Паровоз: как устроен и как работает

Паровоз — первый вид транспорта, передвигающийся по рельсам посредством воздействия пара на движущий механизм. Созданием различных повозок, в которых лошадиная тяга была заменена на механическую, изобретатели начали заниматься в середине XVIII века. Первый паровоз появился в Англии уже в 1801 году. Его создателем стал Ричард Тревитик.

В нашей стране этот вид железнодорожного транспорта выпускался до середины ХХ века.Следует сказать, что изначально это транспортное средство называлось «самокатная паровая машина» или просто «паровая телега». Понятие «паровоз» впервые употребил издатель Н. И. Греч в середине XIXвека.

Принцип работы паровоза

Движение этого вида транспорта осуществляется за счет подачи пара под давлением в паровую машину и движения поршня. Это действие заставляет крутиться колесные пары. Пар применяется и при подаче свистка, предупреждающего об опасности. Пар получают путем нагревания воды. В качестве топлива используется все, что может гореть и давать тепло:

• дрова;
• уголь;
• мазут;
• нефть.

В топку можно отправить даже бумагу или опилки, но будет сложно получить КПД, необходимый для закипания воды. Жидкость доводят до кипения и поддерживают определенную температуру, чтобы состав двигался с необходимой скоростью. Превышение нормативных стандартов может привести к взрыву котла.

Устройство локомотива

Паровоз с технической точки зрения — это паровой локомотив с паросильной установкой. В нее входят:

• паровой двигатель;
• паровой котел;
• топка;
• тендер.

Только органичное взаимодействие всех частей позволяет локомотиву двигаться и тащить за собой вагоны.

До 50-х годов прошлого столетия паровой двигатель считался лучшим и практичным устройством. За время своей эксплуатации он постоянно модернизировался, многократно изменялся внешне, но принцип его работы оставался неизменным.

Паровой двигатель

Пар, который образовывался в результате кипения воды в котле, давил на поршень. Следствием этого становилось движение механических частей. Его эффективность определяется соотношением показателей производимой работы к затраченным энергоресурсам.

Важно

Первые паровые машины имели КПД до 8%. Усовершенствование моделей (установка конденсаторов и расширителей проточной части) позволило поднять этот показатель до 25%.

Локомотив, работающий на пару, с отличие от других видов железнодорожного транспорта, без проблем работает в условиях высокогорья. В некоторых районах с пониженным атмосферным давлением паровозы используются до настоящего времени.

Паровой котел

Если паровая машина — это агрегат, в котором происходит преобразование пара в возвратно-поступательное движение поршня, то основное рабочее тело производится в паровом котле. Это главный компонент паровоза состоит из:

• топки;
• цилиндрической части с дымогарными или жаровыми трубами;
• дымовой коробки.

Парообразование осуществляется в цилиндрической части. Это происходит за счет прохождения по трубам тепловых потоков.

В дымовой коробке, кроме коллектора пароперегревателя, искродержательной сетки, парорабочих труб устанавливается дымовытяжное оборудование (конус), обеспечивающее подачу воздуха в топку.За счет этого создается искусственная тяга газов в котле. Паровой котел изготавливается из котельного листового железа. Элементы конструкции соединяются заклепками или сваркой.

Топка

Эта важная часть парового котла, состоит из двух основных частей: кожуха и огневой коробки. В нижней части топка ограничена колосниками. На них загружается твердое топливо. Решетчатая структура обеспечивает поступление потока воздуха, поддерживающего горение.Также снизу устанавливается топочная рама, изолирующая топку.

В пространство между кожухом и огневой коробкой заливается вода из тендера. Уровень ее ограничен параметрами топки. Рабочие характеристики оборудования зависят от его формы и размера. Топки подразделяются на

• узкие (располагающиеся между элементами рамы);
• уширенные (устанавливаются между колесами);
• широкие (размещаются поверх рамы и колес).

При выпуске последних моделей использовался широкий вариант.
Различаются топки по конфигурации кожуха и огневой коробки:

• верх у кожуха полукруглый, у огневой коробки — плоский;
• плоский у кожуха и коробки;
• радиальные: полукруг кожуха и круглая топка.

Наиболее эффективными считались модели с плоским кожухом и огневой коробкой. Несмотря на сложность изготовления, они умели увеличенное паровое пространство.

Тендер

Большую часть локомотива занимает тендер. Это прицепляемая отсек, в котором размещаются запасы воды, топлива и смазки. Последнее особенно важно для магистральных паровозов.

Распределение площади хранилища составляет 1/3 к 2/3. Меньшая часть предназначена для топлива, большая — для воды. Отсеки в тендерах для твердого топлива имели сужающуюся к низу форму, чтобы уголь естественным образом ссыпался в корыто углеподатчика. Емкости для воды имеют П-образную форму и размещаются вокруг угольного отделения.

Хранилища для воды разделяются перегородками с не совмещенными отверстиями, что снижает колебание большого (до 50 м3) объема жидкости. Заполнение тендера водой производилось во время остановок на станциях через расположенные на крыше люки.

Локомотивная бригада: машинист, помощник машиниста и кочегар

Управление локомотивом осуществляет локомотивная бригада, в которую входят:

• машинист;
• помощник машиниста;
• кочегар.

Управление паровозом отличается сложностью, требует профессионализма и строго распределения обязанностей. Машинист локомотива располагается с правой стороны будки. Он отвечает за скорость движения состава. В работе используются рычаги, кнопки, краны и педали.

Машинист контролирует по манометрам уровень воды в котле, температуру водоподогрева, давление пара в котле. Помощник машиниста располагается с левой стороны рабочего пространства.

Он также контролирует уровень воды в котле и давление пара. В его ведении находится управление углеподатчиком и дверцами топки. Самая трудная работа у кочегара. Его рабочее место включает лоток тендера с углем и топочный инструмент: лопату, углеполивочный шланг.

Растопка паровоза и работа экипажа в движении

А растопку паровоза и подготовку его к поездке требуется не менее семи часов, поэтому смена локомотивной бригады начинается задолго до отправления состава. 
Предварительно осматриваются все узлы и агрегаты на предмет обнаружения повреждений.

Все данные заносятся в журнал ремонта. При наличии дефектов производится ремонт бригадой слесарей. Движущиеся части полежат смазке. После процедуры заполняются все масленки, чтобы повторять эту процедуру в поездке. Затем экипаж приступает к растопке.

1.  Котел наполняется водой. В топку засыпается уголь, сверху на него укладываются дрова.
2.  Локомотив выкатывается из депо с помощью мотовоза. В начале растопки образуется большое количество дыма, а в помещении нет дымоотвода.
3.  Для розжига используется ветошь, смоченная в керосине. Пока не появится естественная тяга, в будке паровоза находиться невозможно из-за большого количества дыма.
4. Когда дым рассеялся и дрова разгорелись, кочегар заходит в будку и проверяет равномерность горения.
5. При давлении в 5 атмосфер машинистом проверяется инжектор и открывается сифон.
6. При давлении 9 атмосфер он запускает паровоздушный насос.

После этого паровоз может сделать первый самостоятельный оборот колес. После начала движения проводится маневрирование и к локомотиву цепляется состав. Трогаться можно при зеленом сигнале светофора и после сигнала главного кондуктора.

Для отправления машинист

• переводит реверс до упора в направлении движения;
• открывает цилиндровые продувательные краны;
• дает 2–3 толчка ручкой крана машиниста в положение отпуска;
• дает сигнал отправления;
• плавно открывает регулятор, чтобы можно было взять паровоз с места;
• после начала движения локомотива уменьшает пуск пара, пока не двинутся вагоны, затем увеличивает впуск пара и устанавливает реверс в рабочее положение, увеличивает открытие регулятора;
• в поездке он контролирует эти приборы для поддержания необходимой скорости.

В процессе следования бригада следит за сигналами светофора, показаниями приборов, подачей воды и топлива.

Достоинства и недостатки паровоза

Несмотря на то, что паровоз является устаревшим видом транспорта, он имеет неоспоримые преимущества:

• относительно простая конструкция, по сравнению с современным железнодорожным транспортом;
• он движется на любом топливе;
• может ехать с одинаковой скоростью вперед и назад;
• максимальную скорость может развить в самом начале движения;
• надежен при соблюдении правил эксплуатации.

Из недостатков следует выделить низкий КПД, высокую трудоемкость, необходимость возить запас топлива и воды.

Итог

В современных условиях паровоз использовать нецелесообразно, так как есть более современная и удобная техника, но списывать его нельзя. В экстренных ситуациях только он сможет выполнить задачи по перевозке грузов и людей. 
В настоящее время паровозы используются в высокогорных районах и для туристических поездов, позволяя людям познакомиться с уникальной техникой.