Паровозыжелезнодорожный транспорт

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 подаётся к трущимся поверхностям.

Рассмотрим вкратце процесс горения топлива в топке паровозного котла. Вначале топливо, заброшенное в раскалённую топку, подсушивается, из него выделяется влага. Затем при нагревании до температуры 600 — 800° из топлива выделяются (улетучиваются) газообразные вещества, называемые летучими. Летучие вещества быстро и легко загораются; чем больше летучих 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 главным образом в самом слое топлива. При горении в результате химических реакций образуются продукты горения (топочные газы), которые состоят из азота (главным образом), углекислого газа, сернистого газа, паров воды и некоторого 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 имеются 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 III). Тепловой эффект любого вида топлива, и в частности каменного угля, характеризуется теплотворной способностью, т. е. тем количеством тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг данного топлива. За единицу количества тепла принята килокалория (большая калория), т. е. количество тепла, за счёт которого можно повысить температуру 1 кг воды на 1°С. Установлено, что 1 кг хорошего каменного угля при полном сгорании способен выделить около 6 500 килокалорий тепла. При полном использовании этого тепла можно повысить температуру 6,5 т воды на 1° или подогреть от 0 до 100° 65 кг воды. После сгорания топлива на колосниковой решётке, как указывалось, остаётся зола — несгорающий остаток, образующийся из минеральных примесей. Чем больше золы в топливе, тем меньше горючих веществ и тем меньше теплотворная способность этого топлива. Находясь в слое раскалённого топлива, зола плавится и, медленно 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, выходящий 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?

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. Размещены они в передней части локомотива, по обе стороны рамы. Для того чтобы при небольших размерах цилиндров получить большую мощность (3 ООО — 3 500 л. с), паровая машина выполняется по принципу двойного действия: пар впускается не с одной стороны поршня, а попеременно с двух сторон. Прежде чем попасть в цилиндры, пар поступает в золотниковые коробки, называемые так потому, что внутри каждой из них находится золот-н и к. Золотник — распределитель пара — осуществляет автоматический впуск свежего пара в цилиндр и выпуск отработавшего. Движение золотников точно согласовано с движением поршней благодаря особому механизму, называемому парораспределитель и ы м. 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 другую сторону. Чтобы использовать работу пара для перемещения паровоза, нужно возвратно-поступательное движение поршней в обоих цилиндрах преобразовать во вращательное движение колёс. Для этой цели служит передаточный механизм, называемый шатунио-кривошипным. Шатунно – кривошипный механизм размещается с каждой стороны паровоза; он состоит из следующих деталей: поршней, ползунов, шатунов (ведущих дышел) и колёсной пары1. Движение поршня через ползун непосредственно передаётся ведущему дышлу, которое и приводит во вращение колёсную пару. Ведущее дышло связано с колесом через палец кривошипа, запрессованный в тело колеса. Все колёсные пары соединяют (спаривают) друг с другом. Делается это для того, чтобы увеличить силу тяги паровоза. Соединение 1 Под колёсной парой понимается ось и наглухо насаженные (напрессованные) на неё два колеса.

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. Большинства паровозов имеет 3—5 движущих колёсных пар. Система деталей — поршней, ползунов, ведущих и сцепных дышел, колёсных пар с пальцами кривошипов образует движущий механизм паровоза. Таким образом, к паровой машине относятся: 1) цилиндры, 2) парораспределительный механизм и 3) движущий’ механизм.

Рассмотрим принципиальную схему действия всасывающего инжектора. Внутри корпуса инжектора (фиг. 59) расположены точно по одной оси три главных полых конуса: паровой водяной (смесительный) 2 и нагнетательный 3. Первые два конуса имеют суживающуюся форму, а третий, нагнетательный, — расширяющуюся 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 инжектора 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

клапан, прижатый давлением пара в котле (15—16 am), он ещё не в состоянии. Стремясь найти выход, пар откроет вестовой клапан, •находящийся под атмосферным давлением, и увлечёт за собой в ве- Фиг. 59. Схема работы инжектора •■■ стовую трубу воздух как из корпуса инжектора, так и из водоприёмной трубы, соединённой с водяным баком тендера. Давление в водяной камере инжектора станет ниже атмосферного. Тогда вода 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 через* 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 атмосферного. В результате частичной конденсации в смесительном конусе объём пара, поступающего в инжектор, быстро уменьшается, давление в корпусе инжектора снижается, и вестовой клапан под давлением 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. Кинетическая энергия пара значительно увеличивается и струя пара: увлекает за собой воду в смесительный конус. В паровом конусе создастся большая разница (перепад) давлений пара перед конусом 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 м1сек), засасываемой из тендерного бака и находящейся в смесительном конусе. В смесительном 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, остаётся очень высокой, так как смесительный конус имеет суживающуюся форму. С большой скоростью вода устремляется в третий, нагнетательный, 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 давление пара, поднимает питательный клапан и свободно поступает в водяной объём передней части котла паровоза.

Если же давление водяной струи будет меньше котлового то вода в котёл не пойдёт, а через прорезы с

С помощью золотника осуществляется впуск пара в паровую машину и выпуск из неё. Чтобы понять назначение золотника, рассмотрим сначала принцип действия паровой машины на упрощённой схеме (фиг. 83). Внутри цилиндра находится 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 поршень 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 кхтла в паровую машину

В паровой машине для перемещения поршня вперёд и назад используется энергия пара. Представим себе, что в цилиндре имеется четыре крана. Краны № 1 и № 2 помещены на паровпускных трубах, а краны М3и№ 4 на паровыпускных. К первым двум кранам подводится свежий пар из котла, а два вторых выпускают этот пар из цилиндра после того, как он уже совершит работу. , Если открыть впускной кран М 1 я выпускной кран М 4, то пар из котла через кран «М 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 Полость отработавшего пара. открытый кран № 4. Таким образом, поршень переместится в крайнее (правое) положение. Чтобы изменить направление движения поршня на обратное, нужно закрыть краны № 1 и № 4 и открыть впускной кран Л2и 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 край № 3 пар, оставшийся в левой полости цилиндра. на такой быстроходной В рассмотренном примере впуск пара в машину и выпуск пара из неё осуществляется при помощи четырёх кранов, открываемых и закрываемых вручную. Паровых машин с ручным распределением пара не существует, ибо открывать и закрывать краны рукой, конечно, невозможно, тем более машине, как паровоз. Почти на всех паровозах впуск и выпуск пара производятся с помощью золотникового парораспределительного механизма. При золотниковом парораспределении роль кранов выполняет золотник, причём впуск и выпуск пара осуществляются не по четырём каналам, а только по двум, так как поочерёдно через один и тот же канал пар то впускается в цилиндр, то выпускается из него. Для размещения золотника каждый паровой цилиндр имеет сверху золотниковую камеру, в которую запрессованы цилиндрические 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 цилиндрическим (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 недостаток, 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 преодоление которого расходуется значительная работа. При высокой температуре перегретого пара плоские золотники подвержены короблению. В настоящее время они встречаются на старых паровозах, работающих насыщенным паром.

Меняющееся давление пара в каждой полости цилиндра «в зависимости от положения поршня можно определить прибором, называемым индикатором. Рассмотрим его устройство и действие на упрощённой схеме (фиг. 99). В крышке парового цилиндра просверлено небольшое отверстие, к которому присоединена трубка. Внутри трубки помещены карандаш поршенёк со штоком и пру-

жинка. На конце штока укреплён пишущий наконечник (карандаш), упирающийся своим остриём в полоску бумаги. С помощью рычага бумага приводится в движение от поршня. Если в полость, к которой присоединён индикатор, впустить пар, давление внутри трубки прибора будет равно давлению пара внутри цилиндра (см. фиг. 99, левая полость цилиндра). Фиг.-99.^Упрощённая схема инди- При изменении давления катора карандаш будет пропорцио- нально этому давлению двигаться по бумаге вверх или вниз, а бумага в зависимости от движения 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 вращающийся барабан, связанный с поршнем специальным ходо-уменьшителем) проводится так называемая атмосферная линия (см. пунктирную линию на фиг. 99). Как показывает само название, атмосферная линия изображает давление окружающей среды. Любая вертикальная линия, проведённая в пределах контура диаграммы, будет соответствовать давлению пара при определённом положении поршня, а горизонтальная — объёму цилиндра или расстоянию, на которое перемещается поршень. На фиг. 100 показаны характерные для паровозной машины индикаторные диаграммы для передней и задней полостей одного цилиндра. В исправной машине с точным парораспределением обе диаграммы должны быть одинаковыми. На индикаторных диаграммах, изображённых на фиг. 100, довольно чётко видны все шесть периодов парораспределения: от точки 6 до точки / происходит предварение впуска, от точки 1 до точки 2 — впуск пара, от точки 2 до точки 3 — расширение, от точки 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 полости цилиндра изменяется от максимума до минимума, поэтому работу пара в цилиндрах подсчитывают по средней величине его давления за весь ход поршня. Это давление, величина которого условно принята постоянной, называется средним индикаторным давлением. Оно будет тем больше, чем больше степень наполнения (отсечка)

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 поршень 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 площадь поршня 3 416,6 см2. Тогда сила давления на поршень (средняя) определится так: 8,5 X 3 416,6 = 29041 кг. Пусть ход поршня равен 80 см, или 0,8 м. Работа, которую произведёт пар при движении поршня из одного крайнего положения 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 цилин
драх работа

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 горящем 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 выполняется в виде искроудерживающей сетки, устанавливаемой в дымовой коробке между Вертикальный сплошной шт и дымовой конусом трубой. Газы сгорания не могут попасть в дымовую трубу иначе, как через сетку, препятствующую проходу крупных искр. В результате удара о сетку часть искр отскакивает от неё, дробится и скапливается на дне дымовой коробки. Однако при таком устройстве приходится часто очищать дымовую коробку от изгари; сетки быстро перегорают и угольки. На современных мощных паровозах, в топках которых сжигается в единицу времени большое количество топлива, ставятся так называемые 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. Хорошо 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) искрогасителя паровоза серии Л. Он состоит из вертикального и горизонтального щитов, соединённых между собой под прямым углом (фиг. 57). К горизонтальному сплошному щиту прикрепляется плохо задерживают крупные горящие
с наклоном искроудерживающая сетка, а на их стыке щиток-отражатель, который отклоняет газовый поток книзу. Таким образом, поток газов, выходя из жаровых и дымогарных труб, на своём пути огибает ряд щитов — фронтонный лист, щиток – отражатель и, наконец, через сетку устремляется к струе пара, выходящей из конуса. Этот прибор значительно повышает сопротивление газового тракта и в то же время не обе спечивает полностью искрогашения. Несмотря на кажущуюся простоту 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 не только осушает насыщенный 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.

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 трубой для отвода газов сгорания из топки. Однако, рассматривая котел 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, вставленные одна в другую и соединённые между собой (фиг. 13). Внутрен-

нюю коробку, в которой при сжигании топлива образуется огонь, называют огневой коробкой, а наружную — кожухом 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 газоходов — 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. Площадь прорезей составляет так называемое живое сечение колосниковой решётки, сквозь которое в топку поступает атмосферный воздух, необходимый для сгорания топлива. К колосниковой решётке воздух попадает через зольник (фиг. 14), имеющий для этой цели боковые клапаны, открывающиеся при помощи рычажного механизма. Зольник размещается под колосниковой решёткой и представляет собой двух- или трёхбункерный ящик. Бункера закрываются днищами. На новых паровозах благодаря специальному механизму днища бункеров можно легко открыть и закрыть. Через прорези в колосниках в зольник проваливаются зола и мелкие несгоревшие частицы топлива. На современных паровозах применяются качающиеся колосниковые 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

(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 зольника при открытии днищ бункеров. Новейшие советские паровозы оборудуются колосниковыми решётками с механическим приводом для прокачивания колосников (фиг. 15). Привод действует сжатым воздухом, поступающим в воздушные цилиндры. Такой механизм облегчает труд паровозных бригад. Площадь колосниковой решётки в значительной степени определяет мощность паровоза. Чем больше размеры колосниковой решётки, тем большее количество топлива можно сжечь на ней и тем больше получить тепла. Чем больше площадь колосниковой решётки, тем мощнее паровоз. На протяжении многих лет конструкторы увеличивали площади колосниковых решёток. Есть паровозы, у которых она достигает 12 мг. 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 мо
жно полнее и быстрее и полу

При интенсивной работе современный мощный паровоз расходует только за один час 20 ООО— 25 ООО кг воды и до 5 ООО 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 паровозу прицепляется отдельная повозка, называемая тендером. На фиг. 32 изображён общий вид, а на фиг. 33 приведена схема устройства шестиосного тендера. Тендеры паровозов большой мощности (2 500—3 ООО л. с.) имеют водяные баки, ёмкость которых доходит до 50 м3\ это целое водохранилище глубиной более 2 м. Запас воды в восьмиосных тендерах новейших грузовых паровозов, построенных Коломенским заводом, достигает почти 60 т. Для удобства наблюдения за уровнем воды водяные баки.снабжены 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 сооружение. В тендере помещается свыше 20 т топлива. Есть тендеры, в кото» рые загружают 35 т топлива.

Основными частями тендера являются водяной бак с угольным бункером, рама и тележки. Запас угля -25 т

Фиг. 33. Схема устройства шестиосиого тендера Водяному баку придаётся П-образная форма (см. нижнюю проекцию, фиг. 33). Такая форма оказывается наиболее удобной ддв совместного размещения воды и топлива. Водяной бак разделён перегородками с отверстиями на ряд отсеков. 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 средней части тендера размещён бункер для топлива. Задняя и боковые стенки угольного бункера наклонные. Это способствует ссыпанию угля на дно бункера и в корыто углеподатчика.

Фиг. 34. Танк-паровоз Конструкторы изыскивают способы максимально снизить собственный 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. Некоторые же паровозы, работающие в пределах станции или завода, не имеют отдельного тендера. Это бестендерные или так называемые танк-паровозы (фиг. 34). Небольшие баки для воды на танк-паровозах размещены обычно по бокам котла паровоза, а ящики для угля — в будке машиниста. Будка машиниста — это помещение, где находится паровозная бригада: машинист, его помощник и кочегар; здесь размещены все приборы и приводы механизмов для управления паровозом. Будка машиниста укрепляется на топке котла. Задняя часть будки — контрбудка — укреплена на тендере; в ней помещается лоток для угля, необходимого при отоплении паровоза вручную. Лобовой лист кожуха топки, «дышащий» зноем, находится непосредственно в будке. Это создаёт неблагоприятные условия для работы паровозных бригад. Чтобы облегчить труд людей, работающих на паровозе, конструкторы и строители паровозов внесли в устройство будки ряд изменений. Будка машиниста пассажирского паровоза, показанного на фиг. 8, — это просторное светлое помещение, размеры которого (объём и рабочая площадь) больше будок многих других отечественных 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 помещение сверху, через световые фонари. Переднее правое стекло оборудовано стеклообогревателем, благодаря которому оно не замерзает даже в самые сильные морозы, а от снега, дождя и пыли стекло очищается пневматическим стеклоочистителем автомобильного типа — «дворнико
м». 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. 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, обеспечивающий 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 трубопроводы 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 паровозов наряду с применением механической подачи угля в топку, механической прокачки колосников и других механизмов, значительно улучшили условия труда паровозной бригады.

Прежде чем перейти к рассмотрению явлений, связан- фиг_ 41_ Схема переДачи тепла воде ных с образованием пара в через стенку огневой коробки паровозном котле, остановимся 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 — медленнее. Молекулы, которые двигаются с наибольшей скоростью, преодолевают силы молекулярного сцепления и выносятся в атмосферу. Оторвавшись от воды и попав в окружающий воздух, молекулы воды образуют водяной пар. Скорость движения молекул, находящихся в парообразном состоянии, больше скорости движения молекул воды. Расстояние между молекулами воды при переходе её в парообразное состояние 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 испарением. 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 медленно. Чем сильнее нагрето тело, тем быстрее движение молекул «…теплота состоит во внутреннем движении материи», — писал свыше двухсот лет назад великий русский учёный М. В. Ломоносов.

С возрастанием температуры число молекул, двигающихся с наибольшей 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.