой,
возникающей от наклона паровоза.
В этом случае паровоз плавно впишется в кривую, а пассажиры
не будут испытывать толчков и ударов.
В действительности же центробежная сила бывает,больше или
меньше уравновешивающей её силы, поскольку возвышение рас-
считано для какой-то средней скорости движения по данной кривой
.и для паровоза среднего веса.
Но и это не может резко уменьшить вредное воздействие
центробежных сил на путь, особенно при высоких скоростях дви-
жения.
Поэтому инженеры и конструкторы заставили силы реакции со
стороны рельсов, возникающие при движении паровоза в кривой,
участвовать более эффективно в повороте паровоза.
Экипаж паровоза
153
Каким же' образом это достигается?
У обыкновенной телеги передняя ось насажена на шкворень,
около которого она может свободно поворачиваться вправо или
влево.
Фиг. 121. Схема отклонения передней тележки в кривой
Идея поворотной оси заложена в конструкции специальных те-
лежек (фиг. 121 и 122), устанавливаемых впереди осей сцепных
колёсных пар паровоза.
Фиг. 122. Передняя одноосная тележка
Ось тележки имеет возможность свободно отклоняться в кривой
под действием силы реакции рельса. Это происходит потому, что
тележка соединена с рамой паровоза через водило и шкворень,
'154
Глава VII
благодаря чему она может свободно поворачиваться вправо и
влево.
Колёсная пара передней тележки первой воспринимает на себя
удар при входе паровоза в кривую.
Но чтобы передняя тележка помогла всему паровозу повер-
нуться в кривой, одного свободного отклонения тележки недоста-
точно. Для этого очень важно построить такую тележку, которая
даже при незначительном отклонении стремилась бы отклонить,
в ту же сторону и раму паровоза. Тогда паровозу было бы легче бо-
роться с центробежными силами, вызывающими сопротивление дви-
жению по кривой.
Такой способ нашли: тележку связывают с передней сцепной
колёсной парой. В этом случае колёсная пара тележки, отклоняясь
внутрь кривой, по-
ворачивает В СВОЮ'
очередь водило
вокруг шкворня.
Водило, играя роль,
рычага, другим
концом заставляет
первую сцепную
колёсную пару
прижаться к на-
ружному рельсу
ещё при входе в
кривую. Поэтому
Фиг. 123. Общий вид возвращающего аппарата движущаяся за те-
лежкой первая
сцепная колёсная пара ударяет по рельсу уже с вдвое меньшей
силой: удар теперь приходится на две колёсные пары, а не на
одну.
Но и это не всё.
Нужно ещё сделать так, чтобы при выходе из кривой тележка
каждый раз сама стремилась возвратиться на своё место, т. е. в по-
ложение, которое она занимала на прямом участке пути (до входа
в кривую).
Чтобы добиться этого, пришлось усложнить конструкцию те-
лежки.
На тележку установлен возвращающий аппарат, изображённый
на фиг. 123. Главные части этого устройства — четыре попарно со-
единённых одинаковых сектора 3. Своими полукруглыми опорами
каждый сектор опирается на подсекторную плиту 1, расположенную
на раме тележки. Нагрузка от паровозной рамы на секторы пере-
даётся сверху через люльку 2 (надсекторную плиту).
На фиг. 124 показана схема действия возвращающего аппарата.
Пока паровоз идёт по прямому пути, каждый сектор опирается
двумя опорами на подсекторную плиту и перемещения секторов не
происходит. Но вот колёсная пара тележки встречает кривую.
Экипаж паровоза
155.
Под действием реакции рельса тележка, свободно поворачи-
ваясь вокруг шкворня, отклонится от среднего положения. Переме-
щение тележки передаётся секторам.
В этом случае полукруглые опоры с одной стороны выйдут из.
своих гнёзд. Каждый сектор окажется опирающимся только на одну
опору, которая примет
на себя весь вес, пере-
дающийся от рамы па-
ровоза на тележку.
Зная направление
силы веса и точку её
приложения, можно вы-
считать величину гори-
зонтальной составляю-
щей силы веса, которая
получается при накло-
не секторов.
Связанная с рамой
Фиг. 124. Схема действия возвращающего
аппарата
паровоза тележка в свою
очередь будет передавать действие этой горизонтальной силы на?
раму паровоза, стремясь [отклонить её в сторону собственного'
поворота. При этом возвращающий аппарат будет уменьшать силу
нажатия реборд движущих колёсных пар на рельс, благодаря чему
поворот паровоза на кривой облегчается.
Когда паровоз выйдет из кривой, горизонтальная сила тотчас
возвратит тележку снова в первоначальное положение: реборды
колёсной пары тележки перестанут оказывать давление на головки
рельсов.
Таким образом, возвращающее устройство отклоняет тележку
к первоначальному положению благодаря использованию силы-
веса, приходящегося на тележку.
Обычно переднюю тележку паровозники называют бегунковой
тележкой, а колёсную пару тележки — бегунком.
Тележки, поставленные впереди паровоза, бывают одноосными
и двухосными. При высоких скоростях в кривых малого радиуса
двухосная тележка даёт более плавный ход, так как поворот паро-
воза осуществляется двумя колёсными парами тележки. Поэтому
у всех быстроходных паровозов применяются двухосные тележки.
До сих пор говорилось о передних тележках, как об устройствах,
облегчающих вписывание паровозов в кривые. Однако бегунок не*
только помогает паровозу вписываться в кривые, но и восприни-
мает на себя часть общего веса паровоза.
Например, паровоз серии Л имеет пять движущих колёсных
пар и на каждую ось колёсной пары приходится нагрузка 18,2 т.
Между тем общий вес этого паровоза равен 103 т. Избыток общего
веса 12 т как раз и воспринимает на себя тележка, размещённая:
впереди паровоза. Если бы её не было, то эти 12 т также распреде-
лились бы между пятью сцепными колёсными парами, увеличив*.
156
Глава VII
нагрузку на рельсы до 20,5 т, что для этого типа паровоза недо-
пустимо (паровоз не смог бы проходить по относительно слабым
фельсам).
У мощных паровозов с тяжёлыми котлами, кроме передней те-
лежки, почти всегда применяется ещё задняя тележка — одноосная
или двухосная (фиг. 125). И передние и задние тележки являются
поддерживающими: они не связаны с цилиндрами паровой машины
и поэтому не участвуют в создании силы тяги, но обе воспринимают
Фиг. 125. Задняя двухосная тележка
•.на себя часть общего веса паровоза и облегчают его движение по
кривой.
Диаметры колёс бегунковых и поддерживающих колёсных пар
всегда меньше диаметров сцепных колёс.
5. ТИП И СЕРИЯ ПАРОВОЗА
Тип паровоза определяет систему его экипажа, т. е. число
и расположение осей (колёсных пар) и конструкцию рамы (жёст-
кая, сочленённая).
Паровоз может иметь несколько движущих колёсных пар и под-
держивающие и бегунковые колёсные пары.
Число всех осей и их расположение относительно друг друга
.для наглядности изображается цифрами, разделёнными чёрточками
•(например 1-5-1). Первая цифра обозначает число передних бегун-
ковых осей, вторая — число осей движущих (сцепных) и третья —
число задних поддерживающих осей.
Если бегунковых или поддерживающих осей нет, ставятся на
соответствующие места нули. Например, если паровоз имеет только
пять сцепных колёсных пар и ни одной поддерживающей и бегун-
ковой, пишется 0-5-0 (см. также стр. 246).
Распространённый на наших железных дорогах грузовой паро-
воз серии Л обозначается 1-5-0, т. е. он имеет одну бегунковую и
пять движущих колёсных пар. •
Экипаж паровоза
157
Пассажирские паровозы, выпускаемые Коломенским заводом,,,
имеют обозначение 2-4-2. Из обозначения следует, что впереди паро-
воза помещены две бегунковые колёсные пары, а сзади — две под-
держивающие. Движущих осей — четыре.
Если речь идёт о сочленённом паровозе, имеющем, например.,,
восемь движущих осей (по четыре в каждой раме), одну бегунковую»
и две поддерживающих оси, то такой локомотив получит обозначе-
ние 1-4 +4-2, где знак + говорит о сочленении двух экипажей.
В США и Англии тип паровоза определяется числом колёс, а не-
осей, например, паровоз типа 1-5-0 серии Л в этих странах,
обозначается 2-10-0; паровоз типа 1-5-1 серии ФД получит обо-
значение 2-10-2.
В Германии число движущих осей обозначается прописными
буквами соответственно алфавиту, так, обозначение 1Е равнозначно-
типу 1-5-0, а обозначение 1Е1 расшифровывается как тип 1-5-1;;
при этом чёрточки между цифрами и буквами не ставятся.
Такая простейшая классификация паровозов по числу и располо-
жению колёсных пар и даёт полное представление о типе паровоза.
Если же известна ещё и нагрузка на движущие оси, то судят о раз-
мерах и мощности локомотива. Вот почему, когда хотят узнать тип
паровоза, то прежде всего интересуются числом осей и их располо-
жением.
Дополнительной классификацией паровоза является серия.
Под серией понимают группу паровозов одного и того же типа,,
построенных по одинаковым чертежам, но отличающихся между со-
бой лишь конструктивными изменениями отдельных узлов (диамет-
ром колёсных пар, устройством пароперегревателя, способом поста-
новки связей и т. д.). Обозначать серию условились одной или двумя
заглавными буквами русского алфавита. Например, мощным пас-
сажирским и грузовым паровозам присвоена серия ИС—Иосиф*
Сталин и ФД— Феликс Дзержинский.
Иногда к заглавной букве добавляется индекс, например, Эр
ФДМ , Эу . В данном случае индексы обозначают: р — реконструи-
рованный, м — модернизированный, у — усиленный.
Распространённым на наших дорогах пассажирским паровозом;
является паровоз типа 1-3-1. Этому паровозу впервые была при-
своена серия С, а затем серия Св , Су, Сум. Заглавная буква С.
дана в честь Сормовского завода, который ещё в 1911 г. построил1
новый для того времени паровоз этого типа. Буква у говорит
о том, что в дальнейшем паровозы этой серии были усилены,,
буквы ум — усилены и модернизированы.
Первенцу послевоенной пятилетки, грузовому паровозу типа
1-5-0, присвоена серия Л—-попервой букве фамилии главного кон-
структора Лебедянского Л. С.
Глава VJ1I
СИЛА ТЯГИ ПАРОВОЗА
1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ СИЛЫ ТЯГИ
Законами механики установлено, что движение тела может воз-
никнуть в результате отталкивания данного тела от другого внеш-
него тела.
В самом деле, гребец может очень долго просидеть в лодке
с погруженными в спокойную воду неподвижными вёслами, но лод-
ка не тронется с места до тех пор, пока он вёслами не оттолкнётся
от воды.
При отталкивании от воды лодка будет двигаться в направле-
нии обратном движению вёсел.
Разница между характером действия сил на лодку и паровоз
состоит в том, что у последнего роль гребца выполняет паровая
машина, роль вёсел — катящиеся колёсные пары, а роль воды —
рельсы. С помощью колёсных пар сила давления пара в цилиндрах
(передаваемая на колёса посредством шатунно-кривошипного
механизма) отталкивает рельсы назад. Но так как рельсы прочно
закреплены, то они остаются на месте, а паровоз стремится двигать-
ся вперёд.
Паровоз можно рассматривать как систему, состоящую из боль-
шого количества взаимосвязанных деталей (тел).
В результате взаимодействия деталей (как подвижных, так и не-
подвижных) внутри системы возникают силы, которые в механике
называют внутренними. Силы эти попарно одинаковы по величине,
но прямо противоположны по направлению действия. Поэтому
в сумме они равны нулю. Понятно, что такие силы не могут вызвать
поступательного движения паровоза.
Известный в механике закон о движении центра тяжести гла-
сит: внутренние силы, не передающие своего действия на внешние
тела, не могут изменить положения центра тяжести системы тел,
т. е. не влияют на его движение.
Если приподнять паровоз над рельсами, например, с помощью
мостового крана и цепей, и пустить в ход паровую машину, то она
вызовет небольшую качку паровоза, заставляя его колебаться
в различных направлениях относительно своего центра тяжести,
но поступательного движения паровоз не получит.
Для возникновения поступательного движения должны быть
Сила тяги паровоза
159
рельсы.
Нагрузка
на колеса
Фиг. 126. Место контакта колеса
с рельсом под микроскопом
созданы условия для передачи действия внутренней силы на какую-
либо опору. Этой опорой являются
Чтобы понять, откуда берёт-
ся на гладком рельсе упор, не-
обходимый для движения паро-
воза, внимательно рассмотрим
площадку контакта колёс с рель-
сами. Для этого воспользуемся
сильным микроскопом. В поле
зрения мы увидим мельчайшие
неровности, напоминающие со-
бой зубцы, беспорядочно рас-
положенные на ничтожном рас-
стоянии друг от друга (фиг. 126).
Таким образом, паровозы
фактически движутся не по глад-
ким полированным рельсам, ка-
кими они кажутся на вид, а по
рельсам с шероховатой поверх-
ностью. Такие же мельчайшие
неровности имеются и на глад-
ких бандажах колёсных пар.
Так как удельное давление
паровозного колеса на рельс в
месте контакта с ним достигает очень больших величин (до
3 500 кг/см^ при диаметре колеса 1 ООО мм), то, естественно, что
даже при незначительной величине неровностей бандажей колёса
вдавливаются в неровности рельса (в пределах площадки сопри-
Сила от палева
к рельсу
Горизонтальная реакция рельса
(сила от рельса ллолесу)
Вертикальная
реакция рельса
Фиг. 127. Схема возникновения реактивной
внешней силы
косновения).
Если теперь маши-
нист откроет регулятор
и приведёт паровую ма-
шину в действие, то
все движущие колёса
будут стремиться прий-
ти во вращательное дви-
жение. Но вращению
колёс на месте будет
препятствовать сцепле-
ние (взаимодействие) с
рельсами: выступы бан-
дажей упрутся в неров-
ности рельсов и будут
давить на них с некото-
рой горизонтальной си-
лой, стремясь оттолкнуть рельсы назад. .И если эта сила не сломает
неровности, то колёса оттолкнутся от рельсов потому, что послед-
ние надёжно закреплены на шпалах и не могут быть сдвинуты.
160
Глава VIII
Таким образом, на небольшой площадке между каждым движу-
щим колесом и рельсом появляются две равные, но противоположно
направленные горизонтальные силы: сила, приложенная от колеса
к рельсу, и равная ей сила, приложенная от рельса к колесу
(фиг. 127).
Получается, что именно эта последняя реактивная сила и яв-
ляется обязательным условием поступательного движения паро-
воза. Поэтому горизонтальную реакцию рельса (реактивную силу),
представляющую собой внешнюю силу (рельсы для паровоза яв-
ляются явно внешними телами), условно считают силой, вызываю-
щей движение, или силой тяги на ободе колёс. Её называют к а-
сательной силой тяги, измеряют в килограммах и обо-
значают FK.
2. СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДА
Энергия пара расходуется на преодоление сил сопротивления
движению поезда, всегда направленных в сторону, . противопо-
ложную его движению.
При движении поезда по прямому горизонтальному пути с рав-
номерной скоростью возникает сила сопротивления его движению,
как результат воздействия на поезд воздушной среды, а также сил
трения (трение между осями и подшипниками, трение бандажей
о рельсы, удары на стыках и др.). Эти силы сопротивления по-
стоянно действуют на поезд при его движении, поэтому их отно-
сят к основному сопротивлению.
При высоких скоростях резко возрастает доля сопротивление
движению, создаваемого воздействием воздушной среды, на движу-
щееся тело, так называемое «воздушное сопротивление». [Наука, изу-
чающая законы движения воздуха или газа и взаимодействие между
телом и обтекающим его воздухом, называется аэродинамикой.
Знание основных закономерностей аэродинамики позволяет
конструкторам правильно решать вопросы, связанные с обтека-
нием тел воздухом (газом) при больших скоростях.
Оказывается, что сила сопротивления воздушной среды движу-
щемуся телу возрастает пропорционально квадрату скорости.
Иными словами, если скорость увеличится в два раза, то воздушное
сопротивление возрастёт в четыре раза, если же скорость увеличит-
ся в четыре раза, то воздушное сопротивление возрастёт в шест-
надцать раз.
С другой стороны, воздушное сопротивление во многом зависит от
формы тела, двигающегося в воздушной среде. Так, например,
оказывается, что падающая капля принимает такую форму, при
которой наблюдается самое минимальное сопротивление.
Вот почему конструкторы стремятся придать различным по-
движным экипажам, самолётам, автомобилям, локомотивам и их
частям формы, напоминающие форму падающей капли, или, как
говорят, создать «обтекаемую форму».
Сила тяги паровоза
161
Так, паровозы, предназначенные для работы с большими ско-
ростями (свыше 100 км/час), обшивают специальным кожухом,
имеющим обтекаемые формы. Часто этот обтекаемый кожух назы-
вают «капотом».
Кроме придания паровозу обтекаемой формы, капот прикрывает
вращающиеся детали (колёса, дышла), что также уменьшает воз-
душное сопротивление.
На фиг. 128 показан общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2
постройки Коломенского завода, а на фиг. 129 — общий вид курьер-
ского паровоза того же типа 2-3-2, но постройки Ворошиловград-
Фиг. 128. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки Коломен-
ского завода
ского завода. Как видно из фигур, обтекаемые формы капотов
йаровозов несколько отличаются друг от друга.
Паровоз Ворошиловградского завода машинисты прозвали
«сигарой».
Ещё в 1938 г. известный испытатель локомотивов канд. тех.
наук П. А. Гурский производил опыты по установлению влияния
обтекаемого капота на уменьшение сопротивления паровоза при
скоростях движения до 160—170 км/час.
П. А. Турскому удалось определить опытным путём затрату
мощности на передвижение высокоскоростного паровоза типа 2-3-2
№ 1 Коломенского завода в зависимости от скорости движения при
оборудовании паровоза обтекаемым капотом и без него. Эти дан-
ные представлены на фиг. 130, из которой видно, что, например,
при скорости 140 км/час на передвижение паровоза без капота надо
затратить 1 080 л. с., а на передвижение того же паровоза,
но в капоте — всего лишь 745 л. с., т. е. в данном случае от
применения капота получено сокращение мощности на перемещение
И В. А. Дробинский
162
Глава VIII
самого паровоза в 335 л. с.; при скорости 160 км/час — экономия со-
ставляет 457 л. с. Эти цифры говорят о той пользе, которая полу-
чается от применения обтекаемых форм у паровоза при работе его
с высокими скоростями.
Нафиг. 131 в качестве примера показан общий вид скорост-
ного паровоза немецкой постройки.
Когда же поезд движется по подъёму, проходит кривые или тро-
гается с места, то кроме основных сил сопротивления появляются
ещё дополнительные силы сопротивления его движе-
нию: сила сопротивления от подъёма, сила сопротивления от
кривой, сила сопротивления при трогании с места.
Фиг. 129. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки
Ворошиловградского завода
Почему возрастает сопротивление поезда при трогании его
с места?
Исследования показали, что во время стоянки подвижного со-
става смазка, находящаяся между подшипниками скольжения и
шейками осей колёсных пар, выдавливается. Поэтому значитель-
ная часть работы силы тяги расходуется на преодоление полусухого
трения между осями и подшипниками (см. стр. 182), вместо обыч-
ного жидкого трения. А на преодоление сухого трения надо за-
тратить больше энергии, чем на преодоление жидкого трения.
Кроме того, при продолжительной стоянке поезда колёса как бы
вдавливаются в рельсы, вследствие чего сила трения между бан-
дажами колёсных пар и рельсами возрастает.
Чем больше вес поезда (или вес паровоза), тем больше сила со-
противления движению. Иными словами, сопротивление поезда
пропорционально его весу. Поэтому силы сопротивления относят
к единице веса, т. е. к 1 т.
-' Сопротивление в килограммах, приходящееся на 1 т веса,- на-
зывается удельным сопротивлением. Разумеется, если удельное
сопротивление помножить на вес паровоза (или поезда) в тоннах,
Сила тяги паровоза
163
то получится полное сопротивление движению паровоза (или по-
езда). Сопротивление определяется по формулам, полученным опыт-
ным путём.
Как видим, принцип передвижения паровозов с гладкими колё-
сами по рельсам ничем не отличается от принципа передвижения
паровозов с зубчатыми колёсами по зубчатым рейкам, о которых
мы дали краткие сведения во «Введении» к книге. Разница лишь
в размерах, форме и прочности прилегающих друг к другу зубцов.
Фиг. 130. График зависимости мощности, затрачиваемой на
передвижение паровоза, от скорости
Если в результате отталкивания колеса от рельса контакт между
мельчайшими естественными неровностями на рельсе и колесе
нарушится, то произойдёт боксование — проскальзывание колёс.
Сила тяги паровоза зависит от развиваемого паровой машиной
усилия. Чем оно больше, тем больше и сила тяги и, наоборот, чем
усилие меньше, тем меньше сила тяги. Силой тяги может управлять
машинист, изменяя по своему желанию отсечку, т. е. степень на-
полнения цилиндров паром и давление пара в цилиндрах. Регули-
рование силы тяги осуществляется машинистом при помощи
регулятора, и переводного винта (реверса).
Какова же наибольшая величина силы тяги?
11*
164
Г лава VIII
Фиг. 131. Общий вид обтекаемого паровоза серии 05 постройки
завода Борзиг
8. ЗАКОН СЦЕПЛЕНИЯ
Сцепление колёс с рельсами не позволяет колёсам вращаться на
одном месте (боксов ать).
Пока усилие пара на поршень соответствует максимальной
силе сцепления, колёса будут катиться'по рельсам и перемещать
паровоз. Но едва лишь оно превысит максимальную силу сцепления,
как колёса начнут проскальзывать или будут вращаться на одном
месте (боксовать). В этом случае движение паровоза вперёд может
прекратиться. Поэтому сила тяги по машине не должна быть
больше силы тяги по сцеплению.
Конструкторы в своих расчётах всегда стремятся максимально
использовать сцепление колёс с рельсами. Чем оно больше, тем
больше сила тяги паровоза.
Между силой тяги паровоза и сцепным весом установлена опреде-
лённая зависимость.
В момент трогания паровоза (т. е когда скорость его близка
нулю) сила тяги (сила сцепления) каждой колёсной пары будет
примерно в четыре раза меньше той нагрузки, которую колёсная
пара передаёт на рельс. Если сцепной вес Рк паровоза, имеющего,
например, пять сцепных колёсных пар, равен 100 т, то на каждую
колёсную пару (при равномерном распределении нагрузки) при-
ходится 20 т (20 000 кг). Значит, сила тяги одной колёсной пары
будет равна
20: 4 «== 5 /и (5 000 кг),
а сила тяги FK пяти колёсных пар — 25Jm (25000 кг).
Из сказанного можно сделать такой вывод: если наибольшую-
силу тяги FK разделить на сцепной вес Рк паровоза, то получим
число, которое называется коэффициентом сцепления
Сила тяги паровоза
165
(обозначается фк). Например, в нашем случае коэффициент сцепле*
ния равен
=25 000: 100 000 = 0,25.
Иными словами, коэффициентом сцепления называется отноше-
ние наибольшей силы тяги паровоза при отсутствии боксования
к сцепному весу паровоза.
Вес паровоза можно считать величиной постоянной. Значит
сила тяги зависит от коэффициента сцепления. Чем больше коэффи-
циент сцепления, тем лучше используется сцепной вес паровоза,
тем большую силу тяги он может развить.
На практике величина коэффициента сцепления колеблется
в широких пределах и главным образом зависит от состояния и сте-
пени износа поверхностей рельсов и бандажей, искусства машини-
ста управлять паровозом, скорости его движения и т. д. Из всех
возможных значений коэффициента сцепления в расчётах прини-
мается то его значение, которое позволяет реализовать наибольшую
силу тяги.
Итак, сила тяги паровоза не может быть больше силы сцепления
движущих колёс с рельсами.
Таков закон сцепления — важнейший закон движения локомо-
тива.
Большая сила тяги позволяет возить более тяжёлые поезда.
Так, например, если при коэффициенте сцепления 0,24 паровоз
может вести состав весом 3 000 т, то при коэффициенте сцепления
0,25 паровоз способен вести состав весом 3 125 т, т. е. на 125 т
больше.
Иначе говоря, даже незначительное (на одну сотую) повышение
коэффициента сцепления позволяет значительно повысить вес
состава.
Что может дать повышение коэффициента сцепления?
Предположим, что по однопутной линии пропускается 24 пары
грузовых поездов. Следовательно, в нашем примере, в первом слу-
чае по линии может быть за сутки перевезено грузов 24 • 3 000 =
= 72 000 т брутто, а во втором случае 24-3 125 = 75000 т, т. е. на
3 800 т брутто больше в каждом направлении.
Иными словами, только за счёт повышения коэффициента
сцепления пропускная способность линии может быть увеличена
более чем на один поезд.
Большинство машинистов наших железных дорог водит по-
езда, вес которых на 15—20% превышает нормы, а машинисты,
в совершенстве владеющие искусством скоростного вождения тяже-
ловесных поездов, водят поезда полуторного и даже двойного веса.
В 1954 г. по сети железных дорог прошло более 2 млн.
тяжеловесных поездов, в которых перевезено сверх нормы свыше
700 млн. т грузов, а за первое полугодие 1955 г. около 400 млн. т.
Передовые машинисты-тяжеловесники на деле доказали
возможность значительного увеличения коэффициента сцепления.
166
Глава VIJI
Они постоянно вносят существенные поправки в технические
нормы веса и скорости поездов, утверждая новые, прогрессивные
нормы, и тем самым способствуют более эффективному использо-
ванию мощности паровозов.
4. ПЕСОЧНИЦА
Все современные паровозы оборудованы песочницами, из кото-
рых песок подаётся на рельсы сжатым воздухом. Песок хорошего
фиг. 132. Схема подачи песка на рельсы
качества (сухой, хорошо просеянный, кварцевый песок) обладает
замечательным свойством увеличивать коэффициент • сцепления
движущих колёс с рельсами, когда в этом есть необходимость. По
образному выражению некоторых машинистов песочница является
вторым регулятором на паровозе.
Сила тяги паровоза
167
Во-время включить песочницу — это значит предупредить
(но не прекратить!) боксование колёсных пар подсыпкой песка
на рельсы (фиг. 132) и реализовать повышенный коэффициент сцеп-
ления, т. е. увеличить силу тяги по сцеплению.
Во-время выключить — это значит предотвратить возрастание
сопротивления движению паровоза и вагонов, потому что чрезмер-
ное подсыпание песка на рельсы, помимо непроизводительного рас-
хода его, затрудняет перекатывание колёс по рельсам.
Общих правил по применению песка привести нельзя; опытный
машинист, приводя в действие песочницу, всегда учитывает вес со-
става, скорость поезда, крутизну подъёма, радиус кривой, состоя-
ние поверхности рельсов (влажные, сухие). Искусный механик
знает, что перед началом боксования из-за проскальзывания движу-
щих колёсных пар паровоз слегка вздрагивает. Уловив этот мо-
мент, он включает песочницу, убавляя или прибавляя поступ-
ление песка на рельсы под движущие колёсные пары.
Успех подобного способа улучшения коэффициента сцепления
зависит не только от умения машиниста управлять паровозом,
но и в большей степени от надёжности действия песочницы. По-
этому паровозная бригада должна тщательно следить за исправ-
ностью песочницы. Правила технической эксплуатации запрещают
выпускать паровозы, у которых имеются неисправные или не снаб-
жённые песком песочницы.
Применение песка особенно необходимо при трогании поезда
с места и при движении по затяжному (длинному) подъёму, когда
сопротивление движению значительно возрастает. При трогании
поезда с места наиболее эффективна подача песка одновременно
под все движущие колёса паровоза.
При установившемся движении поезда на площадках и подъёмах
песок подаётся, как правило, под колёса первой сцепной оси или
бегунка.
Проходя по песку, колёса бегунка размельчают его, благодаря
чему достигается лучшее сцепление движущих колёс с рельсами.
5. УВЕЛИЧИТЕЛЬ СЦЕПНОГО ВЕСА
Обычный паровоз имеет постоянный сцепной вес, так как на-
грузка на отдельные движущие колёсные пары остаётся, естествен-
но, неизменной.
Чтобы дать машинистам мощное и в то же время удобное в экс-
плуатации средство увеличивать силу тяги паровоза при трогании
с места и при движении по затяжным подъёмам, конструкторами
Ворошиловградского паровозостроительного завода было создано
специальное устройство — увеличитель сцепного
веса.
Это устройство, которым оборудован новый грузовой паровоз
серии ЛВ и которым в настоящее время оборудуются паровозы
серий ФД, Л, СО, Еа , позволяет машинисту в необходимых случаях
168
Глава VIII
(например при трогании с места) увеличивать сцепной вес паровоза
на6—7т,т. е. повышать силу тяги примерно на 1 400 кг. Возмож-
ность увеличения силы тяги паровоза на короткий период создаёт
благоприятные условия для вождения тяжеловесных поездов и
в тоже время позволяет реже прибегать к песку, что]уменьшает из-
нос бандажей, а следовательно, способствует увеличению межре-
монтных пробегов паровозов.
Увеличитель сцепного веса паровоза серии ЛВ устроен просто
(фиг. 133). К концам продольных балансиров передней и задней
тележек присоединяются штоки трёх воздушных цилиндров, укреп-
лённых на раме.
Фиг. 133. Увеличитель сцепного веса
Когда устройство включено, то под действием сжатого воздуха,
поступающего в цилиндры, концы балансиров, соединённых со
штоком, поднимаются. В результате этого часть нагрузки с передней
и задней тележек передаётся на движущие оси: сцепной вес па-
ровоза возрастает. Поэтому трогание с места и следование поезда
по подъёмам значительно облегчается.
Если у паровоза нет задней тележки, то цилиндр увеличителя
сцепного веса устанавливается только на балансире передней
тележки.
В настоящее время в депо проводится опытная проверка па-
ровозов, имеющих увеличители сцепного веса со снятием нагрузки
с тендера. На этих паровозах сцепные колёсные пары «берут
взаймы часть веса с тендера».
6. ОГРАНИЧЕНИЕ СИЛЫ ТЯГИ ПО КОТЛУ. ФОРСИРОВКА
Котёл не может выработать пара больше определённого количе-
ства. Следовательно, и паровая машина сможет потреблять пара
лишь столько, сколько его вырабатывает котёл, не больше. В этом
заключается существенная особенность работы паровоза.
Что же понимают под паропроизводительностыо котла и чем
оценивается его работа?
Вспомним, что тепло газов сгорания передаётся воде через стен-
ки огневой коробки и жаровых и дымогарных труб, которые
снаружи омываются водой, а изнутри — газами. Объём котла,
занятый водой, называют водяным объёмом. Например, у паровоза
Сила тяги паровоза
169
серии ФД он равен 13,47 м3. Поверхность воды, через которую вы-
деляется пар, называется зеркалом испарения. Площадь зеркала
испарения котла паровоза серии ФД приблизительно составляет
11,85 м2.
Поверхности котла, омываемые с одной стороны газами, а с
другой — водой, принято называть испаряющей поверхностью на-
грева котла. Она измеряется со стороны воды. У паровоза серии ФД
испаряющая поверхность нагрева котла составляет 295 л2.
В зависимости от условий работы с каждого квадратного метра
поверхности нагрева можно снять различное количество пара
в час. Работоспособность котла обычно оценивается потому количе-
ству пара в килограммах, которое он даёт в течение часа не со всей
поверхности нагрева, а только с 1 м2 её. Именно это количество пара
называется форсировкой (или интенсивностью парообразова-
ния) котла. Для паровозников эта величина очень важна, ибо от
форсировки котла зависят, в конечном счёте, вес и скорость по-
езда.
Чем больше пара образуется с 1 м2 поверхности нагрева за один
час, т. е. чем больше форсировка котла, тем больше паровая маши-
на может расходовать пара. Располагая большим запасом пара
в котле, машинист может направлять в цилиндры машины большее
количество пара, т. е. увеличивать отсечку, а значит, и силу тяги.
Однако при одной и той же форсировке котла сила тяги FK паро-
воза уменьшается с увеличением скорости.
Так как котёл сообщается с цилиндрами паровой машины по-
средством золотников, то чем выше скорость паровоза, т. е. чем
большее число оборотов делают движущие колёса в единицу вре-
мени, тем большее число раз золотники откроют окна для впуска
пара в цилиндр.
Отсюда ясно, что если машинист не уменьшит отсечки, то общий
расход пара должен увеличиться с увеличением скорости. Но при
одной и той же форсировке общий расход пара машиной должен
оставаться постоянным независимо от скорости. Чтобы это условие
выполнить при увеличении числа оборотов движущих колёс, надо
уменьшить степень наполнения, т. е. отсечку. Но при уменьшении
отсечки в цилиндр поступит меньшее количество пара. Поэтому
за каждый ход поршня среднее давление пара на поршень умень-
шится и уменьшится сила тяги. Значит, при одной и той же форси-
ровке котла с увеличением скорости будет происходить постепенное
уменьшение силы тяги.
7. ОГРАНИЧЕНИЕ СИЛЫ ТЯГИ ПО МАШИНЕ
Если бы конструкторы спроектировали паровоз с большой си-
лой тяги по сцепному весу и по котлу, но со слабой машиной, то
такой паровоз оказался бы крайне неудачным. Он не смог бы реали-
зовать наибольшие значения силы тяги по котлу и сцеплению из-за
непреодолимого «барьера», создаваемого слабой паровой машиной.
170
Глава VIII
Избыток силы тяги по котлу и по сцепному весу оказался бы
«мёртвым грузом», так как не оправдывался бы размерами паровой
машины.
Недостаточная мощность паровой машины по сравнению с мощ-
ным паровым котлом и большим сцепным весом паровоза не позво-
лила бы такому паровозу развить силу тяги больше некоторой опре-
делённой величины, ограниченной размерами машины.
Вот почему при расчёте основных размеров паровоза инженеры
стараются выбрать такой вариант решения, который равным образом
обеспечивал бы одновременную реализацию высокой силы тяги по
сцеплению, силы тяги по котлу и силы тяги по машине (всех вме-
сте).
С помощью увеличителя сцепного веса на некоторых паровозах
становится возможным привести в соответствие недостаточный
сцепной вес с относительно мощным котлом и машиной.
8. ГРАФИК СИЛЫ ТЯГИ
Чтобы нагляднее представлять себе одновременно величины силы
тяги по сцепному весу, котлу и машине в зависимости от скорости,
пользуются так называемыми тяговыми характеристиками паро-
воза (графиками сил тяги).
На таком графике (фиг. 134) нанесены кривые изменения силы
тяги в зависимости от скорости для различных значений форси-
ровок и отсечек.
Из фиг. 134 видно, что чем выше форсировка при одной и той же
скорости, тем больше сила тяги, но она не может быть выше силы
тяги по сцеплению.
Например, пользуясь графиком фиг. 134, можно определить, что
при форсировке 70 кг/м2час и отсечке 0,6 паровозом может быть
реализована сила тяги 20 200 кг. Скорость паровоза при этом
будет 23,5 км/час.
При той же форсировке, но при отсечке 0,4 сила тяги упадёт до
11 500 кг, но скорость паровоза увеличится до 50 км/час.
Таким образом, пользуясь этим графиком, мы можем опреде-
лить силу тяги паровоза, а следовательно, и вес поезда при раз-
личных режимах работы паровоза и его скорости.
Кроме указанных графиков, строятся также графики и для
определения расхода пара и топлива на единицу мощности в зави-
симости от различных режимов работы паровоза. Эти графики
известны под названием расходных характеристик.
Тяговые и расходные графики получаются в результате спе-
циальных испытаний паровозов. По ним судят о конструктивных
и эксплуатационных качествах данного паровоза, сравнивают его
с другими паровозами.
Поэтому указанные графики часто называют паспортными
характеристиками, а книжки, в которых они помещены, — паспор-
тами паровозов.
Сила тяги паровоза
171
472
Глава VIII
9. ВЗАИМОСВЯЗЬ В РАБОТЕ КОТЛА И МАШИНЫ
Каждому не раз приходилось слышать характерный шум про-
ходящего паровоза, напоминающий мощное дыхание огромного жи-
вого организма, — то тяжёлое, то лёгкое, то замедленное, то ча-
стое. Этот шум создаёт отработавший пар, выходящий через ды-
мовую трубу вместе с газами сгорания. С каждым выхлопом из
•цилиндров выпускается такое же количество пара, какое было впу-
щено в них золотниками из котла.
Можно подсчитать, сколько выхлопов в минуту сделает паро-
вая машина паровоза в зависимости от скорости движения.
Пусть при наибольшей скорости движущие колёса быстроход-
ного пассажирского паровоза (диаметр колёс 2 000 мм) делают до
440 оборотов в мин.
А так как за один оборот пар выпускается из обоих цилиндров
машины четыре раза, то в одну минуту будет произведено 1 760
выхлопов пара — почти 30 выхлопов в секунду.
Выхлопы эти настолько часты, что выход отработавшего пара
происходит почти непрерывно, без заметных интервалов. Такой
почти сливающийся выхлоп создаёт равномерную тягу газов из топ-
ки, благодаря чему горение угля улучшается и количество пара,
образуемого котлом, увеличивается.
При малых же скоростях, например, 10 км/час, колёса того же
паровоза будут делать в минуту только 26 оборотов. Значит, оба ци-
линдра паровой машины произведут в минуту 104 выхлопа, т. е.
в 17 раз меньше: вместо почти непрерывной струи отработавшего
пара мы получим очень редкие, периодические выхлопы. В проме-
жутки между ними никакого разрежения в дымовой камере отра-
ботавший пар не создаёт. В результате тяга газов из топки при
малых отсечках значительно спадёт, горение станет слабее и об-
разование пара в котле уменьшится.
Чем больше пара потребляет паровая машина, тем больше она
выбрасывает его через конус и, следовательно, тем большее разре-
жение создаётся в дымовой коробке и топке. При этом горение
топлива идёт энергичнее, котёл больше приготовляет пара, форси-
ровка котла увеличивается.
Паропроизводительность котла находится в. прямой зависимо-
сти от разрежения в дымовой коробке, а это последнее зависит от
работы конусной дымовытяжной установки.
Таким образом, взаимосвязь работы котла и машины осущест-
вляется автоматически, независимо от машиниста.
Именно в этой полной автоматизации рабочих процессов котла
и машины и заключается одно из замечательных свойств паро-
воза, намного облегчающее управление им.
Другим ценным преимуществом паровоза является то, что его
котёл может накапливать пар на более лёгких участках пути (ров-
ная площадка, спуск) и при беспарном ходе. В этом случае котёл
играет роль аккумулятора тепловой энергии: он накапливает пар,
Сила тяги паровоза
173
который затем используется для прохождения наиболее трудных
подъёмов. Ведь при увеличении скорости движения при одной и той
же отсечке, а также при езде на трудных участках расход пара ма-
шиной увеличивается.
Дополнительная отдача
машине пара, запасённого
котлом, называется займом
у котла. В короткий,пе-
риод займа (обычно трудные
подъёмы составляют не-
большую часть пути)'ма-
шинист уменьшает или во-
все прекращает подачу хо-
лодной воды из тендера в
котёл, — парообразование
идёт за счёт горячей воды,
находящейся в нём. Это
позволяет, как показывает
практика, в течение 15—
20 мин. повышать форси-
ровку котла на 15—20%.
Само собой разумеется,
что уровень воды в котле
во время займа Одолжен
уменьшиться, но ни в коем фиг. 135. уровень воды в котле перед
случае нельзя допустить займом и после займа
снижение уровня ниже пре-
дельно допустимого. Поэтому перед займом, на лёгких участках
профиля пути, машинисты доводят запас воды в котле до уровня1
примерно трёх четвертей водомерного стекла.
На фиг. 135 показан уровень воды в котле перед займом и после
него. За уровнем воды машинист бдительно наблюдает по водоуказа-
тельному стеклу
В руках машинистов-тяжеловесников заём у котла является
одним из важных резервов увеличения мощности паровозов на
короткий период прохождения наиболее тяжёлых участков пути.
Глава IX
ПРОТИВОВЕСЫ
1. СИЛЫ ИНЕРЦИИ
Сядем на место машиниста и плавно откроем регулятор: паровоз
тронется. По мере увеличения скорости мы будем ощущать колеба-
ние и раскачивание паровоза и даже толчки.
Возникновение различных колебаний связано прежде всего с ра-
ботой паровой машины и её движущего механизма, так как почти
все детали этих частей паровоза совершают движение относитель-
но рамы паровоза. Например, колёсные пары относительно рамы
совершают чисто вращательное движение, ползун — поступательное,
а ведущее дышло—сложное. Вместе с колёсами вращательное движе-
ние совершают и кривошипы с пальцами и сцепные дышла, связы-
вающие колёса.
Поршневая группа деталей (поршень, шток, ползун) совершает
возвратно-поступательное и притом неравномерное движение. Ког-
да поршень проходит примерно середину цилиндра, его скорость
оказывается наибольшей, а когда приближается к крайним поло-
жениям (где поршень изменяет направление движения), она падает
до нуля.
Из механики известно, что всякое тело стремится сохранить со-
стояние относительного покоя или состояние равномерного и прямо-
линейного движения, в котором оно находилось. При нарушении
этого состояния появляются силы, препятствующие его изменению.
Так, если автомашина на полном ходу резко останавливается, то
мы ощущаем толчок вперёд, и наоборот, если она внезапно рывком
трогается с места, нас отбрасывает назад. Это свойство тел
препятствовать изменению характера их движения называется
инерцией, а силы, которые препятствуют изменению состояния тел,
называются силами инерции. Силы инерции передаются в виде актив-
ных сил на другие тела (связи). Нечто подобное происходит и на
паровозе, в его движущем механизме, части которого перемещаются
с различными по величине и направлению скоростями и передают
свои силы инерции на параллели и пальцы кривошипов ведущих
колёс.
В паровозе при его движении возникают центробежные силы
инерции от вращающихся неуравновешенных деталей движущего
механизма и силы инерции от деталей поршневой группы, со-
вершающих возвратно-поступательное движение.
П ротивовесы
175
Какова же величина сил инерции движущего механизма?
Предположим, что паровоз, имеющий неуравновешенную паро-
вую машину, движется с равномерной скоростью 85 км/час. В этом
случае палец кривошипа воспринимал бы силы инерции, наиболь-
Горизонтальная. Вертикальная состав-
составляющая / ляющая /2000кг
Фнг. 136. Схема разложения силы инерции, действующей на палец криво-
шипа, на горизонтальную и вертикальную составляющие
шее значение которых равнялось по горизонтали около 50 000 кг,
а по вертикали около 12 000 кг (фиг. 136). Если не уравновесить,
не «погасить», их действие, то наличие таких громадных неуравно-
вешенных сил инерции угрожало бы безопасности движения.
2. УРАВНОВЕШИВАНИЕ СИЛ ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ
Для уменьшения вредного действия сил инерции неуравнове-
шенных вращающихся тел конструкторы производят их баланси-
ровку, т. е. искусственно добавляют грузы-противовесы, создавая
тем самым аналогичные силы, но направленные в противоположные
стороны. Это называется уравновешиванием сил инерции машины
паровоза.
Посмотрим, как оно осуществляется.
Для уравновешивания вращающихся тел существует простой
способ: надо неуравновешенному грузу противопоставить точно та-
кой же по величине груз (противовес), разместив его в той же пло-
скости и на том же расстоянии от оси вращения (фиг. 137). При
этих условиях центробежные силы, передаваемые на связь (тело),
будут направлены в разные стороны и, следовательно, полностью
уравновесят друг друга.
Однако, чтобы воспользоваться этим простым способом для урав-
новешивания движущего механизма паровоза, необходимо противо-
весы располагать не в одной плоскости с пальцем кривошипа,
а в плоскостях колёс, иначе противовесы будут мешать движению
сцепных дышел.
Поэтому для уравновешивания движущего механизма паровоза
приходится помещать по два противовеса на каждом колесе (фиг. 138
и 139). Они расположены в плоскости, проходящей близ круга ка-
тания бандажа. Практически, однако, два противовеса заменяют
одним суммарным (равнодействующим) (фиг. 140). В результате
176
Глава IX
такой объединённый противовес размещается уже не на одной линии
с кривошипом, а на какой-то угол сдвигается от неё в сторону
пальца другого колеса той же колёсной пары.
ЦентроВежная^сила. неуравно-
вешенного груза (пальца),переВа-
Васпая через колесо к рельсу
Фиг. 137. Схема уравновешивания центробежных сил вращающихся тел
Механика учит, что чем дальше расположен груз от оси враще-
ния, тем большую центробежную силу он развивает. Поэтому кон»
структоры стараются расположить противовес на колесе по воз-
можности дальше от оси вращения. Это позволяет уменьшить вес
противовеса.
Наивыгоднейшей формой противовеса является сегмент^ (см.
фиг. 140). В этом случае при прочих равных условиях вес противо-
П ротивовесы
177
веса получается наименьшим, так как центр тяжести сегмента наи-
более удалён от оси вращения.
Теперь рассмотрим силы инерции, действующие на палец кри-
вошипа. Начнём с вертикальной составляющей, приблизительно
большой противовес.уравно-
вешивающий силы инерции
кривошипа левого колеса.
Левое колесо
Попове
колесо
'Малый противовес, у равно-
веишвающий силы инерции
кривошипа левого колеса.
Малый противовес, у равно -
веишвающий силы инерции
кривошипа правого колеса
Фиг. 139. Схема уравновешивания вращающихся деталей сцепного колеса
равной 12 000 кг. За каждый'оборот колеса палец кривошипа два
раза располагается на вертикальной оси, один раз внизу и один—
вверху. Следовательно, вертикальная составляющая сил инерции
большой противо-
вес, уравновешиВаю-. i ’центробежные
щий силы инерции / силы
кривошипа правого
колеса
Палец
кривошипа.
Палец
кривошипа
Центробежные,
сильр- "
Левое колесо
Палец
кривошипа
Угол сдвига
противовеса
Фиг. 140. Схема расположения суммарного противовеса
на левом колесе
Суммарный
(равнодействию щий)
противовес-^
Равнодействующая
сила инерции обоих
противовесов
с силой 12 т будет то перегружать рельс, то с той же силой раз-
гружать его.
Добавьте к этому постоянную нагрузку от ведущего колеса па-
ровоза на рельс .10 т. Тогда получится, что при каждом обороте
одно ведущее колесо будет то бить по рельсу с силой почти
12 В. А. Дробинский
178
Глава IX
в 12 -Г Ю = 22 т, то приподниматься над рельсом, так как вели-,
чина вертикальной составляющей превышает вес колеса на 2 т.
В последнем случае ненагруженная ведущая колёсная пара
может легко сойти с рельсов.
Повторяющиеся удары неуравновешенного колеса по рельсу
можно сравнить с ударами молота, баба которого с силой в 22 т
ударяет по рельсу. После ряда таких сокрушительных ударов даже
самый прочный рельс и самое прочное колесо быстро разрушатся,
и паровоз сойдёт с рельсов.
Вот почему конструкторы особое внимание уделяют именно
борьбе против вертикальной составляющей силы инерции движу-
щего механизма, воспринимаемой пальцем кривошипа ведущего
колеса, одинаково вредной и для рельсового пути и для паровоза.
Для наиболее полного уравновешивания вертикальной состав-
ляющей силы инерции в каждом ведущем колесе конструкторы по-
мещают противовес, центробежная сила которого приблизительно
должна быть равна 12 т (для нашего примера). Этот противовес на-
зывается вертикально уравновешивающим. Точный метод опреде-
ления сил инерции движущего механизма и противовесов был разра-
ботан русским профессором А. С. Раевским в 1904—1906 гг.
8. УРАВНОВЕШИВАНИЕ СИЛ ИНЕРЦИИ НЕВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ
Уравновешивание вращающихся деталей колеса осуществляется
довольно просто. А каким образом уравновешивают силы инерции
поршня, штока ползуна и ведущего дышла, если они совершают бо-
лее сложные движения? Закон изменения сил инерций этих деталей,
особенно ведущего дышла, настолько сложен, что их уравновесить
полностью противовесами, располагаемыми на колёсах, не удаётся.
Конструкторы имеют возможность уравновесить только те силы
инерции, закон изменения которых одинаков с законом изменения
сил инерции противовесов. Поэтому уравновесить действие горизон-
тальных сил инерции намного труднее.
Главная причина заключается в том, что горизонтальная состав-
ляющая указанной силы инерции весьма велика и закон её изме-
нения не совпадает с законом изменения силы инерции противо-
веса: она почти в 4—5 раз превышает величину вертикальной состав-
ляющей силы инерции. Но это не значит, что её оставляют полно-
стью неуравновешенной.
Указанный выше вертикально уравновешивающий противовес
при горизонтальном расположении уравновешивает часть горизон-
тальной силы инерции, воспринимаемой пальцем кривошипа.
У Таким образом, после постановки вертикального противовеса
остаётся в рассматриваемом примере неуравновешенной горизон-
тальная составляющая силы инерции, равная 50—12 = 38 т.
Для ослабления действия оставшейся горизонтальной силы
добавляются дополнительные противовесы (избыточные противо-
весы).
П ротивовесы
179
Избыточные противовесы устанавливаются, на всех движущих
колёсах и вызывают дополнительный перегруз и разгруз рельсов.
Поэтому вес избыточных противовесов не может превышать опреде-
лённой величины; эта величина рассчитывается так, чтобы центро-
бежная сила избыточных противовесов была не более статиче-
ской нагрузки колеса на рельс при максимальной (конструкцион-
ной) скорости паровоза.
Конструктор, зная величину сил инерции движущего механизма,
действующих на палец кривошипа, может подсчитать необходимый
вес противовесов для их частичного уравновешивания.
Фиг. 141. Схема паровоза с расходящимися поршнями
Оказывается, что’эти противовесы не могут быть размещены
полностью только на ведущем колесе: для их размещения места
там не всегда хватает.
Поэтому поступают так: вертикальную составляющую силы
инерции движущего механизма уравновешивают вертикальным урав-
новешивающим противовесом, целиком размещаемым в ведущем
колесе, а горизонтальную составляющую частично уравновеши-
вают вертикально уравновешивающим и избыточным противо-
весами, равномерно размещаемыми в сцепных колёсах. Так стре-
мятся уравновесить силы инерции пальцев кривошипов, дышел,
контркривошипов и частей кулисных тяг.
Таким образом, паровоз не напрасно везёт на колёсах «увеси-
стые грузы» — они в значительной степени помогают созданию
плавного хода паровоза.
Полностью уравновесить переменные силы инерции поршневой
группы деталей постоянными центробежными силами вращающихся
противовесов невозможно. Вследствие неполного уравновешивания
горизонтальной составляющей силы инерции машины паровоз во
время движения испытывает виляние и подёргивание.
Стремление достичь наибольшего уравновешивания сил инер-
ции паровой машины привело конструкторов к мысли создать ма-
шину паровоза с поршнями, движущимися навстречу друг Другу.
В этой ^оригинальной конструкции, разработанной инженерами
12*
180
Глава IX
Ворошиловградского завода им. Октябрьской революции в 1948 г.,
паровые цилиндры расположены посередине рамы паровоза
(фиг. 141) над колёсами в отличие от обычного размещения их
в передней части рамы паровоза.
Поршни, шатуны и кривошипы расположены один против
другого и движутся в разные стороны, чем создаётся почти полная
уравновешенность сил инерции движущего механизма, а следова-
тельно, более спокойный ход паровоза. Это снижает динамиче-
ское воздействие паровоза на путь по сравнению с паровозами
обычного типа.
Та же идея наиболее полного уравновешивания паровой машины
заложена в конструкцию машин многоцилиндровых паровозов
(т. е. паровозов с тремя и четырьмя цилиндрами).
Глава X
ТРЕНИЕ И БОРЬБА С НИМ
1. О СУХОМ И ЖИДКОСТНОМ ТРЕНИИ
Поверхность любой детали машины даже после самой тщательной
обработки (например притирки по плите) имеет мельчайшие неров-
ности, измеряемые тысячными долями миллиметра.
Пр и относительном перемещении одной детали машины по другой
вершины неровностей задевают друг за друга и оказывают сопро-
тивление движению. Сопротивление движению, обусловленное
неровностями соприкасающихся поверхностей, называют трением.
По современным представлениям трение обусловливается как меха-
ническими, так и молекулярными силами. Опытными наблюдени-
ями установлено: чем с большей силой прижимается одна поверх-
ность к другой, тем большее усилие необходимо для преодоления
сил трения.
Величина сил трения зависит от состояния трущихся поверхно-
стей. Чем грубее обработаны поверхности соприкасающихся тел, тем
больше трение; чем тщательнее они обработаны, тем меньше трение.
Однако при определённой степени гладкости трение между соприка-
сающимися поверхностями не уменьшается, а, наоборот, увеличи-
вается. Это объясняется тем, что у гладких поверхностей увеличи-
вается число точек соприкосновения и сила сцепления между моле-
кулами трущихся тел возрастает.
Сила сопротивления, которая препятствует перемещению сопри-
касающихся тел, называется силой трения.
При взаимном перемещении трущихся тел часть выступающих
неровностей (зубцов) на их соприкасающихся поверхностях сми-
нается и срезается. Вследствие этого происходит износ деталей ма-
шин, сопровождающийся их нагревом, на что затрачивается неко-
торое количество энергии.
В подвижном составе очень много трущихся деталей, па преодо-
ление трения которых расходуется часть мощности паровоза. Лю-
бопытно отметить, что на преодоление трения в буксах состава ло-
комотив затрачивает примерно 1/4 часть развиваемой им мощности.
Полностью устранить трение нельзя, но можно его умень-
шить, искусственно разделив трущиеся поверхности между собой
масляной плёнкой (слоем смазки), которая не позволяет неров-
ностям задевать друг задруга. В этом случае сухое трение деталей
182
Глава X
машины заменяется трением частиц смазкн друг о друга и трением
металлических частиц о смазку.
Но смазка не только уменьшает трение (например при жидкост-
ном трении на 90% по сравнению с сухим), но и отводит тепло от
трущихся деталей, что очень важно, так
как нагревание вызываем
их повреждение. Умень-
шению трения способст-
вует также замена под-
шипников скольжения
подшипниками качения
(шариковые, роликовые,
игольчатые).
Если трущиеся по-
верхности разделены
масляной плёнкой, каса-
ние вершин неровностей
Поверхность детали
Фиг. 142. Схема жидкостного трения
исключается. Такое трение называется жидкостным (фиг. 142). Если
слой смазки недостаточен, то он не в состоянии полностью отде-
лить соприкасающиеся поверхности, и в этом случае наряду с жид-
костным трением будет иметь место и сухое. Такого рода трение на-
зывают полужидкостным, или полусухим.
Как уже указывалось (см. стр. 162), полусухое трение появляет-
ся между шейками осей и подшипниками при начале движения по-
езда, так как во время стоянки масляная плёнка выдавливает-
ся из-под подшипников. Но не всегда трение мешает работе меха-
низмов, не во всех случаях стремятся его уменьшить. Например,
при торможении поезда полезно увеличивать трение между тор-
мозными колодками и бандажами колёс.
2. СВОЙСТВО СМАЗКИ
Для смазывания трущихся частей паровоза употребляются масла
с различными смазывающими свойствами.
Это вызывается тем, что условия работы трущихся деталей неоди-
наковы. Например, цилиндры, поршни, золотники, сальники при
работе паровоза соприкасаются с перегретым паром, имеющим тем-
пературу до 450°. Другие трущиеся детали, например, параллели,
дышловые подшипники и шарнирные соединения, работают при не-
высокой температуре.
Смазочные материалы имеют различные свойства. Одним из
важнейших является вязкость.
Вязкость (или тягучесть) зависит от сил сцепления между моле-
кулами смазки.
От величины вязкости зависит способность смазки образовывать
сплошную масляную плёнку, сопротивляющуюся выдавливанию
с трущихся поверхностей.
Чем выше вязкость смазки, тем меньше она выдавливается тру-
щимися поверхностями. С повышением температуры вязкость умень-
Трение и борьба с ним
183
шается, а с понижением возрастает. Чем меньше снижается вяз-
кость масла при нагревании, тем лучше.
Для смазки различных трущихся деталей паровоза подбирают
масла соответствующей вязкости.
Для смазывания цилиндров, золотников, параллелей, и некото-
рых других узлов трения применяется главным образом жидкая
смазка.
Для смазывания валиков рессорного подвешивания, опор топки:
и других деталей паровозов некоторых серий применяется консис-
тентная мазеобразная смазка.
Для подшипников дышлового механизма с плавающими втул-
ками применяют консистентную твёрдую смазку. На некоторых па-
ровозах твёрдая смазка применяется в дышловых подшипниках
без плавающих втулок, а также в буксах.
3. ПОДАЧА СМАЗКИ К ТРУЩИМСЯ ДЕТАЛЯМ
В недалёком прошлом смазка трущихся деталей паровозов осу-
ществлялась преимущественно ручным способом. В настоящее вре-
мя на паровозах широкое распространение получила централизо-
ванная автоматическая смазка.
.Сущность её состоит в том, что подача смазки к трущимся
деталям производится системой маслопроводов, идущих от смазочных
приборов, так называемых пресс-маслёнок, действующих автомати-
чески только при движении паровоза.
Автоматические смазочные устройства обеспечивают непрерыв-
ный подвод масла к основным гнёздам (местам) трения, а также поз-
воляют на ходу поезда подавать смазку к неудобно расположенным
трущимся деталям, что исключается при ручной смазке.
На современных паровозах централизованная система снабжает,
смазкой не только трущиеся узлы паровой машины, но и экипажа.
Рассмотрим вкратце, как производится централизованная смазка
трущихся узлов паровоза серии Л.
Жидкая смазка подаётся принудительно (под давлением) при;
помощи пресс-маслёнок — основных приборов централизованной
системы смазки. Детали пресс-маслёнки заключены в корпусе, слу-
жащем одновременно резервуаром для масла. Внутри корпуса
помещены насосы плунжерного типа, приводимые в действие от
общего распределительного вала. Каждый насос нагнетает масло
только в один маслопровод, а при маслораспределителях (см. ниже)—
в несколько маслопроводов. Таким образом, количество отводов—
маслопроводов, присоединяемых к пресс-маслёнке, равно количе-
ству насосов.
Имеются пресс-маслёнки 5-, 8-и 14-отводные (фиг. 142а).
Если количество смазываемых мест больше количества отводов,
имеющихся на пресс-маслёнке, то для распределения смазки на
маслопроводах устанавливаются специальные приборы — масло-
распределители, благодаря которым масло от одного насоса
184
Г лава X
может автоматически в равных долях направляться к нескольким
гнёздам трения.
На паровозе серии Л установлены две пресс-маслёнки, одна из
которых (правая) обслуживает паровую машину, а другая (левая) —
буксы, параллели и цапфы кулисы. Первая имеет восемь отводов,
а вторая четырнадцать.
Каждая пресс-маслёнка приводится в действие от маятника па-
рораспределительного механизма и работает только при движении
Фиг. 142а. Общий вид 14-отводной
пресс-маслёнки
паровоза.
Колебательное дви-
жение маятника через
рычаги передаётся хра-
повому механизму пресс-
маслёнки. Вращение ва-
ла храпового механизма
в свою очередь пере-
даётся на распредели-
тельный вал, приводя-
щий в движение плун-
жерные насосы, которые
и нагнетают смазку под
давлением. Смазка от
насосов к трущимся уз-
лам паровоза цодаётся
по металлическим труб-
кам называемым масло-
проводами.
Объём смазки, нагнетаемой каждым насосом в пресс-маслёнке, ре-
гулируется в зависимости от норм расхода смазки на 100 км про-
бега паровоза. Смазка в цилиндры и золотники подаётся непос-
редственно на их трущиеся поверхности (зеркало). При этом она
поступает через диафрагменные обратные клапаны, основное на-
значение которых препятствовать проникновению пара в маслопро-
воды в момент нагнетания смазки.
Пресс-маслёнка может приводиться в действие и вручную. Эту
возможность используют для проверки исправности маслёнки,
клапанов, а также для заполнения маслопроводов смазкой после
длительной стоянки (чтобы избежать сухого трения в начале дви-
жения паровоза).
При движении паровоза буксы перемещаются относительно
рамы. Чтобы при этом металлические маслопроводы не обрыва-
лись, каждый из них присоединяется к буксе гибкой трубкой.
Маслопроводные трубки от масло распределителей и насосов
пресс-маслёнки, идущие в одном направлении, объединяются в пу-
чок, в середине которого помещена трубка, по которой зимой
пропускают пар, обогревающий маслопроводы. Из этой трубки
пар выходит наружу через свободный её конец, выведенный поверх
котла.
Трение и борьба с ним
185
Для нормальной работы всей системы централизованной смаз-
ки паровоза в зимних условиях смазка в резервуаре пресс-маслён-
Фиг. 143. Принципиальная схема маслопровода паровоза серии Л
(при 14-отводной пресс-маслёнке)
ки специально подогревается, сама пресс-маслёнка отепляется теп-
лоизоляционным кожухом, кроме того, с наружной стороны пучок
маслопроводов тщательно утепляется.
На фиг. 143 представлена принципиальная схема централизо-
ванной смазки букс и кулисы паровоза серии Л.
4. ТВЁРДАЯ СМАЗКА
На движущем и парораспределительном механизме паровозов
серий Л, ФД и ИС установлены клапаны для твёрдой смазки.
Твёрдая смазка ЖД-1 (марки 50Д), изготовленная в виде свечей,
запрессовывается в каждый клапан специальным ручным прессом,
который надевается на головку клапана. При повороте рукоятки
пресса смазка, выдавливаясь из него, отжимает пружину клапана
твёрдой смазки, открывая смазочное отверстие в клапане. По этому
отверстию и через каналы в теле смазываемой детали масло подаёт-
ся к трущимся поверхностям.
Глава XI
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПАРОВОЗА.
ПАРОВОЗ С ТЕНДЕРОМ-КОНДЕНСАТОРОМ.
НЕКОТОРЫЕ ОПЫТНЫЕ ЛОКОМОТИВЫ
1. ПОНЯТИЕ О КОЭФФИЦИЕНТЕ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
Для того чтобы оценить, насколько полно и выгодно использует-
ся в паровозе тепло, полученное от сжигания топлива, обычно
пользуются понятием коэффициента полезного действия (сокращён-
но к. п. д.).
Коэффициентом полезного действия паровоза называется отно-
шение количества тепла, которое использовано на работу по переме-
щению паровоза и поезда (т. е. полезно использованного тепла),
к количеству тепла, которым располагало топливо, заброшенное
в топку паровоза.
К. п.д.современного, даже наиболее совершенного паровоза, обыч-
ной конструкции редко превышает 7%. Это значит, что из каждой
тонны сожжённого угля на передвижение поезда расходуется толь-
ко 70 кг. Остальные 930 кг буквально «вылетают в трубу», т. е.
для работы по передвижению поезда не используются.
Если учесть, что в паровозных топках сжигается около х/4 ча-
сти угля, добываемого в нашей стране, то станет ясно, что из-за
чрезвычайно низкого к. п. д. паровоза на ветер выбрасываются
тысячи тонн драгоценного топлива—«чёрного золота».
Вот почему при модернизации паровозов усилия конструкторов
направлены прежде всего на повышение их экономичности, так как
даже самое незначительное, пусть на одну десятую процента, повы-
шение к. п. д. паровоза в масштабе всей железнодорожной сети при-
обретает большое государственное значение.
Продолжая великое начинание своих соотечественников, знаме-
нитых русских механиков Черепановых, наши паровозостроители
шаг за шагом повышали мощность и экономичность паровоза.
Радикальное решение проблемы повышения к. п. д. было осуще-
ствлено в начале XX в., когда на паровозах был впервые применён
перегретый пар. С тех пор, и особенно за последние 20 лет, было
произведено немало конструктивных усовершенствований парово-
за, повысивших его мощность. Однако добиться заметных резуль-
татов в повышении экономичности паровозов не удалось: со вре-
мени Черепановых мощность паровоза возросла больше чем
Коэффициент полезного действия паровоза 187'
в 100 раз, скорость увеличилась почти в 15 раз, а к. п.д. па-
ровоза—только в 2 раза.
Чтобы понять, почему так трудно повысить к. п. д. паровоза,,
познакомимся с некоторыми сведениями о балансе тепловой энер-
гии, затрачиваемой в нём.
2. БАЛАНС ЭНЕРГИИ В КОТЛЕ
Мы уже знаем, что пар в котле паровоза образуется за счёт ис-
пользования тепловой энергии топлива, поступившего в топку.
Однако не вся тепловая энергия, заключённая в топливе, переходит
в энергию пара. Значительная часть её теряется. Эти потери даже
в современных паровозных котлах съедают больше 40% содержа-
щегося в топливе тепла. Из чего же они складываются?
Во-первых, потери вызываются неизбежным уносом мелких не-
сгоревших частиц топлива в дымовую трубу. Это — наибольшая часть
потерь тепла в тепловом балансе котла. Они являются следствием
сильной и при том пульсирующей тяги, искусственно создаваемой
конусной дымовытяжной установкой. Ведь газы сгорания вылетают
из топки паровоза со скоростью, достигающей 50—60 м/сек.
Кроме того, часть топлива теряется, проваливаясь в зольник через
отверстия колосниковой решётки.
Потери тепла, связанные с уносом и провалом несгоревших
частиц топлива, называются механическими потерями. Сюда же от-
носится потеря тепла в шлаке (с недогоревшим топливом).
В сумме эти потери достигают 25%, а иногда и больше.
Во-вторых, часть тепла бесполезно теряется с уходящими из
котла газами, так как газы выходят из котла с температурой в сред-
нем от 300 до 400°. Эти потери составляют около 14—16%.
В-третьих, тепло теряется вследствие того, что топливо не всегда
сгорает полностью. А это бывает из-за недостатка или чрезмерного
избытка воздуха, подводимого в топку (см. главу II). В таких усло-
виях углерод сгорает не в углекислый газ, а в окись углерода и
при этом выделяется значительно меньше тепла. Эти потери, нося-
щие название химических потерь, достигают 5—8%.
В-четвёртых, часть тепла передаётся через наружную поверх-
ность котла непосредственно во внешнюю среду. На этом теряется
ещё около 1 % тепла.
Если сложить все потери, то и окажется, что только в паровозном
котле бесполезно расходуется около 40—45% тепловой энергии топ-
лива, поступившего в топку. Иными словами, общий к. п. д. котла
не превышает 55—60%.
3. БАЛАНС ЭНЕРГИИ В ПАРОВОЙ МАШИНЕ
По сравнению с котлом паровая машина расходует тепловую
энергию пара ещё более расточительно. Подсчитано, что даже са-
мый высокий к. п. д. лучшей паровой машины паровоза не превы-
шает 12—14%.
J 88
Глава XI
Больше всего энергии теряется из-за того, что отработавший пар,
•покидая паровую машину, уносит с собой большую часть тепловой
энергии, сообщённой пару в котле.
В самом деле, отработавший пар уходит через конус в атмосферу,
обладая давлением до 1,5 ат и температурой 120—180°. Теплосодер-
жание его составляет 647—676 килокалорий, в то время как тепло-
содержание перегретого пара при давлении 16 ат и температуре
380° составляет 766 килокалорий. Чем больше отсечка пара, тем
,Потери от уноса 19% -
потери с уходящими
^^^Потерн от
й Шугечек пара-8 %
Химические Потери нс. внешнее
охлаждение котла-1 %
Полезная работа-? %
Потери
с выхлопным
паром -38°/>
Потери от Потери со Потери на
провала-2 % шлаком-47а трение-17.
Потери на внешнее
охлаждение машины-1%
Фиг. 144. Схема потерь тепла в паровозе
большее количество энергии уносится с выхлопным паром. Эта ог-
ромная потеря тепла называется потерей с выхлопным паром, она
достигает 38—40%.
Неполное расширение пара, так называемое мятие пара при
впуске и выпуске, теплообмен со стенками цилиндров и утечка пара
через неплотности, противодавление на нерабочую сторону поршня
вследствие несовершенства конусно-вытяжных устройств — всё это
увеличивает потерю тепла.
В результате полезная работа паровой машины резко снижается.
Если при этом учесть, что часть энергии расходуется на преодо-
ление постоянно действующих в движущем механизме сил сопро-
тивления (сил трения), то фактически полезная работа машины
окажется ещё меньше.
Вот почему к. п. д. её не превышает 12—14%.
Для наглядности баланс тепловой энергии современного паровоза
при средних режимах его работы приведён в таблице и иллюстри-
рован на фиг. 144, из которых видно, что наибольшую долю тепла
поглощают: а) в котле — потери с уходящими газами и потери, свя-
занные с уносом топлива, и б) в машине — потери с выхлопным
паром.
Теперь не трудно подсчитать и полный к. п. д. паровоза. Его
можно представить как произведение к. п. д. котла на к. п. д.
машины, что при взятых нами средних данных составит
0,55 • 0,13 • 100 = 7,1%.
Коэффициент полезного действия паровоза
189*
Примерный баланс тепловой энергии паровоза
Приход Расход
Получено энергии от каменного угля, сжигае- мого в топке 100% Котёл 1. Потери от уноса и провала, по- тери со шлаком (механические потери) j 25% 2. Потери с уходящими газами . . 14% 3. Потери вследствие неполного сгорания (химические потери) . 5% 4. Потери на внешнее охлаждение котла 1%. Машина 5. Потери с выхлопным паром . . 38% 6. Потери от утечек пара 8% 7. Потери на внешнее охлаждение машины 1% 8. Потери на трепие в шарнирах механизма 1%. 9. Энергия перегретого пара, пре- вращённая в полезную работу . 7%
Итого . . 100% Итого 100%.
4. ТРУДНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ К. П. Д. ПАРОВОЗА
Итак, паровая машина, которая совершает колоссальную ра-
боту по передвижению поезда, выбрасывает с отработавшим паром
в окружающий воздух большое количество тепла.
Возникает вопрос: нельзя ли использовать это тепло?
В стационарных установках большая часть отработавшего пара-
используется для отопления зданий и снабжения горячей водой
населения.
Благодаря этому полезно используется более половины тепла,,
заключённого в топливе.
Однако, решение этой задачи для паровоза значительно ослож-
няется тем, что он является подвижной теплосиловой установкой,,
размеры которой ограничиваются габаритом подвижного состава,
а вес — допустимой нагрузкой на рельс.
В самом деле, если стационарная теплосиловая станция мощно-
стью до 4 000 л. с. для своего размещения требует здания объёмом
около 10 000 лг!, то паровоз подобной мощности должен быть
«вписан» в объём, не превышающий 300—350м3, т. е. в 30 раз мень-
ший.
Кроме того, стационарное здание опирается на каменно-бетонное
основание, которое в состоянии нести очень большие нагрузки.
Фундаментом для паровоза является рельсовый путь, который;.
490
Глава XI
в зависимости от типа рельсов допускает нагрузку от каждой оси
•колёсной пары обычно не более 23—25 т.
Отсюда понятно, что не всякое устройство, повышающее к. п.д.
локомотива, даже небольшое по своим размерам и весу, может быть
использовано по условиям размещения на паровозе.
Таким образом, сложность задачи конструирования устройств,
повышающих экономичность паровоза, состоит в том, что они долж-
ны быть не только безотказны в работе, просты в уходе, но также
компактны и легки.
• •
*
Вводимый в топку холодный воздух, нагреваясь, поглощает не-
которую часть тепла. Естественно, что это снижает и без того низкий
к. п. д. котла. Если же воздух предварительно подогреть, то эта
потеря тепла будет устранена.
Для подогрева воздуха можно использовать тепло отработавшего
пара или тепло уходящих газов. Расчёты показывают, что в первом
случае экономия топлива составляет 3—4% (воздух подогревается
до 80—90°), а во втором случае экономия должна составить около 8%
(воздух можно подогреть до 200°).
Значит, подогрев воздуха выгоднее осуществлять уходящими
газами.
А как целесообразнее использовать запас энергии отработавшего
пара?
Удовлетворительным решением этого вопроса является исполь-
зование пара для подогрева питательной воды.
Расчёты показывают, что если паровоз оборудовать паропере-
гревателем, дающим температуру перегретого пара до 450°, и водо-
подогревателем, который бы нагревал воду до 95°, то общий к. п. д.
паровоза можно повысить до 9—9,5%.
На современных паровозах типа 2-4-2 и 1-5-1, которые обеспе-
чивают высокую температуру перегретого пара (400—420°),
оборудованы водоподогревателями и имеют удачные конусные
дымовытяжные установки, был достигнут к. п. д. паровоза 9,2 —
9,3%.
Предварительный подогрев воды до 90—95° позволяет сберечь
8—10% топлива и до 10—12% воды.
За последние 20 лет было испытано на паровозах большое
•количество различных водоподогревателей и воздухоподогрева-
телей.
Широкое практическое применение нашёл водоподогреватель
смешения типа Брянского завода (см. стр. 80), которым оборудо-
ваны паровозы типов 2-4-2, 1-4 + 4-2, серии ЛВ, а также паровозы
старых серий.
Гораздо сложнее дело обстоит с подогревом воздуха: ни один из
воздухоподогревателей не нашёл практического применения на
паровозах; это свидетельствует о трудностях, с которыми сталкива-
лись конструкторы при создании таких устройств.
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы 191
5. ПАРОВОЗ 0 ТЕНДЕРОМ-КОНДЕНСАТОРОМ И НЕКОТОРЫЕ
ОПЫТНЫЕ ЛОКОМОТИВЫ
Если до сих пор не удалось создать удачной конструкции
воздухоподогревателя, то становится понятным, почему так трудно
создать паровоз, в котором были бы воплощены и другие новейшие
достижения стационарной теплотехники (высокое давление пара,
вакуумная конденсация, пылеугольное отопление и др.).
В решении проблемы повышения экономичности паровоза боль-
шое ^значение имели работы нашего соотечественника академика
С. П. Сыромятникова.
Созданная С. П. Сыромятниковым теория теплового процесса
помогла ему найти оригинальное решение вопроса о снижении
веса паровозного котла, что дало возможность устанавливать раз-
личные устройства, повышающие мощность и экономичность па-
ровоза.
«Тщательные расчёты показывают, — писал академик Сыромят-
ников, — что передняя половина трубчатой части паровозного котла
даёт не более 14—15% общего количества пара, производимого
паровозным котлом. Это значит, что мы возим на паровозе громадный
мёртвый вес в виде большой, громоздкой и тяжеловесной поверх-
ности нагрева, с которой снимаем очень мало пара. Если упразднить
неэффективную переднюю половину трубчатой части котла, то мы
освободим место на паровозе и создадим резервы, которые позволят
выиграть гораздо больше, чем потерянные при этом 14—15% пара».
Несколько лет назад по предложению акад. С. П. Сыромятни-
кова группа научных работников и инженеров Московского электро-
механического института инженеров железнодорожного транспорта
им. Ф. Э. Дзержинского разработала технический проект такого па-
ровоза типа 1-5-1 со значительно укороченной (вместо обычных 6 м)
трубчатой частью, т. е. фактически с новой схемой парового котла.
Правильность технических расчётов проверялась и подтвержда-
лась многочисленными испытаниями на разнообразных стендах и
моделях.
Опыты показали, что расположенный в специальной камере
(фиг. 145) так называемый выносной перекрёстноточный паропе-
регреватель (предложенный проф. Н. И. Белоконь в 1938 г.) спосо-
бен перегревать пар до 530°, водоподогреватель обеспечивает подо-
грев воды до 80—90°, а температура воздуха, подводимого в топку,
достигает 200—220°.
Опытный паровоз по предложению акад. Сыромятникова
(фиг. 145 и 146) был построен Ворошилов гр адским паровозострои-
тельным заводом им. Октябрьской революции.
$ *
*
Подсчитано, что если кусок каменного угля весом 1 кг превра-
тить в пыль, то общая его поверхность, соприкасающаяся с возду-
хом, поступающим в топку, возрастёт в 50 000 раз, и все частицы
угля будут сгорать полностью в одинаковых условиях.
192
Глава XI
Поэтому обычные потери тепла от провала и уноса угля должны
резко снизиться. Подсчёты показывают, что сжигание угля в виде
пыли позволяет значительно увеличить к. п. д. котла.
Советские инженеры провели многочисленные опыты по исполь-
зованию пылевидного топлива на паровозах и добились в этой
области заметных успехов. Однако многие вопросы ещё не решены.
Фиг. 145. Общий вид паровоза, предложенного С. П. Сыромятниковым
Главное осложнение состоит в том, что в обычной топке паровоза
сравнительно небольшого объёма задняя трубная решётка при отоп-
лении угольной пылью очень быстро (примерно в течение часа)
залепляется золой и шлаком.
Чем же это вызывается?
В обычной паровозной топке слой твёрдого топлива сжигается
на колосниковой решётке. Образующиеся при этом зола и шлак пе-
риодически удаляются из зольника.
Иначе обстоит дело в паровозах с пылеугольным отоплением.
Здесь никакого слоя топлива нет, так как сгорание мельчайших
частиц угля происходит на лету, в пространстве топки. Сгорание
происходит при очень высокой температуре. Зола, образующаяся
при сжигании пыли на лету, из-за высокой температуры плавится
и, оседая на менее нагретой задней решётке и на трубах, спекается
(шлакуется), быстро забивая их.
Каким же образом использовать высокую температуру сгорания
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы
193
пыли и в то же время снизить температуру перед трубной-решёткой,
не допуская её зашлаковывания?
Конструкторы увеличили объём топки за счёт использования
объёма зольника, надобность в котором при пылеугольном отопле-
нии отпала, и заставили сгорать угольную пыль не перед трубной
решёткой, а в месте расположения бывшего зольника, превратив
его в камеру горения (фиг. 147). Чтобы не допустить внешнего охлаж-
дения, её стенки обмуровываются огнеупорным кирпичом. Такая
Фиг. 146. Схема паровоза, предложенного С. П. Сыромятниковым
кладка способствует сохранению в камере горения высокой темпе-
ратуры, что очень важно для быстрого воспламенения и наиболее
полного сгорания угольной пыли.
Теперь нам нужно, чтобы топочные газы по выходе из камеры до
вступления в жаровые и дымогарные трубы интенсивно охлаждались,
что важно для предотвращения шлакования на трубной решётке.
Это достигается тем, что стенки топки не обмуровываются кир-
пичной кладкой, благодаря чему тепло топочных газов интенсивно
поглощается стенками и передаётся омывающей их воде.
Для этой же цели в топке устанавливаются поперечные циркуля-
торы и увеличивается длина свода.
Общее представление об устройстве современного паровоза с пы-
леугольным отоплением даёт фиг. 147. Этот паровоз работает на пыле-
топливе тонкого размола, приготовленном на специальной стацио-
нарной установке. Пылетопливо загружается в бункер, размещённый
на тендере. Благодаря наклонным стенкам бункера и особым плиткам
с большим количеством капиллярных отверстий (аэроплиткам),
к которым подводится сжатый воздух, угольная пыль встряхивается
и легко ссыпается к нижней части бункера в питатель. Отсюда она
захватывается воздушным эжектором и подаётся в два пылевоздухо-
провода (на схеме показан один пылевоздухопровод). Здесь пыль
смешивается с воздухом, необходимым для её сгорания. Пылевоз-
душная смесь поступает к двум горелкам, установленным перед
13 В А. Дробинский ,
194
Глава XI
камерой горения благодаря разрежению, создаваемому дымовытяж-
ным устройством паровоза. Назначение горелок — вызывать за-
вихрение смеси и тем самым лучше перемешивать пыль с воздухом.
Управление процессом горения сводится к регулированию подачи
Воздушные колонки
Бункер
Труда для растопки.
' J паровоза
Разводящая магистраль
/Редуктор
Язроплшпки
1
! I ’
I_-X-i—'
Паро-воз ду не-
воздушные иый насос
резервуары
Подвод втора чного
воздуха
Питатель //
ПылепроВод
Горелка
Фиг. 147. Схема пылеугольного отопления паровоза
воздуха к эжектору, а также и регулированию подачи воздуха'в“пы-
лепроводы и вторичного воздуха в камеру горения. Паровая маши-
на и конвейерные винты, необходимые для паровозов, отапли-
ваемых углеподатчиком, при пылеугольном отоплении не требуются.
* *
*
Оригинальным локомотивом является паровоз высокого давле-
ния, т. е. паровоз, который имеет давление пара в котле примерно
в 10 раз больше, чем на обычных паровозах (до 140 ат вместо
обычных 15 ат). К- п. д. таких паровозов теоретически достигает
18—20%.
Эффективность паровозов высокого давления объясняется сле-
дующим. Чем больше разница давлений пара, входящего в паровую
машину и выходящего из неё, тем лучше используется тепло, за-
ключённое в паре.
Раздвинуть эти границы можно за счёт уменьшения давления
отработавшего пара и повышения давления свежего пара.
В стационарных теплосиловых установках уже практически до-
стигнуто понижение давления отработавшего пара до 0,03—0,04 ат.
Напомним, что это давление в 25—30 раз меньше, чем давление на
поверхности земли. Однако получить такое понижение давления
(глубокий вакуум) в условиях паровоза далеко не так просто. Для
этого пришлось бы устанавливать специальные конденсаторы. Прак-
тически при ограниченных размерах и весе паровоза построить
такую паровую машину невозможно.
Таким образом, увеличить разницу давлений свежего и отрабо-
тавшего пара возможно только за счёт повышения давления пара
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы
195
в котле. Однако и здесь дело осложняется конструктивными труд-
ностями.
За время существования паровоза давление пара в котле возросло
в несколько раз. Однако самое высокое давление, которое удалось
получить в обычных паровозах, не превышает 20—22 ат.
Более высокое давление в котле паровоза обычного типа (т. е.
имеющего топку с плоскими стенками) не удаётся применить, так
как это связано с прочностью котла.
Вот почему для давлений выше 22 ат обычный паровозный котёл не
годится. Он должен уступить место котлу специальной конструкции.
Фиг. 148. Общий вид паротурбовоза с электрической передачей
В Советском Союзе в 1937 г. был создан опытный паровоз высо-
кого давления с прямоточным котлом. Однако должных результатов
получено не было.
Нигде в мире паровоз с высоким давлением пара не построен,
что свидетельствует о серьёзных затруднениях, возникающих при
решении этой проблемы. Одна из трудностей состоит опять-таки
в габарите подвижного состава железных дорог.
Подсчёты показывают, что если бы наряду с высоким давлением
перегретого пара удалось добиться весьма низкого давления отрабо-
тавшего пара, то экономичность такого паровоза была бы не меньше
экономичности тепловоза, который имеет наибольший к. п. д.
(до 28—29%) из всех существующих локомотивов.
Однако создать глубокий вакуум в обычном паровозе, как уже
было отмечено, пока что не удаётся.
Паровую поршневую машину можно заменить быстроходной
турбиной, но и в этом случае для получения глубокого вакуума
также необходим конденсатор. В таком локомотиве, называемом
паротурбовозом (фиг. 148), турбина приводится во вращение паром
из котла. Отработавший пар направляется в конденсаторы на тендере.
13*
196
Глава XI
Здесь он превращается в воду, которая при помощи насоса снова
подаётся в котёл. Для передачи движения от вала турбины движу-
щим колёсам устраиваются специальные передачи. Основное преи-
мущество паротурбовоза — возможность применения высокой тем-
пературы перегрева пара (до 570—600°) и высокого давления (по-
рядка 40—50 ат).
Имеются паротурбовозы различных конструкций. Одним из но-
вых является паротурбовоз с электрической передачей, построен-
ный для дороги Норфольк-Западная (США). На турбовозе приме-
нён пар давлением 42,2 ат с температурой перегрева 480°С; вме-
сто обычной конструкции котла установлен водотрубный котёл,
к. п. д. этого паротурбовоза, работающего на угольном отопле-
нии, примерно в 1,5 раза выше к. п. д. обычного паровоза. Мощ-
ность локомотива 4500 л. с., вес с тендером — 530 т.
* *
*
На замечательном свойстве обратимости пара в воду, т. е. на
многократном использовании одной и той же воды, построен паро-
воз с тендером-конденсатором (фиг. 149).
Фиг. 149. Общий вид паровоза с тендером-конденсатором
Пробег паровоза без набора воды зависит от её запаса в тендере.
Но запасы воды в тендере ограничены, так как значительно увели-
чивать ёмкость водяного бака нельзя из условий габарита подвиж-
ного состава и веса тендера.
Следовательно, достичь больших (порядка 1 UUU км) безостано-
вочных пробегов паровозов с обычными тендерами невозможно.
Вот почему конструкторы паровозов на протяжении многих де-
сятилетий настойчиво искали пути для практического решения этой
важной проблемы.
В 1891 г. русские инженеры — работники Коломенского заво-
да — нашли решение этой задачи: они спроектировали и построи-
ли первый в мире паровоз с конденсацией пара.
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы 197
К сожалению, до наших
дней не сохранились све-
дения об устройстве этой
оригинальной машины. Из-
вестно только, что такой
паровоз был оборудован
трубчатым конденсатором,
расположенным над кот-
лом.
Продолжая прогрессив-
ные начинания своих сооте-
чественников, советские
инженеры в 1935 г. созда-
ли паровоз с тендером-кон-
денсатором, открыв тем са-
мым гораздо более широ-
кую возможность достиже-
ния 1 000-километровых
пробегов без набора воды.
Паровозы с тендером-кон-
денсатором успешно экс-
плуатируются на наших
железных дорогах, особен-
но в безводных районах,
или в районах, имеющих
воду плохого качества.
Перед тем как разо-
браться в принципиальной
схеме такого паровоза,
вспомним, что количество
уходящего из машины пара
почти равно количеству
свежего пара, поступающе-
го в цилиндры машины.
Значит, если бы удалось
придумать устройства, ко-
торые превращали бы без
существенных потерь отра-
ботавший пар в воду,то это
было бы равносильно уве-
личению запасов воды в тен-
дере при сохранении преж-
ней ёмкости баков.
Современный паровоз
с! тендером-конденсатором
работает по следующей схе-
ме (фиг. 150). Также, как в
обычном паровозе, свежий
Фиг. 150. Упрощённая схема паровоза с тендером-конденсатором
198
Глава XI
пар из коллектора пароперегревателя направляется в цилиндры
паровой машины.
Но, совершив работу в цилиндрах, отработавший пар выбра-
сывается не в конус, т. е. не в атмосферу, как на обычном паро-
возе, а поступает в турбину дымососа,, заменяющего здесь конус.
Иными словами, дымосос, так же как и конус обычного па-
ровоза, является газососным устройством у паровоза с.конденса-
цией пара. Оно изображено отдельно на фиг. 151.
Пройдя через водоотделитель, т. е. прибор, отделяющий ка-
пельки воды, пар поступает на лопатки рабочего^ колеса турбины
дымососа. Вместе с колесом турбины вращается и газососное коле-
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы
199
со, так как оба они насажены на один вал. Вал установлен на
двух роликовых подшипниках.
Когда начинает вращаться газососное колесо, то газы из дымо-
вой коробки засасываются им и затем выбрасываются через ды-
мовую трубу в атмосферу. При этом в дымовой коробке создаётся
разрежение, необходимое для подвода воздуха в топку. По мере
увеличения числа оборотов турбины усиливается и тяга газов из
огневой коробки. Число же оборотов турбины зависит от расхо-
да пара паровой машиной. Чем больше она выбрасывает пара, тем
большее число оборотов развивает турбина. Максимальное число
её оборотов составляет 4 000 в мин.
Сифона при вентиляторной тяге нет. Его заменяет сам дымосос;
во время остановок и при езде с закрытым регулятором турбина
может быть приведена во вращение свежим паром.
Совершив работу в турбине, отработавший пар поступает в осо-
бый трубопровод. Он тянется вдоль всего паровоза к тендеру, вес
его достигает 4 т. Трубопровод снабжается маслоотделителем, кото-
рый очищает от масла движущийся из машины пар.
Подвижность трубопровода мятого пара между паровозом и тен-
дером (которые во время движения перемещаются относительно друг
друга) достигается при помощи шарового соединения. Пройдя это
соединение, пар поступает в турбину воздушных вентиляторов, рас-
положенную на тендере, и затем в трубки секций конденсаторов.
Турбина вращает три вентилятора, всасывающих атмосферный воз-
дух, который омывает секции конденсатора.
Каждый вентилятор обслуживает шесть секций, а каждая секция
состоит из 140 трубок с насаженными на них пластинками (рёбрами).
Поток холодного воздуха конденсирует пар, проходящий внутри
трубок секций сверху вниз. Капельки воды (конденсат) вытекают из
секций в нижние коллекторы, а затем в сборный бак ёмкостью Около
2 700 л.
Так достигается превращение пара в воду на паровозе с тендером-
конденсатором. Однако полученная вода всё ещё недостаточно чиста:
она содержит некоторое количество масла. Чтобы освободиться от
него, воду пропускают через маслоотстойпик и специальные
фильтры.
Теперь готовая для подачи в котёл горячая вода с температурой
98° водоструйными аппаратами (эжекторами) подаётся к поршневым
водяным насосам, которые нагнетают её в котёл паровоза.
Таким образом в паровозе с конденсацией пара происходит
непрерывное превращение воды в пар, а пара вводу. Это превраще-
ние совершается по замкнутому циклу и почти без потерь.
Выше было указано, что сконденсировавшаяся вода стекает
в бак ёмкостью всего лишь 2 700 л\ такая небольшая ёмкость бака
обусловливается тем, что он должен быть расположен под секциями
конденсатора.
Для возмещения воды, уходящей в атмосферу в виде пара при
его утечках и расходе на служебные нужды (например свисток),
200
Глава XI
на тендере размещаются ещё три сообщающихся между собой бака
общей ёмкостью около 10 000 л.
Общий запас воды на паровозе с тендером-конденсатором не пре-
вышает 12 700 л. Это в четыре раза меньше запаса воды в баках
обычного тендера мощного паровоза серии ИС.
Наряду с большими пробегами без набора воды паровозы с кон-
денсацией пара дают большую экономию в топливе, равноценную
экономии топлива, получаемой при водоподогревателях. По сравне-
нию с обычными паровозами они позволяют экономить до 15% угля.
❖ *
*
Итак, в паровозе и паротурбовозе в качестве рабочего тела
используется пар, поступающий в паровую машину или турбину.
Сложная паросиловая установка, наличие тяжёлого котла создают
ряд трудностей как при конструировании мощного и экономичного
парового локомотива, так и при его эксплуатации, и поскольку
последний должен возить с собой запас воды определённого каче-
ства, а сам котёл требует периодической промывки и очистки.
Кроме того, для превращения воды в пар нужно затрачивать боль-
шое количество тепла. Этих недостатков не имеют локомотивы, у
которых в качестве рабочего тела используется не пар, а воздух.
Локомотив, первичным двигателем которого является газовая
турбина, а в качестве рабочего тела используются воздух или смесь
воздуха с продуктами сгорания топлива, называется газоту'рбо-
возом.
Первый в мире газотурбовоз мощностью на валу турбины 2 200 л.с.
был построен в 1941 г. в Швейцарии фирмой Броун Бовери. Этот
локомотив и в настоящее время эксплуатируется на швейцарских
железных дорогах. В дальнейшем газотурбовозы были построены
в Англии, Франции, Швейцарии и США.
Сейчас в США работают 25 газотурбовозов, построенных
в 1953—1954 гг.
На фиг. 152 показан общий вид современного газотурбовоза,
построенного фирмой Дженерал Электрик Алко (США). Вес его
равен 249,5 т.
Основное достоинство газотурбинного локомотива — компакт-
ность и простота устройства при высоком коэффициенте полезного
действия, равном 15—19% (на низкосортном жидком топливе), и
большой мощности в одной секции (4 500 — 5 000 л. с. при длине
секции 25 — 27 м), что позволяет снизить расход металла на
единицу мощности.
Таким образом, существующие газотурбовозы при температуре
газов 700° по своему к. п. д. приближаются к тепловозу, хотя и
работают на более дешёвом и менее дефицитном жидком топливе.
А если удастся поднять температуру газов перед турбиной до
1000— 1100°, то к. п. д газотурбовоза будет равен к. п. д. тепло-
воза (28—29%).
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы
201
Газотурбинная установка состоит из трёх главных частей
(фиг. 153): газовой турбины, камеры сжигания и компрессора.
Атмосферный воздух сжимается в компрессоре до давления 5—6 ат,
поступает в камеру сжигания, в которую впрыскивается жидкое
топливо (или газ). В камере сжигания происходит процесс сгора-
ния топлива. Горячие газы направляются на лопатки газовой
турбины, где, расширяясь, приводят во вращение турбинное колесо.
Щ
Illi
Фиг. lt>2. Общий вид современного газотурбовоза
Чтобы компрессор засасывал и сжимал атмосферный воздух до
давления 5—6 ат, его нужно вращать. Для этого вал компрессора
соединяется муфтой с валом турбины. Таким образом, турбина вра-
щает не только генератор электрического тока, питающий тяговые
двигатели движущих осей локомотива, но и компрессор, наса-
женный на тот же вал.
Компрессору газовая турбина отдаёт весьма значительную часть
своей мощности (около 70%) и только остальную часть мощности
(около 30%)— тяговым двигателям.
Отработавшие в лопатках турбинного колеса газы выбрасывают-
ся в атмосферу через дымовую трубу. Имеются газотурбовозы, у
которых тепло отработавших в турбине газов используется в так
называемых регенераторах, в которых происходит подогрев сжатого
воздуха, поступающего из компрессора в камеру сжигания.
Учитывая преимущества газотурбовозов, июльский (1955 г.)
Пленум ЦК КПСС признал необходимым развернуть в широких
масштабах работы по созданию газотурбинных локомотивов, элект-
ровозов и тепловозов для дальнейшего технического оснащения
железных дорог.
В нашей стране сейчас ведётся проектирование ряда газотурбо-
возов, в том числе газотурбовоза мощностью в двух секциях
202
Глава XI
в 6 800 л. с. В ближайшие годы отечественные газотурбовозы будут
эксплуатироваться на наших железных дорогах наряду с теплово-
зами и электровозами.
Газотурбовоз может работать и на твёрдом топливе по трём
основным схемам: 1) сжигание угольной пыли, 2) применение
транспортных газогенераторов (газификация угля под давлением),
3) сжигание любых сортов топлива в схемах с воздушным кот-
лом. Однако газотурбовозы, работающие на твёрдом топливе, пока
не созданы, хотя исследования в этой сбласти ведутся в ряде
Фиг. 153. Схема газотурбинной установки
стран. Реальное решение этой многообещающей проблемы связано
с преодолением серьёзных трудностей (быстрый износ лопаток
турбинного колеса под действием горячих газов, содержащих
твёрдые частицы, создание жаропрочных сплавов, выдерживаю-
щих высокие температуры).
Высокую экономичность имеют газотурбовозы с так называе-
мым безвальным поршневым генератором газа. В этой схеме роль
компрессора выполняет дизель со свсбоднодвижущимися поршня-
ми. Однако безвальные генераторы, так же как и дизели на теп-
ловозах, потребляют высококачественное дизельное топливо. Пер-
вый в мире опытный локомотив с турбиной, в которой рабочим
телом является газ от генератора газа со свободно движущимися
поршнями, построен фирмой Рено (Франция) в 1952 г.
* %
*
27 июня 1954 г. в нашей стране была пущена в эксплуатацию и
дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства
прилежащих районов первая в мире атомная электростанция полез-
ной мощностью 5 000 кет. В настоящее время ведутся работы по соз-
данию промышленных электростанций на атомной энергии мощ-
ностью 50 000 — 100 000 кет.
Открытие и применение атомной энергии в мирных целях зна-
менует собой новую эру в развитии энергетики.
Паровоз с тендером-конденсатором и опытные локомотивы
203
Неограниченные перспективы в использовании этого величай-
шего достижения науки открываются для транспорта, в том числе
железнодорожного, являющегося, как известно, крупнейшим потре-
бителем топлива.
Атомные энергетические установки расходуют незначительное ко-
личество топлива. Достаточно сказать, что атомный локомотив смо-
жет совершать пробеги между заправками топливом в течение
1—2 лет. Это позволит ограничиться всего лишь одним пунктом
экипировки, стоимость которого будет, конечно, несравненно мень-
ше стоимости мощных и часто расположенных экипировочных
пунктов, необходимых при паровой и даже тепловозной тяге. Отпа-
дёт также надобность в подвижном составе для перевозки угля
и нефти, на которых работают обычные локомотивы.
Наряду с ничтожным расходом топлива важным достоинством
атомного локомотива является возможность сосредоточения весь-
ма большой мощности в одной секции (до 7 000— 10000 л. с.).
Такие локомотивы пока не построены, но проекты их уже созданы.
В этих локомотивах атомная энергия преобразовывается в тепловую
энергию, которая затем превращается в энергию движения по обыч-
ной схеме с помощью различных передач.
Рассмотрим вкратце принцип и особенности устройства атомного
локомотива мощностью 7 000 л. с., проект которого разработан
в США.
Генератором атомной энергии у локомотива является атомный
реактор — резервуар, изготовленный из специальной стали. В ре-
акторе, имеющем «ядерное горючее» (уран 235), запас которого
не превышает 10 кг, протекает деление ядра урана, сопровождае-
мое образованием большого количества тепла.
Тепло передаётся воде, благодаря чему получается пар (давле-
нием около 18 ат). Таким образом, реактор выполняет функции
паровозного котла.
Пар по специальному паропроводу приводит в действие турбину,,
делающую 6 000 об/мин. Турбина вращает электрогенераторы. Ток,
вырабатываемый генераторами, направляется в тяговые электро-
двигатели, установленные на 12 движущих осях локомотива.
Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор: образо-
вавшаяся здесь вода накачивается обратно в реактор (замкнутый
цикл).
В этом локомотиве общий вес реактора достигает 180 т, т. е.
равен почти половине всего веса локомотива. Стенки реактора
имеют очень большую толщину (порядка 300мм), которая необхо-
дима для того, чтобы защитить локомотивную бригаду от вредных
излучений. Размещение громоздкого и тяжёлого реактора на локо-
мотиве при его ограниченных размерах и весе—задача весьма
трудная.
• Общий вес двенадцатиосного атомного локомотива с установлен-
ными на нём реактором и вспомогательным оборудованием состав-
ляет 327 т.
*204
Глава XI
6. МОДЕРНИЗАЦИЯ ПАРОВОЗОВ
В наши дни техника развивается неизмеримо быстро. То, что было
достигнуто совсем ещё недавно, уже не удовлетворяет конструкторов
сегодня. Непрерывно испытываются новые более совершенные кон-
струкции узлов и деталей, улучшается технология их производства,
осваиваются новые качественные марки металлов и сплавов, поз-
воляющие значительно уменьшить общий вес машин и в то же время
увеличить их прочность. Приведём лишь один пример. Поршень,
установленный в паровой машине паровоза 2-4-2, весит в два раза
меньше поршня, установленного на паровозе серии Су (64 кг против
128 кг), хотя диаметры цилиндров у этих паровозов одинаковы, а ра-
бочее давление пара у первого локомотива выше, чем у второго на
2 ат. Этого удалось достигнуть благодаря применению качественной
углеродистой стали и изготовлению заготовки поршня штамповкой.
В паровозах новейшей постройки находят применение водоподо-
греватели, увеличители сцепного веса, роликовые и игольчатые под-
шипники в движущем и парораспределительном механизмах, чугун-
ные сальники, автостопы, локомотивная сигнализация, скоросте-
меры, радиосвязь и др.
Естественно, что паровозы, построенные много лет назад, зна-
чительно устарели и неполностью отвечают современным научно-
техническим требованиям и задачам повышения их экономичности.
Поэтому огромное значение приобретает проблема усовершенствова-
ния паровозов действующего парка и внедрения в их конструкцию
последних технических достижений.
Модернизация и предусматривает приведение паровозов старой
постройки в соответствие с современными требованиями науки и тех-
ники. В отличие от реконструкции, вносящей коренные изменения
в устройство машин, модернизация характерна относительно незна-
чительными изменениями в конструкции и в изготовлении отдельных
узлов паровозов.
Модернизация локомотивов проводится постоянно, непрерывно
и призвана отражать в себе, как в зеркале, богатейший опыт их экс-
плуатации паровозными и ремонтными бригадами, лучшие достиже-
ния научной и конструкторской мысли, предложения многочислен-
ной армии изобретателей.
Какие же наиболее важные работы проводятся сейчас по техни-
ческому обновлению локомотивов?
Проследим это на примере мощных грузовых паровозов серии ФД,
построенных 23 года назад, тогда эти машины воплощали в себе луч-
шие достижения паровозостроительной науки и техники.
Сейчас они не строятся, но эксплуатация их продолжается на
ряде железных дорог.
В процессе модернизации паровозов серии ФД давление пара
в котле повышено на 1 ат (с 15 до 16 ат). Кроме того, на них уста-
навливаются водоподогреватель смешения Брянского завода, широ-
котрубный пароперегреватель вместо мелкотрубного, улучшенная
Модернизация паровозов
205
конусно-вытяжная установка, парораспределительный механизм,
с увеличенной отсечкой до 0,7 (чтобы обеспечить увеличение
силы тяги по машине), сажесдуватель с выдвигающимся соплом.
Применение на паровозах указанных усовершенствований повы-
шает их тепловую экономичность.
Наряду с тепловой модернизацией проводится модернизация,
направленная на улучшение конструкции паровозов и повышение
безопасности движения, в связи с увеличением веса и скорости
поездов.
Для повышения сцепного веса паровоза серии ФД в период дви-
жения на малых скоростях на нём устанавливается увеличитель
сцепного веса. Кроме того, применена централизованная смазка эки-
пажа, облегчающая труд паровозных бригад; установлены саморегу-
лирующиеся буксовые клинья,снабжённые пружинами, которые сами
поднимают клинья, обеспечивая правильное положение буксы в бук-
совом вырезе. Важным достижением последних лет является усо-
вершенствование поршневых и золотниковых сальников,в связи с чем
старые сальники заменяются так называемыми лабиринтными
сальниками ЦНИИ с чугунными уплотнительными кольцами, обес-
печивающими паронепроницаемость при меньшем расходовании
цветных металлов.
Среди мероприятий по модернизации предусмотрено и уже осуще-
ствляется оборудование паровозов серий ФД автостопами, радио-
связью, скоростемерами, ускорителями отпуска тормозов, так как
при современных длинносоставных поездах сопротивление в воз-
душной магистрали значительно возрастает, мощными и экономич-
ными паро-воздушными компаунд-насосами.
Круг технических задач, разрешаемых в связи с модернизацией
паровозов разных серий, весьма велик и не ограничивается, конечно,
перечисленными мероприятиями, данными применительно к паровозу
серии ФД. Сюда входят вопросы усиления отдельных узлов и де-
талей паровоза, усовершенствования технологии их изготовления,
повышения давления и температуры пара и т. д. В дальнейшем,
помимо сказанного, намечается установка на паровозах серий СО
и Су водоподогревателей, сервомоторов и другого оборудования,
проверенного в эксплуатационных условиях.
Многолетний опыт модернизации наличного парка локомотивов
показывает, что она позволяет значительно повысить экономич-
ность паровозов, увеличить их мощность и облегчить условия труда
паровозных бригад в соответствии с современными достижениями
науки и техники.
Наряду с модернизацией в настоящее время широко прово-
дится унификация узлов и деталей паровозов.
Унификация преследует основную цель: максимально сократить
количество типов конструкций одноимённых узлов и деталей, при-
вести их, по возможности, к одинаковым размерам. Благодаря уни-
фикации устанавливаются наиболее рациональные формы, раз-
меры, допуски и посадки, а также классы чистоты обработки
206
Глава XI
деталей, становится возможным значительно упростить и удеше-
вить их серийное производство и в то же время повысить надёж-
ность в работе.
При пересмотре конструкции деталей и узлов инженеры старают-
ся добиться экономии металла, особенно бронзы, баббита, латуни,
свинца.
В настоящее время уже унифицированы десятки узлов и деталей
парового котла, паровой машины и экипажа. Среди них инжекторы,
предохранительные клапаны котла, раздвижные золотники, поршни,
ползуны, элементы пароперегревателей, обратные клапаны смазки.
Огромное значение унификации можно проиллюстрировать мно-
жеством примеров. Так, до унификации на паровозах ставилось
9 типов предохранительных клапанов; после унификации, которая
позволила сократить количество разнотипных деталей в 11 раз,
остался один предохранительный клапан — простой в изготовле-
нии и ремонте.
Т л а в а XII
АВТОТОРМОЗА
1. НАЗНАЧЕНИЕ ТОРМОЗОВ
Если на горизонтальном пути машинист закроет регулятор на
паровозе, т. е. прекратит впуск пара в паровую машину, то поезд
сразу не остановится, а будет продолжать движение по инерции.
Современные поезда развивают во время движения огромную
кинетическую энергию (живую силу). Например, поезд весом 2 000 т
(2 000 000 кг) при скорости 50 км/час (14 м/сек) обладает кинетиче-
ской энергией около 20 000 000 кгм. А если взять поезд того же веса,
но имеющий скорость движения 100 км/час (28 м/сек}, то кинети-
ческая энергия его окажется равной 80 000 000 кгм. Чтобы пред-
ставить себе величину той энергии, достаточно сказать, что её хва-
тило бы на подъём груза в 1 т на 20 км в первом случае и на 80 км
во втором случае.
Иными словами, кинетическая энергия поезда измеряется не-
сколькими десятками миллионов килограммометров.
На что же она расходуется?
Движению поезда всегда препятствует ряд сил: сила сопротивле-
ния встречного потока воздуха, силы трения, возникающие при ка-
чении колёс по рельсам, силы трения, действующие между деталями,
трущимися друг о друга. Эти силы сопротивления движущийся поезд
преодолевает за счёт работы сил пара, а при прекращении впуска
пара — за счёт накопленной при работе пара кинетической энергии,
запас которой постепенно уменьшается. Когда он полностью исто-
щится, поезд остановится.
Расстояние, которое пройдёт поезд до полной остановки, продол-
жая движение по инерции, зависит главным образом от скорости
поезда в момент закрытия машинистом регулятора, а также от про-
филя пути, по которому поезд движется в этот период.
Чем больше начальная скорость поезда, тем больший путь прой-
дёт он по инерции. Если машинист закрыл регулятор при скорости
поезда 60 км/час, то расстояние, пройденное поездом по горизон-
тальному пути до полной остановки, составит около 5 000 м. При
начальной скорости 70 км/час расстояние увеличится до 6 800 м.
Следовательно, при поглощении кинетической энергии только
силами сопротивления поезд будет проходить до остановки очень
большой путь. Значит, одних сил сопротивления недостаточно для
того, чтобы поезд быстро остановился в заранее намеченном месте.
208
Глава XI1
Ведёт ли машинист состав по большому спуску или крутому
затяжному подъёму, подъезжает ли поезд к станции, если возник-
нет необходимость в быстрой остановке поезда (впереди красный
огонь светофора, на переезде застряла автомашина и т. п.), маши-
нист обязан срочно принять все меры к остановке поезда на крат-
чайшем расстоянии.
Поэтому в руках машиниста должно быть сосредоточено управле-
ние такими механизмами, которые давали бы возможность в случае
надобности быстро и эффективно поглощать кинетическую энергию
поезда (или одиночного локомотива) для его остановки.
Направление движения
Нагрузка
на колесо -
направлен
Вращения
Бандаж
Сила трения
скольжения
Сила нажатия
торпознои колодки
на бандаж
Тормозная сила
(горизонтальная реакция
со стороны рельса на колесо)
Торнозназ
колобка
Нагрузка
на колесо/
Тбрмозная сала,
Фиг. 154. Силы, вызывающие торможение
Сила
наж&таз
Такими механизмами прежде всего являются автоматически дей-
ствующие тормоза (воздушные или электровоздушные), при помощи
которых осуществляется быстрое замедление движения всего поезда
(или одиночно следуемого локомотива).
Имеются также и другие средства для замедления движения и
остановки поезда — это ручные тормоза на подвижном составе, реку-
перативное торможение на электровозах и контрпар на паровозах.
Для того чтобы остановить или замедлить движение поезда,
надо искусственно вызвать такие силы, которые были бы направле-
ны против движения, против сил инерции.
Это достигается прижатием специальных тормозных колодок
к бандажам колёс. Чтобы разобраться в силах, непосредственно
вызывающих торможение, будем относить наши рассуждения к од-
ному из двух колёс, насаженных на ось. Явления торможения у вто-
рого колеса, а также у других колёсных пар будут аналогичными.
Когда тормозная колодка прижимается к бандажу, катящегося
по рельсам колеса (фиг. 154), между ними возникает сила трения
скольжения. Эта сила вызывает равную себе со стороны рельса в точ-
ке опоры колеса горизонтальную реакцию, направленную в сто-
рону, обратную движению. Горизонтальная реакция со стороны
рельса на колесо, вызванная силой трения колодки о бандаж, и
Автотормоза
209
является тормозной силой, которая задерживает вращение колёс
и в конце концов останавливает поезд.
Если повышать силу нажатия тормозной колодки на бандаж,то си-
ла трения скольжения между колодкой и бандажом будет повышать-
ся, а вместе с ней повысится и величина горизонтальной реакции
со стороны рельса на колесо. Эта реакция возникает в результате
упора неровностей на поверхности бандажа в «бугорки» на поверх-
ности рельса. Величина силы трения между бандажом и тормозной
колодкой равна произведению силы нажатия колодки на величину
коэффициента трения, который с увеличением скорости умень-
шается.
При повышении силы трения между бандажом и колодкой она
может срезать бугорки на поверхности рельса и колесо перестанет
катиться по рельсу, а начнёт скользить по нему, как скользят санки
по снегу. Сцепление колеса с рельсом нарушится, колесо заклинится
и наступит явление скольжения, которое называют «юзом». В этом
случае тормозная сила значительно уменьшается.
Кроме того, на поверхности катания бандажа от стирания метал-,
ла образуются площадки (ползуны), угрожающие безопасности
движения.
Отсюда следует, что если сила трения между бандажом и колод-
кой превысит силу сцепления колеса с рельсом, произойдёт закли-
нивание колеса.
Чтобы ликвидировать начавшийся юз, нужно значительно умень-
шить силу трения между бандажом и колодкой. Поэтому нельзя
беспредельно увеличивать силу нажатия колодок на колёса. Она
должна быть наибольшей (это позволит остановить поезд на воз-
можно меньшем расстоянии), но ни в коем случае не должна превос-
ходить силы сцепления колёс с рельсами (подобно тому, как нельзя
увеличить силу тяги паровоза больше силы сцепления движущих
колёс с рельсами, см. гл. VIII).
Тормозная сила всего поезда складывается из тормозных сил,
приложенных к тормозным колёсным парам. Во время нажатия и
трения тормозных колодок о колёса движущегося поезда кинетиче-
ская энергия его переходит в тепловую энергию.
Согласно известному закону физики на получение одной большой
калории тепла необходимо затратить 427 кгм работы. Если кинети-
ческая энергия поезда равна 80 000 000 кгм., то она эквивалентна
(равнозначна) 188 000 килокалориям тепла.
Чтобы представить себе, как велики тепловые потери, связанные
с поглощением тормозами кинетической энергии поезда, достаточно
сказать, что этим количеством тепла можно было бы довести до ки-
пения, т. е. до 100° около 1 880 л воды.
Процесс торможения сопровождается разрушительной работой. В
результате износа чугунных колодок при торможении рассеиваются
в пыль сотни тысяч тонн чугуна. Вот почему такое большое значение
приобретает проблема повышения износоустойчивости колодок и
правильное пользование тормозами.
14 В. А. Дробивский
210
Глава XII
2. ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ
Тормозным путём называется расстояние, проходимое поездом
или отдельным локомотивом от момента приведения в действие тор-
мозных средств поезда (отдельного локомотива) до полной его оста-
новки.
Степень эффективности тормоза в основном определяется длиной
тормозного пути. Длина тормозного пути зависит главным образом
от веса поезда,его скорости, профиля пути и удельного тормозного
нажатия, т. е. суммы нажатия тормозных колодок на 100 т веса
поезда. Тормоза, применяемые в вагонах метро, обеспечивают тор-
мозной путь примерно 200 м, тормоза пассажирских поездов —
около 400 м и грузовых поездов около 800 м (для скоростей поряд-
ка 70 ы/час на 8°/00 спуске).
Если взять два поезда (тяжёлый и лёгкий), то при одинаковой
скорости кинетическая энергия первого поезда больше, чем второго
пропорционально весу.
Следовательно, тяжёлый поезд при одном и том же нажатии коло-
док должен пройти и больший тормозной путь. Чтобы этого не про-
изошло, т. е. чтобы тормозной путь не изменился, надо увеличить
тормозную силу пропорционально весу поезда. Например, если вес
тяжёлого поезда в два раза больше лёгкого, то во столько же раз
надо увеличить и тормозную силу. Это мы вправе сделать, так как
у тяжеловесного поезда нагрузка на каждую ось гружёного вагона
больше; в результате увеличивается и сцепление колёс с рельсами.
Сложнее обстоит дело со скоростью: если увеличить скорость
поезда перед торможением в два раза, то тормозной путь возрастёт
почти в четыре раза; если увеличить скорость вчетверо, то тормозной
путь возрастёт в 16 раз. Для сохранения же постоянного тормозного
пути необходимо увеличивать тормозную силу приблизительно во
столько же раз, во сколько возрастает тормозной путь.
Таким образом, скорость движения влияет на величину тормоз-
ного пути гораздо больше, чем вес поезда.
Ещё труднее остановить поезд или уменьшить скорость его дви-
жения на крутом и затяжном (длинном) спуске, когда скорость по-
езда, даже при закрыто^ регуляторе, увеличивается под действием
составляющей силы тяжести.
3. АВТОМАТИЧНОСТЬ ТОРМОЗА
В настоящее время во всех поездах применяются тормоза, кото-
рые можно привести в действие не только с локомотива, но и из
вагонов. Для этого проводнику или пассажиру достаточно открыть
стоп-кран в одном из вагонов, в результате чего все тормоза поезда
придут в действие. Автоматичность тормозов заключается в том,
что при разрыве магистрали или открытии стоп-кран из вагона
автоматические тормоза приходят в действие и поезд останавли-
вается независимо от машиниста локомотива. Предположим, что
в поезде, следующем по участку, внезапно произошёл разрыв
Автотормоза
211
упряжи или саморасцеп автосцепки; т. е. поезд разделился на две
'части. В этом случае тормоза в обеих частях поезда придут в дей-
ствие автоматически и произой-
дёт его остановка.
В последнее время автомати-
ческие тормоза снабжаются спе-
циальными приборами—автосто-
пами (см. XIV главу). Автостоп
сигнализирует машинисту о при-
ближении поезда к запрещаю-
щему сигналу, и если машинист
•почему-либо не реагирует на
этот сигнал, автоматически при-
ведёт в действие тормоза и оста-
новит поезд.
Таким образом, автоматиче-
ские тормоза играют важнейшую
роль в обеспечении безопасности
движения на железных дорогах.
До появления автотормозов
поезда приходилось тормозить
вручную. Ручной тормоз (фиг.
155) вагона приводился в дейст-
вие человеком (тормозильщи-
ком), который находился на
площадке вагона. Для обслу-
живания поезда требовалось
много тормозилыциков. Сигна-
лы к торможению подавались
свистком паровоза. Услышав
•сигнал, тормозилыцики приво-
дили в действие тормоза, но обладая различной физической силой
и расторопностью, они не могли достигнуть равномерного и эффек-
тивного торможения.
Таким образом, судьба поезда находилась в руках тормозиль-
щиков, а не в руках машиниста. Неудивительно поэтому, что при
•ручном торможении допускаемая скорость движения, вес и длина
поездов были небольшими.
С ростом железнодорожных перевозок, увеличением веса и ско-
рости поездов автоматические тормоза вытеснили ручные. Сейчас
ручные тормоза применяются только на случай удержания поезда
•на спуске после его остановки автоматическими (пневматическими
.или электропневматическими) тормозами.
4. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ АВТОТОРМОЗОВ
Для приготовления сжатого воздуха на каждом паровозе ста-
вится насос (фиг. 156), приводимый в действие паром из котла.
Пуск насоса осуществляется вручную (открытием парозапорного
14*
212
Глава XII
вентиля), но вся его дальнейшая работа протекает автоматически:
специальный регулятор давления останавливает насос, если дав-
ление сжатого воздуха достигает заданной величины (обычно 8—
9 ат), и снова пускает его в ход, когда давление снизится на
0,2—0,3 ат, т. е. на величину чувствительности работы регуля-
тора давления.
Современный паро-воздушный компаунд-насос нагнетает в одну
минуту до 3 000 л атмосферного воздуха.
Сжатый воздух, нагнетаемый насосом, подводится в место его
накопления — в главный воздушный резервуар. Обычно на паро-
возе устанавливаются два соединённых воздухопроводом главных
воздушных резервуара общей ёмкостью от 900 до 1 000 л. Из главного
воздушного резервуара сжатый воздух подаётся к крану машиниста
и отсюда в длинный, уложенный вдоль всего поезда, воздухопро-
вод (тормозную магистраль), а от него через воздухораспредели-
тели — в запасные резервуары. Кран машиниста предназначен
для управления давлением воздуха в магистрали, т. е. для управле-
ния автотормозами.
Между паровозом, тендером и вагонами магистраль соединяется
резиновыми соединительными рукавами. Под каждым паровозом и
тормозным вагоном находятся запасные резервуары, тормозные
цилиндры и воздухораспределители.
Воздухораспределитель — сердце тормоза — распределяет сжа-
тый воздух между магистралью, запасным резервуаром и тор-
мозным цилиндром.
Иными словами, тормозной цилиндр прямого сообщения с тор-
мозной магистралью не имеет. При таком устройстве воздухорас-
пределитель в одном случае сообщает магистраль с запасным резер-
вуаром и тогда последний наполняется (заряжается) сжатым возду-
хом из магистрали (в этом случае тормозной цилиндр через воз-
духораспределитель сообщён с атмосферой), а в другом случае уста-
навливает прямое сообщение между запасным резервуаром и тор-
мозным цилиндром и тогда последний наполняется сжатым возду-
хом из запасного резервуара.
В процессе поступления в тормозной цилиндр сжатый воздух
перемещает поршень со штоком, а вместе с ним и рычажную пере-
дачу, с помощью которой тормозные колодки прижимаются к
колёсам.
Чтобы представить действие автоматических тормозов, проследим
за чередованием важнейших процессов (зарядки, торможения и
отпуска), происходящих при управлении тормозами (см. фиг. 156).
Зарядка. Перед отправлением поезда тормоз заряжается или,
как принято говорить, производится зарядка тормозов. Зарядка
тормозов заключается в наполнении магистрали и запасных резер-
вуаров сжатым воздухом из главного резервуара паровоза.
Для зарядки нужно повернуть рукоятку крана машиниста
в положение (первое), при котором главный резервуар получит со-
общение с тормозной магистралью поезда (фиг. 156, а).
Автотормоза
213
Фиг. 156. Схема действия пневматических автотормозов;
а — при отпуске; б — при торможении
214
Глава XII
Зарядка считается оконченной, когда давление в магистрали
и запасных резервуарах достигнет установленной величины (для
грузовых поездов 5,3—5,5 ат и пассажирских 5,0—5,2 ат). Это
давление устанавливается краном машиниста и контролируется
по манометру.
После того как давление в магистрали достигает указанных ве-
личин, рукоятку крана машиниста переводят в следующее положе-
ние, называемое поездным, при котором указанное давление поддер-
живается автоматически, независимо от утечек.
При зарядке давление сжатого воздуха в магистрали повышает-
ся; части (внутренние органы) воздухораспределителя устанавли-
ваются в такое положение, при котором воздух из магистрали на-
правляется в запасный резервуар. В тормозной цилиндр сжатый,
воздух при этом пройти не может, цилиндр остаётся сообщённым
с атмосферой, и тормозные колодки, как это видно из фиг. 156, а,
не прижимаются к колёсам.
Торможение. Для торможения необходимо, чтобы воздух
из запасного резервуара был выпущен в тормозной цилиндр, кото-
рый предварительно должен быть изолирован от атмосферы.
Это достигается тем, что машинист, ставя рукоятку крана маши-
ниста в тормозное положение, выпускает часть воздуха из тормоз-
ной магистрали в атмосферу.
При некотором снижении давления в магистрали воздухорас-
пределитель приходит в действие и его части устанавливаются в
такое положение, при котором запасный резервуар соединяется с
тормозным цилиндром и разобщается с магистралью, как показано
на фиг. 156, б.
Тогда под напором сжатого воздуха, перетекающего из запасного
резервуара в тормозной цилиндр, поршень последнего будет пере-
мещаться вместе со штоком и, воздействуя на рычажную передачу,
прижмёт тормозные колодки к бандажам колёс. В зависимости от
силы нажатия колодок поезд или остановится или скорость его
уменьшится.
Чтобы ещё раз понизить давление в магистрали, нужно повер-
нуть рукоятку крана машиниста в положение, при котором магист-
раль снова соединяется с атмосферой.
Разумеется, что в этом случае давление в магистрали понизится,
воздухораспределитель вновь сообщит запасный резервуар с тормоз-
ным цилиндром и тормозные колодки с помощью рычажной передачи
с большей силой прижмутся к колёсам.
Схема расположения и подвески тормозных колодок на паровозе
показана на фиг. 157.
Отпуск. Получив нужную степень торможения, машинист
выключает тормоза или, как говорят железнодорожники, произво-
дит отпуск тормозов. Для этого он с помощью крана машиниста со-
единяет главный резервуар с магистралью (см. фиг. 156, а). Впуск
сжатого воздуха в магистраль сопровождается повышением дав-
ления в ней до установленного.
Автотормоза
215
После этого рукоятка крана машиниста переводится в поездное
положение, при котором давление в магистрали в дальнейшем авто-
матически поддерживается 5—5,2 или 5,3—5,5 ат. При этом части
воздухораспределителя устанавливаются в первоначальное положе-
ние, т. е. выпускают сжатый воздух из тормозных цилиндров
в атмосферу и одновременно наполняют запасные резервуары сжа-
тым воздухом из магистрали.
Тормоз вновь готов (заряжен) для следующего торможения.
Итак, понижение давления воздуха в магистрали вызывает тор-
можение поезда, а повышение давления — отпуск тормозов. Напол-
нение сжатым воздухом тормозных цилиндров происходит из запас-
ных резервуаров,предварительно заряженных до давления 5—5,2или
Фиг. 157. Схема расположения и подвески тормозных колодок на паровозе
5,3—5,5 ат в зависимости от рода поезда — пассажирский или гру-
зовой. В этом и заключается общий принцип действия всех автома-
тических воздушных тормозов, применяемых на железнодорожном
транспорте.
Хотя рассмотренный нами тип тормоза является автоматиче-
ским, но он непрямодействующий (истощимый).
Это значит, что при длительном торможении запас сжатого воз-
духа (в запасном резервуаре) может истощиться: в процессе торможе-
•ния запасный резервуар воздухораспределителем разобщён с маги-
стралью, а магистраль краном машиниста разобщена с главным ре-
зервуаром. Поэтому воздух в тормозной цилиндр может поступать
только из запасного резервуара, объём которого ограничен, и утечки
воздуха восполняться не будут. Вследствие этого давление в тормоз-
ных цилиндрах, а значит, и тормозная сила поезда, постепенно
уменьшатся.
Чтобы вновь восстановить высокое давление воздуха в тормоз-
ном цилиндре, необходимо сообщить магистраль с главным и запас-
ными резервуарами. Для этого машинист должен произвести от-
пуск и зарядку тормоза. Лишь после такой перезарядки можно
снова начинать торможение. На это требуется затратить некоторое
время, потеря которого при торможении, особенно на спусках,
весьма опасна, а иногда и вовсе недопустима.
Таким образом, главным недостатком непрямодействующего
автоматического тормоза является его истощимость.
216
Глава XII
Автоматическим тормозам системы Матросова и Казанцева не
присуща истощимость.
Воздухораспределители советских тормозов так устроены, что
при недостатке воздуха в запасных резервуарах они пополняются из
магистрали, которая в свою очередь получает воздух из главного
резервуара паровоза через кран машиниста.
Таким образом, при любых условиях запасные резервуары всег-
да обеспечены нужным количеством сжатого воздуха. Тормоза си-
стемы Матросова и Казанцева являются неистощимыми, поэтому
они называются прямодействующими автоматическими тормозами.
Лучший из них тормоз Матросова в 1930 г. принят типовым для
грузового подвижного состава железных дорог СССР.
С 1953 г. подвижной состав оборудуется тормозом Матросова
(MT3-135), который наряду с указанными достоинствами обладает
также лёгким отпуском, более быстрым наполнением тормозных
цилиндров и наличием ускорителей для экстренного торможения.
Отпуск тормозов называется лёгким потому, что тормозные ко-
лодки в длинносоставном поезде отходят от бандажей в течение
40—50 сек. вместо 2—3 мин. при старом тормозе.
Быстрое наполнение тормозных цилиндров обеспечивает значи-
тельное сокращение тормозных путей.
5. ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ
ТОРМОЗОВ
Недалеко то время, когда па наших дорогах появятся высоко-
скоростные поезда: пассажирские составы будут проходить в час
150—200кл, скорость грузовых достигнет 100—120 км/час.
Применение высоких скоростей потребует решения ряда задач:
увеличения прочности железнодорожного пути, улучшения дина-
мических и аэродинамических качеств локомотивов, широкого ис-
пользования современных средств автоматики.
Уже сейчас важное значение приобретает проблема электро-
пневматических тормозов, как наиболее совершенных по управля-
емости и эффективности действия тормозных средств.
Перед тем, как познакомиться с этими новыми видами автотормо-
зов, обеспечивающих безопасность движения на высоких скоро-
стях, остановимся на некоторых особенностях чисто пневматиче-
ского автотормоза.
Важнейшими приборами такого тормоза, как уже знает читатель,
являются воздухораспределители. Расположенные под каждым
тормозным вагоном они приходят в действие не сразу, а после-
довательно.
Первоначально, когда машинист только переставил рукоятку
крана в тормозное положение и воздух только начал выходить
из магистрали, приходят в действие воздухораспределители перед-
них, головных вагонов. Затем процесс торможения распространяет-
ся вдоль поезда со скоростью примерно 150 — 200 м/сек (скорость
Автотормоза
217
тормозной волны), заставляя срабатывать воздухораспределители
хвостовых вагонов. Процесс падения давления в магистрали про-
исходит с несколько большей скоростью, т. е. опережает тормоз-
ную волну.
Следовательно, от момента поворота рукоятки крана машиниста
в тормозное положение до начала действия тормоза последнего
вагона проходит некоторое время тем большее, чем длиннее поезд.
Так, в длинносоставных грузовых поездах оно равно около
7 сек.
К сказанному следует добавить, что тормозные цилиндры на-
полняются сжатым воздухом не сразу, а в среднем в течение при-
мерно 18 сек. (у грузовых поездов).
Почему так много времени затрачивается на заполнение цилинд-
ров?
При пневматических автотормозах резкое сокращение этого
времени привело бы к появлению в поезде, особенно длинносостав-
ном, продольно-динамических реакций, так как воздухораспреде-
лители головных вагонов имели бы полное нажатие колодок, а
хвостовые вагоны ещё не начали бы тормозить, что вызвало бы
сильное набегание и оттяжку хвостовой части поезда.
Чтобы избежать реакций и, следовательно, достигнуть высокой
плавности торможения, приходится намеренно увеличивать время
наполнения тормозных цилиндров с таким расчётом, чтобы в мо-
мент торможения хвостовых вагонов нажатие тормозных колодок
головных вагонов (время заполнения тормозных цилиндров) было
бы не более 30% от максимального.
При пневматических тормозах грузовых поездов максимальное
торможение всего состава начинается примерно через 7 сек., а в
пассажирских поездах через 4 сек.
За это время (называемое временем подготовки к торможению)
успевает прийти в действие только часть тормозов, расположенная
преимущественно в передней половине поезда.
Этим, собственно, и объясняется значительная длина предтррмоз-
ного пути.
Если бы удалось уменьшить время подготовки к торможению,
то эффективность автотормозов возросла, так как предтормозной
путь, а значит, и тормозной путь значительно сократились, что осо-
бенно важно при высоких скоростях движения.
Как это сделать?
Большие возможности для управления воздухораспределителями
на расстоянии открывает электротехника.
Так как скорость распространения электрического тока прак-
тически мгновенна, то и воздухораспределители, управляемые
с помощью электричества, будут срабатывать одновременно во
всех тормозных вагонах поезда, как бы ни был он длинен. Спе-
циальные опыты, проведённые ЦНИИ МПС, показали, что при
длине поезда 1 000 м все воздухораспределители срабатывают s
течение 0,4 сек., т. е. практически одновременно.
218
Глава XII
Этими же опытами установлено, что время наполнения тормоз-
ных цилиндров сжатым воздухом во всём поезде от нуля до полного
расчётного давления составляет 4,0—4,5 сек., что полностью исклю-
чает возникновение в поезде продольно-динамических реакций, так
как все вагоны тормозятся одновременно и практически с одинако-
вым замедлением.
Таким образом, одновременное срабатывание воздухораспре-
делителей независимо от длины поезда не только способствует
сокращению тормозного пути, но и обеспечивает плавность тор-
можения по всему составу.
КольиеВое
отперт
ВлектроВоздухо- I
распределитель '
КалидроВатшЛ
отверсти е |
В атмосферу
УШ,
В tunmqie-
Тормозной
цилиндр
Клапан
Переклю-
чательный
клапан
Пустотелый
клапан
. Гзапасньи--г
—-реэербуорХР
СкородейстВующий тройней
клапан
Стрелками услов-
но показано №и -
жение Воздуха
ври торможении
Тортзнай
магистраль
Фиг. 158. Схема электровоздухораспределителя
Пневматические автотормоза, воздухораспределители которых
управляются при помощи электрического тока, называются элек-
тропневматическими тормозами.
Электропневматическим тормозом оборудованы пригородные по-
езда (моторвагонные секции) электрифицированных участков же-
лезных дорог. Семилетний опыт эксплуатации этих тормозов пол-
ностью себя оправдал с точки зрения гибкости управлениям также по
надёжности и эффективности их работы.
В настоящее время проводится опытная эксплуатация электро-
пневматических тормозов в пассажирских поездах с паровой тягой.
Рассмотрим вкратце принципиальную схему устройства такого
тормоза (фиг. 158 и 159).
Управление тормозных приборов в поезде производится постоян-
ным током, а контроль состояния электрических цепей —перемен-
ным током.
Автотормоза
219
220
Глава XII
Постоянный и переменный ток вырабатывается турбогенератором
типа ТГ-1Р.
Основными приборами и аппаратами электропневматического
•тормоза являются:
электровоздухораспределитель, назначение ко-
торого регулировать давление воздуха в тормозном цилиндре при
электрическом управлении тормозом (Тройной скородействующий
клапан в этом случае служит резервным тормозным прибором, дей-
ствующим автоматически при отказе электровоздухораспределителя,
срыве стоп-крана, разрыве тормозной магистрали или при обрыве
•одного из поездных проводов электрической схемы, а также для
того, чтобы заряжать сжатым воздухом запасный резервуар.);
кран машиниста с тормозным контрол-
лером, служащий для управления как чисто пневматическим,
•так и электропневматическим тормозом;
срывной клапан, предназначенный для экстренной
•разрядки магистрали в случае неисправности электрических цепей
тормоза;
главный выключатель, служащий для включения
проводов электрической схемы к турбогенератору и отключению
от него;
электромагнитные контакторы, предназна-
ченные для управления работой электровоздухораспределителей;
ламповый сигнализатор с тремя контрольными
лампами, позволяющими машинисту судить об исправности элек-
трических цепей;
сигнал 1 з а то р отпуска, имеющий механический
привод к поршню тормозного цилиндра и служащий для контроля
отпуска тормозов.
Как видно из фиг. 159, все аппараты и приборы электропнев-
матического тормоза при помощи пяти проводов электрической схе-
мы (1,2, 3, 4, 5) и гибких междувагонных соединений связаны между
•собой в единую электропневматическую систему.
Так как тормоз имеет пять проводов, то он и называется пяти-
проводным электропневматическим тормозом.
В настоящее время разрабатываются опытные образцы однопро-
водного электропневматического тормоза для длинносоставных
грузовых поездов.
Как же работает пятипроводный электропневматический тормоз?
в. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛВКТРОППЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ*
Действие электропневматического тормоза, так же как и пнев-
матического, определяется положением рукоятки крана машиниста и
заключается в том, что машинист при помощи тормозного контрол-
лера, жёстко связанного с рукояткой крана машиниста, включает
•или выключает электромагнитные контакторы, которые в свою
1 Этот параграф написан инж. Г. И. Ерышаловым.
I
Автотормоза
221
очередь включают или отключают турбогенератор от проводов элек-
трической схемы, по которым энергия постоянного тока подводится
к катушкам электромагнитных вентилей ВО и ВТ электровозду-
хораспределителей (фиг. 158).
Таким образом, энергия сжатого воздуха, находящегося в тор-
мозной магистрали, при электрическом управлении не исполь-
зуется, и разрядка магистрали, как это делается при управлении
пневматическими тормозами, становится необязательной, что и
имеет место на моторвагонных секциях. В пятипроводной схеме
разрядка поездной магистрали временно сохранена.
При оборудовании большинства вагонов пассажирского парка
электропневматическим тормозом необходимость в разрядке тормоз-
ной магистрали в этом случае отпадёт. Для того чтобы яснее
представить себе, как действует электропневматический тормоз,
познакомимся сначала с особенностями устройства электровозду-
хор асп редел и те л я.
Электровоздухораспределитель (см. фиг. 158) состоит из двух
основных частей: электрической и пневматической.
К электрической части относятся два электромагнитных вентиля
ВО — отпускной и ВТ — тормозной.
Отличие между ними состоит в том, что корпус отпускного вен-
тиля ВО имеет в сердечнике сквозной вертикальный канал для
выпуска воздуха в атмосферу из рабочей камеры РК электровоз-
ду хор асп редел ител я.
Пневматическая часть или, собственно электровоздухораспреде-
литель, состоит из трёх камер: 1) рабочей РК, которая в от-
пущенном положении тормоза сообщается с атмосферой; 2) камеры
тормозного цилиндра КТЦ, соединённой через переключательный
клапан с тормозным цилиндром и 3) камеры запасного резервуара
КЗР, постоянно соединённой с запасным резервуаром вагона.
Действие электровоздухораспределителя заключается в сле-
дующем:
при возбуждении катушки вентиля ВО магнитный поток
притягивает клапан к сердечнику корпуса и плотно закрывает ат-
мосферное отверстие, однако давление в рабочей камере попрежнему
остаётся равным атмосферному;
при возбуждении катушки вентиля ВТ клапан открывает ка-
либрованное отверстие, через которое сжатый воздух из запасного
резервуара поступает в рабочую камеру РК', давление в камере
повышается, и гибкая резиновая диафрагма, разделяющая камеры
РК и КТЦ, прогибается, закрывая атмосферное отверстие пусто-
телого клапана.
Перемещаясь вниз, клапан открывает кольцевое отверстие,
через которое сжатый воздух из запасного резервуара поступает
в тормозной цилиндр. С этого момента и начинается действие
электропневматического тормоза, так как шток тормозного цилинд-
ра переместится и тормозные колодки прижмутся к бандажам ко-
лёсных пар.
222
Глава XII
Процесс перетекания сжатого воздуха из запасного резервуара
в тормозной цилиндр и рабочую камеру будет продолжаться до
тех пор, пока давление в цилиндре и камере Р/( не уравняется.
Выше уже отмечалось, что длительность этого процесса составляет
всего 4,0—4,5 сек.
Однако если катушку вентиля ВТ обесточить несколько ранее,
то процесс повышения давления в тормозном цилиндре и камере РК
прекратится немедленно, так как давления в камерах РК и КТЦ,
будучи равными, заставят гибкую диафрагму выпрямиться, вслед-
ствие чего кольцевое отверстие пустотелого клапана закроется.
Такая конструкция электровоздухораспределителя позволяет
получить любую степень наполнения тормозного цилиндра сжатым
воздухом. Практически отдельные ступени повышения давления
в тормозном цилиндре могут быть получены по 0,25—0,3 ат, чего
невозможно достигнуть при пневматических автоматических тормо-
зах системы Вестингауза.
При снятии напряжения с катушки вентиля ВО рабочая камера
соединится с атмосферой и давление в ней начнёт понижаться.
В результате избыточное давление со стороны камеры КТЦ заста-
вит гибкую диафрагму прогнуться кверху так, что атмосферное
отверстие пустотелого клапана откроется и сжатый воздух из тор-
мозного цилиндра будет выходить в атмосферу. С этого момента
начинается отпуск тормоза, который также может производиться
отдельными ступенями по 0,25—0,3 ат, что является основным до-
стоинством ' электропневматическнх тормозов перед автоматически-
ми тормозами системы Вестингауза.
Рассмотрим теперь основные процессы, происходящие при
управлении электропневматическими тормозами.
Зарядка. Процесс зарядки электропневматического тор-
моза сжатым воздухом ничем не отличается от процесса зарядки
пневматического тормоза, описанного выше.
После зарядки электропневматический тормоз считается гото-
вым к действию только после включения турбогенератора и глав-
ного выключателя. •
При включении главного выключателя (см. фиг. 159) перемен-
ный ток от вторичной обмотки трансформатора через плавкий
предохранитель и контакты главного выключателя подводится к
включённым блок-контактам электромагнитных контакторов 9 и 10
и от них к поездным проводам 1 и 2.
Далее переменный ток по цепи этих проводов протекает вдоль
всего состава до последнего вагона и возвращается обратно в голову
поезда по цепи 3, 4 и 5 проводов к лампам сигнализатора, который
установлен на локомотиве. Отсюда через заземлённую клемму ток
поступает во вторичную обмотку трансформатора.
Таким образом, при исправном состоянии поездных проводов
на сигнализаторе будут гореть все три лампы, указывающие маши-
нисту о исправности электропневматического тормоза и готовности
его к действию.
Автотормоза
223
При обрыве одного из поездных проводов соответствующая кон-
трольная лампа на сигнализаторе погаснет, при этом переменный
ток пройти через катушки вентилей ВО и ВТ не может, так как их
сопротивление для переменного тока очень велико.
Отсутствие сигнального огня на одной из ламп сигнализатора
служит для машиниста указанием для перехода на пневматический
тормоз, что осуществляется простым отключением главного выклю-
чателя.
Перекрыша. Третье положение крана машиниста, так
называемое перекрыша или подготовительное, является проме-
жуточным между поездным и тормозным положениями и необхо-
димо на кране для того, чтобы машинист мог при торможении и
отпуске регулировать степень заполнения тормозных цилиндров
сжатым воздухом. При третьем положении рукоятки крана маши-
ниста тормозная магистраль, как уже отмечалось, отсоединяется
от главного резервуара; при этом включается электромагнитный
контактор 9, который подключает первый провод к турбогенера-
тору и отключает его своей блокировкой от вторичной обмотки
трансформатора.
В результате постоянный ток протекает по цепи первого про-
вода к катушкам вентилей ВО, которые возбуждаются и закрывают
атмосферные отверстия рабочих камер электровоздухораспредели-
телей.
В конце поезда, на последнем вагоне, первый провод соединён
с четвёртым и пятым проводами, по цепи которых постоянный ток
подводится к двум сигнальным лампам, а также к одной из катушек
срывного клапана.
Таким образом, контроль за состоянием поездных проводов при
третьем положении не прекращается, так как вместо переменного
тока лампы питаются постоянным током.
Исправность второго и третьего провода на положении пере-
крыша попрежнему контролируется переменным током.
Торможение. Торможение поезда электропневматиче-
ским тормозом осуществляется так же, как и пневматическим, поста-
новкой рукоятки крана машиниста в тормозное положение. В этом
случае включается электромагнитный контактор 10', провод 2
электрической схемы, также каки провод 1, оказывается под на-
пряжением постоянного тока. Переменный ток блокировкой этого
контактора отключается.
В результате все катушки вентилей ВТ возбуждаются, и сжатый
воздух начинает заполнять рабочие камеры. Дальнейшая работа
электровоздухораспределителей протекает, как описано выше.
Как только поршни тормозных цилиндров начнут перемещаться,
средняя лампа сигнализатора — зелёного цвета — погаснет, так
как блокировки тормозных цилиндров БТЦ разомкнут цепь пятого
провода. Вновь эта лампа загорится только тогда, когда все тормоз-
ные цилиндры будут находиться в отпущенном состоянии и все бло-
кировки БТЦ замкнутся. Достаточно одному тормозному цилиндру
224
Глава XII
остаться в заторможенном положении, зелёная лампа гореть не
будет.
Возможность контроля отпуска тормозных цилиндров является
ценным преимуществом электропневматического тормоза, так как
благодаря этому исключается отправление поезда с заторможён-
ными колёсными парами, что иногда имеет место при пневматиче-
ских тормозах.
Отпуск. Отпуск электропневматического тормоза произ-
водится путём снятия напряжения с первого провода постанов-
кой рукоятки крана машиниста во второе или первое положение.
В этом случае рабочие камеры электровоздухораспределителей со-
единяются с атмосферой, и в результате прогиба диафрагмы кверху
сжатый воздух из тормозных цилиндров через пустотелый клапан
выходит в атмосферу. Однако зарядка тормоза должна произво-
диться только при первом положении ручки крана машиниста, что
ускоряет процесс заполнения запасных резервуаров сжатым возду-
хом и гарантирует отпуск пневматических тормозов на вагонах, не
оборудованных электропневматическим тормозом и прицепленных
в конце состава.
Глава XIII
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ПАРОВОЗА
Паровозы нуждаются в значительном количестве электрической
энергии. Потребителями этой энергии являются: 1) мощная лампа
лобового прожектора, освещающая путь впереди паровоза (фиг. 160);
2) лампы передних и задних буферных фонарей, служащие в основ-
ном для сигнальных целей; 3) лампы фонарей, освещающие будку
машиниста, движущий механизм, угольный бункер тендера.
В современных паровозах электрическая энергия расходуется
также автостопами и паровозными радиостанциями (см. главы
XIV и XVI).
Наружное и внутреннее освещение паровозов имеет важное зна-
чение для безопасности движения. Правилами технической эксплуа-
тации железных дорог запрещено выпускать под поезда паровозы
с неисправными приборами освещения.
Для получения необходимого количества электрической энергии
на паровозе устанавливается турбогенератор, от которого электро-
энергия по проводам идёт ко всем потребителям.
Как показывает само название, турбогенератор состоит из генера-
тора и турбины.
Чтобы понять принцип действия простейшего генератора, вы-
рабатывающего электрический ток, рассмотрим схему фиг. 161.
Разноимённые полюса (концы) двух неподвижных магнитов соз-
дают магнитное поле, в котором помещён проволочный виток. Если
виток двигать или вращать так, чтобы он пересекал магнитное поле,
то в проволоке возникнет электродвижущая сила, которая обусловит
прохождение электрического тока.
Для того чтобы всё время отводить ток к потребителям (во внеш-
нюю цепь), к оси витка приделаны два подвижных кольца, вращаю-
щиеся вместе с витком. О кольца трутся неподвижные, слегка при-
жатые к ним щётки. Поэтому ток переходит с вращающихся колец на
неподвижные щётки и уже от них отводится к потребителям (на
фигуре — к лампочке накаливания).
На фиг. 161, а видно, что ток в верхней части витка течёт слева
направо, а в нижней части витка справа налево, т. е. в противополож-
ном направлении.
Значит, по мере вращения витка ток, возбуждаемый в нём, дваж-
ды изменит своё направление за один оборот витка. При полуобо-
роте витка (под северным полюсом) ток будет иметь направление,
к 15 В. А. Дробинский
226
Глава XIII
Фиг. 160. Примерная схема электроосвещения паровоза
Электрическое освещение паровоза
227
противоположное направлению тока в нижней части витка (над
южным полюсом).
Отсюда следует, что рассмотренный нами генератор даёт пере-
менный по направлению ток.
Большинство паровозных генераторов вырабатывает постоянный
ток.
Принципиальное отличие между схемами получения переменного
и постоянного тока состоите креплении концов проволочного витка
к кольцам.
Фиг. 161. Схема работы генератора:
а — переменного тока; б — постоянного тока
Вместо двух колец поместим одно кольцо (фиг. 161, б), разде-
лённое пополам изоляционной прослойкой (лентой), а неподвиж-
ные щётки расположим друг под другом так, как показано на
фиг. 161, б. В этом случае ток во внешней цепи не изменит своего
направления, т. е. получится не переменный ток, а постоянный. В са-
мом деле, из нижней части витка ток поступает в щётку А, затем
течёт по внешней цепи к электрической лампочке и от неё к щётке В
и затем к верхней части проводника.
Когда верхняя часть витка окажется внизу (виток сделает полу-
оборот), ток в ней изменит направление, но в щётку А он поступит
в прежнем направлении. Благодаря этому во внешней цепи ток
остаётся постоянным.
Рассмотренный нами принцип действия простейшего генера-
тора лежит в основе работы и мощных генераторов. Разница заклю-
чается лишь в том, что в мощных генераторах ток отводится во внеш-
нюю цепь не с вращающихся колец, а с неподвижной части генера-
тора — статора.
Для этого проволочные витки, в которых возбуждается ток, ста-
вятся в неподвижном статоре. Сильное магнитное поле создаётся
15 В, А. Дробинский
228
Глава XIII
электромагнитами,помещёнными в роторе—вращающейся части гене-
ратора. Когда ротор вращается, вместе с ним вращается магнитное
поле, которое и пересекает проволочные витки (обмотку) статора,
возбуждая в них ток.
Подвод пара
Фиг. 162. Принципиальная схема паровозного турбогенератора
Таким образом, для получения электрического тока нужно вра-
щать ротор генератора. На современных электростанциях для этого
используется энергия воды (гидроэлектростанции) или энергияугоп-
лива (тепловые электростанции).
На паровозной «электростанции» используется энергия топлива.
Вращение ротора производит паровая
Фиг. 163. Общий вид турбогенератора
ТГ-1Р
турбина, которая работает
свежим паром (фиг. 162).
Отработавший в турбине
пар выбрасывается в атмо-
сферу.
Турбогенератор уста-
навливается сверху кожу-
ха топки котла паровоза
(см. фиг. 164).
На железнодорожном
транспорте применяются
следующие типы турбоге-
нераторов: 1) ТГ-IM посто-
янного тока—для освеще-
ния паровозов и питания
автостопов; 2) типа ТГ-1Р
постоянно-переменного тока — для освещения паровозов, а также
питания автостопов и радиоустановок (радиосвязи); 3) типа ТГ-5-55
постоянного тока — для освещения паровозов и пригородных
поездов.
В связи с широким внедрением на паровозах поездной радиосвязи
сейчас преимущественно применяются турбогенераторы типа ТГ-1Р.
На фиг. 163 показан общий вид турбогенератора ТГ-1Р.
Глава XIV
АВТОСТОПЫ
Прибор, автоматически останавливающий поезд перед закрытым
сигналом, если машинист по какой-либо причине сам не произведёт
торможения, получил название автостопа.
Очень просто устроен механический автостоп, применяемый на
Московском метрополитене. На железнодорожном пути поставлен
рычаг, связанный электромеханическим приводом с путевым сигна-
лом, а на вагоне метро установлен рычаг, связанный с клапаном
автостопа.
При закрытом сигнале путевой рычаг стоит вертикально и по-
этому проходящий вагон метро своим выступающим рычагом задевает
за него. При этом открывается клапан, который и выпускает воздух
из тормозной магистрали, приводя таким образом автотормоза
в действие.
Этот автостоп механического действия прост и надёжен в работе
в условиях подземных дорог.
При наземных поездах механические автостопы оказываются не-
надёжными: изменчивые атмосферные условия мешают нормальному
действию их. Например, при обледенении автостоп может совершен-
но отказать в работе. Из-за этого и других недостатков механиче-
ские автостопы не получили распространения на магистральных
железных дорогах.
В настоящее время на наземных железных дорогах применяются
две системы автостопов (точечный автостоп и автоматическая локомо-
тивная сигнализация с непрерывным автостопом), изобретённые
советскими инженерами во главе с А. А. Танцюрой и А. М. Брыле-
евым.
Коллективы авторов обеих систем удостоены звания лауреатов
Сталинской премии.
Рассмотрим, как работает автостоп первой системы (фиг. 164).
Известно, что электрический ток обладает магнитным действием.
Когда электрический ток проходит по проводнику, то в окружающем
его пространстве начинают действовать магнитные силы, или, вы-
ражаясь технически, создаётся магнитный поток.
Чтобы получить магнитный поток, на паровозах подвешены (на
некотором расстоянии от головок рельсов) катушки (локомотивные
индукторы). В катушку от специального лампового генератора не-
прерывно подаётся электрический ток, делающий 1 000 колебаний
15*
230
Глава X/V
-------------. _— -------
в сек. Такие колебания окружают локомотивный индуктор (при-
менительно к паровозу — паровозный индуктор) во всё время
движения поезда (см. фиг. 164).
В свою очередь на пути к шпалам перед каждым сигналом при-
крепляются катушки (путевые индукторы).
Путевой и паровозный индукторы настроены, как говорят, в ре-
зонанс: путевой индуктор настроен на те же 1 000 колебаний в се-
кунду, что и паровозный индуктор. В результате этого обеспечивает-
ся взаимодействие между путевым и паровозным индукторами.
Сбетодой указатель
Ъектропнебматичесхий Яампойый / Рукоятка бдительности
клапан. генератор / / Турбогенератор
огоны
Фиг. 164. Схема действия точечного индуктивно-резонансного автостопа
iluPuuijhbiL иноць ,ор ^Птгсои индуктор
'ООО колебаний
Раробозный
индуктор —
1000 колебании.
Пародозпый
индуктор
Встречный ма-
гнитный потока
Магнитный поток
Таким образом, работа обоих индукторов — паровозного и путе-
вого — основана на принципе резонанса.
Когда паровозный индуктор будет находиться над путевым
(при закрытом сигнале, см. фиг. 164), в нём под действием магнит-
ного потока, создаваемого паровозным индуктором, возникает элек-
трический ток. Этот ток создаст встречный (противоположный)
магнитный поток.
Пересечение встречных магнитных потоков обоих индукторов,
настроенных в резонанс, резко снижает ток в паровозном индук-
торе. В результате работа специального прибора — лампового
генератора — автоматически прекращается и обесточивается (пре-
кращается подача тока) электропневматический клапан (ЭПК), свя-
занный с тормозной системой.
Теперь вспомним, отчего приходят в действие автотормоза. Тор-
можение осуществляется выпуском воздуха из магистрали, для чего
машинист поворачивает ручку крана в тормозное положение.
Действие же автостопа заключается в автоматическом, без уча-
стия машиниста, выпуске воздуха из тормозной магистрали.
Приведение тормозов в действие производится с помощью электро-
пневматического клапана. Пока его катушка находится под током,
Автостопы
231
клапан закрывает выход воздуха из тормозной магистрали. Но стоит
только ламповому генератору прекратить нормальную работу, как
через 6—7 сек. электропневматический клапан выпустит воздух из
магистрали.
Торможение начинается спустя несколько (6—7) секунд для
того, чтобы дать возможность машинисту самому принять меры
к остановке поезда, без вмешательства автостопа. О приближении
поезда к красному сигналу машиниста предупреждает свисток,
который подаётся в момент взаимодействия локомотивного индуктора
с путевым.
Услышав свисток, машинист должен немедленно нажать на спе-
циальную рукоятку (рукоятку бдительности) и сразу же после этого
принять меры к снижению скорости.
При нажатии рукоятки автостоп лишается возможности дейст-
вия, так как ламповый генератор возобновляет нормальную
работу.
Если же машинист по каким-либо причинам не нажмёт рукоятки
в течение 6—7 сек., то уже на следующей секунде автостоп сработает
и поезд быстро остановится.
Таким образом, автостоп — прибор весьма «предупредительный»:
он подаёт сигнал тревоги, прежде чем экстренно остановить поезд.
Может возникнуть вопрос: почему автостоп приходит в действие
именно при красном огне светофора, а при зелёном и жёлтом без-
действует?
Секрет здесь простой. Путевой индуктор хотя и воспринимает
все сигналы, но в резонанс он бывает настроен с паровозным
индуктором только при красном сигнале.
В этом одном случае путевой индуктор благодаря резонансу
с достаточной силой реагирует на число колебаний паровозного
индуктора. Во всех других случаях (когда нет резонанса) он воспри-
нимает магнитный поток паровозного индуктора, но реагирует на
него настолько слабо, что не может остановить работу лампового
генератора.
Действие автостопа не зависит от скорости, с которой следует
поезд, так как магнитные потоки возникают мгновенно.
Рассмотренный нами автостоп получил название точечного
индуктивно-резонансного автостопа системы инж. А. А. Танцюры.
Его называют так потому, что он действует только в определённых
пунктах (точках) пути, когда паровоз пройдёт над путевым индукто-
ром. Это привело к постановке новой важной проблемы — как соз-
дать автостоп, который обеспечивал бы связь локомотива с путевым
индуктором непрерывно, т. е. на всём участке, вовсёх точках пути от
станции до станции.
Решение этой проблемы было дано в 1950 г. коллективом научных
работников Всесоюзного научно-исследовательского института же-
лезнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), который разработал
так называемую автоматическую локомотивную сигнализацию с не-
прерывным автостопом.
232
Глава XIV
Эта система автостопа, кроме автоматической остановки поезда,
позволяет машинисту, не выглядывая из будки, видеть все показа-
ния путевых светофоров в непогоду и при любом рельефе местности.
Применение локомотивной сигнализации с непрерывным авто-
стопом возможно только на участках, оборудованных автоблокиров-
кой, т. е. автоматически действующими светофорами.
Фиг. 165. Схема действия автоматической локомотивной сигнализации
с непрерывным автостопом системы ЦНИИ МПС
Вот к участку подъезжает паровоз (фиг. 165). Он оборудован
приёмной катушкой, установленной перед передней колёсной парой.
Когда паровоз вступит на участок, колёсные пары соединят две
параллельные линии рельсов, замкнув рельсовую цепь.
По рельсам потечёт электрический ток, посылаемый высоковольт-
ной линией автоблокировки, которая соединяется с рельсами через
особые приборы-автоматы, установленные перед каждым путевым
сигналом. Каждый из этих приборов выполняет строго определён-
ные задачи.
Линейный трансформатор понижает напряжение тока до 110 в,
а так называемый трансмиттер преобразовывает непрерывный ток
в прерывный, импульсный, чтобы воспроизвести сигнальные огни
путевых светофоров в будке машиниста.
Трансмиттер посылает навстречу поезду по рельсовой цепи раз-
личное число импульсов (кодов) в зависимости от показаний путе-
Автостопы
233
вого светофора: при зелёном огне светофора периодически посы-
лается три импульса тока (на фиг. 165 они обозначены тремя
белыми стрелками), при жёлтом — два, при красном — один. Та-
ким образом, трансмиттер зашифровывает показания путевых сиг-
налов, превращая огни светофора в изменение тока. На своём пути
но рельсам импульсы тока создают вокруг них кольцеобразное маг-
нитное поле.
Пока паровоз следует по нашему участку, приёмные катушки па-
ровоза будут всё время непрерывно пересекаться магнитным полем.
От этого в них возникает ток, хотя и слабый: воздействие с пути па
паровоз получено.
Теперь приходят в работу приборы, установленные на паровозе.
Во-первых, начинает работать ламповый усилитель, благодаря
которому ток усиливается в 20 000 раз. Если бы не было усили-
теля, то ток, получаемый в виде импульсов с приёмной катушки,
оказался бы очень слабым для управления дальнейшими приборами.
Усилитель посылает импульсы тока в прибор-дешифратор,
который разгадывает, расшифровывает их.
Расшифровку принимаемых импульсов дешифратор осуществляет
с помощью реле-счётчиков. Они автоматически отсчитывают число
приходящих импульсов и точно разбираются в комбинациях им-
пульсов.
В зависимости от работы счётчиков реле зажигают цветные огни
локомотивных светофоров, установленных в будке локомотива пе-
ред глазами машиниста (фиг. 166) и его помощника.
Но дешифратор не только зажигает огни локомотивного свето-
фора, но и включает упомянутый выше электропневматический кла-
пан— прибор, который свистком предупреждает машиниста об опас-
ности и через 7 сек. приводит в действие тормозную систему: поезд
остановится, если машинист не примет мер к уменьшению скорости
или остановке поезда.
Тысячи километров наших железных дорог оборудованы автосто-
пами с автоматической локомотивной сигнализацией.
В последнее время автостопы на участках железных дорог как с
полуавтоматической блокировкой, так и с электрожезловой системой
усовершенствованы. Широко внедряется новая система автомати-
ческой локомотивной сигнализации с автостопом точечного типа
(двухчастотный автостоп), разработанная на базе одночастотного
точечного индуктивно-резонансного автостопа.
Такая система в отличие от одночастотного автостопа обеспечи-
вает кратковременное (в течение 7—8 сек.) повторение показаний
путевых светофоров на локомотивных светофорах в будке машиниста.
Повторение показаний путевых сигналов при точечных авто-
стопах значительно облегчает работу машинистов по безопасному
вождению поездов, особенно при плохой видимости и неблагоприят-
ных атмосферных условиях.
В применяемой на дорогах сети локомотивной сигнализации
не контролируется скорость движения поезда.
234
Глава XIV
Разработанная и испытываемая в настоящее время новая система
автоматической локомотивной сигнализации осуществляет контроль
скорости движения поездов при зелёном огне светофора (мак-
симально допускаемая скорость), жёлтом огне (40 км/час) и условно
разрешающем огне (не свыше 15 км/час).
Фиг. 166. Вид на локомотивный светофор со стороны
машиниста
Это достигается благодаря операционным устройствам, свя-
занным с валом скоростемера.
В случаях превышения указанных скоростей автостоп приводит
в действие автотормоза и обеспечивает экстренную остановку поезда.
Кроме контроля скоростей, производится также запись на лен-
те скоростемера жёлтого и жёлто-красного показаний локомотивных
светофоров.
Значение этой новой техники трудно переоценить. Однако совет-
ские конструкторы продолжают непрерывно работать над созданием
новых, ещё более совершенных систем автостопов.
Глава XV
САМОПИШУЩИЙ СКОРОСТЕМЕР
Безопасное движение поездов и точное выполнение графика дви-
жения являются законом железнодорожного транспорта. Поэтому
Правила технической эксплуатации железных дорог обязывают ма-
шинистов локомотивов соблюдать установленные скорости, не пре-
вышать их и точно выполнять заданный график движения.
Прибор, показывающий скорость движения поезда, в значитель-
ной степени помогает машинисту правильно вести поезд и не превы-
шать установленной скорости.
На фиг. 167 показан универсальный скоростемер типа СЛ-2,
созданный советскими инженерами. Он не только показывает маши-
нисту скорость движения паровоза, но и записывает её на специаль-
ной (диаграммной) ленте. Одновременно с этим скоростемер непре-
рывно по записи на ленте контролирует выполнение машинистом
графика движения и на основе этого даёт возможность проанали-
зировать работу машиниста, проверить соблюдение им установлен-
ных скоростей движения.
Скоростемер имеет сигнальный звонок, который в случае превы-
шения машинистом предельной скорости подаёт сигнал, требующий
её снижения.
Сигнальный звонок снабжён регулирующим устройством, кото-
рое позволяет дать сигнал в соответствии с заданной скоростью.
Одним из важных механизмов скоростемера типа СЛ-2 является
счётчик километров, который показывает длину пройденного паро-
возом пути (пробег).
Счётчик имеет 8 цифровых барабанов, объединённых в две группы.
Группа из 5 барабанов определяет общий пробег паровоза
(до 100 000 км), а группа из трёх барабанов служит для отсчёта
расстояния, пройденного паровозом за сутки или рейс (до 1 000 км).
Счётчик общего пробега переходит на нуль автоматически после
пробега 99 999 км‘, показание же рейсового счётчика можно сбросить
на нуль в любое время с помощью ключа, расположенного справа
от привода.
Таким образом, машинист паровоза, оборудованного скоросте-
мером типа СЛ-2, всегда сможет точно определить, сколько километ-
ров он проехал.
Скоростемер СЛ-2 снабжён часовым механизмом, который, кроме
236
Глава XV
показания времени (в часах и минутах) по циферблату, одновре-
менно регистрирует время на ленте.
На фиг. 168 показан общий вид установки скоростемера на паро-
возе: он размещается с правой стороны в будке машиниста у перед-
него окна и приводится в действие, как это видно из фигуры, от колеса
задней сцепной или, как в нашем примере, поддерживающей колёс-
ной пары.
Фиг. 167. Общий вид скоростемера
Движение от колеса паровоза передаётся скоростемеру при по-
мощи пальца 4, ввёрнутого в ступицу колеса. При вращении колеса
палец 4 посредством кулисы 5 приводит во вращение червячный
редуктор 6. Редуктор уменьшает число оборотов вертикального при-
водного вала 3 скоростемера по сравнению с числом оборотов колеса
паровоза.
Известно, что паровоз может двигаться как передним, так и зад-
ним ходом, т. е. направление вращения колёс может изменяться.
Этим объясняется необходимость применения в скоростемере ревер-
сивного механизма, который позволяет двустороннее вращение при-
Самопишущий скоростемер
237
водного вала «выправлять» в
одностороннее вращение осей
других механизмов. Благодаря
этому диаграммная лента скоро-
стемера перемещается только в
одну сторону, счётчик километ-
ров лишь суммирует количество
пройденных километров как при
переднем, так и при заднем ходе.
При анализе каждой поездки
важно знать, насколько правиль-
но машинист пользовался авто-
матическим тормозом, каковы
были характер и продолжитель-
ность торможения.
Механизм, который регистри®
рует на диаграммной ленте все
изменения давления воздуха в
тормозной магистрали, происхо-
дящие при торможении и отпу-
ске тормозов, называется реги-
стратором давления*
По отклонениям линии на
ленте можно судить об исправ-
ности крана машиниста, о том,
где и как машинист тормозил,
как опробовал тормоза и т. п.
Скоростемер снабжён также
регистратором направления дви-
жения — механизмом, который
регистрирует движение парово-
за задним ходом. Такая запись
особенно важна для паровозов,
скорость которых задним ходом
ограничена.
Общая кинематическая схема
основных механизмов скоросте-
мера показана на фиг. 169.
Таким образом, скоростемер
является важным контрольно-
измерительным прибором, спо-
собствующим повышению без-
опасности движения поездов. Вот
почему Правила технической
эксплуатации железных дорог
Союза ССР требуют, чтобы все
локомотивы были оборудованы
скоростемерами.
16 В. А. Дробинский
Фиг. 168. Общий вид установки ско-
ростемера в будке машиниста и при-
водного механизма от колеса:
/_ корпус скоростемера; 2 — регистратор
давления; 3- приводной вал; 4 — палец;
5 — кулиса; 6 - редуктор; 7 — стойка
редуктора
238
Глава XV
usnuDiau muiKsujoduoiUHdij
Глава X VI
РАДИОСВЯЗЬ С ПАРОВОЗОМ
Ещё недавно диспетчер участка был лишён возможности передать
необходимые распоряжения непосредственно машинистам парово-
зов, находящихся в пути или на станциях. А машинист, совершая
рейс или производя манёвры, не мог срочно переговорить с диспет-
чером, когда это было нужно (например при непредвиденной останов-
ке поезда на перегоне).
Понадобилось не мало лет упорного труда, чтобы решить задачу
двусторонней радиосвязи между диспетчером и машинистом.
Трудности заключались в том, что радиооборудование для па-
ровозов, в отличие от обыкновенной радиоаппаратуры, должно
было быть застраховано от непрестанной тряски движущегося па-
ровоза, ему предстояло безотказно работать при 50-градусной жаре и
50-градусном морозе, оно нуждалось в надёжной защите от действия
вредных сернистых газов, угольной пыли и шума, который при высо-
кой скорости становится очень сильным.
Советские конструкторы создали радиостанцию, специально
приспособленную для работы в этих сложных условиях.
До 1954 г. для указанной цели применялась радиостанция типа
ЖР-1. В настоящее время широко внедряется новая железнодорож-
ная радиостанция типа ЖР-3 (фиг. 170), отличающаяся хорошей слы-
шимостью передачи на расстоянии 10—12 км между стационарным
пунктом и локомотивом.
Радиостанции ЖР-1 и ЖР-3 (железнодорожные радиостанции
первой и третьей разработки) просты и удобны в эксплуатации.
Эти радиостанции получают питание на паровозе от турбогене-
ратора, дающего переменный ток напряжением 41 в и на стацио-
нарных пунктах от сети переменного тока напряжением 127
или 220 в.
Основными частями паровозной радиостанции является приём-
ник и передатчик. Эти два блока вместе с блоками питания и вызыв-
ным смонтированы в герметически закрытом ящике. Блоки устанав-
ливаются на амортизационной раме внутри ящика и этим обеспе-
чивается устойчивая работа радиостанции на локомотиве при тряске
и толчках.
Для приёма электромагнитных волн к приёмо-передатчику под-
ключена антенна — прямолинейный провод, подвешенный над кот-
лом, во всю его длину (фиг. 171).
16'
240
Глава XVI
Управление радиостанцией и контроль за напряжением сети
осуществляются с пульта управления (фиг. 172). Громкоговоритель
радиостанции ЖР-3 заключён в ящик с отверстиями, установленный
Фиг. 170. Общий вид радиостанции ЖР-3
в будке машиниста, а громкоговоритель радиостанции ЖР-1 раз-
мещён внутри пульта управления. На передней стенке пульта радио-
станции ЖР-1 расположены выключатель сети, а также три сигналь-
Фиг. 171. Схема радиоустановки на паровозе
ные лампочки, контролирующие напряжение сети и отмечающие
исправность приёмника и передатчика. К пульту управления под-
ключается микрофон, защищённый от воздействия внешнего шума.
Радиосвязь с паровозом
241
Вот машинист поднёс микрофон ко рту и начал говорить.
Звучащие слова есть не что иное, как колебание воздуха. Попадая
в микрофон, звуковые колебания заставляют колебаться нахбдящую-
|И|1|вЯВ
ШвЯЯвШвя
ЙИйиИИЯВ
ИЙИяЙИ
ШШИЙЖИИВИ
Фиг. 172. Пульт управления радиостанцией ЖР-3
Фиг. 173. Схема затухания волны
ся'в нём пластинку (мембрану). Колебания мембраны вызывают из-
менение тока.
Таким образом, в зависимости от звука изменяется ток, проте-
кающий в микрофоне. Но ток, созданный микрофоном, очень слаб.
Его приходится усиливать.
Преобразование тока низкой
(звуковой) частоты в ток высо-
кой частоты осуществляется пе-
редатчиком.
Ток высокой частоты излу-
чается антенной передатчика в
окружающее пространство.
Когда по проводу антенны
пойдёт ток, то вокруг неё воз-
никнут .электромагнитные вол-
ны, излучаемые в простран-
ство.
Подобные волны возникают вокруг камешка, брошенного в воду.
Высота этих волн по мере удаления от камешка становится всё мень-
ше и меньше и, наконец, волна совсем затухает (фиг. 173). А вот
длина I каждой волны, как это видно на фигуре, остаётся по-
стоянной.
Каждая радиостанция посылает в эфир электромагнитные волш
определённой, строго установленной для неё длины. Паровозные
242
Глава XVI
радиостанции различных серий излучают волны в пределах
114—144 м, но каждая серия может иметь только две «фиксирован-
ные» волны, например 114 и 138 м. Благодаря этому отпадает надоб-
ность в подстройке приёмников и передатчиков.
Итак, слова машиниста, воспринятые микрофоном, в виде элект-
ромагнитных волн несутся в просторах эфира.
Когда электромагнитные волны встречают на пути приёмную
антенну стационарной радиостанции, в её металлическом проводе
возникает электрический ток.
Фиг. 174. Вынесенное переговорное устройство
Из антенны колебания тока попадают в приёмник. Но так как эти
колебания оказываются очень слабыми, то ток пропускают в приём-
нике через усилитель.
После усиления этот ток (ток высокой частоты) преобразуется
в ток низкой (звуковой) частоты, т. е. частоты, соответствующей
звуку.
Только теперь электрические колебания можно превратить
в звук. Для этого колебания звуковой частоты тока ещё раз усили-
вают и пропускают через катушку, соединённую с бумажным рупо-
ром громкоговорителя.
Вокруг катушки возникает магнитное поле, которое застав-
ляет колебаться мембрану, и громкоговоритель издаёт громкий звук,
воспроизводящий слова машиниста движущегося паровоза.
Стационарная радиостанция состоит из тех же главных частей,
что и паровозная.
Радиосвязь необходима не только машинисту паровоза, она нуж-
на и составителям, производящим манёвры на станциях.
Радиосвязь с паровозом
243
Поэтому, как правило, на наружной стенке будки машиниста
паровоза для этой цели устанавливается так называемое вынесенное
переговорное устройство (фиг. 174), заключённое в небольшом
ящике. Это позволяет составителям поездов снять микротелефон-
ную трубку, не поднимаясь на паровоз, а на поездных паровозах
вынесенное переговорное устройство устанавливается рядом с ра-
бочим местом помощника машиниста.
Вынесенное переговорное устройство радиостанции ЖР-3 так
же, как и пульт управления, имеет кнопки для вызова диспетчера,
дежурного по станции или депо, машинистов локомотивов, работаю-
щих на станции.
Таким образом, эта радиостанция может быть использована как
для поездной радиосвязи, так и для станционной.
Фиг. 175. Схема поездной радиосвязи
Дальность действия радиостанции ЖР-3 рассчитана на срав-
нительно небольшой радиус — до 10 — 12 км, т. е. в 2—2,5 раза
больше, чем ЖР-1. Этого вполне достаточно для связи с маневро-
выми паровозами, работающими в пределах одной крупной
станции.
Но для связи с поездными паровозами, удаляющимися от стан-
ции по мере своего перемещения на десятки километров, на каждой
железнодорожной станции устанавливают стационарную радио-
станцию, играющую роль посредника между машинистом и диспет-
чером. В этом случае схема радиосвязи будет выглядеть, как это
указано на фиг. 175.
С помощью специального радиопереходного устройства диспет-
чер имеет возможность подключить к проводам диспетчерской связи
ближайшую к паровозу стационарную радиостанцию и через неё
связаться с машинистом, даже если он находится за 150 км. Маши-
нист в свою очередь может вызвать диспетчера, дежурного по
станции и машиниста любого другого поезда, находящегося на дан-
ном участке.
Удлинить радиус действия радиостанции ЖР-1 и ЖР-3 можно и
без установки радиостанций-посредников.
244
Глава XVI
Для этого нужно заставить электромагнитные волны распростра-
няться не «на все четыре стороны», а только в нужном нам направ-
лении, т. е. от передатчика к приёмнику.
Эту задачу позволяют решить провода линий связи илиэлектро-
передачи, подвешенные на столбах. Оказывается, что они являются
хорошими «переносчиками» электромагнитных волн. Достаточно их
«наложить» на многопроводную линию связи (фиг. 176), чтобы
электромагнитные волны распространялись в одном направлении
на гораздо большее расстояние.
Диспетчерский, участок
Фиг. 176. Схема распространения волн при поездной радиопроводной
связи
Станционная и поездная радиосвязь с каждым днём завоевывает
себе всё более прочное место на железнодорожном транспорте.
Быстрая, оперативная связь с движущимся паровозом позволяет дис-
петчеру организовать скоростной пропуск поездов, содействует луч-
шему выполнению графика движения поездов, обеспечивает маши-
нисту возможность в любой момент связаться с дежурным ближай-
шей станции или диспетчером.
Много внимания уделяют советские инженеры решению задачи
телефонной связи пассажиров с абонентами городской телефонной
сети во время движения поезда. В недалеком будущем пассажир
сможет разговаривать с городом, не выходя из вагона.
ПРИЛОЖЕНИЯ
246
П риложения
ВАЖНЕЙШИЕ данные некоторых
Год пост- ройки Расположение колёс Тип паровоза Серия паровоза Род работы паровоза Конструк- ционная ско» 1 рость вкм/час
— Ч'Л о о о о 1-5-1 ФД мо- Грузо- 85
1941 Ь<] ^Г) Ь) о 1-5-1 дернизи- рован- ный в 1954 г, ФД-21 вая То же 85
1952 1-5-1 лв » 80
1945 ЪПППП 1-5-0 л » 80
1954 0Ъххна«о«ос, 1-4+4-2 ' э 85
1932 (tFqQ-Q-Q 0-5-0 эр » 65
1934 1936 7(Г;О£+++ o?QQQQQ 1-5-0 1 “5-0 со СОК (с конден- » » 70 70
1944 1949 ixikzs2szfekm_ 1-5-0 2-4-2 сацией пара) Еа > Пасса- 70 125
1932 7ГЛГЛГЛГЛ О Q 0 1-4-2 ИС жир- ск а я То же 115
1949 ПП DWWO 1-3-1 Су -250 > 115
П риложения
24Т
ПРИЛОЖЕНИЕ t
ГРУЗОВЫХ И ПАССАЖИРСКИХ ПАРОВОЗОВ СССР
Вес в рабочем состоянии в т Давление в котле в кг [см* Общая испаряющая поверхность нагрева (со- прикасающая- ся с водой) в Площадь колосни- ковой решётк и в ма Диаметр движущих колёс в мм Диаметр цилиндра в мм ! Ход поршня в мм
общий сцепной
141,8 106-'- при вы- ключенном увеличителе сцепного веса, 114,6 — при включённом 16 294,09 7,04 1 500 670 770
137 103 15 294 , 09 7,04 1 500 670 77С
121,5 90,1 при 1зык- люченном уве- личителе сцепного веса, 98,6 — при включённом 14 236,9 6,46 1 500 650 8С0‘
103 91 14 222,3 6,0 1 500 650 800-
214,2 161,4 15 396,3 10,7 1 500 575 800
83,5 83,5 14 198,2 5,09 1 320 650 700-
96,6 87,6 14 229,67 6,0 1 320 650 700’
104,5 94 14 229,67 6,0 1 320 650 700-
96,2 85,7 12,7 229,2 6,0 1 320 635 711
133,2 72,4 15 243,2 6,75 1 850 575 800*
133,0 80,7 15 294,09 7,04 1850 670 770-
86,7 54,6 13 187,8 4,68 1 850 575 70»
>248
П риложения
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ВАЖНЕЙШИЕ ДАННЫЕ ТЕНДЕРОВ НЕКОТОРЫХ ГРУЗОВЫХ
И ПАССАЖИРСКИХ ПАРОВОЗОВ СССР
Серия паровоза Число осей тендера Полный запас воды в т Полный запас топлива в т Вес тендера в т
в порожнем состоянии в гружёном СОСТОЯ НИИ
ФД модерни- зированный 6 44 25 54 123
ФД-21 6 44 25 54 123
лв 6 46,6 22 55 123,6
л 4 28 18 36,0 82,0
1-4+4-2 8 59,7 35 73,3 168
Э₽ 4 23 20 23,5 66,5
СО 4 23 20 23 66
сок 4 , 14 14 48 76
Еа 4 28 20 25,2 73,2
2-4-2 6 50 24 46,9 121
ИС 6 49 22 56 127
Су -250 4 27,2 20 34,5 81,7 ..
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоматическая насосная станция 44
Автостопы 229
Автотормоза пневматические 207
Арматура котла 86
Атомный локомотив 203
Б
Баланс энергии в котле 187
Баланс энергии в машине 187
Балансиры 143
Бандаж 134
Бестолочный паровоз 53
Боксование 164
Будка машиниста 39
Буксы 145
Бросание воды 60
В
Взаимосвязь в работе котла и ма-
шины 172
Водоподогрев 80, 190
Водоподогреватель 80, 190
Водопробные краники 92
Водоуказательное стекло 86
Водоуспокоительная колонка 92
Возвращающий аппарат 154
Воздухораспределитель 212, 220
Вписывание паровоза в кривые 149
Г
Габарит 37
Газотурбовоз 201
Гибкость рессоры 143
Горение 47
д
Давление пара 53
Движущий механизм 34
Дымовая коробка 28
—труба 29, 69
Дымовытяжная установка конусная
67
Дымогарные трубы 19
Дымосос 198
Дышла ведущие 32, 132
— сцепные 139
Ж
Жаровые трубы 19
Живое сечение колосниковой ре-
шётки 19
3
Заём у котла 173
Зеркало испарения 53
Зарядка тормоза 222
Золотник 32,102, 112
Зольник 19
И
Изоляция котла 30
Индикатор 124
Индикаторная диаграмма 125
Инжектор 75
Искрогашение 73
Испарение 51
К
Камера догорания 24
Килограмм-калория 49
Кипение 52
Кожух топки 19
Коллектор 29, 58
Колёсные пары, ведущая 134
—сцепные 137
Колёсный центр 134
Колосниковая решётка 19
Конденсация пара 56
Контрольно-измерительные приборы
94 : ту
Контрольные пробки 93
Конус переменного сечения 70
— постоянного сечения 67
— с раздельным выхлопом пара С-9
Котёл 17
Коэффициент полезного дещ г.'?. .
паровоза 186
•250
Алфавитный указатель
Коэффициент сцепления 164
Кулиса 116
Л
.Локомотивный индуктор 230
•Локомотивный светофор 233
М
Манометр 94
Маятник 120
Модернизация паровозов 204
Мощность паровой машины 127
Н
Нёбо топки 88
О
Обшивка котла 31
Огневая коробка 19
Опоры котла 35
Отпуск тормоза 214, 224
Отсечка 108, 119, 123
П
Палец кривошипа 32, 134
Пар насыщенный 55
— перегретый 55
Параллель 131
Паровая машина 31
Паровоз высокого давления 194
— предложенный С. П. Сыромятни-
ковым 191
— с обтекаемым капотом 161
— с пылеугольным отоплением 192
— с расходящимися поршнями 179
— с тендером-конденсатором 196 ‘
Парообразование 51, 52,57
Пароперегреватель 57
Парораспределение 112, 123
Парораспределительный механизм
32, 117
Паросушитель 62
Паротурбовоз 195
Переводной механизм 116
Передача тепла 49
Перекрыша впуска 109
— выпуска 109
Песочница 166
Пирометр 97
Плавающая втулка 133
Подбуксовые связи 36
Подшипники качения 147
— скольжения 145
Ползун 129, 131
Поршень 129, 107
Потери тепла 188
Предварение впуска 111, 114
— выпуска 110, 116
Предохранительные клапаны 95
Пресс-маслёнка 183
Прокат бандажей 136
Противовесы 174
Пылеуголыгое отопление 192
Р
Работа паровой машины 124
Радиосвязь с паровозом 239
Размеры паровозов 246
— тендеров 248
Рама паровоза брусковая 35
—листовая 36
Регулятор 28, 100
Рессоры 37, 142
С
Сажесдуватель 64
Сальник 128
Свисток 98
Связи топочные 22
Сервомотор 118
Серия паровоза 156
Сила тяги 158, 168, 169
Силы инерции 174
Сифон 71
Скоростемер 235
Смазка паровоза 182
Снабжение паровоза водой 44
Снабжение паровоза углём 41
— — песком 42
Сопротивление движению поезда 160
Сочленённый паровоз 140, 157
Сухопарник 28
Сцепной вес паровоза 139
Т
Танк-паровоз 39
Тележка задняя 156
— передняя 153
Тендер 37
Теплотворная способность 49
Тип паровоза 156, 246
Топка 17, 21
Топочная рама 22
Топочный свод 27
Торможение 208
Тормозной путь 210, 217
Трение 162, 181
Турбогенератор 225
Тяга газов 66
— золотниковая 118
Алфавитный указатель
251-
Тяга кулисная 118
Тяжи 24
У
Увеличитель сцепного веса 167
Углеподатчик 82
Угол опережения 111
Уплотнительные кольца 129
Уравновешивание сил инерции вра-
щающихся тел 175
Уравновешивание сил инерции не-
вращающихся тел 178
Ф
Форсировка 168
X
Химический пеногаситель 63
Ход поршня 107
Ц
Цилиндрическая часть котла 22
Цилиндры 31, 127
Циркуляционные трубы 26
Циркуляторы 27
Циркуляция воды 26
Ш
Шатунно-кривошипный механизм 32
Шлакоуборка 46
Э
Экипаж 17, 34, 142
Экипировка 41
Экипировочные устройства 41
Электропневматический тормоз 216
Электрическое освещение паровоза
225
Элементы пароперегревателя 29, 58
Валентин Анисимович Дрсбинский
КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ ПАРОВОЗ
Обложка художника А. А. Медведева
Технический редактор Д. М. Юдзон
Корректор А. И. Левина
Сдано в набор 24/VIII 1955 г.
Подписано к печати IO/JXI 1955 г.
Формат бумаги 60х921/1в. Печатных листов 153/<«
Бум. листов 7?/8. Учётно-изд. л. 15,78. Тираж 30 000.
Т 08943. ЖДИЗ 15707 Зак. 2127
Цена в переплёте: № 5—6 р. 50 к., № 7—7 р. 50 к.
ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, Москва, Басманный туп., 6а.
1-я типография Трансжелдориздата МПС,
Москва, Б. Переяславская, 46.