Паровоз. По осевой формуле

Изображение паровоза кликабельно

Паровоз использует энергию пара высокого давления. Этот перегретый пар толкает ряд поршней, которые с помощью соединительных тяг (рисунок ниже) заставляют вращаться колеса. Относительная простота конструкции и надежность паровоза сделали его самым популярным средством передвижения со времени появления первых локомотивов в начале 1800-х годов и до конца второй мировой войны.

Хотя паровозы и сейчас широко используются в Индии и Китае. Однако их главным недостатком является низкий коэффициент полезного действия: даже в лучших паровозах не более 6 процентов энергии, выделяющейся при сгорании угля, переходит в энергию движения.

В современном паровом двигателе уголь на сгорание подается автоматически из тендера в топку. Где он и сгорает при температуре около 2550 градусов по Фаренгейту (что соответствует 1400°С). Холодная вода, запасы которой тоже хранятся в тендере, дважды нагревается в паровом котле и превращается в перегретый пар высокого давления. Этот пар, попадая затем в цилиндры, двигает поршни и заставляет крутиться колеса поезда. Часть пара, остывая, превращается снова в воду и возвращается в паровой котел. Остальной пар выбрасывается наружу через дымовую трубу.

Сохранение тепла

Пар, который отработал на поршнях, все еще горячий. В некоторых конструкциях паровозов часть отработанного пара используется для предварительного подогрева холодной воды - перед тем, как эта вода поступает в паровой котел.

Увеличение температуры

Теплая вода, находящаяся внутри водотрубного котла, проходит по трубам, окружающим топку, и превращается в пар. Затем этот пар по другим трубам проходит уже внутри топки.

Поршень, приводимый в движение паром

Открывается левый поршневой клапан, и пар под высоким давлением входит в цилиндр (как показано на (1) рисунке сверху). Пар заставляет поршень двигаться направо и поворачивает колесо (2.). Затем левый клапан закрывается. Открывается правый клапан, и свежий пар попадает на другую сторону поршня (3). Теперь под действием энергии пара поршень возвращается в первоначальное положение, заставляя колесо к этому времени проделать один оборот (4). Дальше все повторяется сначала.

December 3rd, 2015

Интересная статейка про общественный транспорт.

Оригинал взят у vikond65 в Наш паровоз вперед летит

Сейчас речь пойдет о настоящем стимпанке, точнее - об одном из наиболее ярких его проявлений - паровых трамваях.

Начнем с предпосылок их появления. Тягловая лошадь, как известно, производит не только полезную работу, но и отходы жизнедеятельности, причем в немалых количествах. Одна сивка-бурка в среднем за день щедро выдает по 15-20 килограммов навоза и более 10 литров мочи, а так как ее невозможно приучить делать это в специально отведеннных местах, городская коняга удобряет мостовую везде, где ей заблагорассудится. Ну а поскольку в середине XIX века лошадей в городах было много (например, в Париже - более 70 тысяч), на улицы ежедневно вываливались и выливались тысячи тонн экскрементов. Газеты печатали ужасные прогнозы, что если количество конных экипажей и дальше будет расти, то европейские столицы уже к началу будущего столетия буквально утонут в навозе.

Но прогнозы не сбылись, поскольку, как говорил великий комбинатор, на смену архаичной лошадке прискакал железный конь. А сердцем этого коня изначально была паровая машина. Помимо гигиеничности (на дым тогда никто не обращал внимания, ведь все дома топились дровами, углем и торфом), паровик имел и другие преимущества перед кобылой: гораздо более высокую удельную мощность, компактность, надежность, долговечность, возможность ездить быстрее и способность работать без выходных.

Лошадям, таскавшим омнибусы и конки, после каждого дня работы требовался день отдыха, иначе они быстро "изнашивались" и дохли. Поэтому городским транспортным компаниям приходилось на каждый вагон иметь двойной комплект "силовых установок". Ну и кроме того, паровоз, в отличие от лошади, нельзя испугать, что тоже немаловажно, ведь в позапрошлом веке выражение "кони внезапно понесли" то и дело мелькало в полицейских сводках.

Неудивительно, что почти сразу вслед за конными трамваями возникли паровые. Их можно разделить на две категории. Первая и более распространенная представляла собой обычный небольшой паровоз, внешне "облагороженный" в соответствии с тогдашними представлениями об эстетике. Он тянул за собой пассажирские вагоны, причем, если лошадиная упряжка могла буксировать только один вагон, то к паровозу нередко цепляли два, а то и три, благо мощность позволяла.

Второй тип аналогичен современному трамваю, в котором двигатель с кабиной водителя и пассажирский салон монтировали на едином шасси. Ниже приведена фотоподборка паровых конок (в России их именно так и называли вполне официально) из разных стран и городов.

Английский паровой трамвай системы Грина образца 1887 года. Поскольку из паровозной трубы летели искры и копоть, империалы таких трамваев, как правило, делали закрытыми. А чтобы не возить запас воды, на крыше локомотива монтировали трубчатые конденсаторы, так что машина работала по замкнутому циклу.

Такой же паровой трамвай в шотландском городе Данди, 1898 год.

Еще один аналогичный английский паровозик с четырехосным вагоном. Здесь империал оставлен открытым, так что его пассажирам, решившим сэкономить, не позавидуешь.

Австралийский трамвай с вагоном "тропического" типа и паровозом без конденсатора.

Такие паровозы начали ходить по Дублину в 1888 году.

А такие составы двухэтажных вагонов возили пассажиров по столице Ирландии еще в 1930-е годы. Интересно, что кабина водителя локомотива расположена спереди, а рабочее место кочегара - сзади, хотя обычно на паровозах они объединены.

В филиппинском городе Малабон паровой трамвай ходил с 1883 по 1898 год.

Последняя в Европе линия парового трамвая действовала в голландском городе Доесбурге аж до 1956 года. Обратите внимание, что этот трамвай был грузопассажирским, сзади к нему прицеплен товарный вагон.

Паровой трамвай Женевы, 1897 год. В Швейцари этот вид городского транспорта получил в конце XIX века наиболее широкое распространение, поскольку ее гористый рельеф затруднял использование конок. Лошади, тащившие вагон вверх по склону, быстро утомлялись.

Схема устройства немецкого бесконденсаторного трамвайного локомотива.

Трамвайный локомотив, выпускавшийся в 1890-е годы на Коломенском машиностроительном заводе. Такие паровозы использовались на трамвайных маршрутах Санкт-Петербурга и других российских городов.

Паровой трамвай на Лесной Улице Петербурга, 1911 год.

Тоже Санкт-Петербург, Невская линия парового трамвая.

Паровой трамвай в Киеве с вагоном открытого типа, 1892 год.

Перейдем к "трамваям-моноблокам" с двигателем и салоном на общей платформе. Этот паровой рельсовый омнибус Брюннера был построен во Франции в 1876 году.

Трамвай конструкции инженера Пюрри на парижской улице.

Австралийский одноэтажный трамвай Хаукера, 1906 год.

Паровой трамвай Стокгольма, в отличие от предыдущего, легко спутать с электрическим, если не обращать внимания на отсутствие токосъемника. Снимок 1901 года.

Паровой трамвай, спроектированный в 1876 году английским инженером Вудсом по заказу городских властей Вены. Не знаю, был ли этот проект принят и реализован.

Паровые трамваи Роуэнса "полураздельного" и "моноблочного" типов, которые были представлены на технической выставке в Антверпене в 1885 году. Как и с предыдущим изделием, мне не удалось выяснить, применялись ли эти весьма интересные конструкции где-либо на практике.

Union Pacific «Challenger»

Паровоз - автономный локомотив с паросиловой установкой, использующий в качестве двигателя паровые машины.

Паровозы являются одними из уникальных технических средств созданных человеком, они выполняли основной объём перевозок в XIX и первой половине XX века, сыграв существенную роль в подъёме экономики многих стран.

Паровозы постоянно улучшались и развивались, что привело к большому разнообразию их конструкций, в том числе и отличных от классической.

Классификация паровозов

По осевой формуле

Описывает число бегунковых, движущих и поддерживающих осей. Методы записи осевых формул (типов), весьма разнообразны. В русской форме записи учитывают число каждого типа осей, в английской - каждого типа колёс, а в старогерманской учитывают только общее число осей и движущих. Так, осевая формула китайского паровоза QJ в русской записи будет 1-5-1, в английской - 2-10-2, а в старогерманской - 5/7. Помимо этого, за многими типами закрепились названия из американской классификации, например: 2-2-0 - «Америкен», 1-3-1 - «Прери», 1-4-1 - «Микадо», 1-5-0 - «Декапод».

Бегунковые колёсные пары - свободные (то есть на них не передаются тяговые усилия от тяговых двигателей) колёсные пары, расположенные перед движущими колёсными парами. Служат для разгрузки передней части локомотива, а также для улучшения вписывания локомотива в кривые.
По условиям вписывания в кривые, бегунковые оси должны иметь значительное отклонение от средней оси локомотива. Их помещают на поворотную тележку, способную перемещаться в поперечном направлении относительно рамы локомотива.

Движущие колёсные пары - колёсные пары, на которые непосредственно передаются тяговые усилия от двигателей локомотива.

Поддерживающие колёсные пары - служат для поддержки задней части локомотива и обеспечивают вписывание в кривые.

По числу цилиндров паровой машины

Наибольшее распространение получили двухцилиндровые (по одному цилиндру справа и слева) паровозы как более простые и надёжные по конструкции, однако многоцилиндровые имеют лучшие динамические показатели.

У трёхцилиндровых паровозов 2 цилиндра расположены снаружи рамы, а третий между ними.

У четырёхцилиндровых паровозов два цилиндра располагаются снаружи рамы, а остальные два могут располагаться либо между половинами рамы, либо снаружи, причём в этом случае 2 цилиндра с каждой стороны в свою очередь могут располагаться либо друг за другом:

Либо друг над другом:

На четырёхцилиндровых паровозах применялась машина типа компаунд:

Компаунд-машина имеет два (или больше) рабочих цилиндра разного диаметра. Свежий пар из котла поступает в меньший цилиндр высокого давления. Отработав там (первое расширение), пар перепускается в больший низкого давления. Такая схема работы позволяет более полно использовать энергию пара и повысить коэффициент полезного действия двигателя.

Принцип работы:

Паровозная схема:

ЦВД - цилиндр высокого давления.
ЦНД - цилиндр низкого давления.

По роду применяемого пара

На насыщенном паре - получившийся после испарения воды пар сразу поступает в цилиндры. Такая схема применялась на первых паровозах, но была весьма неэкономичной и сильно ограничивала мощность.

На перегретом паре - пар дополнительно нагревается в пароперегревателе до температуры свыше 300 °C, а затем поступает в цилиндры паровой машины. Такая схема позволяет получить значительную экономию в паре (до 1/3), а следовательно в топливе и воде, благодаря чему стала применяться на подавляющем большинстве выпускавшихся мощных паровозов.

Пароперегреватель представляет собой систему трубчатых каналов, проходящих через топку (см. в разделе «котлы»).

Схема паровоза

Специальный вагон прицепляемый к паровозу, предназначен для перевозки запаса топлива для локомотива (дров, угля или нефти) и воды. Для мощных паровозов, которые потребляют большое количество угля, в тендере размещают также механический углеподатчик (стокер).

2. Будка машиниста

Описывать назначение всех органов управления и приборов контроля не имеет смысла, так или иначе они связаны с подачей и распределением пара.
Некоторые из кранов, вентелей и манометров продублированы в целях безопасности или для осуществления ремонта на «горячую».
Так же есть рычаг реверса для переключения езды вперёд-назад, и рычаг регулятора количества подачи пара в цилиндры, «газ» одним словом.
Ещё есть рычаг тормоза и привод свистка. Вместо рычагов могут быть вентели.

Поскольку паровоз штука опасная, в кабине обязательно должно быть два человека, чтоб следить за приборами.

И да, в кабине таки жарко.

3. Свисток

Для подачи сигналов на паровозе установлен не сложный, но весьма важный прибор-паровой свисток, привод которого выведен в кабину машиниста. При неисправном свистке запрещается выпускать локомотив под поезд.
На современных паровозах установлены многотоннальные свистки.

4. Тяга от реверса к парораспределительному механизму

Соединена с рычагом реверса в кабине, с помщью которого переключают движение вперёд-назад. В современных паровозах этим же рычагом регулируют подачу пара в цилиндры.

Предназначен для защиты от разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка пара.

7. Песочница

Ёмкость с песком, устанавливаемая на тяговом подвижном составе (локомотив, трамвай и т. п.). Входит в состав пескоподающей системы, предназначенной для подачи песка под колёса, тем самым повышая коэффициент сцепления колёс с рельсами.

Для подачи под колёса используется сухой кварцевый песок. С помощью сжатого воздуха песок подаётся из песочницы в специальные форсунки, которые направляют струю песка в зону контакта колёс с рельсами. На паровозах одна или несколько песочниц устанавливались, как правило в верхней части парового котла.

На котле установлен корпус песочницы заполняемый сухим мелким песком. В корпусе расположены форсунки, которые подают песок в трубы, идущие к колесам паровоза. В будке машиниста установлен кран при помощи которого воздух направляется к форсункам.

Сухопарник является частью котла и служит для отделения пара от водяных капель и частиц накипи (чтоб в машину не попали).
Полость справа - это песочница.

В сухопарнике располагается начало паропровода, отсюда (по толстой трубе) пар через клапан-регулятор поступает в пароперегреватель, а от туда к паровой машине . Регулятор позволяет очень плавно увеличивать подачу пара и тем самым управлять мощностью паровоза. Рукоятка управления этим клапаном расположена в паровозной будке.

Предназначен для питания тормозной сети поезда сжатым воздухом и для обслуживания различных механизмов, например, песочницы.

Представляет из себя компрессор (насос), приводящийся в действие, небольшой паровой машинкой питающейся от общего котла.
Производительность - около 3000 литров воздуха в минуту.

Расположена в передней части паровоза. В ней собираются газы выходящие из дымогарных и жаровых труб, и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Играет важную роль в создании тяги в топке, что в свою очередь позволяет значительно повысить мощность паровоза. (Чем лучше тяга, тем больше воздуха проходит через топку. Чем больше воздуха, тем лучше горит. Чем лучше горит, тем выше температура.)

Чтобы создать тягу топке, надо в дымовой коробке создать разрежение:

Отработаный пар из цилиндров машины, устремляется в конус трубы и засасывает с собой газы из топки. Тем самым создаётся разряжение.

15. Поддерживающая тележка

Поддерживающие колёсные пары - свободные (то есть на них не передаются тяговые усилия от тяговых двигателей) колёсные пары, расположенные позади движущих колёсных пар. Служат для поддержки задней части локомотива и обеспечивают вписывание в кривые.

Устройство, попеременно направляющее поток пара в разные полости цилиндра.

Поршневой распределитель пара (сверху).

Схема работы.

Также бывают золотниковые распределители:

В зависимости от положения золотника(1), окна(4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством(6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью(7), соединённой с атмосферой.

Элементы конструкции парового котла, служащие для увеличения площади нагрева.
Трубы проходят через весь котёл и отдают жар проходящих через них газов воде в котле.

Тонкие , синии трубы - это дымогарные.

Толстые трубы - это жаровые , у них внутри проходят трубы пароперегревателя (жёлтые). Белая, толстая труба (сверху) идёт от сухопарника к пароперегревателю.

Любопытно то, что паровозу как и автомобилю, требуется качественное топливо. Если уголь плохого качества, то дымогарные трубы быстро забиваются сажей. Чистить их, не самая лёгкая задача.

Со временем трубы прогорают и их меняют на новые.

Жаровые трубы являются основным компонентом трубчатых пароперегревателей .

Жаровые - это толстые, синии трубы, внутри которых проходят жёлтые.

Жёлтые трубы - это часть пароперегревателя.

В коллекторе (большая жёлтая штука), пар из сухопарника распределяется по тонким трубкам (которые в свою очередь проходят петлёй внутри жаровых) разогревается до ~300гр. и поступает в цилиндры машины по толстой трубе.

35. Рукав тормозной магистрали

Каждый вагон оснащён тормозной системой, питающейся сжатым воздухом от локомотива.
Рукав предназначен для подключения вагонов в общую тормозную систему.

38. Колосниковая решётка

Представляет собой чугунную решетку, на ней лежит горящие топливо (уголь, дрова). Колосниковая решётка имеет отверстия или щели, через которые зола просыпается зольник.

Зольник (поддувало) - бункер, расположенный в нижней части (под колосниковой решёткой) топки паровоза, служащий для сбора золы и шлаков, образовавшихся в результате сгорания топлива. Зольник должен иметь возможность периодической очистки.

Стальная или чугунная коробка, внутри которой размещены подшипник скольжения, вкладыш, смазочный материал и устройство для подачи смазочного материала к шейке оси, либо подшипник качения и смазочный материал.

Упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку от рамы или кузова на ходовую часть (колёса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары при прохождении по неровностям пути.

Теперь, когда читатель познакомился с основными элементами паровоза, пришло время разобраться с тем, как же он работает.

Принцип работы

Тревитик построил в Лондоне круговую железную дорогу, по которой локомотив двигался со скоростью 20 км/час без груза и со скоростью 8 км/час с грузом в 10 т.

Паровоз Тревитика сжигал такое количество угля, что изобретение не давало никаких коммерческих выгод. Из-за своего веса, паровоз быстро приводил в негодность рельсы, рассчитанные на небольшие вагоны с «лошадиным приводом».
В последующие годы Тревитик сконструировал и построил еще несколько паровозов.

В 1813 году английский инженер Уильям Брунтон запатентовал, а вскоре и построил, паровоз который получил название «Механический путешественник».

Паровоз имел две оси, на которые сверху опирался горизонтальный паровой котёл. Сбоку находился один паровой цилиндр, который через рычажную передачу и горизонтальное зубчатое колесо приводил в движение механические «ноги», расположенные сзади локомотива.
Ноги попеременно цепляясь за путь и толкали паровоз вперёд, за что за локомотивом закрепились прозвища «Шагающий паровоз»

В 1815 году при испытаниях по повышению давления, котёл взорвался. Паровоз был уничтожен и погибло несколько человек. Этот инцидент считается первой в мире железнодорожной катастрофой .

«Пыхтящий Билли»

Возможно, первый паровоз, который оказался действительно практичным. На нём впервые было реализовано вождение поездов лишь за счёт силы сцепления колёс с рельсами, без каких либо дополнительных устройств (вроде зубчатой рейки на путях).

Построен в 1813-1814 Уильямом Хедли, Джонатоном Фостером и Тимоти Хаквортом для владельца шахт «Wylam» Кристофера Блэкетта.

Пыхтящий Билли - самый старейший из сохранившихся паровозов

В 1814 году английский изобретатель спроектировал свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги.
Машина получила название «Блюхер» в честь прусского генерала Гебхарда Леберехта фон Блюхера, прославившегося своей победой в битве с Наполеоном при Ватерлоо.

В ходе испытаний, паровоз провёл состав из восьми гружённых повозок общим весом около 30 тонн со скоростью до 6-7 км/ч.

Спустя 15 лет , Стевенсон построил паровоз - это был первый в мире паровоз с трубчатым паровым котлом .

Дирекция транспортной компании Манчестер-Ливерпульской дороги объявила свободный конкурс на лучшую конструкцию локомотива. Стефенсон выставил в Рейнхилле свой новый паровоз «Ракета», построенный на его заводе.
При собственном весе 4,5 т этот паровоз свободно тянул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/ ч. По всем показателям «Ракета» оказалась на порядок лучше всех других локомотивов.

Подлинный паровоз Стевенсона. Science Museum (London)

Реплика. National Railway Museum . York, England

С этого времени началась Эра Паровозов.

Произошло в Париже 22 октября 1895 года. Пассажирский поезд, не сумев затормозить на уклоне, выбил путевой упор, выехал на перрон вокзала, пробил стену здания и рухнул с высоты на улицу.

В результате крушения , ранения получили пять человек. Единственной погибшей, стала продавщица вечерних газет Мари-Огюстэн Агилар, на киоск которой упала обвалившаяся стена.

Самый быстрый паравоз

«Mallard» № 4468, сконструированный Найджелом Грейсли (Англия).
Длина паровоза 22,4 метра, а вес около 270 тонн.
В 1938 году установил рекорд скорости для паровых локомотивов - 202.7 км/ч.

Самый массовый паровоз

Разработан в 1910 году Луганским заводом. Выпускался вплоть до 1957 года Харьковским, Сормовским, Коломенским и Брянским заводами. Выпущено около 10000 экземпляров.

Паровоз «Андрей Андреев»

Единственный в мире локомотив с колесной формулой 4-14-4. У него было семь ведущих осей. Совершил всего одну поездку и после этого пропал.
Дело в том, что из-за своей длины, он не вписывался в кривые и сходил с рельс.
Простоял на станции «Щербинка» 25 лет и в 1960 году его отправили на слом.

Назван в честь вот этого человека.

Паровоз «Иосиф Сталин»

Гордость советского паровозостроения – на момент создания это был самый мощный пассажирский паровоз в Европе, и именно ему досталось Гран-при на Всемирной парижской выставке 1937-го года.
Разгонялся до 155 км/ч.

Тот самый экспресс, так любимый Агатой Кристи. Сейчас пользуется большой популярностью.

S1 «Большой Мотор»

На Всемирной выставке 1939 года в Нью-Йорке.

Крупнейший экспериментальный паровоз с жёсткой рамой из когда-либо построенных. Стал единственным в мире паровозом с осевой формулой 3-2-2-3, однако в отличие от других типов сочленённых паровозов, имел жёсткую раму.

По первоначальному проекту предполагалось, что паровоз сможет тянуть состав весом до 1000 т и двигаться при этом со скоростью до 160 км/ч, но эта цель не была достигнута.
Недостаточный сцепной вес локомотива (локомотив мало весил) приводил к довольно частому проскальзыванию колёс, а чрезвычайно большая длина локомотива (42,8 м) ограничивала его полезность, не позволяя ему проходить кривые на большинстве путей Пенсильванских железных дорог.

Единственный построенный экземпляр находился в эксплуатации до декабря 1945 года, а в 1949 году - отправлен на слом.

Union Pacific «Big Boy»

Паровозы «Big Boy» (Американская компания «ALCO») являются самыми крупными серийными паровозами в мире (длина паровоза с тендером - 40,47 метра) и вторыми по величине в истории мирового паровозостроения (после опытного паровоза PRR S1), а также самыми тяжёлыми локомотивами в мире (масса паровоза с тендером - 548,3 тонны).

Паровоз - самостоятельно (автономно) передвигающийся по рельсовому пути локомотив , имеющий паросиловую энергетическую установку.

Энергетическая цепь паросиловой установки паровоза включает в себя паровой котёл - тепловой генератор (парогенератор) и поршневую паровую машину в качестве теплового двигателя, который при помощи кривошипно-шатунного механизма приводит во вращение ведущие колёса (колёсные пары). В паровом котле происходят три последовательных этапа преобразования энергии: в топке парового котла протекает процесс горения топлива и преобразования его внутренней химической энергии в тепловую, носителем которой служат продукты сгорания - дымовые газы; в собственно паровом котле осуществляется процесс теплообмена между продуктами сгорания топлива и водой с целью доведения воды до кипения и образования насыщенного пара; в пароперегревателе повышаются температура и теплосодержание пара (также за счёт теплообмена с продуктами сгорания топлива).

Питание парового котла водой из водяного бака, находящегося на тендере паровоза, осуществляется инжекционным водяным насосом за счёт использования какой-то части энергии сжатого пара на собственные нужды паровоза.

Историческая справка

Идея создания транспортного средства, самостоятельно передвигающегося по рельсовым путям, принадлежит английскому изобретателю Р. Тревитику, который в 1803 году повозку, приводимую в движение паром, получаемым от размещённого на ней парового котла, поставил на рельсы.

Конструкция первого паровоза предопределила формы и направление развития будущих локомотивов, в которых на протяжении многих десятилетий использовались горизонтально расположенный котел, вырабатывающий пар высокого давления, выпуск пара для усиления тяги в дымовую трубу и т. п.

Однако из-за большой собственной массы (около 6 т) паровоз разрушал чугунные рельсы. Не выдержал испытаний и второй паровоз, но предпосылки для усовершенствования локомотива были созданы и получили развитие в работах других изобретателей.

Паровоз Дж. Стефенсона «Ракета» (Великобритания, 1829 год)

В 1810-20-е ггоды было создано несколько конструкций паровозов для применения в рудниках и шахтах: в 1811 году английский механик М. Муррей построил паровоз с зубчатыми колёсами, которые сцеплялись с находящимся между рельсов третьим колесом; в 1812 году английский изобретатель У. Брентон создал «шагающий» паровоз, отталкивающийся от пути рычагами; в 1813 году инженер У. Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину (паровоз известен под названием «Пыхтящий Билли»). В 1814 году паровоз «Блюхер», не отличавшийся оригинальностью конструкции, построил Дж. Стефенсон. В устройство второго паровоза, «Эксперимент», изобретатель внёс ряд усовершенствований: использовал двухцилиндровую паровую машину, спаренные колёса с наружными соединительными дышлами, применил отвод пара через дымовую трубу для усиления тяги через специальное устройство - конус, ставшее впоследствии непременной частью любого паровоза.

В 1819 году были построены пять паровозов для эксплуатации в шахтах; затем в 1823 году - для железнодорожной линии Стоктон - Дарлингтон, строительством которой Стефенсон руководил. В 1825 году паровоз, названный «Локомошен», под № 1 провёл по дороге поезд в день её открытия. Однако, несмотря на применение конусной тяги и другие усовершенствования, паровоз не смог развивать высокую скорость из-за малой мощности парового котла.

В 1829 году Стефенсон построил паровоз «Ракета », использовав идею многотрубного котла. В 25 трубах циркулировала не вода, как в предыдущих моделях, а горячие газы, то есть впервые был применён жаротрубный котел. Это нововведение позволило паровозу значительно увеличить скорость. На единственном в своем роде соревновании, известном как битва паровозов в Рейнхилле, проводившемся администрацией железной дороги Ливерпуль - Манчестер 1 октября 1829 года, он показал рекордную для того времени среднюю скорость 22 км/ч.

Паровоз Черепановых (Россия, 1834 год)

После усовершенствования конуса скорость движения паровозов удалось увеличить до 38 км/ч. Эта победа доказала целесообразность применения паровой тяги на жжелезнодорожном транспорте и обусловила его дальнейшее развитие. Первый в России паровоз был построен в 1834 году М. Е. Черепановым (1803-1849 ггоды) под руководством и при участии его отца Е. А. Черепанова (1774-1842 ггоды) на Выйском заводе. Машину называли «сухопутным пароходом», «пароходкой», «паровой телегой». Слово «паровоз» впервые появилось в петербургской газете «Северная пчела» в 1836 году. В дальнейшем термины «паровоз» и «локомотив» стали синонимами.

Паровоз был испытан на опытном участке чугунной дороги протяжённостью 853,5 м, специально проложенной от Выйского завода. Паровоз смог везти состав до 3,3 т со скоростью 13-16 км/ч. По данным профессора В. С. Виргинского задние (ведущие) колёса паровоза имели диаметр больше, а передние (бегунковые) - меньше. (Модель паровоза Черепановых, имеющая одинаковые размеры колёс, находится в Центральном музее железнодорожного транспорта в Санкт-Петербурге.)

В марте 1835 года Черепановы построили второй, более мощный паровоз. Однако Черепановым и горному инженеру Ф. И. Швецову, в начале 1830-х годов предложившему проложить рельсовые пути на заводе, не удалось переубедить заводскую администрацию в преимуществах паровой тяги, и первые русские паровозы практического применения не нашли.

Однако паровоз остаётся одним из уникальных технических творений человечества, безраздельно господствовавшим на железнодорожном транспорте более 130 лет.

Во многих странах сохраняются паровозы-памятники, пользуются популярностью ретро-поезда с паровой тягой. Часть паровозного парка находится в запасе, при необходимости работоспособность паровозов может быть восстановлена.

Галерея

Промышленный танк-паровоз типа 0-2-0, масштаб 1:10. Спроектирован и построен для маневровой работы у металлургических печей крупных промышленных предприятий. В 1930-е годы такие паровозы строились на Невском, Муромском и Сормовском заводах. Экспонат ЦМЖТ

Первый русский паровоз, построенный механиками Черепановыми в 1833-1834 годах в Нижнем Тагиле. Это паровоз водил по заводской дороге составы с рудой весом до трёх тонн со скоростью до шестнадцати километров в час. Модель в масштабе 1:2 сделана тоже Черепановыми в 1839 году. Экспонат ЦМЖТ

Паровозы, устройство которых на фоне других технологий сегодня является примитивным, до сих пор применяются в некоторых странах. Они представляют собой автономные локомотивы, использующие в качестве двигателя паровую машину. Самые первые подобные локомотивы появились в XIX веке и сыграли ключевую роль в становлении экономики целого ряда стран.

Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера.

Принцип работы и устройство паровоза

Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:

• паровую машину;
• котел;
• экипаж.

В паровом котле получают пар - именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар - основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.

Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер - вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.

Паровой котел

При рассмотрения устройства и принципа работы паровоза начинать нужно с котла, так как это первичный источник энергии и главный компонент данной машины. К этому элементу предъявляются определенные требования: надежность и безопасность. Давление пара в установке может достигать 20 атмосфер и более, что делает его практически взрывчаткой. Нарушение работы какого-либо элемента системы может привести к взрыву, что лишит машину источника энергии.

Также данный элемент должен быть удобным в управлении, ремонте, обслуживании, быть гибким, то есть уметь работать с разным топливом (более или менее мощным).

Топка

Основной элемент котла - топка, где сжигают твердое топливо, которое подается при помощи углеподатчика. Если же машина работает на жидком топливе, то его подают через форсунки. Выделяемые в результате сгорания высокотемпературные газы передают тепло через стенки огненной коробки воде. Затем газы, отдав большую часть тепла на испарение воды и нагрев насыщенного пара, выводятся в атмосферу через дымовую трубу и искрогасительное устройство.

Образованный в котле пар аккумулируется в колпаке-сухопарнике (в верхней части). При достижении давления пара свыше 105 Па, специальный предохранительный клапан его сбрасывает, выпуская избыток в атмосферу.

Горячий пар под давлением подается через трубы к цилиндрам паровой машины, где он давит на поршень и шатунно-кривошипный механизм, приводя ко вращению ведущей оси. Отработанный пар поступает в дымовую трубу, создавая разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха в топку котла.

Схема работы

То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.

В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.

За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.

Преимущества

Как и другие типы обладают определенными достоинствами и недостатками. Плюсы следующие:

1. Простота конструкции. Из-за несложного устройства паровой машины паровоза и его котла, наладить производство на машиностроительных и металлургических заводах было несложно.
2. Надежность в работе. Упомянутая простота конструкции обеспечивает высокую надежность работы всей системе. Ломаться практически нечему, из-за чего паровозы работают в течение 100 и более лет.
3. Мощная тяга при трогании.
4. Возможность использования разных видов топлива.

Ранее было такое понятие как "всеядность". Оно применялось к паровозам и определяло возможность использовать древесину, торф, уголь, мазут в качестве топлива для этой машины. Иногда локомотивы отапливали отходами производства: разными опилками, зерновой шелухой, щепой, бракованным зерном, отслужившими смазочными материалами.

Конечно, тяговые возможности машины при этом снижались, однако это в любом случае позволяло экономить солидные средства, так как классический уголь стоит дороже.

Недостатки

Без недостатков тоже не обошлось:

1. Низкий КПД. Даже на самых совершенных паровозах КПД составлял 5-9%. Это и логично, учитывая невысокий КПД самой паровой машины (около 20%). Неэффективность сгорания топлива, большие теплопотери при передаче тепла пара от котла к цилиндрам.
2. Необходимость в огромных запасах топлива и воды. Особенно актуальной эта проблема становилась при эксплуатации машин в условиях засушливой местности (в пустынях, к примеру), где сложно раздобыть воду. Конечно, немного позже придумали паровозы с конденсацией отработанного пара, однако это не решало проблему полностью, а лишь упрощало ее.
3. Пожароопасность, объясняемая открытым огнем сгорающего топлива. Этого недостатка нет на бестопочных паровозах, но дальность их следования ограничена.
4. Дым и копоть, выбрасываемая в атмосферу. Серьезной эта проблема становится при движении паровозов в черте населенных пунктов.
5. Тяжелые условия для бригады, которая обслуживает машину.
6. Трудоемкость ремонта. Если в паровом котле что-то выходит из строя, то ремонт осуществляется долго и требует вложения средств.

Несмотря на недостатки, паровозы очень ценились, так как их использование существенно подняло уровень промышленности в разных странах. Конечно, сегодня применение подобных машин не актуально, в силу наличия более современных двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей. Тем не менее, именно паровозы положили начало созданию железнодорожного транспорта.

В заключение

Теперь вы знаете устройство двигателя паровоза, его особенности, плюсы и минусы эксплуатации. Кстати, сегодня на железнодорожных магистралях слаборазвитых стран (например, на Кубе) эти машины до сих пор применяются. До 1996 года они использовались и в Индии. В европейских странах, США, России этот вид транспорта существует лишь в виде памятников и музейных экспонатов.