Паровозы

Темы не было отдельной про паровозы, пришла в голову мысль не только её создать, но ещё и написать что-то типа "рассказа для детей" о том, как паровоз работает. Фото и рисунки мои.
Дополнения и уточнения приветствуются. )
Как и просто последующая публикация фото красивых машин.

Писать о паровозах с одной стороны крайне просто. Потому что у них всё устройство на виду, не запрятано под капот, под корпус, а вот оно - подходи, смотри, трогай.
С другой стороны, меня вот всегда приводило в какой-то лёгкий ужас то, что навешано у паровоза на колёсах. Казалось, это хаотическое нагромождение тяг, идущих как попало и куда попало. Однако эта конструкция, придуманная бельгийским мастером Вальсхартом, начала внедряться в конце 19 века и просуществовала с лёгкими непринципиальными вариациями до конца века паровозов... поэтому я начну именно с паровой машины и, конечно же, кулисного механизма уважаемого Вальсхарта... про которого в Инете не найти ничего, кроме его паровозного привода, вот же судьба распорядилась!
Обычно, нет, даже классически, эта механика выглядит так. Кстати, на фото паровоз О^В, "Овечка", маневровый, работавший на московской кольцевой ЖД:
(фото 1.)

Паровая машина находится спереди паровоза. Снизу - сам цилиндр паровой машины, сверху - золотник. Соответственно, из цилиндра выходит шток поршня, прикреплённый к ползуну. От ползуна поступательное движение передаётся через шатун, он же ведущее дышло, на кривошип - собственно, это и есть кривошипно-шатунный механизм. Кривошип укреплён на ведушем колесе, их два, ведущих колеса, а точнее, это колёсная пара, жёстко соединённая с осью. Через сцепные дышла от ведущего колеса вращение передаётся на сцепные колёсные пары (также на фото хорошо виден маятник, о котором ниже).
(фото 2.)

Вроде пока всё просто.
Но паровая машина - не просто поршень, приводимый в движение паром. По мере достижения поршнем одного крайнего положения, его необходимо вернуть назад! Для этого на колёсах ведущей колёсной пары сделаны контркривошипы, смещённые относительно кривошипов на угол чуть больше 90 градусов. К ним тоже прикреплена тяга, идущая к золотнику. Золотник занимается распределением: впуском и выпуском пара.
(фото 3.)

Движение золотника построено так, что он открывает впуск пара тогда, когда поршень дошёл до крайнего положения. Ширина борта золотника чуть шире парового отверстия, нужно это для регулирования количества отдаваемого в машину пара, то есть отсечки. Звук отсечки и есть то самое знаменитое "чух-чух", которое произносят дети, играя в паровозики. Даже те дети, которые паровоза и не видели.
(фото 4.)

Таким образом, когда поршень дошёл почти до конца хода, золотник перекрывает доступ свежего пара в правую (по рисунку) часть цилиндра и по прошествии расстояния отсечки открывает доступ пара уже в левую. Из правой части пар выходит как отработавший. Куда он выходит, расскажу тоже.
Но сейчас у нас пар пошёл в левую половину цилиндра, золотник же точно так же в конце его хода произвёл отсечку и снова открыл доступ пара в правую половину.
Да, кривошипы от цилиндров на ведущей колёсной паре расположены со смещением в 90 градусов для того, чтобы стронуть паровоз с места, если одна из паровых машин остановилась в мёртвой точке.
Вот, но это ещё не всё. А если нужно поехать назад? А ещё нам же хочется не просто ехать в положении полный вперёд, хочется ещё и пассажиров принять, высадить, и не где придётся, а на станции. Да и как назло, два жёлтых огня на входном светофоре, принимают на боковой путь с уменьшенной скоростью, и готовностью остановиться! А у нас курьерский скоростной поезд серии П-36!
Для уменьшения скорости нужно увеличить отсечку, то есть уменьшить степень насыщенности цилиндра свежим паром. Для этого предназначен кулисный механизм, схема которого показана ниже. Кулиса разрезает золотниковый привод на кулисный и собственно золотниковый.
(фото 5.)

Таким образом, кулисный механизм позволяет как выставить реверс паровой машине, так и отрегулировать, на каком моменте движения поршня произойдёт отсечка цилиндра от подачи свежего пара. Кстати, пар, который остался в цилиндре, при этом всё равно продолжит расширяться и совершать работу, при этом повышая КПД. Кстати, о КПД. Пренебрежительное "КПД как у паровоза", означающее 7%, - результат потери на многих стадиях преобразования тепла сгорания топлива в движение, но самая большая потеря - аж 38% - происходит именно с выходом отработанного пара из машины...
(фото 6.)

Золотниковая тяга от кулисы передаёт перемещение с помощью так называемого камня, показанного на рисунке. Камень - это обильно смазанный прямоугольный кусочек металла, гуляющий по выемке кулисы. Он перемещается вдоль выреза кулисы ручкой машиниста из кабины. На небольших паровозах это происходит непосредственным приводом, на мощных же - с помощью пневматического привода. Гидравлику тогда "не умели". Вот, кстати, цилиндр привода кулисы на уже упомянутом самом современном советском пассажирском паровозе П-36. "П" означает "Победа".
(фото 7.)

Как бы всё? Можно ехать? Нет! Представим, что реверс переведён в положение 0, то есть кулиса, несмотря на усилия кулисной тяги, оставляет золотниковую тягу неподвижной! Это раз, а два - вне зависимости от положения реверса необходимо сохранить постоянную величину линейного предварения впуска. Да, это новое понятие. Смысл его в том, чтобы начать нагнетать пар в цилиндр ещё до того, как он дошёл до крайнего положения. Это обеспечивает, как ни странно на первый взгляд, лучшие показатели экономичности машины. Ежели ж опережения не предпринимать, то пар начнёт проникать сквозь узкую щель золотника, начнётся так называемое "мятие" пара. Что ж делать?
Во-первых, именно потому угол между кривошипом и контркривошипом более 90 градусов. Во-вторых, применяется маятниковый механизм, который и решает обе проблемы. Маятник приводится от ползуна, обеспечивая движение золотника даже при нулевом реверсе. А также сохраняет линейность величины отсечки.
(фото 8.)

Вот именно такую систему можно увидеть на любом паровозе XX века. От маневрового до курьерского. И на грузовом, и на пассажирском. Кстати, первая примета пассажирского - диаметр ведущих и сцепных колёс колёс. Он заметно больше, чем у грузовых, поскольку пассажирским требуется скорость, а грузовым - тяговое усилие.

А откуда пар берётся?
А берётся от от каменного угля. Впрочем, это не аксиома, были паровозы на нефти и даже на электрических нагревателях от подвесной контактной сети (в Швейцарии например). Но самые распространённое топливо - всё ж каменный уголь. Именно каменным углём топились паровозы, а вот древесный - и посейчас - идёт на отопление пассажирских вагонов.
А уголь тот хранился в тендере.


Впрочем, это тоже не аксиома, были и бестендерные паровозы, так называемые "танк-паровозы", где в отличие от оружия слово танк честно означало бак; вдоль паровоза были ёмкости для хранения воды для котла. Уголь же хранился где получится, в любых свободных нишах. Так мало того, на пожароопасных производствах, в цехах или угольных выработках, бегали даже бестопочные паровозы! Они заряжались насыщенным паром от стационарной установки, и энергии пара вообще говоря хватало на довольно продолжительное время. Всегда меня по-детски интересовало, а что будет, если пар закончится в процессе работы?


А уголёк в эту топку кидал вовсе не кочегар. Сам кочегар следил за топкой - давление в котле, температурой, мощностью пара. Лопатой же орудовал помощник машиниста. Да, тяжко было быть помощником машиниста, зато после он становился машинистом! А в царской России это была фигура! Достаточно сказать, что каждый машинист настраивал свисток паровоза под себя, чтобы различать тон и тембр. И жена машиниста по свистку приближающегося поезда знала, что едет её муж, и бежала разогревать щи. При всём при этом кроме несомненно заслуженного почёта и зарплата у машиниста также была на уровне. Но это после, - а чтобы всё это заслужить, нужно было помощником покидать уголёк, да не просто, а ещё и дробя ломом особо крупные куски... А кочегар раскрывал узенькую дверь топки под лопату помощника машиниста.
Ирония судьбы: автоматический податчик угля, архимедов винт, на мощных паровозах (ФД, или американские декаподы) назвался "механический кочегар". Вот так вот...

Впрочем, кочегар тоже не был "ни при делах". На топке паровоза, если присмотреться, во многих местах понатыканы какие-то гайки. Это контрольные пробки. Если не уследить за уровнем воды, то опечатанный канал, высверленный внутри пробки, под действием температуры открывается, поскольку его легкоплавкое содержимое расплавляется, и пар вырывается наружу. Всё, машинст с кочегаром попали в лучшем случае на штраф...


Ну да не будем о грустном. )

Пар из котла попадает в этакий набалдашник, который есть наверху котла любого паровоза. Это сухопарник, название которого чётко отражает суть: в нём сухой пар, без примеси воды.
Казалось бы, пора направлять этот пар в машину? Нет! Их сухопарника через регулятор пар идёт в дымовую коробку, в коллектор. А из коллектора пар поступает снова в пароперегреватель, то есть снова в котёл!


Спасибо тем, кто раздербанил паровоз и помог мне сфотографировать дымовую коробку. Дымовая коробка - это то, что находится спереди котла. В неё ещё спереди паровоза ведёт дверца на болтах - с красной звездой для советских машин. На фото сверху видно отверстие дымовой трубы. А на задней стенке видны три вида трубочек: снизу тонкие трубки пронзают котёл, это дымогарные трубы, для подачи воздуха в топку и удаления дыма. Чуть выше, потолще, опять же сквозь котёл - жаровые трубы, для огня из топки. И внутрь жаровых труб ныряют совсем тонкие - это трубы пароперегревателя. Из сухопарника пар ныряет в эти тонкие трубки и возвращается обратно - трубка замкнута. И насыщенный пар с температурой выше 100 градусов направляется в машину...

Что происходит дальше, я уже рассказывал, но кое о чём умолчал. Высоты трубы абсолютно недостаточно для создании тяги в топке. Достаточно посмотреть на котельные - трубы там несколько десятков метров! И - полметра на паровозе. Вздор, ничто! Откуда брать тягу? Да из цилиндров машины! Отработанный пар идёт в так называемый конус, отверстие которого направлено в дымовую трубу. Таким образом, даже отработавший пар перед тем, как быть выброшенным в трубу, совершает всё ещё полезную работу - создаёт тягу для котла, увлекая своей струёй дым из котла вверх. Дым из трубы паровоза - это вовсе не только дым, а смесь дыма из дымогарных труб и отработанного пара из машины.
Добавлю немного ещё про мелкие по размерам, но не по значению, детали, которые можно рассмотреть на паровозе, ибо, как я говорил в первой части, у паровоза всё на виду.
Это ёмкость для песка.


Сухой (обычно кварцевый) песок находится в особой ёмкости над котлом - не путать с сухопарником. При необходимости - сырых рельсах, крутом подъёме, резком торможении - машин сит заставляет песок сыпаться по толстым трубам под колёса.
Если проследить путь труб, то видно, что именно под колёса они и ведут.


И наконец, ещё один опутанный трубками ящик - это маслёнка. Паровоз постоянно требует смазки, и смазка происходит под давлением. Опять же легко проследить, куда идёт тоненькие трубочки - к машине, к кулисе, к буксам...

А в паровозах где-то встречается/встречался "максвелловский" центробежный регулятор? Или он только для стационарных паровых машин был характерен?

В правом нижнем углу если я верно разглядел - интересный тип паровозов, компаунд, одна машина имеет цилиндры большего диаметра, чем вторая.

// А, ну точно, по ссылке картинки больше. )

А зачем на трубе коническая балда?

Это не на трубе это труба и есть. )
Для гашения искр, НЯЗ.

Побочный результат поиска фото на тему истории индустриала:

The Vulcan Locomotive Works Product Catalogue






















Каталог паровозостроительной фирмы - наслаждайтесь:

Да вот, паровозы системы Ферли - полный снос крыши. )

_______________
Бесценный материал от Прокудина-Горского.

взято: http://historydoc.edu.ru/attach.asp?a_no=383

а сколько разных "гейджев" однако...

Locomotive Pm3-5 in aerodynamic lagging was produced in 1940 by Borsig Lokomotiv-Werke GmbH, Berlin, and this is the only one left in the world.
In use in Poland since 1945 till 1967. Now in the Railway Museum in Warsaw, since 1978.

Сумрачный германский гений -