Паровозыжелезнодорожный транспорт

Представим себе цилиндр с водой, на поверхности которой лежит подвижный поршень. Он притёрт к стенкам цилиндра так хорошо, что совершенно не пропускает пара. Будем подогревать воду. Пока вся вода в цилиндре не испарится, тепло будет затрачиваться на переход воды в пар. Но как только последняя частица воды испарится (фиг. 45), начнётся перегрев пара, объём которого в нашем примере будет возрастать, так как давление остаётся постоянным. Продолжая подводить тепло к пару, мы можем перегреть его до значительной температуры. Таким образом в основу получения перегретого пара положен принцип отделения и осушки насыщенного пара от воды, из которой он образовался, и сообщения ему добавочного тепла. В котле паровоза, всегда наполненном водой, по- фИг. 45. Получить перегретый пар путём испарения всей воды, лучение пе-конечно, нельзя. Поэтому здесь используют другой регретого па-способ получения перегретого пара. Смысл его за- р CX0 „„II0M ключается в том, что насыщенный пар выводят за пре- давлении делы парового пространства котла, отделяя тем самым пар от котловой воды. После этого ему и сообщают добавочное количество тепла. При этом, как и в рассмотренном выше примере, температура пара и его объём увеличиваются, а давление остаётся постоянным. Как же осуществляется перегрев насыщенного пара на современных паровозах?

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.

Уравновешивание вращающихся деталей колеса осуществляется довольно просто. А каким образом уравновешивают силы инерции поршня, штока ползуна и ведущего дышла, если они совершают более сложные движения? Закон изменения сил инерции этих деталей, особенно ведущего дышла, настолько сложен, что их уравновесить полностью противовесами, располагаемыми на колёсах, не удаётся. Конструкторы имеют возможность уравновесить только те силы инерции, закон изменения которых одинаков с законом изменения сил инерции противовесов. Поэтому уравновесить действие горизонтальных сил инерции намного труднее. Главная причина заключается в том, что горизонтальная составляющая указанной силы инерции весьма велика и закон её изменения не совпадает с законом изменения силы инерции противовеса: она почти в 4—5 раз превышает величину вертикальной составляющей силы инерции. Но это не значит, что её оставляют полно-стью неуравновешенной. Указанный выше вертикально уравновешивающий противовес при горизонтальном расположении уравновешивает часть горизонтальной силы инерции, воспринимаемой пальцем кривошипа. Таким образом, после постановки вертикального противовеса остаётся в рассматриваемом примере неуравновешенной горизонтальная составляющая силы инерции, равная 50—12 = 38 т. Для ослабления действия оставшейся горизонтальной силы добавляются дополнительные противовесы (избыточные противовесы). Избыточные противовесы устанавливаются, на всех движущих колёсах и вызывают дополнительный перегруз и разгруз рельсов. Поэтому вес избыточных противовесов не может превышать определённой величины; эта величина рассчитывается так, чтобы центробежная сила избыточных противовесов была не более V3 статической нагрузки колеса на рельс при максимальной (конструкционной) скорости паровоза. Конструктор, зная величину сил инерции движущего механизма, действующих на палец кривошипа, может подсчитать необходимый вес противовесов для их частичного уравновешивания. Оказывается, что^эти противовесы не могут быть размещены полностью только на ведущем колесе: для их размещения места там не всегда хватает. Поэтому поступают так: вертикальную составляющую силы инерции движущего механизма уравновешивают вертикальным уравновешивающим противовесом, целиком размещаемым в ведущем колесе, а горизонтальную составляющую частично уравновешивают вертикально уравновешивающим и избыточным противовесами, равномерно размещаемыми в сцепных колёсах. Так стремятся уравновесить силы инерции пальцев кривошипов, дышел, контркривошипов и частей кулисных тяг. Таким образом, паровоз не напрасно везёт на колёсах «увесистые грузы» — они в значительной степени помогают созданию плавного хода паровоза. Полностью уравновесить переменные силы инерции поршневой группы деталей постоянными центробежными силами вращающихся противовесов невозможно. Вследствие неполного уравновешивания горизонтальной составляющей силы инерции машины паровоз во время движения испытывает виляние и подёргивание. Стремление достичь наибольшего уравновешивания сил инерции паровой машины привело конструкторов к мысли создать машину паровоза с поршнями, движущимися навстречу друг другу. В этой ^оригинальной конструкции, разработанной инженерами

Ворошиловградского завода им. Октябрьской революции в 1948 г., паровые цилиндры расположены посередине рамы паровоза (фиг. 141) над колёсами в отличие от обычного размещения их в передней части рамы паровоза. Поршни, шатуны и кривошипы расположены один против другого и движутся в разные стороны, чем создаётся почти полная уравновешенность сил инерции движущего механизма, а следовательно, более спокойный ход паровоза. Это снижает динамическое воздействие паровоза на путь по сравнению с паровозами обычного типа. Та же идея наиболее полного уравновешивания паровой машины заложена в конструкцию машин многоцилиндровых паровозов (т. е. паровозов с тремя и четырьмя цилиндрами).

Рядом с современным паровозом паровоз Черепановых, построенный 120 лет назад, выглядит очень маленьким (фиг. 11). Несмотря на различие конструкций и размеров, мощный магистральный паровоз имеет те же основные части, что и черепановский — котёл, машину, экипаж и тендер.

Между котлом, машиной и экипажем паровоза существует тесная взаимосвязь. Котёл вырабатывает сжатый пар; машина — основной потребитель пара — превращает тепловую энергию пара в механическую энергию, т. е. приводит во вращение колёса паровоза; экипаж с помощью рельсов преобразует энергию вращения колёс в энергию поступательного движения паровоза, передаёт усилия машины на сцепку паровоза и далее на сцепку тендера.

Обычно температуру перегретого пара в коллекторе пароперегревателя или золотниковой коробке парового цилиндра определяют прибором, называемым пирометром. Известно, что если две различные по составу проволоки спаять (сварить) и в месте спая нагреть, то в проволоках возникнет электродвижущая сила. Чем выше температура нагрева, тем больше будет электродвижущая сила. По величине электродвижущей силы можно судить о температуре той среды, в которую помещены концы двух проволок (концы термопары). На этом принципе и построен пирометр. Он состоит из термопары (фиг. 76), к верхним концам которой присоединены так называемые компенсационные провода, в свою очередь соединённые с тряскоустойчивым магнитоэлектрическим прибором — милливольтметром. f Шкала милливольтметра, устанавливаемого в будке машиниста, разделена на градусы (от 0 до 450 — 500°С). Положение1 стрелки милливольтметра показывает температуру, измеряемую термопарой, в коллекторе или золотниковой коробке. Чцпливольтпетр Свисток Каждый, конечно, слышал свисток паровоза то отрывистый, то протяжный, но всегда громкий, пронзительный; его слышно на расстоянии 7 — 10 км. Свистком машинист или его помощник оповещает людей о приближении или отправлении поезда, даёт условные сигналы персоналу, обслуживающему поезд; этот маленький прибор несёт большую службу. По Правилам технической эксплуатации железных дорог СССР паровоз запрещается выпускать под поезд с испорченным свистком. Современный свисток (фиг. 77) состоит из трёх частей: корпуса, колпака (который сверху навинчивается на корпус) и клапана. Действие свистка основано на создании колебательных движений в колпаке. Корпус свистка сообщается с паровым пространством котла. Внутри корпуса помещён клапан, который прижимается к а своему седлу давлением пара из котла. Фиг. 77. Схема парового Свисток приводится в действие воздуш-свистка ным или ручным приводом из будки ма- шиниста. Колпак (резонатор) —- это пустотелая часть свистка. В простейшем виде он напоминает опрокинутый вверх дном стакан. Свистки с одним колпаком применялись на старых паровозах. Когда машинист нажимал на рукоятку, пар из котла ударялся о кромку колпака (резонатора), заставляя при этом его колебаться. Колебания резонатора сопровождались появлением звуковой волны. Свистки с одним резонатором дают гудок высокого тона (пронзительный). На современных паровозах колпак состоит из пяти звуковых резонаторов, закрытых сверху. Резонаторы имеют различную высоту (см. фиг. 77). Благодаря этому они создают различное число колебаний в секунду, что придаёт звуку каждого резонатора своеобразный тембр (тон). Размеры резонаторов подбираются так, чтобы общий звук получался возможно более приятным (гармоничным).

Смягчение звука гудков паровоза, проходящего вблизи жилых и общественных зданий, имеет важное значение. Поэтому, наряду с паровыми свистками, дополнительно ставятся воздушные свистки (тифоны). В отличие от парового воздушный свисток даёт возможность получить более мягкий и одновременно достаточно сильный звук. Этот свисток устроен просто (фиг. 78). В узкой части трубы (рупора) расположена мембрана, посередине которой укреплён клапан. Клапан и мембрана закрывают собой конец трубы. Под действием сжатого воздуха, впуск которого производит машинист, мембрана прогибается; воздух, обладающий давлением 6—8 am, врывается в зазор между клапаном и трубой воздушного свистка. Возникающий при этом звук (воздушные волны) отличается значительной мягкостью тона и хорошей слышимостью. 7′

Ещё недавно диспетчер участка был лишён возможности передать необходимые распоряжения непосредственно машинистам паровозов, находящихся в пути или на станциях. А машинист, совершая рейс или производя манёвры, не мог срочно переговорить с диспетчером, когда это было нужно (например при непредвиденной остановке поезда на перегоне). Понадобилось не мало лет упорного труда, чтобы решить задачу двусторонней радиосвязи между диспетчером и машинистом. Трудности заключались в том, что радиооборудование для паровозов, в отличие от обыкновенной радиоаппаратуры, должно было быть застраховано от непрестанной тряски движущегося паровоза, ему предстояло безотказно работать при 50-градусной жаре и 50-градусном морозе, оно нуждалось в надёжной защите от действия вредных сернистых газов, угольной пыли и шума, который при высокой скорости становится очень сильным. Советские конструкторы создали радиостанцию, специально приспособленную для работы в этих сложных условиях. До 1954 г. для указанной цели применялась радиостанция типа ЖР-1. В настоящее время широко внедряется новая железнодорожная радиостанция типа ЖР-3 (фиг. 170), отличающаяся хорошей слышимостью передачи на расстоянии 10—12 км между стационарным пунктом и локомотивом. Радиостанции ЖР-1 и ЖР-3 (железнодорожные радиостанции первой и третьей разработки) просты и удобны в эксплуатации. Эти радиостанции получают питание на паровозе от турбогенератора, дающего переменный ток напряжением 41 в и на стационарных пунктах от сети переменного тока напряжением 127 или 220 в. Основными частями паровозной радиостанции является приёмник и передатчик. Эти два блока вместе с блоками питания и вызывным смонтированы в герметически закрытом ящике. Блоки устанавливаются на амортизационной раме внутри ящика и этим обеспечивается устойчивая работа радиостанции на локомотиве при тряске я толчках. Для приёма электромагнитных волн к приёмо-передатчику подключена антенна — прямолинейный провод, подвешенный над котлом, во всю его длину (фиг. 171). Управление радиостанцией и контроль за напряжением сети осуществляются с пульта управления (фиг. 172). Громкоговоритель радиостанции ЖР-3 заключён в ящик с отверстиями, установленный

Фиг. 170. Общий вид радиостанции ЖР-3 в будке машиниста, а громкоговоритель радиостанции ЖР-1 размещён внутри пульта управления. На передней стенке пульта радиостанции ЖР-1 расположены выключатель сети, а также три сигналь-

Фиг. 171. Схема радиоустановки на паровозе ные лампочки, контролирующие напряжение сети и отмечающие исправность приёмника и передатчика. К пульту управления подключается микрофон, защищенный от воздействия внешнего шума. Радиосвязь с паровозом 241 Вот машинист поднёс микрофон ко рту и начал говорить. Звучащие слова есть нечто иное, как колебание воздуха. Попадая в микрофон, звуковые колебания заставляют колебаться находящую-

Фиг. 172. Пульт управления радиостанцией ЖР-3 ся’в нём пластинку (мембрану). Колебания мембраны вызывают изменение тока. Таким образом, в зависимости от звука изменяется ток, протекающий в микрофоне. Но ток, созданный микрофоном, очень слаб. Его приходится усиливать. Преобразование тока низкой (звуковой) частоты в ток высокой частоты осуществляется передатчиком. Ток высокой частоты излучается антенной передатчика в окружающее пространство. Когда по проводу антенны пойдёт ток, то вокруг неё возникнут электромагнитные волны, излучаемые в простран- фиг_ 173_ Схема затухания волны ство. Подобные волны возникают вокруг камешка, брошенного в воду. Высота этих волн по мере удаления от камешка становится всё меньше и меньше и, наконец, волна совсем затухает (фиг. 173). А вот длина / каждой волны, как это видно на фигуре, остаётся постоянной. Каждая радиостанция посылает в эфир электромагнитные волн; определённой, строго установленной для неё длины. Паровозные

радиостанции различных серий излучают волны в пределах 114—144 м, но каждая серия может иметь только две «фиксированные» волны, например 114 и 138 м. Благодаря этому отпадает надобность в подстройке приёмников и передатчиков. Итак, слова машиниста, воспринятые микрофоном, в виде электромагнитных волн несутся в просто

Принцип получения перегретого пара был известен давно. Однако создание надёжного устройства для перегрева пара на паровозах оказалось весьма трудной задачей. Практически она была разрешена немногим более полувека назад. В 1898 г. инженер Грубинский сконструировал и установил на паровозе специальное устройство — пароперегреватель, который позволял нагревать насыщенный пар при постоянном давлении. Создание и усовершенствование пароперегревателей открыло новую эру в паровозостроении. Перегрев пара на паровозах происходит в пучках параллельных петлеобразных трубок — элементах, помещённых внутри труб, по которым проходят из топки газы сгорания. Эти широкие трубы называются жаровыми. Увеличение их диаметра в 2,5—3 раза по-сравнению с дымогарными трубами и объясняется необходимостью» разместить в них элементы. Число жаровых труб на паровозах доходит до 130. Пароперегреватели, элементы которых размещены внутри жаровых труб, называются жаротрубными пароперегревателями. насыщенный пар

Фиг. 46. Схема двухоборотного пароперегревателя Жаротрубный пароперегреватель (схема его представлена на фиг. 46) состоит из двух основных частей: элементов и коллектора. Трубки элементов укрепляются в жаровых трубах специальными скобами и распорками. Количество трубок в элементе, их расположение и размеры определяют тип пароперегревателя. Концы элементов выводятся в дымовую коробку и плотно прикрепляются к коллектору. Коллектор (фиг. 47) представляет собой коробку, состоящую из двух изолированных друг от друга камер: для насыщенного и для перегретого пара. Один конец элемента соединён с камерой насыщенного пара, другой —- с камерой перегретого пара. Поэтому пар из одной камеры в другую может попасть, только пройдя через элементы пароперегревателя. Пар из котла попадает в камеру коллектора для насыщенного пара и из неё поступает в элементы через ряд отверстий в плите (дне) этой камеры, разделяясь при этом на ряд мелких струек. Проходя внутри каждого элемента, струйки пара делают один или два поворота (к топке и обратно) в зависимости от типа перегревателя. Пар в трубках однооборотного пароперегревателя проходит в двух направлениях: от дымовой коробки к топке навстречу движению газов сгорания и от топки к дымовой коробке по направлению движения газов. Таким образом, пар делает в каждом, элементе один оборот. В трубках двухоборотного перегревателя пар совершает два оборота (см. фиг. 46).

Фиг. 47. Коллектор пароперегревателя Проходя по жаровым трубам, поток раскалённых газов встречает на своём пути элементы и передаёт часть тепла от газов пару,, движущемуся в трубках пароперегревателя. Передача тепла пару здесь идёт главным образом конвекцией, т. е. путём непосредственного соприкосновения движущихся газов со стенками элементов. Первоначально в элементах происходит испарение влаги, оставшейся в паре после выхода из котла. В это время температура пара не повышается. Следовательно, на некотором участке поверхность пароперегревателя (примерно 15—20% длины элемента) используется не по прямому назначению, что снижает конечную температуру перегрева пара. Но как только последняя; частица влаги испарится, тотчас же начнётся перегрев пара. При движении по трубкам элементов пар перегревается до температуры 350—450°. Так как находящийся в пароперегревательных трубках пар всё время сообщается с котлом, то давление пара остаётся почти неизменным (примерно равным котловому). Таким образом, поток раскалённых газов, проходя по жаровым -трубам, передаёт своё тепло не только окружающей воде, но и пару, протекающему в трубках элементов. От этого температура газового потока снижается и при выходе из жаровых труб не превышает 250—450°, тогда как при входе онаа равна 900—1200° {см. фиг. 46). Пройдя элементы, пар возвращается в коллектор, но уже в камеру перегретого пара. Итак, насыщенному пару, образовавшемуся в котле, приходится ^проделать длинный путь, прежде чем он попадёт наконец в паровую машину. На этом пути происходит осушка и перегрев пара.

Современные паровозы отапливаются преимущественно углём. Каменный уголь может содержать до 80% углерода. Углерод — основное горючее вещество любого топлива. Кроме углерода, горючими являются водород и частично сера. Содержащиеся в топливе азот и кислород, а также влага при горении топлива тепла не выделяют, а влага требует ещё и тепла для своего испарения. Минеральные примеси, находящиеся в топливе, при полном сгорании его претерпевают ряд химических превращений. В результате после сгорания топлива из минеральных примесей образуется негорючий остаток, называемый золой. Зола и влага являются вредными примесями, так как они загрязняют топливо и осложняют его горение. Поэтому их называют балластом топлива. При достаточно высокой температуре горючая часть топлива — углерод, водород, сера — быстро соединяется с кислородом воздуха, подводимого в топку. Быстро протекающее химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое выделением тепла и света, называется горением. В воздухе содержится более х/5 кислорода (20,91%) и почти 4/5 азота (78,15%). Небольшой процент (0,94%) падает на долю углекислоты и водяных паров. Горение поддерживает только кислород. Азот, как показывает само название этого газа («азот» — слово древнегреческое, обозначающее «безжизненный»), горения не поддерживает. Поэтому когда мы говорим о подводе в топку необходимого для горения воздуха, мы, собственно, подразумеваем подвод содержащегося в нём кислорода. Сколько же нужно подвести в топку воздуха, чтобы топливо сгорело наиболее полно? Здесь нам на помощь приходит химия. Она позволяет определить теоретически потребное количество воздуха. Установлено, что для полного сгорания 1 кг обычного каменного угля требуется около 10 кг воздуха. Так как 1 кг воздуха занимает объём примерно 0,8 м*, то для сжигания 1 кг каменного угля должно быть подведено приблизительно 8 м3 воздуха. Например, если в час на колосниковой решётке сжигается 3 ООО кг каменного угля, то за это время нужно подать в топку около 24 ООО м3 воздуха. Практически в топку подводится несколько большее количество воздуха, чем требуется по теоретическим подсчётам. Это объясняется тем, что процесс перемешивания воздуха с частицами топлива (особенно твёрдого топлива) и горючими газами происходит несовершенно. Вследствие этого некоторые частицы не успевают войти в соприкосновение с воздухом. Следовательно, если в топку подводить только теоретически необходимое количество воздуха, то сгорание будет неполным, а значит и тепла при этом выделится значительно меньше. Однако чрезмерно увеличивать количество подводимого воздуха невыгодно: слишком обильный его приток, хотя и обеспечивает наиболее полное сгорание топлива, но в то же время избыточный воздух, нагреваясь, отнимает у топлива тепло и температура в огневой коробке уменьшается. Практика показывает, что для полного сгорания углей выгоднее подавать воздуха в 1,2 —1,3 раза больше теоретически необходимого количества. Следовательно, для полного сжигания 3000 кг каменного угля нужно в течение часа подать в огневую коробку не 24 000 м3 воздуха, как указано в нашем примере, а около 30 000 м3. Чтобы заставить такое большое количество воздуха непрерывно поступать в топку, в котле паровоза создаётся сильная тяга (см. главу III).

Ценным качеством пара является его способность расширяться, т. е. стремление занять как можно больший объём. Расширяясь, пар может производить работу. Чтобы полнее использовать энергию пара, нужно сделать такой золотник, который впускал бы пар в цилиндр не на всём протяжении хода поршня, а лишь на некоторой части. Тогда после прекращения впуска пара или, как говорят паровозники, после отсечки, поршень будет продолжать движение уже за счёт энергии расширяющегося пара. Рассмотренный нами простой золотник не позволяет использовать способность пара расширяться, так как он (золотник) не перекрывает, т. е. не держит закрытыми, паровые окна на протяжении некоторой части хода поршня; даже при незначительном смещении золотника от среднего положения паровые окна тотчас открываются., Увеличим борта золотника так, чтобы их ширина была больше ширины паровых окон (фиг. 90).

Фиг. 90. Плоский золотник с перекрышами впуска н выпуска Такой золотник в отличие от простого (см. фиг. 85) закроет паровпускное окно ещё задолго до того, как поршень придёт в крайнее положение. Значит, поршень будет продолжать свой ход при закрытых паровых окнах за счёт расширения пара, заключённого в цилиндре. Чем раньше золотник перекроет паровые окна, тем скорее произойдёт отсечка пара и начнётся его расширение. А чем раньше произойдёт отсечка, тем меньшее количество пара поступит в цилиндр, тем меньше будет его расход на один ход поршня. И, наоборот, чем дольше будет открыто окно, тем позже начнётся расширение пара, тем больше будет его расход на каждый ход поршня. Как мы увидим дальше, отсечку пара машинист устанавливает по своему усмотрению. В зависимости от условий работы он может прекратить доступ свежего пара в цилиндр, когда поршень пройдёт 0,5 своего пути, 0,4, 0,3 или 0,2. В первом случае отсечка показывает, что наполнение цилиндра свежим паром осуществляется на протяжении половины хода поршня, а на протяжении остальной половины поршень движется под давлением расширяющегося пара; во втором случае отсечка показывает, что пар в цилиндр впускается только в продолжении четырёх десятых хода поршня, и т. д. Расстояние, на которое золотник при среднем положении перекрывает окна со стороны впуска пара, называется п е р е к р ы-шей впуска, которую принято обозначать буквой е (фиг. 90), а со стороны выпуска пара — перекрышей выпуска, обозначаемой буквой /. Итак, при золотнике с перекрышами, т. е. при работе пара с расширением, отработавший пар выбрасывается в атмосферу с давлением в несколько раз меньшим по сравнению с тем, которое’ он-имел при поступлении в цилиндр. Устройство перекрыш у золотника позволяет, таким образом, более полно использовать энергию пара.