Паровозыжелезнодорожный транспорт

Котёл не может выработать пара больше определённого количества. 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 паропроизводительностью котла и чем оценивается его работа? Вспомним, что тепло газов сгорания передаётся воде через стенки огневой коробки и жаровых и дымогарных труб, которые снаружи омываются водой, а изнутри — газами. Объём котла, занятый водой, называют водяным объёмом. Например, у паровоза серии ФД он равен 13,47 ж3. Поверхность воды, через “которую выделяется пар, называется зеркалом испарения. Площадь зеркала испарения котла паровоза серии ФД приблизительно составляет 11,85 ж2. Поверхности котла, омываемые с одной стороны газами, а с другой — водой, принято называть испаряющей поверхностью нагрева котла. Она измеряется со стороны воды. У паровоза серии ФД испаряющая поверхность нагрева котла составляет 295 ж2. В зависимости от условий работы с каждого квадратного метра поверхности нагрева можно сиять различное количество пара в час. Работоспособность котла обычно оценивается потому количеству пара в килограммах, которое он даёт в течение часа не со всей поверхности нагрева, а только с 1 ж2 её. Именно это количество пара называется форсировкой (или интенсивностью парообразования) котла. Для паровозников эта величина очень важна, ибо от форсировки котла зависят, в конечном счёте, вес и скорость поезда. Чем больше пара образуется с 1 ж2 поверхности нагрева за один час, т. е. чем больше форсировка котла, тем больше паровая машина 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 паровоза уменьшается с увеличением скорости. Так как котёл сообщается с цилиндрами паровой машины посредством золотников, то чем выше скорость паровоза, т. е. чем большее число оборотов делают движущие колёса в единицу времени, 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 уменьшится и уменьшится сила тяги. Значит, при одной и той же форсировке котла с увеличением скорости будет происходить постепенное уменьшение силы тяги.

Если бы конструкторы спроектировали паровоз с большой силой тяги по сцепному весу и по котлу, но со слабой машиной, то такой паровоз оказался бы крайне неудачным. Он не смог бы реализовать наибольшие значения силы тяги по котлу и сцеплению из-за непреодолимого «барьера», создаваемого слабой паровой машиной. 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 мощным паровым котлом и большим сцепным весом паровоза не позволила бы такому паровозу развить силу тяги больше некоторой определённой 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 вместе). С помощью увеличителя сцепного веса на некоторых паровозах становится возможным привести в соответствие недостаточный сцепной вес с относительно мощным котлом и машиной. 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 паровоза (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 определить силу тяги паровоза, а следовательно, и вес поезда при различных режимах работы паровоза и его скорости. Кроме указанных графиков, строятся также графики и для определения расхода пара и топлива на единицу мощности в зависимости от различных режимов работы паровоза. Эти графики известны под названием расходных характеристик. Тяговые и расходные графики получаются в результате специальных 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, — паспортами паровозов.