Паровозыжелезнодорожный транспорт

Предохранительные клапаны служат для предохранения котла от взрыва, когда давление пара в нём превысит нормальное. Какова бы ни была причина чрезмерного увеличения давления (это возможно, например, когда паровая машина потребляет пара меньше, чем вырабатывает котёл), предохранительные клапаны автоматически открываются, выпуская из котла часть пара, и тем самым снижают давление. На чём же основана работа предохранительного клапана? Наглядное пояснение этому даёт упрощённая схема действия клапана, изображённая на фиг. 75, а.

flap 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 цилиндрической части котла. Котёл паровоза должен иметь не менее двух предохранительных клапанов; обычно их бывает три. Каждый из предохранительных клапанов отрегулирован на определённое давление. Регулировка производится затягиванием или ослаблением пружины. Если давление пара в котле увеличится на 0,2 am сверх нормального, автоматически открывается и начинает выпускать излишний 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 am, в действие приходят второй и третий клапаны. Наличие нескольких клапанов, отрегулированных на разное давление, позволяет быстро снизить давление пара в котле до нормального 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 немедленно 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 приспособлениями, не допускающими изменения нагрузки.

При интенсивной работе современного паровоза в его котле испаряется до 20 ООО — 25 ООО кг воды в час. Для поддержания определённого уровня воды в котле нужно время от времени добавлять 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 (холодная вода может его остудить) и что прибор, подающий воду, должен быть простым по устройству и надёжным в действии, то задача эта окажется не лёгкой. На современных паровозах применяются два вида приборов, питающих котлы водой: инжекторы и поршневые насосы. Последние применяются на паровозах с конденсацией пара и на паровозах с водоподогревателями.

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

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 помощник 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 ручной 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 связано с увеличением размеров котла и прежде всего размеров топки. Обслуживать огромные топки современных паровозов мощностью 2 500—3 000 л. с. ручным способом очень трудно. Поэтому на всех паровозах, имеющих топки с колосниковыми решётками площадью 0 .и* и выше, подача угля механизирована.

Устройство для механической подачи угля из тендера в топку называется углеподатчиком. Уголь поступает в топку при закрытой дверце и равномерно распределяется по колосниковой решётке. Раньше это устройство называли «механическим кочегаром» (стокером), что неправильно, так как отопление паровоза производит не кочегар, а помощник машиниста. Кочегар по указанию помощника машиниста только подготовляет топливо для загрузки в топку. Для того чтобы понять, как работает углеподатчик, обратимся к фиг. 63 и 64.

Фиг. 64. Общий вид углеподатчика ‘, На раме тендера под днищем угольного бункера укреплено корыто^ Внутри корыта (см. фиг. 64) размещён конвейерный винт, который по внешнему виду похож на винт мясорубки, только гораздо больших размеров. Длина этого винта достигает нескольких метров. Он приводится во вращение небольшой паровой машиной, находящейся в специальном ящике тендера. Корыто сверху закрывается заслонками. Когда отодвигают одну из заслонок, уголь проваливается в корыто (см. фиг. 33), захватывается конвейерным винтом и постепенно перемещается вперёд. При выходе из корыта уголь попадает в особый (телескопический) 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 уголь дальше на распределительную плиту (фиг. 65), укреплённую внутри огневой коробки у топочного отверстия. Между плитой и трубопроводом находится парораспределительная 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 направляющими 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 применении этого способа отопления значительно увеличивается потеря тепла из-за уноса мелких несгоревших частиц угля в дымовую трубу. 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 тепла от уноса. В хоботе углеподатчика просверливается отверстие. В него вставляется трубка, по кот

В наши дни техника развивается неизмеримо быстро. То, что было достигнуто совсем ещё недавно, уже не удовлетворяет конструкторов сегодня. Непрерывно испытываются новые более совершенные конструкции узлов и деталей, улучшается технология их производства, осваиваются новые качественные марки металлов и сплавов, позволяющие 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 рабочее давление пара у первого локомотива выше, чем у второго на 2 am. 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 подшипники в движущем и парораспределительном механизмах, чугунные сальники, автостопы, локомотивная сигнализация, скоростемеры, радиосвязь и др. Естественно, что паровозы, построенные много лет назад, значительно устарели и неполностью отвечают современным научно-техническим требованиям и задачам повышения их экономичности. Поэтому огромное значение приобретает проблема усовершенствования 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 техники. В отличие от реконструкции, вносящей коренные изменения в устройство машин, модернизация характерна относительно незначительными 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 эксплуатации паровозными и ремонтными бригадами, лучшие достижения научной и конструкторской мысли, предложения многочисленной армии изобретателей. Какие же наиболее важные работы проводятся сейчас по техническому обновлению локомотивов? Проследим это на примере мощных грузовых паровозов серии ФД, построенных 23 года назад, тогда эти машины воплощали в себе лучшие 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 am (с 15 до 16 am). Кроме того, на них устанавливаются водоподогреватель смешения Брянского завода, широкотрубный пароперегреватель вместо мелкотрубного, улучшенная 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 повышает 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 движения на малых скоростях на нём устанавливается увеличитель сцепного веса. Кроме того, применена централизованная смазка экипажа, облегчающая труд паровозных бригад; установлены саморегулирующиеся буксовые клинья,снабжённые пружинами, которые сами поднимают клинья, обеспечивая правильное положение буксы в буксовом вырезе. Важным достижением последних лет является усовершенствование поршневых и золотниковых сальников,в связи с чем старые сальники заменяются так называемыми лабиринтными сальниками ЦНИИ с чугунными уплотнительными кольцами, обеспечивающими паронепроницаемость при меньшем расходовании цветных металлов. Среди мероприятий по модернизации предусмотрено и уже осуществляется оборудование паровозов серий ФД автостопами, радиосвязью, скоростемерами, ускорителями отпуска тормозов, так как при современных длинносоставных поездах сопротивление в воздушной магистрали значительно возрастает, мощными и экономичными 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 деталей паровоза, усовершенствования технологии их изготовления, пов
ышения 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 экономичность 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 проводится унификация узлов и деталей паровозов. Унификация преследует основную цель: максимально сократить количество типов конструкций одноимённых узлов и деталей, привести их, по возможности, к одинаковым размерам. Благодаря унификации устанавливаются наиболее рациональные формы, размеры, допуски и посадки, а также классы чистоты обработки деталей, становится возможным значительно упростить и удешевить их серийное производство и в то же время повысить надёжность в работе. При пересмотре конструкции деталей и узлов инженеры стараются 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 множеством 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 изготовлении и ремонте.