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.

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.