Паровозы и тепловозы - автономные локомотивы, т. к. имеют собств. установки для выработки энергии. Электровозы зависят от источника энергии; получают электроэнергию через контактную сеть от тяговых подстанций, питаемых стационарными или передвижными электростанциями. Паровозы - первые локомотивы, которые появились в начале 19 в., почти 100 лет были на железных дорогах единственным видом локомотива. Совершенствование паровозов шло в направлении повышения их мощности, скорости движения, силы тяги, экономичности. Однако поднять кпд паровоза выше 12% (в основные кпд равен 6-8%) не удалось. В конце 1-й пол. 20 в. их стали заменять более экономичные автономные локомотивы - тепловозы, кпд которых составляет 20-25% и выше, а затем электровозы, которые в последующие годы на наиболее грузонапряжённых линиях стали вытеснять тепловозы, т. к. имеют ещё более высокий кпд - с учётом потерь в контактной сети он достигает 75%.
Совершенствование тепловозов связано с повышением их секционной мощности, расчётной силы тяги, экономичности и надёжности. В перспективе намечается создание локомотивов, развивающих силу тяги 60-70 кН каждой ведущей оси, т. е. имеющих суммарную силу тяги до 360- 420 кН (в 6-осной секции) и 480-560 кН (в 8-осной). Особое внимание в конструкции перспективных тепловозов уделяется совершенствованию рабочего места машиниста, улучшению условий труда локомотивных бригад. В пасс, тепловозах одной из главных задач является обеспечение пассажирских вагонов электрическое отоплением.
Электровозы также прошли ряд этапов, связанных с повышением мощности и расчётной силы тяги; современные электровозы развивают силу тяги до 700 кН. Важным шагом в улучшении их характеристик явился переход на переменный ток, позволивший существенно повысить напряжение в контактной сети, снизить расходы меди на провода контактной сети и повысить экономичность электрической тяги. Достижения в области полупроводниковых технических средств позволили создать высокоэффективные управляемые преобразователи электроэнергии и бесколлекторный тяговый электропривод. С помощью микропроцессорных систем, используемых в управлении электровозом, автоматизирован режим работы электровоза, включая и работу по системе многих единиц с рассредоточенными вдоль состава локомотивами. Современные электровозы оборудованы устройствами, обеспечивающими реостатное и рекуперативное торможение и дающими значительную экономию потребляемой электроэнергии. Дальнейшее улучшение технико-экономических параметров электровозов даёт применение для регулирования скорости тиристорных преобразователей.
Несамоходный П. с. является наиболее многочисленной частью общего парка П. е.: пасс, и грузовые вагоны различных типов и конструкций, в т. ч. спальные вагоны для поездок на большие расстояния, вагоны с местами для сидения, вагоны-рестораны, технического и служебные вагоны разного назначения (санитарные, лечебные, вагоны- лаборатории и др.). Конструкция вагонов подверглась значит, совершенствованию. Современные вагоны имеют прочный цельноме- таллич. кузов, оборудованы системами отопления, принудительной вентиляции, электрическое освещением, санитарно-технического устройствами. Некоторые типы вагонов оснащены кяиматич. установками для охлаждения воздуха, системами кондиционирования. Улучшение конструкции пассажирских вагонов направлено на повышение комфорта для пассажиров и безопасности движения. С этой целью усиливается герметичность кузова и улучшаются его теплоизолирующие свойства; повышается производительность и экономичность отопит. установок с электрическое подогревом по поездной магистрали от локомотива; совершенствуются средства регулирования и защиты в системе электрическое оборудования с применением микропроцессорной техники; вводится пожарная сигнализация, внутреннего оборудование изготовляется из негорючих и трудносгораемых материалов. Кроме того, используются новые средства защиты от коррозии, что улучшает эргономические показатели вагона, уменьшает объём ремонта.
Грузовые вагоны представлены в парке П. с. универсальными, приспособл. для перевозки разнообразных грузов (крытые вагоны, платформы, полувагоны) и специализированным для перевозки грузов несколько видов со сходными свойствами или одного специфич. груза (цистерны, зерновозы, цементовозы, рефрижераторные и др.). Структура парка грузовых вагонов устанавливается на основании технико-экономических расчётов, учитывающих прежде всего удовлетворение потребности в перевозках, а также номенклатуру, объёмы, дальность перевозок и скорость доставки грузов, затраты в сфере эксплуатации, потребные капиталовложения, обеспечение сохранности грузов, уровень механизации погрузки и выгрузки и т. п. Учитываются также социологические факторы, в т. ч. экономия трудовых и материальных ресурсов в сфере производства и эксплуатации, защита окружающей среды. Совершенствование парка грузовых вагонов направлено на повышение их надёжности, грузоподъёмности, увеличение номенклатуры и численности специализированным вагонов, сокращение объёма ремонта. Для изготовления вагонов используют металлы, пластмассы и др. материалы, которые сохраняют работоспособность при температуре воздуха до -60 °С и удовлетворяют условиям обеспечения прочности и надёжности при эксплуатации.
Начиная с сер. 70-х гг. практически вся работа на железных дорогах выполнялась электровозами и тепловозами. Протяжённость ж. д., работающих на электрическое тяге, составляла 36% от общей протяжённости сети, что обеспечивало 63% всего объёма перевозок (1989).
Требования к П. с., обращающемуся на отечественных железных дорог и приписанному к промышленного предприятиям и др. организациям, регламентируются действующими Правилами технической эксплуатации железных дорог. Согласно Правилам П. с. должен удовлетворять требованиям габарита подвижного состава, находиться в исправном состоянии, гарантирующем безопасность его эксплуатации. Поездные локомотивы и моторвагонные поезда должны быть оборудованы поездной радиосвязью и скоростемерами с регистрацией показаний. Поездные локомотивы и моторвагонные поезда на линиях с автоматической блокировкой должны иметь автоматическую локомотивную сигнализацию, а на линиях без автоблокировки - устройства проверки бдительности машиниста (см.Рукоятка бдительности машиниста). В моторвагонных поездах пункты управления оборудуются устройствами автоматическими остановки поезда на случай потери машинистом способности к ведению поезда (см. Контроллер машиниста). Маневровые локомотивы имеют устройства для отцепки их от вагонов из кабины машиниста.
Для удобства эксплуатации П. с. каждая его единица снабжается отличительными знаками и надписями. На борту локомотивов и вагонов нанесены инициалы дороги приписки (кроме грузовых вагонов), номер, табличка завода изготовителя с указанием даты и места постройки, дата и место установл. видов ремонта, вес тары (кроме локомотивов). На локомотивах и моторвагонном П. с. нанесены также следующие надписи: конструкционная скорость, серия, наименование депо приписки; на пасс, вагонах и моторвагонном П. с.- число мест; на грузовых вагонах - грузоподъёмность.
Каждому вновь построенному локомотиву и моторвагонному поезду присваивается буквенно-цифровое обозначение - серия.

Коэффициент полезного действия локомотива, характеризующий степень использования тепла сгорания топлива для получения полезной работы, тем выше, чем совершеннее первичная энергетическая установка. Энергия, потребляемая неавтономными локомотивами, вырабатывается на электростанциях.

Коэффициент полезного действия электротяги при питании от тепловых электростанций составляет 25-26 %. При этом тепловые электростанции работают, как правило, на дешевых видах топлива (бурый уголь, торф). Если учесть долю гидроэлектростанций в электроснабжении электрических железных дорог, то к. п. д. электротяги повышается до 32 %.

Автономные локомотивы в зависимости от типа теплового двигателя и степени его использования имеют к. п. д., достигающий у тепловозов 29-31 %, а у паровозов -5-7 %. За счет улучшения использования и повышения экономичности дизеля к. п. д. тепловозга может быть несколько повышен.

Тяговые электродвигатели у электровозов позволяют при движении на расчетных подъемах работать на режимах с нагрузками, превышающими номинальные, если при этом перегрев обмоток электродвигателей не превышает допустимых пределов. У моторных вагонов электродвигатели обычно работают с токами больше номинальных во время пуска (разгона) поезда.

Электровозы могут при торможении возвращать в тяговую сеть часть энергии движения поезда (рекуперативное торможение). Эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт электровозов ниже, чем при автономных локомотивах. Провозная способность электрифицированных линий значительно превышает провозную способность неэлектрифицированных железных дорог. Электровозы имеют значительно больший срок службы, ремонт их проще, чем тепловозов.

Вместе с тем введение электрической тяги требует больших капиталовложений (устройство контактной сети, линий электропередачи, тяговых подстанций). Однако они быстро окупаются на железных дорогах с большой интенсивностью движения. Поэтому в нашей стране электрическая тяга нашла широкое применение на наиболее грузонапряжен-ных и тяжелых по профилю линиях, а также в пригородном пассажирском движении.

5 коэффициенты полезного действия различных типов локомотивов

Локомотив (франц. locomotive, от лат.(латинский) loco moveo - сдвигаю с места), тяговое транспортное средство, относящееся к подвижному составу и предназначенное для передвижения по рельсовым путям поездов или отдельных вагонов. Первоначально Л. назывались только паровозы, в дальнейшем это понятие распространилось на все виды железнодорожных тяговых средств.

В зависимости от вида первичного источника энергии современные Л. делятся на тепловые и электрические. Тепловые Л. - паровозы, паротурбовозы, тепловозы, мотовозы, газотурбовозы - автономны, имеют собственные силовые установки для выработки энергии. На паровозе - это паровая машина, на паротурбовозе - паровая турбина, на тепловозе и мотовозе - двигатель внутреннего сгорания, на газотурбовозе - газовая турбина. К электрическим Л. относятся контактные и аккумуляторные электровозы. Контактные электровозы своих источников энергии не имеют и получают её через электрическую контактную сеть. Аккумуляторные электровозы имеют аккумуляторные батареи, которые периодически заряжаются от постоянных источников тока. Кроме основных типов Л., существуют различные комбинированные Л.: дизель-электровозы, теплопаровозы, контактно-аккумуляторные электровозы и др., которые широкого распространения не получили. Функции Л. выполняют также моторные вагоны, входящие в состав дизель-поездов, турбопоездов и электропоездов, а также авто- и мотодрезины. В отличие от Л., моторные вагоны и дрезины имеют места для пассажиров и багажа.

По роду выполняемой работы Л. разделяются на магистральные и промышленные. Магистральные Л., эксплуатируемые на ж. д.(железная дорога) общего пользования, в свою очередь, подразделяются на грузовые, пассажирские - для тяги поездов, и маневровые - для работы на станциях. Промышленные Л. используются для перевозок на внутризаводских путях, в рудниках, шахтах и т. п. (см. Промышленный транспорт). Выпускаются Л. для широкой и узкой рельсовой колеи. Все виды Л. характеризуются номинальной мощностью, силой тяги, скоростью и кпд(коэффициент полезного действия); электровозы, кроме того, - родом тока и напряжением, тепловозы и газотурбовозы - типом передачи. Первые Л. - паровозы были построены в начале 19 в. в Великобритании (1803, 1814), позднее, в 1834, - в России. На протяжении почти всего 19 в. этот тип Л. был единственным тяговым средством ж. д.(железная дорога) Увеличение веса поездов, возрастающие скорости движения вызывали необходимость в повышении мощности и тяговых усилий Л., что вело к совершенствованию конструкции паровоза, росту его кпд(коэффициент полезного действия). Последний тип магистрального грузового паровоза имеет мощность около 1800 квт (2400 л. с.), конструкционную скорость до 80 км/ч, а пассажирский паровоз развивал мощность до 1900 квт и скорость до 125 км/ч. Наиболее совершенные паровозы имели кпд(коэффициент полезного действия) до 9%, среднеэксплуатационный кпд(коэффициент полезного действия) - около 4%. В начале 20 в. паровозы стали вытесняться новыми, более экономичными Л., обладающими большей единичной мощностью и более высоким кпд(коэффициент полезного действия), - тепловозами и электровозами. Идея создания Л. с двигателем внутреннего сгорания возникла ещё в конце 19 в. в России. Однако первый в мире магистральный тепловоз мощностью 750 квт (1000 л. с.) с электрической передачей был построен только в 1924 (СССР). Позднее для регулирования тягового усилия и скорости на тепловозах была применена гидравлическая передача. Мощность отечественных двухсекционных грузовых тепловозов составляет в секции 2200 квт (3000 л. с.), конструкционная скорость - 100 км/ч, пассажирские тепловозы развивают скорость до 160 км/ч. Максимальный кпд(коэффициент полезного действия) современных тепловозов 29-32%, среднеэксплуатационный - 20-21%. В 1876 в России были проведены опыты по применению на железной дороге электрической тяги. В 1895 в США построен первый электровоз постоянного тока, который получал энергию через контактную сеть. В СССР электрическая тяга впервые была применена в 1926 на пригородной линии, отечественные электровозы начали эксплуатироваться в 1933. Они имели 6 тяговых двигателей мощностью 340 квт каждый и развивали скорость до 90 км/ч. Электровозы обладают высокой мощностью, не требуют заправки топливом, обеспечивают скорость движения до 110 км/ч. Для обслуживания пасс.(пассажирский) поездов строят электровозы переменного и постоянного тока с конструкционной скоростью до 180 км/ч. Собственный кпд(коэффициент полезного действия) электровоза достигает 88-90%, а общий кпд(коэффициент полезного действия) электрической тяги (с учётом кпд(коэффициент полезного действия) тяговой сети, линий электропередачи, ТЭЦ(теплоэлектроцентраль) или ГЭС(гидроэлектростанция)) - 22-24%. Ещё большую мощность имеет газотурбовоз - до 6300 квт (8500 л. с.). Однако из-за сложности изготовления, низкого кпд(коэффициент полезного действия) (12-18 %) этот Л. выпускается единичными образцами в СССР и малыми сериями за рубежом.

Основу локомотивного парка всех промышленно развитых стран составляют тепловозы и электровозы. Остальные типы Л. из-за малой мощности, низкого кпд(коэффициент полезного действия), сложности конструкции широкого распространения не получили и используются главным образом тогда, когда необходимо обеспечить безопасность работ, вести работы на небольших площадках (например, в карьерах) и в т. п. случаях.

Дальнейшее развитие локомотивостроения связано с увеличением единичной мощности Л. и скорости движения. С конца 60-х гг. за рубежом и в СССР проектируются электровозы переменного тока мощностью 8000 квт (10 700 л. с.), тепловозы мощностью в секции до 4500 квт (6000 л. с.), созданы турбопоезда с авиационной газовой турбиной, способные развивать скорость более 200 км/ч, испытываются Л. с реактивным и турбовинтовым двигателем. Достижение ещё более высоких скоростей движения связано с созданием Л. на магнитной или воздушной подушке с асинхронными линейными двигателями, что позволяет достигнуть скорости до 500 км/ч. Предложены проекты Л. с энергетическими установками, работающими на топливных элементах и с использованием ядерных реакторов. См. также Мотор-вагонный подвижной состав. Применение для электрификации железных дорог двух систем тока - переменного 25 кВ и постоянного 3000 В - неизбежно привело к созданию пунктов стыкования этих систем Для организации движения поездов через пункт стыкования станции стыкования оборудуются, как правило, переключателями, позволяющими подавать на отдельные секции контактной сети тот или другой род тока Такой способ стыкования несколько удорожает стоимость электрификации и требует обязательной смены электровоза В тех случаях, когда по экономическим соображениям и эксплуатационным условиям нецелесообразно оборудование станций стыкования переключателями рода тока, применяют так называемые электро-возы для двух систем тока или двойного питания Эти электровозы могут работать как на переменном токе 25 кВ, так и на постоянном токе 3000 В и проходить разделы питания без остановки Недостатками электровозов двойного питания являются их большие вес и стоимость, а также более дорогое содержание по сравнению с электровозами одного рода тока. Раздел питания двух систем тока при использовании электровозов двойного питания обычно делается около станции, а сама станция не оборудуется переключателями. В 1977-1979 гг Новочеркасский электровозостроительный завод по проекту ВЭлНИИ выпустил партию восьмиосных грузовых электровозов двойного питания ВЛ82М (рис 25) Первые два опытных электровоза этой серии, представляющие собой усовершенствованные (модернизированные) ранее построенные электро возы ВЛ82, были изготовлены в конце 1972 г Затем такие локомотивы строились в 1973-1974 гг

Кузова электровозов ВЛ82М незначительно отличаются от кузовов электровозов ВЛ80Т, что обусловлено применением другого электрооборудования и изменением его расположения Увеличение размера централи с 604 мм у электровозов ВЛ80Т до 632 мм у электровозов ВЛ82М при сохранении конструкции ведомых зубчатых колес вызвало увеличение количества зубьев шестерни с 21 до 26 и, следовательно, изменение передаточного числа редукторов, которое стало 88 26=3,38 В остальном тележки электровозов ВЛ82М такие же, как и у электровозов ВЛ80Т.С точки зрения электрической схемы электровоз ВЛ82М представляет собой обычный электровоз постоянного тока, на котором дополнительно установлены трансформаторно выпрямительные устройства для питания силовых цепей постоянным током при работе на участках, электрифицированных на переменном токе На каждой секции электровоза установлен трансформатор ОДЦЭ-4000/25А типовой мощ ностью 3884 кВ А Трансформатор имеет три обмотки, первичную (25 кВ), тяговую (3800 В) и собственных нужд (240 и 338 В), масса трансформатора 5720 кг. От тяговой обмотки через выпрямительную установку ВУК-6700М питаются тяговые электродвигатели Установка имеет 288 кремниевых вентилей ВЛ230-10. В каждом плече моста 6 параллельных цепей, в каждой цепи 12 последовательно включенных вентилей. Номинальный выпрямительный ток установки 1870 А.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Как прикрепляют рельсы к шпалам, виды скреплений

Классификация электровозов.. электрово з неавтономный локомотив приводимый в движение.. при классификации электровозов можно выделить следующие..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Паровозы, устройство которых на фоне других технологий сегодня является примитивным, до сих пор применяются в некоторых странах. Они представляют собой автономные локомотивы, использующие в качестве двигателя паровую машину. Самые первые подобные локомотивы появились в XIX веке и сыграли ключевую роль в становлении экономики целого ряда стран.

Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера.

Принцип работы и устройство паровоза

Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:

• паровую машину;
• котел;
• экипаж.

В паровом котле получают пар - именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар - основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.

Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер - вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.

Паровой котел

При рассмотрения устройства и принципа работы паровоза начинать нужно с котла, так как это первичный источник энергии и главный компонент данной машины. К этому элементу предъявляются определенные требования: надежность и безопасность. Давление пара в установке может достигать 20 атмосфер и более, что делает его практически взрывчаткой. Нарушение работы какого-либо элемента системы может привести к взрыву, что лишит машину источника энергии.

Также данный элемент должен быть удобным в управлении, ремонте, обслуживании, быть гибким, то есть уметь работать с разным топливом (более или менее мощным).

Топка

Основной элемент котла - топка, где сжигают твердое топливо, которое подается при помощи углеподатчика. Если же машина работает на жидком топливе, то его подают через форсунки. Выделяемые в результате сгорания высокотемпературные газы передают тепло через стенки огненной коробки воде. Затем газы, отдав большую часть тепла на испарение воды и нагрев насыщенного пара, выводятся в атмосферу через дымовую трубу и искрогасительное устройство.

Образованный в котле пар аккумулируется в колпаке-сухопарнике (в верхней части). При достижении давления пара свыше 105 Па, специальный предохранительный клапан его сбрасывает, выпуская избыток в атмосферу.

Горячий пар под давлением подается через трубы к цилиндрам паровой машины, где он давит на поршень и шатунно-кривошипный механизм, приводя ко вращению ведущей оси. Отработанный пар поступает в дымовую трубу, создавая разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха в топку котла.

Схема работы

То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.

В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.

За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.

Преимущества

Как и другие типы обладают определенными достоинствами и недостатками. Плюсы следующие:

1. Простота конструкции. Из-за несложного устройства паровой машины паровоза и его котла, наладить производство на машиностроительных и металлургических заводах было несложно.
2. Надежность в работе. Упомянутая простота конструкции обеспечивает высокую надежность работы всей системе. Ломаться практически нечему, из-за чего паровозы работают в течение 100 и более лет.
3. Мощная тяга при трогании.
4. Возможность использования разных видов топлива.

Ранее было такое понятие как "всеядность". Оно применялось к паровозам и определяло возможность использовать древесину, торф, уголь, мазут в качестве топлива для этой машины. Иногда локомотивы отапливали отходами производства: разными опилками, зерновой шелухой, щепой, бракованным зерном, отслужившими смазочными материалами.

Конечно, тяговые возможности машины при этом снижались, однако это в любом случае позволяло экономить солидные средства, так как классический уголь стоит дороже.

Недостатки

Без недостатков тоже не обошлось:

1. Низкий КПД. Даже на самых совершенных паровозах КПД составлял 5-9%. Это и логично, учитывая невысокий КПД самой паровой машины (около 20%). Неэффективность сгорания топлива, большие теплопотери при передаче тепла пара от котла к цилиндрам.
2. Необходимость в огромных запасах топлива и воды. Особенно актуальной эта проблема становилась при эксплуатации машин в условиях засушливой местности (в пустынях, к примеру), где сложно раздобыть воду. Конечно, немного позже придумали паровозы с конденсацией отработанного пара, однако это не решало проблему полностью, а лишь упрощало ее.
3. Пожароопасность, объясняемая открытым огнем сгорающего топлива. Этого недостатка нет на бестопочных паровозах, но дальность их следования ограничена.
4. Дым и копоть, выбрасываемая в атмосферу. Серьезной эта проблема становится при движении паровозов в черте населенных пунктов.
5. Тяжелые условия для бригады, которая обслуживает машину.
6. Трудоемкость ремонта. Если в паровом котле что-то выходит из строя, то ремонт осуществляется долго и требует вложения средств.

Несмотря на недостатки, паровозы очень ценились, так как их использование существенно подняло уровень промышленности в разных странах. Конечно, сегодня применение подобных машин не актуально, в силу наличия более современных двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей. Тем не менее, именно паровозы положили начало созданию железнодорожного транспорта.

В заключение

Теперь вы знаете устройство двигателя паровоза, его особенности, плюсы и минусы эксплуатации. Кстати, сегодня на железнодорожных магистралях слаборазвитых стран (например, на Кубе) эти машины до сих пор применяются. До 1996 года они использовались и в Индии. В европейских странах, США, России этот вид транспорта существует лишь в виде памятников и музейных экспонатов.

Давно искал эту статью (в детстве, к сожалению, изничтожил небольшой архив "Техники молодежи"). Стиль написания, конечно, в лучших традициях советского технократического романтизма:-), да и автор ярый приверженец паровой тяги, но идея все же интересная.

ПАРОВОЗ XXI ВЕКА?

«Ах, какая чудная картина, когда по рельсам мчится паровоз!» Сейчас и песню эту мало кто помнит, и саму «чудную картину». А ведь было! Окутываясь клубами дыма, солидно покрикивая на переездах, паровозы везли по магистралям тяжелые составы.

В эпоху своего расцвета паровозы не без оснований считались шедеврами передовой инженерной мысли. Однако, пройдя более чем вековой путь развития, они уступили дорогу локомотивам с электрической тягой и тепловозам. 30 лет назад производство паровиков было прекращено, и вскоре они исчезли так же, как динозавры или мамонты. О былом величии паровой тяги свидетельствуют только отдельные музейные экземпляры.

Чем же они оказались плохи?

Критикуя какую-либо машину, обычно подчеркивают, что у нее КПД, как у паровоза. А какой он был? В монографии «Паровозы» (1949 г.) под редакцией академика С. П. Сыромятникова приведено значение 8,2%, достигнутое в опытном локомотиве Коломенского паровозостроительного завода.

У серийных паровозов КПД не превышал 7,8%. Это значит, что меньше десятой части энергии сгоревшего угля шло на полезную работу, остальная, в прямом и переносном смысле, вылетает в трубу. Хватает у паровоза и недостатков, связанных с эксплуатацией. Вспомним хотя бы тяжелейшую процедуру удаления накипи из котла. Тот, кто мучился, очищая вручную свой чайник, поймет, чего это стоило. И все же интерес к этим динозаврам технической эволюции пробудился вновь.

Какие же, ранее неведомые достоинства обнаружили у них специалисты? Может быть, мы и вправду скоро увидим мчащиеся по рельсам паровозы? Попробуем разобраться.

Достоинством обернулось то, что раньше считалось недостатком, - топление углем. О паровозе в Харьковском политехническом вспомнили как раз потому, что он работает на угле. В уникальном Канско-Ачинском бассейне наиболее дешевым, открытым способом можно добывать очень много этого топлива, но оно обладает довольно низкой теплотворной способностью, и его дальнейшая транспортировка к месту потребления нерентабельна. Вот тут-то, возможно, и окажется целесообразным применение паровозов. Расходуя местный низкосортный уголь, они могут повысить Эффективность транссибирских перевозок. В топке паровоза прекрасно сгорают и такие угли. Более того, при сжигании угольной пыли полнота сгорания топлива увеличивается почти до 95%. Одно это позволяет значительно уменьшить тепловые потери котла. За прошедшие годы этот способ усовершенствовали для электростанций. Его применение вполне возможно и на паровозе.

Итак, в пылеугольной топке энергия топлива почти полностью перешла в тепловую. Теперь ее надо «перекачать» в пар. Как это сделать наиболее эффективно? И опять ничего изобретать не надо, поскольку на тех же электростанциях прекрасно работают водотрубные котлы. Их конструкция рассчитана на высокое давление - это тоже вклад в повышение общего КПД паровоза. Перегрев пара, водо- и воздухоподогрев увеличивают КПД примерно на треть. Есть резервы и у самой паровой машины. Увеличить срок между чистками котла от накипи можно магнитной обработкой воды.

Как видите, резервы у обновленного паровоза есть. Именно их использовали сотрудники и студенты Харьковского политехнического института, разрабатывая новые паровые локомотивы. Проекты убедительно доказали, что возможно создание паровозов с КПД вдвое, а то и в трое большим, чем в прошлом.

Не вызывает сомнений, что современное состояние промышленности позволяет создать практически любой локомотив, например по одному из проектов ХПИ. Но от опытной машины до ее серийного производства путь не скор и не близок. А главное - он должен быть оправдан.

Теперь слово за экономикой. Паровоз, конечно, не альтернатива другим типам локомотивов. Но, кто знает, может быть, и ему найдется работа на железных дорогах XXI века.

КАКИМ ОН МОЖЕТ БЫТЬ?

Спроектированный в ХПИ паровоз трехсекционный. В нем 4 четырехосных экипажа, а на крайних секциях еще по двухосной бегунковой тележке. Поэтому осевая формула выгладит довольно замысловато: 2-4-0+(0-4-0+0-4-0)+0-4-2 (в скобках часть формулы, относящаяся к средней секции). Ее симметрия иллюстрирует одинаковую приспособленность локомотива к движению передним и задним ходом.

В бункере тендера 60 т специально приготовленной угольной пыли. Через 12 створок, каждая из которых имеет индивидуальный привод, он попадает в шнековый транспортер. Чтобы уголь не смерзался и не примерзал к стенкам, по всей наружной поверхности бункера расположены радиаторы обогрева. В морозы вентилятор будет закачивать туда отработанный горячий газ. Управлять подачей топлива - выбором степени и продолжительности открытия створок бункера, подбором скорости вращения шнека - будет, естественно, автоматика. Через форсунки топливо распыляется в факельной камере. Воздух для этого нагнетает центробежный вентилятор. Он прогоняет поток по специальным коробам, огибающим паровой котел. Нагретый воздух под давлением 0,3 атм и вдувает уголь. Горящая с температурой около 1500 о С смесь отдает тепло трубкам водотрубного котла, затем пароперегревателя, и наконец, водоподогревателя. Остывшие до 200 о С газы, очистив предварительно от золы, выбрасывают через дымовую трубу в атмосферу. Для очистки в поток газа впрыскивают воду. Водой же смывают и задержанную золу, которая накапливается в шлакосборном бункере. По предварительным оценкам, можно уловить до 95% пылеобразных шлаков, как раз и образовывавших традиционный дым. Так называемое мокрое шлакоудаление обеспечивает долговечность топки. Но самое главное - делает паровоз экологически чище.

В котле вода, нагреваясь, поднимается по трубкам, превращается в пар. Под давлением 32 атм он через 16 комплектов электроуправляемых клапанов подается в паровые машины. Когда машинист открывает регулятор, он направляет пар либо в 1, либо в 2, 3,…и, наконец, во все 8 блоков цилиндров. Таим образом, у локомотива 8 ступеней регулирования тяги. Так называемый мятый пар из машины идет в верхнюю часть пароконденсатора, где его принудительно охлаждают атмосферным воздухом. Из водосборника регенерированную воду через подогреватель закачивают в нижнюю часть котла.

Электроэнергией локомотив снабжают 2 генератора постоянного тока, один работает от паровой турбины, другой - только во время движения от бегунковой тележки пароконденсаторной секции. По расчетам, мощность его машин 8000 л. с., а КПД можно довести до 20-21%. Кроме того, за счет большого сцепного веса локомотив развивает тягу 65 тыс. кг.

ЧТО ДЕЛАЕТСЯ ЗА РУБЕЖОМ?

ПАРАМЕТРЫ ЛОКОМОТИВОВ С УГОЛЬНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ

Паровозы проектируют и американские специалисты. Их на это побудил топливный кризис 70-х годов. Сейчас проходит испытания локомотив ACE 3000. Он оснащен огнетрубным котлом, пароперегревателем, водо- и воздухоподогревателями. Давление котлового пара достигает 17 атм, а температура перегретого пара 430 о С. По этим показателям паровик мало отличается от своих предшественников тридцатилетней давности. И все же на испытаниях его КПД был около 18%.

Наиболее интересная новинка локомотива - топка, созданная аргентинцем Д. Порта. Процесс горения в ней протекает в две стадии. Сначала идет неполное сжигание угля, при этом образуется горючий газ с достаточно высокой температурой. Эта часть топки по принципу действия напоминает газогенератор. Тепло, выделенное при неполном сгорании угля, обогревает котел. Затем горючий газ очищают, пропуская сквозь распыленную воду, и смешивают с воздухом. Рабочая смесь сгорает в газовых каналах огнетрубного котла. Небольшая паровая турбина отсасывает продукты сгорания, прогоняет их сквозь многозвенный сепаратор (циклон), очищая от остатков золы. Так что вместо черного облака над локомотивом вьется лишь легкая дымка.

Замкнутая система циркуляции воды и пара позволяет эксплуатировать локомотив без промывки котла целый год. Напомним, что старые паровозы требовали этой довольно сложной операции каждые 40-60 суток.

В ACE 3000 есть и новинка в духе времени - это бортовой компьютер. Паровозная ЭВМ по своим задачам сродни автопилоту на самолете. Она тоже может управлять локомотивом, правда только после разгона поезда. Компьютер контролирует процесс горения топлива, следит за сцеплением колес с рельсами, выполняет другие функции, причем не только на самом паровозе, но и, например, на тепловозах, работающих вместе с ACE 3000 двойной тягой. Естественно, что тепловозы в этом случае должны быть оснащены аналогичными компьютерами.

Интересно, что, исследуя около 30 первичных двигателей и их модификаций для локомотивов, американские специалисты расположили их в зависимости от расходов на годовую эксплуатацию. Паровая машина в этом списке оказалась третьей, несколько уступив в рентабельности газовой турбине и двигателю Стирлинга. Дизель, кстати, был только 14-м. Правда, эта классификация очень зависит от цены на нефть, которая сильно колеблется, но все же показательна.

Специалисты считают, что пока паровоз требует более глубокой проработки. Только поездная работа опытного образца, а лучше нескольких машин, в реальных условиях на одной из крупнейших железных дорог раскроет все положительные и отрицательные свойства паровика нового поколения.

Олег КУРИХИН, кандидат технических наук

Журнал «Техника молодежи», 01-1987 г. (орфография и синтаксис сохранены)

Паровоз - самостоятельно (автономно) передвигающийся по рельсовому пути локомотив , имеющий паросиловую энергетическую установку.

Энергетическая цепь паросиловой установки паровоза включает в себя паровой котёл - тепловой генератор (парогенератор) и поршневую паровую машину в качестве теплового двигателя, который при помощи кривошипно-шатунного механизма приводит во вращение ведущие колёса (колёсные пары). В паровом котле происходят три последовательных этапа преобразования энергии: в топке парового котла протекает процесс горения топлива и преобразования его внутренней химической энергии в тепловую, носителем которой служат продукты сгорания - дымовые газы; в собственно паровом котле осуществляется процесс теплообмена между продуктами сгорания топлива и водой с целью доведения воды до кипения и образования насыщенного пара; в пароперегревателе повышаются температура и теплосодержание пара (также за счёт теплообмена с продуктами сгорания топлива).

Питание парового котла водой из водяного бака, находящегося на тендере паровоза, осуществляется инжекционным водяным насосом за счёт использования какой-то части энергии сжатого пара на собственные нужды паровоза.

Историческая справка

Идея создания транспортного средства, самостоятельно передвигающегося по рельсовым путям, принадлежит английскому изобретателю Р. Тревитику, который в 1803 году повозку, приводимую в движение паром, получаемым от размещённого на ней парового котла, поставил на рельсы.

Конструкция первого паровоза предопределила формы и направление развития будущих локомотивов, в которых на протяжении многих десятилетий использовались горизонтально расположенный котел, вырабатывающий пар высокого давления, выпуск пара для усиления тяги в дымовую трубу и т. п.

Однако из-за большой собственной массы (около 6 т) паровоз разрушал чугунные рельсы. Не выдержал испытаний и второй паровоз, но предпосылки для усовершенствования локомотива были созданы и получили развитие в работах других изобретателей.

Паровоз Дж. Стефенсона «Ракета» (Великобритания, 1829 год)

В 1810-20-е ггоды было создано несколько конструкций паровозов для применения в рудниках и шахтах: в 1811 году английский механик М. Муррей построил паровоз с зубчатыми колёсами, которые сцеплялись с находящимся между рельсов третьим колесом; в 1812 году английский изобретатель У. Брентон создал «шагающий» паровоз, отталкивающийся от пути рычагами; в 1813 году инженер У. Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину (паровоз известен под названием «Пыхтящий Билли»). В 1814 году паровоз «Блюхер», не отличавшийся оригинальностью конструкции, построил Дж. Стефенсон. В устройство второго паровоза, «Эксперимент», изобретатель внёс ряд усовершенствований: использовал двухцилиндровую паровую машину, спаренные колёса с наружными соединительными дышлами, применил отвод пара через дымовую трубу для усиления тяги через специальное устройство - конус, ставшее впоследствии непременной частью любого паровоза.

В 1819 году были построены пять паровозов для эксплуатации в шахтах; затем в 1823 году - для железнодорожной линии Стоктон - Дарлингтон, строительством которой Стефенсон руководил. В 1825 году паровоз, названный «Локомошен», под № 1 провёл по дороге поезд в день её открытия. Однако, несмотря на применение конусной тяги и другие усовершенствования, паровоз не смог развивать высокую скорость из-за малой мощности парового котла.

В 1829 году Стефенсон построил паровоз «Ракета », использовав идею многотрубного котла. В 25 трубах циркулировала не вода, как в предыдущих моделях, а горячие газы, то есть впервые был применён жаротрубный котел. Это нововведение позволило паровозу значительно увеличить скорость. На единственном в своем роде соревновании, известном как битва паровозов в Рейнхилле, проводившемся администрацией железной дороги Ливерпуль - Манчестер 1 октября 1829 года, он показал рекордную для того времени среднюю скорость 22 км/ч.

Паровоз Черепановых (Россия, 1834 год)

После усовершенствования конуса скорость движения паровозов удалось увеличить до 38 км/ч. Эта победа доказала целесообразность применения паровой тяги на жжелезнодорожном транспорте и обусловила его дальнейшее развитие. Первый в России паровоз был построен в 1834 году М. Е. Черепановым (1803-1849 ггоды) под руководством и при участии его отца Е. А. Черепанова (1774-1842 ггоды) на Выйском заводе. Машину называли «сухопутным пароходом», «пароходкой», «паровой телегой». Слово «паровоз» впервые появилось в петербургской газете «Северная пчела» в 1836 году. В дальнейшем термины «паровоз» и «локомотив» стали синонимами.

Паровоз был испытан на опытном участке чугунной дороги протяжённостью 853,5 м, специально проложенной от Выйского завода. Паровоз смог везти состав до 3,3 т со скоростью 13-16 км/ч. По данным профессора В. С. Виргинского задние (ведущие) колёса паровоза имели диаметр больше, а передние (бегунковые) - меньше. (Модель паровоза Черепановых, имеющая одинаковые размеры колёс, находится в Центральном музее железнодорожного транспорта в Санкт-Петербурге.)

В марте 1835 года Черепановы построили второй, более мощный паровоз. Однако Черепановым и горному инженеру Ф. И. Швецову, в начале 1830-х годов предложившему проложить рельсовые пути на заводе, не удалось переубедить заводскую администрацию в преимуществах паровой тяги, и первые русские паровозы практического применения не нашли.

Однако паровоз остаётся одним из уникальных технических творений человечества, безраздельно господствовавшим на железнодорожном транспорте более 130 лет.

Во многих странах сохраняются паровозы-памятники, пользуются популярностью ретро-поезда с паровой тягой. Часть паровозного парка находится в запасе, при необходимости работоспособность паровозов может быть восстановлена.

Галерея

Промышленный танк-паровоз типа 0-2-0, масштаб 1:10. Спроектирован и построен для маневровой работы у металлургических печей крупных промышленных предприятий. В 1930-е годы такие паровозы строились на Невском, Муромском и Сормовском заводах. Экспонат ЦМЖТ



Первый русский паровоз, построенный механиками Черепановыми в 1833-1834 годах в Нижнем Тагиле. Это паровоз водил по заводской дороге составы с рудой весом до трёх тонн со скоростью до шестнадцати километров в час. Модель в масштабе 1:2 сделана тоже Черепановыми в 1839 году. Экспонат ЦМЖТ



Паровоз с «ногами »Брентона, 1813 год. Это паровоз имел один горизонтальный цилиндр, шток поршня которого был соединён с «ногами», снабжёнными «ступнёй» в виде скобы. При движении поршня паровой машины «нога» упиралась в землю, заставляя паровоз продвинуться на длину хода поршня. Таким образом достигалась скорость порядка пяти километров в час. Экспонат ЦМЖТ