Незабытые технологии: паровозы / Хабр

Существует немало технологий, обычно ассоциируемых у нас с прошлым и даже с позапрошлым веком, но, тем не менее, всё ещё используемых в жизни. Одни из них представляют лишь исторический интерес, другие ещё широко используются, но в скором времени окончательно уступят своё место современным аналогам, третьи же прочно заняли свою узкую нишу и не собираются сдавать позиции. Большинство этих технологий неэкономичны и сложны в использовании – в этом их слабость. Но есть у них и сильные стороны: это внутренняя простота, лёгкость изготовления и независимость от современной энергетической и информационной инфраструктуры.

На первый взгляд они могут вам показаться не очень важными. Но это ошибочное мнение. Просто мы отвыкли от глобальных катастроф – двадцатый век ознаменовался удивительно мирным поведением природы. В наше время солнечная буря, аналогичная буре 1859 года, вывела бы из строя линии электропередач и коммуникаций на годы.

Но даже если они не имели бы вообще никаких преимуществ, их всё равно нужно было бы сохранить по крайней мере из исторических и эстетических соображений. Прошлое не исчезает – оно живёт рядом с нами, и в его сплетении с будущем рождается наше настоящее.

Одной из подобных технологий является паровая машина, и её наиболее яркое воплощение – паровоз. О нём и пойдёт речь.

Здесь я не стану подробно останавливаться на внутреннем устройстве паровозов, вместо чего размещу общую схему. Интересующиеся же читатели более полную информацию найдут в Wikipedia.

Принципиальная конструктивная схема паровоза: 1 – топка; 2 – зольник; 3 – паровой котёл; 4 – дымовая коробка; 5 – будка; 6 – тендер; 7 – сухопарник; 8 – предохранительный клапан; 9 – клапан регулятора; 10 – пароперегреватель; 11 – паровая машина; 12 – конус; 13 – парораспределительный механизм; 14 – привод регулятора; 15 – экипаж; 16 – поддерживающая тележка; 17 – бегунковая тележка; 18 – букса; 19 – рессорное подвешивание; 20 – колодка тормоза; 21 – паровоздушный насос; 22 – сцепное устройство; 23 – свисток; 24 – песочница.

К середине века, разумеется, никаких кочегаров уже не было: в паровозах использовали автоматическую подачу угля или иного твёрдого топлива с помощью элеваторного механизма. В случае использования более эффективного жидкого топлива, в топке устанавливали форсунки, а вместо колосников клали кирпичный свод, при попадании на который распылённое топливо воспламенялось.

В засушливых районах паровозы использовали специальную систему конденсации отработанного пара, позволявшую экономить дефицитную воду.

Краткая история паровозов

Первый в мире паровоз проехал в Уэльсе 21 февраля 1804, первая железная дорога была проложена в 1825, расцвет паровозов пришёлся на середину девятнадцатого – начало двадцатого века, а уже в тридцатые годы их начали активно заменять недавно появившиеся намного более экономичные тепловозы и электровозы. Однако паровозы продолжали строиться вплоть до пятидесятых – шестидесятых, и были окончательно заменены лишь к восьмидесятым годам двадцатого века.

В разных странах конец эры паровозов пришёлся на разное время, но основной перелом всё же произошёл в шестидесятые. В США паровозы стали массово заменяться уже в пятидесятых, и последний пассажирский паровозный поезд прошёл в 1961. В Европе процесс несколько затянулся – паровозы были заменены в семидесятые. В России некоторые пассажирские и грузовые линии использовали паровозы вплоть до конца восьмидесятых – начала девяностых. Во многих африканских и азиатских странах паровозы использовались до конца двадцатого века. В частности, в Южной Африке последние коммерческие линии закрылись в 1994, в Индии – в 2000, а в Китае использование паровозов в грузовых поездах официально было прекращено лишь в 2005.

Паровозы в XXI веке

Так прошла эпоха регулярного использования паровозов для коммерческой перевозки пассажиров и грузов, и началась их новая жизнь. Зачем же они нужны в XXI веке?

Во-первых, в туристических и исторических целях. В мире насчитывается несколько сотен линий, имеющих культурное и историческое значение. Не все из них используют паровозы, но и первые модели тепло- и электровозов представляют не меньший интерес для пассажиров, привыкших к скоростным современным экспрессам.

Во-вторых, в кинематографе. Каждый год снимаются новые исторические фильмы, в которых паровозы принимают непосредственное участие.

И, в-третьих, на всякий случай. Например, такой, как глобальный топливный кризис, крупная техногенная или природная катастрофа. При этом у паровозов обнаруживается немало преимуществ перед современными машинами.

• Простота конструкции. Простейший паровоз намного проще сконструировать, чем любую иную аналогичную машину.
• Простота обслуживания. Ухаживать нужно за любой машиной, но в целом паровозы менее проблемны в уходе, чем их более современные аналоги.
• Всеядность. Паровозы ездят на всём, что горит: уголь, дрова, солярка, мусор и прочее.

Как ни странно, больше всего действующих паровозов сохранилось в прогрессивной Европе. Например, в одной лишь Великобритании эксплуатируются несколько сотен паровозов, и компании операторы пригородных линий активно используют их для привлечения туристов.

В России около тысячи паровозов были законсервированы и сохранены в качестве национального резерва. Некоторые из них можно увидеть в музеях, прочие же, видимо, никак не используются.

Новые паровозы

До сих пор речь шла о серийных паровозах, выпущенных во времена их массовой эксплуатации, но многие будут удивлены, узнав, что новые паровозы продолжают конструироваться и выпускаться в XXI веке. Закончено из них немного – около семи, и ещё пара десятков в сборке. Эти паровозы делятся на две группы:

• Реплики старых моделей, воссозданные с использованием новых технологий. С ними всё более и менее просто. Они является исторической реконструкцией.
• Новые паровозы, специально сконструированные с нуля и способные к конкуренции с современными тепло- и электровозами. В лучших нынешних паровозах КПД не более 14%, но в планируемых различные улучшения позволили бы значение около 25%! Что приблизило бы паровоз по экономичности к дизелю. Им даже придумали специальное название – Advanced steam technology. Почему бы и нет? Обычно к ним возрастает интерес во время очередного топливного кризиса. Начало XXI века было отмечено рекордными ценами на нефть и газ. После их резкого падения, многие интересные проекты были, увы, заморожены.

LNER Peppercorn Class A1 60163 Tornado

Один из самых известных представителей последней группы

LNER Peppercorn Class A1 60163 Tornado

– первый паровоз построенный в Великобритании начиная с 60-х годов. Он является эволюцией серии LNER Peppercorn Class A1, производимой в Соединённом Королевстве в 60-e. Паровоз строили всем миром с использованием новейших технологий. Закончили в 2008.

No. 52 8055

No. 52 8055 – реплика одного из последних немецких паровозов. Компания DLM закончила его в 2009, и паровой красавец давно курсирует по Швейцарии.

The 5AT

The 5AT – ещё один интересный проект, курируемый 5AT Group, после её распада в 2012 году был заморожен. В 2012 создана новая группа The Advanced Steam Traction Group, призванная продолжить его.

The ACE 3000

The ACE 3000 – был предложен Россом Роулендом в период нефтяного кризиса 1970-х годов. Он должен был выглядеть как дизель, и разрабатывался, чтобы конкурировать с современными тепловозами, используя уголь, бывший намного дешевле нефти в то время. ACE 3000 включал в себя множество новых технологий, таких как автоматический контроль огня и уровня воды. Локомотив мог быть подключен к дизельному блоку и работать в паре с ним. ACE 3000 был одной из самых разрекламированных попыток создания современного паровоза, но проект в конечном счете потерпел неудачу из-за нехватки финансирования. Ну а как иначе?

The CSR Project 130

The CSR Project 130 – современный паровоз (основанный на паровозе класса ATSF 3460), способный к высокоскоростным пассажирским перевозкам со скоростью более 100 миль в час, и успешно разогнанный до 130 миль в час (отсюда название Project 130). Предполагается, что он будет экологически чистым, поскольку будет работать на биомассе в виде твердого топлива (в отличие от всех других современных конструкций, которые требуют жидкого топлива). Он совместная работа Института по окружающей среде (IonE) в Университете Миннесоты и Sustainable Rail International, некоммерческой организации железнодорожных экспертов и инженеров.

Solar Steam Train

Solar Steam Train –

безогневой паровоз

, использующий заранее полученный перегретый пар. Увы, кроме упоминания, никакой информации не нашёл по нему.

Паровозы и охрана природы

Внезапно у паровозов обнаружили не менее важное преимущество, способное перекрыть многие их недостатки – они оказались более экологичными! И правда, все современные ДВС основаны на использовании микровзрыва, образующего кроме углекислого газа очень ядовитые угарный газ и окислы азота. Паровые машины используют непрерывное горении при более низкой температуре и лишены подобных проблем.

Так что, вполне возможно, мы ещё увидим новую эру паровозов!

Ссылки

Steam locomotive – Wikipedia
Advanced steam technology – Wikipedia
Steam locomotives of the 21st century – Wikipedia
International Steam Locomotives 2017

§ 27-4. Сила тяги и кпд паровоза

На движущийся паровоз действуют разнообразные силы, имеющие различные величину и направление, при этом часть из них является внешними силами, а часть — внутренними.

Внутренние силы, возникающие при движении паровоза в движущем и парораспределительном механизме, тяговых и сцепных приборах, взаимно уравновешиваются. По закону механики внутренняя сила не может вызвать перемещение центра тяжести тела. Движение паровоза может вызвать только внешняя сила, исходящая от постороннего тела.

Каким же образом появляется эта внешняя сила?

В результате действия вращающего момента, передаваемого от машины попирающемуся колесу, в точке касания возникает горизонтальная сила, направленная от колеса к рельсу и стремящаяся переместить рельс в направлении, противоположном движению. Однако вследствие противодействия неподвижно укрепленного рельса возникает равная указанной выше силе горизонтальная сила от рельса к колесу (горизонтальная реакция рельса), но направленная в сторону движения. Она и является той силой, с которой колесо упирается в рельс и непрерывно как бы отталкивается от него. Эта внешняя сила, приложенная от рельсов к движущим колесам паровоза в направлении его движения, называется

силой тяги на ободе колес, или касательной силой тяги. Ее измеряют в килограммах и обозначают F_к.

Но для превращения вращательного движения колеса в поступательное движение по рельсу необходима еще так называемая сила сцепления, т.е. сила трения между колесом и рельсом в точке их соприкосновения. Сцепление между колесом и рельсом осуществляется тогда, когда колесо не скользит по рельсу (не боксует), иначе говоря, когда точка соприкосновения колеса с рельсом является мгновенным центром вращения. Если между колесами паровоза и рельсами не будет силы сцепления, то при впуске пара в цилиндры и движении поршней колеса будут вращаться на месте (боксовать), паровоз не будет перемещаться.

Сила сцепления создается за счет нагрузки на колеса паровоза, а также за счет веса самих колес. Чем больше нагрузка на колесо и чем больше у паровоза движущих осей, воспринимающих усилие от паровой машины, тем больше сила сцепления. Однако увеличивать нагрузку на колесо можно до определенного предела в зависимости от прочности пути. Сумма нагрузок от движущих осей паровоза на рельсы составляет сцепной вес паровоза

. Помимо того, что силу сцепления определяет величина нагрузки на колесо, она зависит также от состояния соприкасающихся поверхностей колеса и рельса. При сухих рельсах сила сцепления составляет приблизительно 0,20—0,30 нагрузки на колесо. Отношение касательной силы тяги, реализуемой паровозом перед началом боксования, к его сцепному весу называется коэффициентом сцепления ?.

При влажных, покрытых водой, снежными осадками или маслом рельсах сила сцепления (коэффициент сцепления) снижается, что вызывает боксование паровоза, а последнее в свою очередь вызывает быстрый износ бандажей движущих колес и расстройство отдельных узлов паровоза.

Во избежание боксования иногда искусственно увеличивают силу сцепления путем подачи под колеса сухого песка. Для этого на паровозе установлена песочница, наполненная сухим песком.

Сила тяги паровоза затрачивается на передвижение поезда, т. е. на преодоление возникающих при его движении сопротивлений. Эти сопротивления появляются в результате трения между бандажами колес и рельсами, ocjimh и подшипниками, между трущимися деталями движущего и парораспределительного механизма паровоза, ударов на стыках рельсов и др. Кроме того, при движении поезда по подъему, в кривых участках пути и при трогании с места возникают дополнительные сопротивления. Величина сопротивления зависит от веса поезда; чем больше вес, тем больше сила сопротивления. Силу сопротивления в килограммах, приходящуюся на единицу (1 т) паровоза или состава, называют удельной.

Машинист паровоза может изменять величину силы тяги и скорость движения поезда, поэтому сила тяги является управляемой силой. Силы же сопротивления, зависящие от веса поезда, профиля пути и других условий, не могут быть управляемыми машинистом. Необходимо выяснить, чем же определяется величина силы тяги, которая может быть реализована паровозом.

Котел паровоза, вырабатывающий пар, паровая машина, превращающая энергию пара в механическую работу вращения колес, и сцепной вес паровоза, обеспечивающий сцепление колес с рельсами и поступательное движение паровоза, имеют, можно сказать, свою определенную мощность (работоспособность). Работоспособность этих элементов должна быть по возможности одинакова.

Если, например, у паровоза с мощным котлом и соответствующими ему размерами паровой машины будет недостаточный сцепной вес, то сила тяги паровоза будет иметь ограничение по сцепному весу. Мощность котла и паровой машины в этом случае не будет полностью использована. При малой же паропроизводительности котла сила тяги паровоза будет ограничена по котлу. Поэтому, кроме касательной силы тяги, различают еще силу тяги по котлу, силу тяги по машине и силу тяги по сцепному весу.

Сила тяги по котлу представляет собой касательную силу тяги, ограниченную паропроизводительностыо котла, которая зависит от размеров поверхности нагрева и форсировки котла. Форсировка котла в свою очередь зависит от площади колосниковой решетки, ее форсировки, от теплотворной способности топлива, а также от умения паровозной бригады вести отопление.

Сила тяги по машине, которую также называют индикаторной силой тяги Fг, определяется размером и количеством цилиндров, ходом поршня, давлением пара, диаметром движущих колес, а также величиной отсечки.Касательная сила тяги Fк будет несколько меньше индикаторной силы тяги Fг, ввиду того, что при передаче последней на обод колеса будут иметь место потери на трение поршня о стенки цилиндра, ползуна о параллели, скалки в сальнике, пальцев в подшипниках и т. д. Эти потери при расчетах обычно учитываются механическим коэффициентом полезного действия машины ?_м.

Сила тяги по машине, которую также называют индикасом паровоза и коэффициентом сцепления. Если касательная сила тяги превышает максимальную силу сцепления между колесами и рельсами, то будет происходить боксование, которое приведет к прекращению или замедлению поступательного движения паровоза. Для того чтобы паровоз не боксовал, касательная сила тяги не должна быть больше силы сцепления колес с рельсами.

Сила тяги паровоза по котлу, машине и сцеплению в зависимости от скорости при различных форсировках котла и отсечках определяется по так называемой тяговой характеристике (диаграмме), которая строится на основании данных тягово-тепло-технических испытаний паровоза. Сила тяги паровоза может быть получена ориентировочно и расчетным путем.Преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу движущих колес паровоза сопровождается большими потерями. В топочном процессе при сжигании топлива имеют место потери: от механической неполноты сгорания, от химической неполноты сгорания, с отходящими газами и от внешнего охлаждения. Эти потери составляют 25—50%.

Отношение количества тепла, полезно использованного для приготовления пара, ко всему количеству тепла, которое выделяется при полном сгорании топлива, называют коэффициентом полезного действия (к. п.д.) котла (брутто). Коэффициент полезкого действия котла брутто учитывает расход тепла для приготовления пара на служебные нужды (на углеподатчик, форсунки нефтяного отопления, сифон, турбогенератор и др.). С учетом указанных потерь в зависимости от вида и сорта топлива к. п. д. котла брутто колеблется в пределах 0,50—0,75. При этом максимальное значение к. п. д. — 0,75—может быть достигнуто только при нефтяном отоплении. Кроме к. п д. котла брутто, существует понятие к. п. д. котла нетто, которым не учитывается расход тепла для приготовления пара на служебные нужды.кого действия котла брутто учитывает расход тепла для приготовления пара на служебные нужды (на углеподатчик, форсунки нефтяного отопления, сифон, турбогенератор и др.). С учетом указанных потерь в зависимости от вида и сорта топлива к. п. д. котла брутто колеблется в пределах 0,50—0,75. При этом максимальное значение к. п. д. — 0,75—может быть достигнуто только при нефтяном отоплении. Кроме к.п.д. котла брутто, существует понятие к. п. д. котла нетто, которым не учитывается расход тепла для приготовления пара на служебные нужды.

Большие потери тепла имеют место и в паровой машине. Больше всего теряется тепла с отработавшим паром (35—55%). Имеются также потери от утечек пара, от внешнего охлаждения цилиндров и от трения в шарнирах механизмов. Поэтому к.п.д. паровой машины равен лишь 0,1—0,12. Таким образом, в результате перечисленных выше больших потерь, к.п.д. паровоза весьма низок и в условиях эксплуатации составляет 0,06—0,07, или 6—7%.

КПД паровоза равен в процентах

Коэффициент полезного действия паровоза

Коэффициент полезного действия (КПД) паровоза — величина, с помощью которой можно оценить эффективность использования в паровозе тепла, полученного в результате сжигания топлива. КПД паровоза — это отношение тепла, затраченного на работу по перемещению паровоза к максимальному количеству тепла, которое это топливо может выработать.

Первые паровозы появились в Великобритании в начале XIX столетия. Их коэффициент полезного действия был очень низок. С течением времени паровозы совершенствовались, но на коэффициент это практически не влияло. Максимальный КПД самых совершенных паровозов, выпускавшихся в начале XX века, не превышал 6-8%, средний — 4%. Модернизация паровозов этот вопрос практически не решала — их КПД почти не превышал 7%.

Настоящим прорывом в решении данного вопроса стало применение перегретого пара. Это позволило увеличить мощность и скорость. Произошло это в начале XX века. Однако, использование перегретого пара позволило увеличить мощность более, чем в 100 раз, скорость — в 15 раз, а КПД — только в 2 раза.

Так почему же так сложно повысить коэффициент полезного действия паровоза? Много своих работ изучению этого вопроса посвятил академик С. П. Сыромятников. Он связывал увеличение коэффициента с уменьшением массы парового котла и установкой различных устройств для повышения мощности и экономичности. Сыромятников считал, что передняя часть труб внутри парового котла вырабатывает не более 15% от общего количества пара. По проекту академика был создан паровоз с изменениями в паровом котле: укороченной передней трубной частью и установленным в специальной камере выносным перекрестночным пароперегревателем. Кроме того, по мнению Сыромятникова, увеличению КПД должно было способствовать сжигание угля в измельченном виде. Однако, в связи с этим появлялась проблема — загрязнение задней трубной решетки шлаком и золой. Для решения этой проблемы было предложено увеличить объем топки за счет отказа от зольника. Угольная пыль должна была сгорать в месте нахождения зольника, а не перед трубной решеткой.

Проблема низкого коэффициента полезного действия паровоза связана с тем, что пар, покидая машину, уносит с собой значительную часть полученной тепловой энергии. Температура уходящего пара составляет 120-180 градусов, давление — около 1,5 атмосфер. Теплосодержание этого пара равно примерно 650 килокалорий. Это довольно значительная потеря, которая составляет около 40%. Кроме этой, существуют еще другие потери: от неполного расширения пара, утечка его через неплотности, противодавление на нерабочую сторону поршня. Все эти потери значительно снижают КПД паровоза. К ним еще добавляется потери на преодоление сил трения при движении. Поэтому КПД паровоза в процентах не превышает 12-14.

Подводя итог, можно сказать, что низкий КПД паровоза связан со значительной потерей энергии из-за выброса пара и невозможностью использовать эту энергию из-за движения. В стационарных же установках такая энергия используется, например, на отопление или горячее водоснабжение.

КПД паровоза, или Как не впасть в отчаяние от “напрасных” усилий и несделанных дел

Недавно прочел в дневнике у Юлии Даниловой, главного редактора сайта Милосердие.ру и волонтера, благодаря которому множество страдающих людей получили помощь, такую мысль:

«Последнее время все чаще сталкиваюсь с тем, что уничижение, отрицание чужих усилий, чужой работы — убивает. Это у нас в благотворительности особенно видно. (…) “Ваши усилия ничтожны” — так мне недавно один из коллег написал в личку по следам публичной дискуссии. Ревела, да. Не от осознания ничтожности усилий — сколько сил ни есть, делаем что можем и принимаем свое не-всемогущество. От самого этого выпада, аннигилирующего нас…»

Мне до боли знакомо то, о чем пишет Юлия, и, когда посещает эта мысль о тщетности моих усилий, я вспоминаю 1980-е годы. Это было ещё задолго до «Фомы», и речь шла совсем о другом — о сохранении очень красивого, уникального местечка старой Москвы, которое шло под снос. А мы пытались предотвратить это разрушение, и не только его. Нас буквально переполняло чувство возможной победы и воплощения массы вдохновенных планов. И вот тогда пожилая женщина (кажется, из комиссии при Министерстве культуры), которая всеми силами, искренне старалась нам помочь, обратила внимание на этот наш запал. Она имела поистине огромный опыт, видела, насколько мы «горим» и переживаем за успех дела. И поскольку ей было ясно, что большая часть задуманного нами может не сбыться, она дала нам такую заповедь — предупреждение от уныния. Она сказала: «Дорогие! Я буду стараться помочь вам всем, чем могу. Но вам важно быть внутренне готовыми не только к успехам, но и к большим неудачам. Может, сбудется одна десятая или даже одна сотая часть того, о чем вы мечтаете. При том, что правда полностью на вашей стороне. И тем не менее. Если так выйдет, не спешите отчаиваться. Знаете, каков коэффициент полезного действия у паровоза? Не более 10 процентов. Разве это много? Нет вроде бы. Но хватает, чтобы двигать железнодорожный состав. При том, что 90 процентов уходит в “бесполезное” тепло, в пар. Вот и вы будьте готовы к тому, что если из ваших планов хотя бы десять процентов будет осуществлено, то это уже очень и очень хорошо».

У нас тогда, пожалуй, получилось, увы, намного меньше, чем у паровоза. И уныние, даже, пожалуй, и отчаяние, тогда все же посетило меня. Но среди прочих ободрений, которые дал мне Бог тогда, слова эти всплыли в памяти и помогли успокоиться, укрепили волю. И дальше я уже не забывал о них, поскольку они воспитывали умение трудиться в условиях, когда есть искушение впасть в истерику и начать «бить посуду».

Да, каждый из нас убеждается, что сделал в десять (а про себя считаю — в сто или больше!) раз меньше, чем должен был. Но очень важно посмотреть на это по-христиански, иначе всякая неудача станет надламывать нас.

Прежде всего, мы в принципе доброго ничего не можем без Бога. Мы, как говорится, «сами с усами», чаще делаем, чего не следует и редко способны на по-настоящему доброе. Если что-то получилось, то это же чудо. Это значит, благодать Божия нам помогла реализовать нечто, заложенное в нас, — неважно, верующий ты или нет. Но в мире очень много препятствий к тому, чтобы стать лучше самому и чем-то помочь другим. И когда нечто получается — это чудо, это вне теории вероятности.

И кроме того (тут я говорю уже в большей степени о православных христианах), пытаясь думать об изменении мира, необходимо не впасть в ересь хилиазма. Понять, что вера в рай на земле и попытка его строить с фанатическим упорством — опасна. Она чревата и страданиями ближних, и собственным отчаянием. Нам неслучайно дана книга Экклезиаста, в которой вовсе не то главное, что все усилия тщетны. Нет, главное там, что смысл всего — в Боге, даже если все земные планы рухнули, и тем более, если впереди смерть.

Как Христос сказал: зерну надо умереть, чтобы дать плод. Мотивом нашего желания изменить мир должны стать вещи, которые как раз не от мира сего: это любовь и дела, ведущие в Царство Небесное, как они выражены Христом и апостолами — и никак не иначе.

Нам все равно придется покинуть этот мир — стал ли он хуже или лучше, но придется. Да, необходимо сделать все, чтобы (насколько это зависит от нас) в этом мире не воцарился ад. И если все в порядке со зрением, то можно увидеть и почувствовать приметы райской жизни прямо тут, в этот самый момент. Испытать ту самую любовь; ощутить радость сделанного дела. Но главные плоды наших усилий, стараний, плоды слез, пролитых из-за неудач, — они получат иное значение все же не здесь и не сейчас, а за порогом земной жизни.

Там все иначе настолько, что апостол Павел прямо написал — это невыразимо человеческими словами. Но тем не менее наши попытки творить в этой жизни добро имеют свою «цену» и значение. Даже в том самом, не поддающемся описанию, новом месте.

Хотя мера веса может, конечно, оказаться иной. Поступок того волонтера, который (вместо изменения мира или хотя бы продолжения социальной работы) «просто» погиб под поездом, спасая бездомного пьяного человека… Этот поступок может (да и точно будет!) намного весомее всего, что я наредактировал, делая «Фому», или кому-то пожертвовал из своего кармана, — насколько бы ни казалась странной такая жертва в логике этого мира.

Скажу даже больше: уверен, наши попытки трудиться ничем не выше в том Царстве, чем полное неделание инвалида, парализованного, за которым ухаживает сестра милосердия.

Как может такой человек повлиять на состояние мира? Никак, наверное. Но и он может оказаться выше нас в том Царстве, о котором говорил Христос.

И это должно радовать и вдохновлять нас, а не быть предметом зависти. Потому что Бог — в каждом и для каждого. Надеюсь, он не отвергнет и наши усилия, «поцелует» и наши намерения, если они добры. Мы можем Ему послужить делом. И это замечательный дар, который дан нам на время. И при всей ничтожности наших усилий, давайте не забывать про паровоз, который тянет огромный состав. Главное, чтобы станцией назначения было Небесное Царство, где нас встретит и примет — Отец.

Сообщества ›

Это интересно знать… ›
Блог ›
Паровоз. Как он устроен и работает.

В соседнем сообществе и в своём блоге опубликовал статью о последнем Советском паровозе, здесь же хочу продолжить тему паровозов и рассказать о том как устроена и работает уникальная паровая машина, изобретённая ещё в 18 веке! Конструкция паровоза, это масса технических изобретений и идей, ибо заставить работать бесперебойно и безопасно паровую машину, в топке которой температура порой достигает 1800℃, а нагрузка в котлах паровозов повышенного давления доходит до 60 атм, при мощностях некоторых моделей до 8000 л.с., очень не просто! Паровозы, на протяжении всей своей истории, совершенствовались и модернизировались, для повышения надёжности конструкции и улучшения КПД, который так и не удалось поднять выше 9,22%, на сегодня, это лучший показатель, который был у советского паровоза ЛВ. Паровоз обслуживался бригадой из 3х человек — машинист, помощник и кочегар. В качестве топлива, в зависимости от модели, использовались, как твёрдое топливо — уголь, торф, древесина, так и нефтепродукты или газ.

Так как же устроен паровоз?

К 175и летию железных дорог в Щербинке в 2012 году был показан макет паровоза в рарезе.

Обратимся к Википедии, там есть удачная картинка с описанием:

Полный размер

Элементы конструкции паровоза типа 1-3-1: 1 — Тендер 2 — Будка машиниста 3 — Свисток 4 — Тяга от реверса к парораспределительному механизму 5 — Предохранительный клапан 6 — Турбогенератор 7 — Песочница 8 — Тяга регулятора 9 — Сухопарник 10 — Паровоздушный насос 11 — Дымовая коробка 12 — Паровпускные трубы 13 — Дверца дымовой коробки 14 — Поручень 15 — Поддерживающая тележка 16 — Площадка вокруг котла 17 — Рама экипажа 18 — Тормозная колодка 19 — Пескоподающая труба 20 — Сцепное дышло 21 — Парораспределительный механизм 22 — Тяговое дышло 23 — Шток 24 — Поршень 25 — Золотник 26 — Золотниковая коробка 27 — Топка 28 — Дымогарные трубы 29 — Цилиндрическая часть котла 30 — Жаровые трубы 31 — Регулятор/Дроссельная заслонка 32 — Коллектор пароперегревателя 33 — Дымовая труба 34 — Прожектор 35 — Рукав тормозной магистрали 36 — Ёмкость для воды 37 — Угольный ящик 38 — Колосниковая решётка 39 — Зольник 40 — Букса 41 — Рессорный балансир 42 — Рессора 43 — Движущие (сцепные) колеса 44 — Стойка рессоры/Шпинтон (?) 45 — Конус 46 — Бегунковая тележка 47 — Сцепное устройство
Описание работы паровоза в этом видео:

.

Интересный фильм о паровозах:

Ну и фрагмент статьи из журнала Популярная механика:

Вприхлопку: Как устроен паровоз
Машинисты паровозов всегда отличались богатырским здоровьем и хорошей зарплатой

Буквально какие-то 20 лет назад увидеть паровоз можно было запросто. Они стояли, заколоченные, на станциях. И вся инфраструктура тоже сохранялась на случай войны. Теперь все не так: нет ни паровозов (осталось, дай бог, штук триста на всю страну), ни машинистов — навыки уходят вместе с ветеранами. Как же функционирует стальная машина?

Растопка
Холодный паровоз доставляют в депо и ставят в стойло (термин, доставшейся чугунке в наследство от времен почтовых лошадей). Из котла вынимают мешочки с силикагелем — веществом, впитывающим влагу (его кладут в котел на время консервации паровоза). Отмывают соляркой детали от консервационной смазки. Доверху наполняют водой котел и тендер. Развешивают на колесах ведущие дышла и кулисные тяги. В топку сначала забрасывают негодные шпалы, дрова и доски, которые поджигают. Когда растопка запылает, осторожно бросают первые лопаты угля и ждут, когда он займется. Постепенно добрасывают еще и еще, пока вся колосниковая решетка не окажется охваченной ровным горящим слоем. Вода в котле закипит часа через три-четыре. Как только в котле создастся давление 34 атмосферы, паровоз делается вполне автономным: оживает сифон — устройство, создающее искусственную тягу в топке.

Начинается подготовка к рейсу. В тендер паровоза выливают порцию антинакипина. Один миллиметр толщины слоя накипи на трубах — это 600 кг (!) лишнего веса в котле. Раньше пробу воды снимали после каждого рейса: набирали воду в особый чайник из краника на котле, который так и называется — «водопробный», и сдавали в лабораторию. В лаборатории устанавливали необходимую дозу антинакипина, которая зависела от жесткости грунтовых вод на участке работы паровоза. До сих пор на тендерах паровозов можно встретить надпись: «Вода отравлена. Для питья непригодна». Впрочем, старики утверждают: «Сколько раз пили — и ничего».
Из масленок с длинными носами заливают масло в смазочные пресс-аппараты, турбинку и воздушный насос. На паровозе масло применяется разных сортов, важно его не перепутать и не залить, скажем, в паровой цилиндр масло, предназначенное для смазки букс. Сегодня настоящие паровозные масла — «вапор», «цилиндровое», «вискозин» — также стали музейными экспонатами, и все заменяются обычным дизельным маслом. А на самых первых паровозах для смазки использовали говяжье сало, олеонафт и растительное масло.

Помощник машиниста ручным винтовым прессом вгоняет смазку в подшипники машины. Машинист тем временем обстукивает молоточком гайки на дышлах, тягах и крейцкопфах. Проверяет, надежно ли они затянуты, готов ли к пути механизм. На паровозе, как в оркестре, все на слух.

Стрелка парового манометра приближается к красной черте предельного давления. Можно ехать. Машинист спускает реверс на передний ход на полную отсечку, дает полнозвучный свисток и плавно открывает регулятор, вслушиваясь в дыхание машины. Плавно, потому что при резком открытии регулятора воду может подхватить и бросить из котла в цилиндры. Последствия бросания бывали таковы, что 300килограммовое дышло, вращающее ведущие колеса, сгибало в дугу, как пластилиновое, а с цилиндров сшибало чугунную крышку, привинченную 20 болтами.

Искусство кидания
Управляет паровозом машинист, а вот топит не кочегар, как думает большинство непосвященных, а помощник машиниста. Отопление требует большого опыта, сообразительности, и слова «Бери больше — кидай дальше!» тут совершенно неприменимы.

Уголь забрасывают в топку вручную особой лопатой, сугубо паровозной, с длинным ковшом и коротким черенком. Угли бывают самые разные и сильно различаются как по размерам кусков, так и по свойствам: например, бурый подмосковный уголь паровозники звали «землей» — он почти не горел, приходилось заваливать им топку чуть не до потолка. А вот, скажем, донецкие антрациты горели очень жарко, но, если помощник упускал момент, плавились и заливали колосники, из-за чего прекращался доступ в топку воздуха — после этого паровоз оставалось лишь тушить и образовавшийся монолит разбивать отбойным молотком. Самые лучшие — так называемые газовые, длиннопламенные и паровично-жирные угли, сами названия которых, кажется, горят.

От того, насколько искусен помощник, зависит жизненно важный вопрос — хватит ли в пути пару? А кочегар на паровозе обычно выполняет лишь вспомогательные работы — смазывает буксы тендера, подгребает уголь в лоток, набирает воду из колонки и т. п. В старину кочегарами обычно были практиканты или пенсионеры.

Когда паровоз движется с работающей машиной, а не по инерции, топят «вприхлопку» — то есть помощник бросает уголь, а кочегар открывает дверцы топки только в момент броска лопаты и сразу же их закрывает, чтобы в топку не шел холодный воздух. Очень важно не переохлаждать котел: паровоз простужается как человек, но, увы, с куда более серьезными последствиями, вплоть до взрыва котла (мощностью с приличную фугасную бомбу), а иногда и улетания оного в небо, как ракеты, что в свое время случалось не так уж редко.

Работа на паровозе — нелегкий физический труд. Однако он всегда был высокооплачиваемым и очень престижным, овеян огромным уважением и почетом. Кроме того, по статистике паровозники были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Когда машинист шел по улице в фуражке с особым белым кантом и поездочным «сундучком-шарманкой», встречные приветствовали его, снимая шапку.

ЗЫ: И в заключении рекомендую почитать Будни паровозной бригады, очень интересно!

ПАРОВОЗ XXI ВЕКА?

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.

«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 1500оС смесь отдает тепло трубкам водотрубного котла, затем пароперегревателя, и наконец, водоподогревателя. Остывшие до 200оС 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

Наименование параметра	ХПИ Проект	ACE 3000 (США)
Длина по сцепкам, м	66	34
Мощность максимальная, л. с.	8000	3000
Высота, м	4,3	4,3
Вес снаряженный, т	420
порожний, т	360
Количество движущих колесных пар	12	4
Нагрузка на движущую колесную пару, т	23	27
Котел: тип	водотрубный	огнетрубный
давление, атм	32	17
температура перегретого пара, оС	500	430
Машина: тип	однотактная	компаунд
количество ступеней расширения пара	1	2
Запас топлива, т	60	33

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 430оС. 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)

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определен как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла.

Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 — 42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать коэффициента полезного действия 50 — 60 %. На ТЭЦ эффективность повышается за счет использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.
Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.
Одна из причин снижения КПД в том, что средняя температура пара в конденсаторе несколько выше, чем температура окружающей среды (. Средний температурный напор может быть уменьшен за счет применения многоходовых конденсаторов. Повышает КПД также применение экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей и других средств оптимизации парового цикла.

КПД и мощность локомотива

Значение КПД

Одним из важных параметров, влияющих на выбор типа локомотива для обеспечения перевозок, является его коэффициент полезного действия (к.п.д). Первые локомотивы — паровозы, появившиеся в начале 19 века в Великобритании, на протяжении почти 100 лет были на железных дорогах единственным тяговым средством. Рост промышленности и торговли, повлёкший за собой увеличение объёма перевозок, потребовал интенсивного развития железнодорожного. транспорта, увеличения массы поездов и скорости их движения и соответственно совершенствования конструкции локомотива, повышения их мощности, силы тяги и экономичности. Наиболее совершенные паровозы, выпускавшиеся в начале 20 века, уже имели максимальный к.п.д 6—8%, а средне-эксплуатационный — на уровне 4% . На железных дорогах СССР самым мощным массовым паровозом, выпуск которого начался в 1931, был паровоз серии ФД (Феликс Дзержинский) типа 1-5-0 со сцепным весом 1040 кН, расчётной силой тяги 241,5 кН и конструкционной скоростью 90 км/ч. При расчётной скорости 23 км/ч он развивал мощность на ободе колеса 1513 кВт. Для сравнения — распространенный в 1980-х годах грузовой тепловоз 2ТЭ10М имел конструкционную скорость 100 км/ч, силу тяги в продолжительном режиме 245 кН на скорости 24,6 км/ч.
Конструкционная скорость пассажирского тепловоза ФДп (точнее паровоза ИС «Иосиф Сталин», стыдливо переименованного в годы борьбы с «культом личности») составила 115 км/ч; опытные паровозы типа 2-3-2 для скоростных пассажирских перевозок на испытаниях развивали скорость до 160—170 км/ч. Для сравнения: пассажирский тепловоз ТЭП70 имеет конструкционную скорость 160 км/ч.

В США были выпущены мощные сочленённые паровозы типа 1-5+5-1 (с двумя или несколькими самостоятельными экипажными частями), которые обеспечивали расчётную силу тяги до 660 кН. Отечественный магистральный грузовой паровоз последнего типа развивал мощность 1800 кВт, имел конструкционную скорость 80 км/ч; пассажирский паровоз — соответственно 1900 кВт и 125 км/ч. Первые магистральные тепловозы, появившиеся в 20-х гг. 20 в., имели в несколько раз более высокий, чем у паровозов, к.п.д, что явилось одной из решающих причин довольно быстрого их развития и совершенствования. В СССР была организована разработка проектов тепловозов для последующей постройки их на отечеств, заводах и за границей. Магистральный тепловоз ЩЭЛ-1 построен ленинградским заводам в 1924 году; тепловозы ЭЭЛ2 и ЭМХ3 были заказаны для отечественных железных дорогах в Германии в счёт поставок паровозов. В 1931 году Ашхабадская ж. д.первой на сети ж. д. Советского Союза перешла на тепловозную тягу. интенсивно в СССР Замена паровозной тяги на тепловозную и электровозную началась с конца 1940-х и особенно развернулась после 1950-х годов, когда был прекращён выпуск паровозов (1956 год).
Современные тепловозы в большом диапазоне реализации мощности имеют к.п.д около 30%, а среднеэксплуатационный к.п.д — около 25%. По сравнению с паровозами тепловозы помимо более высокой экономичности обладают рядом других положительных эксплуатационных характеристик: позволяют увеличить массу поезда, удлинить тяговые плечи, сократить простой в ремонте, повысить производительность труда. Серийные тепловозы ТЭ10 и 2ТЭ116 при мощности дизеля 2206 кВт имеют расчётную силу тяги 253 кН в секции и развивают мощность на колёсах 1612— 1668 кВт. Выпускаются 2-х, 3-х, 4-х секционные тепловозы ТЭ10. Тепловозы 2ТЭ121 при мощности дизеля 2941 кВт имеют силу тяги 300 кН в секции и развивают мощность на колёсах 2173 кВт. Конструкционная скорость грузовых тепловозов 100 км/ч, пассажирских — 160 км/ч. Созданы опытные образцы тепловозов с секционной мощностью (по дизелю) 4412 кВт.
Первые попытки использования электрической энергии для тяги поездов относятся к концу 19 века. Первый отечественный электровоз ВЛ19, выпущенный в 1932, имел 6 тяговых двигателей мощностью по 340 кВт каждый и развивал скорость до 90 км/ч.
Наиболее распространённые современные электровозы постоянного тока ВЛ10 имеют расчётную силу тяги 502 кН при расчётной скорости 45,8 км/ч, развивают мощность на колёсах 5280 кВт. Электровозы переменного тока ВЛ80 с расчётной силой тяги 512 кН при расчётной скорости 43,5 км/ч развивают мощность на колёсах 6350 кВт. Конструкционная скорость большинства грузовых электровозов — до 110 км/ч, а пассажирских электровозов ЧС2 и ЧС4 — 160 км/ч. С 1985 года для вождения тяжеловесных и длинносоставных поездов началось создание мощных грузовых электровозов нового поколения, развивающих мощность около 10 тысяч кВт. Грузовые электровозы постоянного тока ВЛ15 развивают мощность 9000 кВт при силе тяги 688 кН, а грузовые электровозы переменного тока ВЛ85 имеют мощность 10 000 кВт при силе тяги 720 кН; пасс.

Не остаются в стороне и локомотивы пассажирского парка. Электровозы постоянного тока ЧС7 имеют мощность 6160 кВт, а его «собратья» ЧС8, работающие на переменном токе — мощность 7200 кВт.
Собственный к.п.д электровозов достигает 88—90% при общем к.п.д электрической тяги (с учётом к.п.д ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи и контактной сети) около 22—24%. Возврат энергии может достигать 25% расхода энергии на тягу.
Перспективно использование в качестве моторного топлива на тепловозах сжатого и сжиженного природного газа. Повышению экономичности могут способствовать совершенствование термодинамического цикла дизеля, освоение высокотемпературных топливных элементов. Достаточно высокой мощностью — до 6300 кВт — обладает газотурбовоз. Однако из-за сравнительно невысокого к.п.д (12—18%) и сложности изготовления этот локомотив ни как не выйдет из периода экспериментальных поездок. В мире он был выпущен малыми сериями за рубежом (Германия, США), единичные экземпляры построены в нашей стране.
Дальнейшее совершенствование электровозов и тепловозов будет направлено на повышение их надёжности и экономичности, улучшение тяговых качеств, снижение затрат на обслуживание и ремонт путём создания безремонтных конструкций узлов и агрегатов, применения бесколлекторного тягового привода, микропроцессорной техники в системах управления, регулирования, диагностики. Дальнейшее развитие локомотивостроения связано с увеличением единичной мощности и скорости движения. Возможно, получат свою реализацию проекты турбопоездов, в которых используется авиационная газовая турбина. Ведь уже сейчас скорость до 200 км/ч, для стран Европы и России воспринимается как обыкновенное техническое решение, а значит поезда будут стремиться закрепить свой рекорд скорости — почти 600 км/ч.

Урок физики по теме «Роль железной дороги в жизни города Белово. КПД теплового двигателя паровоза». 8-й класс

Тип урока: изучение нового материала.

Цели урока:

• Образовательная: знать исторические факты в развития города Белово; ввести понятие КПД тепловых двигателей; знать основные способы увеличения КПД тепловых двигателей; на примере паровоза рассчитать КПД; привить самостоятельность в поиске новых знаний. Привитие интереса к предмету; демонстрация применимости в жизни знаний; вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс; выработка предметных компетенций.
• Воспитательная: воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников.
• Развивающая: расширение кругозора; повышение эрудиции; развитие умений выступления перед аудиторией.

Интеграция предметов: физика, математика, экология.

Оборудование и средства обучения: компьютер, проектор, экран для демонстрации слайдов.

Ход урока

I. Организационный момент

Добрый день, ребята!

Мы с вами несколько уроков в подряд изучали пепловые двигатели (схема на доске с магнитами — Приложение 1).

Какие вы знаете тепловые двигатели?

Двигатели внутреннего сгорания, роторные, реактивные

Какие механизмы на этих двигателях работают?

• ДВС — автомобили
• роторные — паровые турбины
• реактивные — самолёты, ракеты

Все эти двигатели работают за счёт чего? — совершение паром работы.

Какой самый примитивный механизм, который работает на расширении пара? — паровоз. (Видео — Движение паровоза).

Запишите на рабочем листе тему урока (Приложение 3): паровоз

Значит, на уроке сегодня будем изучать:

ЧТО – паровоз

КАК

1. Строение
2. Принцип работы
3. Физические характеристики

ЗАЧЕМ — Чтобы познавать окружающий мир, знать как работает, на чём мы ездим, расширить кругозор ……

III. Изучение нового материала

Начнём с истории

То есть, если бы через наше поселение не прошла бы железная дорога, то станции Белово и города Белово могло бы не быть.

Поэтому для нашего города ПАРОЗОЗ сыграл огромную роль.
Чтобы понять, как работает паровоз нужно знать его строение. (Анимация) — на рабочем листе заполните поле, просматривая анимацию.

(КОТЁЛ, КОЛЁСА, ПОРШЕНЬ, ЦИСТЕРНА)

Принцип работы можно записать схемой:

У вас в рабочем листе нарисован схематически паровоз, давайте подпишем на рисунке части схемы:

Что служит нагревателем? — ТОПКА

Что является рабочем телом? — ЦИСТЕРНА С ВОДОЙ

Что является холодильником? — ТРУБЫ, ВЫПУСКАЮЩИЕ ПАР

Работа любого механизма характеризуется физическими величинами.

Характеристикой этого устройства является КПД – коэффициент полезного действия.

(%) – КПД

Любой механизм чтобы работать должен что-то тратить.
Например:

• Печка чтобы грела нужно её топить углём или дровами
• машина чтобы ехала нужно заправлять бензином, соляркой…

Так КПД это сравнение полезной работы с затраченной, а при сравнении в математике вы делите эти величины др.на др., получаем

.

Записываем в листе:

Ап (Дж) – полезная работа

Аз (Дж) – затраченная работа

Давайте вернёмся к первой схеме к первой схеме и допишем на листе:

автомобилей =20-40%
паровых турбин = 30-40%
самолётов ракет ≈ 60% и более

IV. Закрепление

Задача: На привокзальной площади (в городе Белово) у нас памятник паровозу Черепанова: рассчитайте КПД паровоза Черепановых, который находится на привокзальной площади города Белово, если он был в пути 40 минут и израсходовал 0,3 тонн угля. Оставшиеся данные взять на табличке, которая находится у паровоза. (Фото таблички на рабочем листе)

V. Самооценивание

Механизм паровоза в жизни нам необходим до сих пор, и люди ещё не один десяток лет будут пользоваться машинами, паровозами, ракетами, самолётами …..

Давайте представим к награде учёных, которые внесли вклад в создание тепловых двигателей, из которых строят паровозы, машины, ракеты, самолёты…, или представим к награде себя, за то как мы работали на уроке ….. (Приложение 2)

Возьмите грамоты на столе напишите — кому и за что вы их хотите вручить (на магниты на доску у некоторых).

Итак, сегодня на уроке мы:

• изучали____________
• узнали, что _________________
• нам эта информация необходима для того, чтобы ______________

VI. Итоги урока

Домашнее задание: § 24, стр. 70 задание (тема 5).

Спасибо за работу!

До свидания!

Паровоз третьего тысячелетия. Сравнение локомотивов по кпд Какое топливо использовал первый паровоз

Паровоз П36, прозванный генералом за цветные полосы, похожие на лампасы, Стал самым последним советским паровозом. Он выпускался Коломенским заводом с 1950 по 1956 годы и вобрал в себя все достижения мирового паровозостроения.

История П36 началась вскоре после окончания войны, в связи с восстановлением народного хозяйства, на железных дорогах сильно возрос объём пассажирских перевозок. Возникла необходимость в пассажирских паровозах с осевой нагрузкой 18 тс.
В 1947 году в 1947 году Коломенскому заводу был передан заказ на постройку пассажирского паровоза типа 2-4-2. Проектирование нового паровоза велось под руководством главного конструктора Льва Сергеевича Лебедянского.

В марте 1950 года было закончено изготовление первого опытного паровоза типа 2-4-2 которому присвоили заводское наименование П36-0001. На нём были реализованы все достижения в области советского паровозостроения: цельносварной котёл, механический углеподатчик, воздушный привод реверса, брусковая рама, водоподогреватель; все буксы локомотива и тендера были оснащены роликовыми подшипниками. Его сцепной вес составлял 75 т, а общая масса в рабочем состоянии — 135 т. В том же году паровоз был отправлен на Октябрьскую железную дорогу в локомотивное депо Москва-Октябрьская. Там его подвергли тяжёлым испытаниям, в ходе которых машинист Н. А. Ошац несколько раз водил этим локомотивом грузовые поезда по участку Ленинград-Сортировочный-Московский — Ховрино по графику пассажирских поездов.

Испытания подтвердили хорошие тягово-теплотехнические качества нового паровоза. При форсировке котла 70-75 кгс/(м² ч) локомотив развивал мощность 2500-2600 л.с., а при скорости 61 км/ч в течение 1 часа удалось реализовать форсировку 91 кгс/(м² ч). При скорости 86,4 км/ч была достигнута максимальная мощность — 3077 л.с. (паровоз ИС — 3200 л.с.), а максимально реализованный коэффициент полезного действия оказался равен 9,22 % — самый высокий среди всех советских пассажирских паровозов (всего на 0,05 % ниже, чем у грузового паровоза серии ЛВ. У паровоза серии ИС КПД был равен 7,45 %, а у скоростного 2-3-2К — 8,23 %). При работе с поездами на участке Москва — Бологое паровоз П36 на единицу работы потреблял топлива на 2 % меньше, чем паровозы Су, а при работе на участке Москва — Скуратово (Московско-Курская железная дорога) расход топлива у паровоза П36 был на 19-22 % меньше, чем у предвоенных паровозов ИС.

Так как результаты испытаний первого паровоза оказались положительными, Коломенскому заводу был выдан заказ на изготовление опытной партии подобных паровозов. В 1953 году завод выпустил паровозы № 0002-0005, а в 1954 — № 0006. В отличие от первого паровоза, на них были установлены скользящая (вместо гибкой) передняя опора топки, усиленные буксы движущих колёсных пар, саморегулирующиеся буксовые клинья. С целью снизить вес локомотива, на паровозах № 0002-0006 было установлено конусное устройство (вместо вентилятора, как на № 0001), упрощена декоративная обшивка и снято тормозное оборудование с бегунковой тележки. Однако общая масса изменилась незначительно, так как при этом были усилены ряд элементов экипажной части (особенно рамы тележек) и движущего механизма. Эти паровозы были отправлены для испытаний на различные дороги: № 0003 и 0004 на Московско-Курскую, № 0002 и 0005 на Красноярскую, № 0006 на экспериментальное кольцо Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта.

Внеся очередные небольшие изменения в конструкцию, Коломенский завод в 1954 году выпустил установочную партию паровозов (№ 0007-0036). Эти паровозы были отправлены на Московско-Рязанскую и Октябрьскую дороги. Благодаря конструкционным изменениям сцепной вес был снижен до 72,4 т, а общая масса — до 133,2 т, поэтому в конце того же года паровоз П36 принят к серийному производству. В 1955 году Коломенский завод построил 125 (№ 0037-0161) таких локомотивов, а в 1956 — 90 (№ 0162-0251). В процессе их производства завод продолжал вносить некоторые изменения в конструкцию. Так на паровозах с № 0037 были усилены подвески рессор и стала применяться пароразборная колонка с цельнолитым корпусом (вместо комбинированного). С № 0104 число секций колосниковой решётки было увеличено с 2 до 4, при этом их индивидуальный привод был заменён на групповой. Паровозы № 0145 и 0146 в качестве опыта были оборудованы увеличителем сцепного веса, который за счёт разгрузки бегунковых и поддерживающих осей увеличивал сцепной вес на 6-6,5 тонн. Однако, едва начавшись, серийное производство было вскоре остановлено. Это было связано с тем, что в феврале 1956 года на XX съезде КПСС было принято указание о «широком внедрении электровозов и тепловозов», а также о прекращении строительства паровозов. 29 июня того же года Коломенский завод построил свой последний паровоз — П36-0251. На дверце дымовой коробки и дымоотбойных щитах этого локомотива было написано: «1869 г. 10 420 1956 г. Последний паровоз постройки Коломенского завода им. В. В. Куйбышева» (10 420 — заводской номер паровоза). В тот же день того же года завод выпустил тепловоз ТЭ3-1001, тем самым окончательно перейдя на производство тепловозов.

Стоит ли жалеть японцев?
Что думают китайцы о русских
Смоленская земля мстит полякам
Первый в мире мобильник был советский
Без пакта Молотова-Риббентропа обойтись было нельзя
Золотые запасы стран мира
Золотовалютные резервы стран мира
Кто и как продавал Аляску
Почему мы проиграли Холодную войну
Тайна реформы 1961 года
Как остановить вырождение нации
Почему в 1944 году депортировали чеченцев и ингушей
В какой стране больше всего убийств?

Ледовое побоище
Бородинское сражение
Нападение Германии на СССР

ИСТОРИЯ РОССИЙСКОГО ПАРОВОЗА

Паровоз — одна из удивительнейших машин, созданных человеком. В ней соединились металл, огонь, воздух и вода.

В 1762 г. предшественницей паровоза стала первая в мире сдвоенная паровая машина русского изобретателя И. И. Ползунова.

Первый паровоз в России был построен отцом и сыном Е.А. и М.Е.Черепановыми в 1833 г., на два года опередившими постройку первого паровоза в Германии. Он выгодно отличался от зарубежных паровозов оригинальными удачными конструктивными решениями. Этот паровоз перевозил до 3,2 т груза со скоростью около 16 км/ч, второй паровоз, построенный в 1835 г., мог возить груз уже в тысячу пудов (16,4 тонн) со скоростью 16,4 км/ч.

Паровоз Черепановых

Однако, паровозы для первой русской железной дороги между Петербургом и Царским Селом, открытой для общего пользования в 1838 г., были заказаны за границей. Только сооружение Петербурго-Московской железной дороги, начатое в 1843 г., явилось основанием для начала русского паровозостроения. Первые паровозы для этой дороги были построены Александровским заводом в 1845 г. — товарные типа 0-3-0 (позже часть была переделана в тип 1-3-0 – впервые в мире) и пассажирские типа 2-2-0.

Товарный паровоз типа 0-3-0

Пассажирский паровоз типа 2-2-0

Уже в середине 60-х годов XIX века в России начинается бурное строительство железных дорог, что, соответственно, приводит и к росту потребностей в паровозах. В 1868 г. правительство заключает контракты с рядом российских заводов. В 1869 г. началась постройка паровозов на Коломенском и Камско-Воткинском заводах; в 1870 г. – на Невском и Мальцевском заводах; в 1892-1900 г. – на Брянском, Путиловском, Сормовском, Харьковском и Луганском.

Отечественное паровозостроение имело свой собственный путь развития. Сформировалась российская школа паровозостроения. Выдающиеся русские инженеры и конструкторы А.П.Бородин, Е.Е.Нольтейн, В.И.Лопушинский и другие создали ряд новых типов паровозов и ввели на них много усовершенствований.

В 1878 г. на Коломенском заводе были построены первые в мире пассажирские паровозы с передней тележкой, что способствовало повышению безопасности движения поездов. За рубежом такие паровозы появились только в 1892 г. Паровозы с четырьмя движущими осями, появившиеся в России еще в 60-х годах XIX века, непрерывно совершенствовались и к 1893 г. широко применялись на железных дорогах.

Паровоз типа 0-4-0 серии О В

В 1891 г. впервые в истории паровозостроения был построен паровоз с конденсацией пара.

Танк-паровоз тип 44

В конце XIX века русские инженеры первые в мире использовали пароперегреватели. В этот же период первыми применили на паровозах двукратное расширение пара. Был обоснован и использован принцип унификации и взаимозаменяемости деталей и узлов в паровозах. Была организована постройка сочлененных паровозов – задолго до появления их в Америке.

Паровоз серии «Фита»

В конце XIX века были заложены основы учения о тяге поездов, которое было превращено русскими и советскими учеными в науку, позволяющую точно рассчитывать массу поезда, скорость и время его движения, определять тормозные пути в зависимости от профиля пути и обеспеченности поезда тормозными средствами и решать многие задачи, связанные с использованием мощностных и тяговых характеристик локомотивов.

К началу XX столетия Россия полностью освободилась от иностранной зависимости в области паровозостроения. К этому же времени были созданы многие замечательные конструктивные формы русских паровозов, дальнейшее развитие которых привело к самым передовым образцам паровозостроения.

С 1898 по 1917 г. заводы России построили 16064 паровоза. Паровозный парк дореволюционной России отличался нецелесообразно большой разнотипностью. Поэтому в 1912 г. циркуляром Управления железных дорог Министерства путей сообщения впервые была введена буквенная система обозначений серий паровозов как для казённых, так и для частных железных дорог. Так, согласно ей, все старые товарные паровозы с 3-мя движущими осями (типы 1-3-0, 0-3-0, 0-3-1) получили обозначение серии Т (трёхосные), типа 0-4-0 выпущенные до паровозов «нормального типа» – Ч (четырёхосные), паровозы «нормального типа» – О (основные) и т.д.

Советский период паровозостроения берёт свое начало с декабря 1920 г., когда был принят пятилетний план восстановления паровозного хозяйства.

В 1925 г. был спроектирован и построен новый пассажирский паровоз СУ, который являлся одним из лучших пассажирских паровозов.

Паровоз С У

Начиная с 1926 г. на протяжении длительного периода на паровозостроительных заводах строились усовершенствованные и усиленные грузовые паровозы ЭУ, ЭМ и ЭР.

Паровоз Э У

Паровоз Э М

Паровоз Э Р

В 1931 г. был создан самый мощный в Европе грузовой паровоз типа 1-5-1 серии ФД, а в 1932 г. на Ворошиловградском паровозостроительном заводе началась серийная постройка этих паровозов.

Паровоз ФД

В начале 1932 г. был разработан проект и построен мощный пассажирский паровоз типа 1-4-2 серии ФДП.

В 1934 г. был построен паровоз типа 1-5-0 серии СО. Паровозы этой серии строили на различных заводах до 1950 г. Они имели широкое распространение на сети дорог.

Паровоз СО

В послевоенный период паровозостроения в СССР были выпущены два серийных типа грузовых паровозов с пятью сцепными осями в жесткой раме с нагрузкой на ось 18 т: паровозы 1-5-0 серии Л и 1-5-1 серии ЛВ с расчетной силой тяги соответственно 221,5 и 231,5 кН.

Паровоз Л

Паровоз Л В

В 1950 г. был выпущен первый опытный мощный пассажирский паровоз типа 2-4-2 (П36), обладающий высокими эксплуатационными качествами. Несколько таких паровозов было построено в 1953 г., а в 1955 г. было начато их серийное производство.

Паровоз П36

Ввиду низкой экономичности постройка паровозов в нашей стране с 1956 г. прекращена.

До 1957 г. было разработано, построено и эксплуатировалось на железных дорогах страны до 400 типов паровозов.

По экономичности и мощности паровоз уступает тепловозу и электровозу, однако значительно превосходит и тот и другой по выносливости и неприхотливости. Паровоз способен выдерживать 400 процентов перегрузок относительно расчетной мощности, а отапливаться может порой совершенно немыслимыми видами топлива, например, сырыми осиновыми дровами, а в годы гражданской войны, случалось, и сухой воблой. Ремонт паровоза стоит значительно меньше, чем тепловоза или электровоза; гораздо дешевле, чем электроэнергия и солярка, обходятся уголь и мазут. Именно эти качества паровоза во многом определили бесперебойность работы железных дорог во время Великой Отечественной войны.

Паровоз остается одним из уникальных технических творений человечества, безраздельно господствовавшим на железнодорожном транспорте более 130 лет. В связи с энергетическими проблемами интерес к локомотивам на твердом топливе не ослабевает и в начале XXI века. Во многих странах сохраняются паровозы-памятники, пользуются популярностью ретропоезда с паровой тягой. Часть паровозного парка находится в запасе, при необходимости работоспособность паровозов может быть восстановлена.

Интересные факты о паровозах

Самый безотказный

Этому-то локомотиву в 1912 году и присвоили серию О В. Новый паровоз оказался безотказной машиной, простой в ремонте и обслуживании. Всеядная «овечка» могла отапливаться углем, мазутом, дровами и торфом. До 1925 года «овечка» использовалась как на поездной, так и на маневровой работе.

В следующем десятилетии в связи с общим обновлением локомотивного парка СССР её переводили на второстепенные магистрали, а с середины 30-х годов паровозы О В использовались в основном на маневровых работах и на промышленном транспорте. В новом амплуа эти локомотивы трудились до середины 50-х годов.

Самый прямолинейно-бестолковый

Начало ХХ века стало пиковым в истории развития паровозостроения. Не удивительно, что каждая страна пыталась перегнать противников в скорости, мощности и размерах. Молодой тогда ещё СССР не отставал от соседей и в 1934 году выпустил 21-метровый локомотив серии АА («Андрей Андреев») – единственный в мире «магистральщик» с семью движущими осями на жесткой раме против обычных пяти (всего же осей было 11). Паровоз был огромным по всем параметрам и, собственно, это его и погубило. Он неплохо ходил по прямой, но с кривыми у него не заладилось с самого начала – он расстраивал пути на поворотах и сходил с рельсов на стрелках. Кроме того, даже «притулить» колоссальную машину куда-либо было проблематично: «АА» попросту не помещался на поворотных кругах и в стойлах паровозных депо. Поэтому практически сразу он был поставлен на прикол, а в 1960-х бесславно порезан на металл.

Самый массовый

Российский, а впоследствии и советский паровоз класса «Э» стал самым массовым локомотивом за всю историю паровозостроения. Первые машины этого типа вышли на рельсы еще в 1912 году, последние, уже значительно доработанные – в 1957-м. Причем над производством «Эшаков» трудились не только шесть отечественных, но еще и более двух десятков заграничных заводов. Локомотив оказался весьма неприхотливым и работал как на грузовых, так и на пассажирских перевозках. Всего за 45 лет было выпущено более 11 тысяч этих паровозов – такой массовостью не может похвастаться ни один из конкурентов. И хотя увидеть «Эшки» на линии сейчас вряд ли удастся – разве что, на постаменте – но увидеть их на ходу можно во многих фильмах, начиная от «Неуловимых мстителей» и заканчивая «Адмиралом».

Самый уникальный

Паровоз «ИС» – «ИСка» стал гордостью советского паровозостроения – на момент создания это был самый мощный пассажирский паровоз в Европе, и именно ему достался Гран-при на Всемирной парижской выставке 1937-го года. Именно «ИС» водил «Красную стрелу». И именно «Сталины» были наиболее быстроходными, разгоняясь до 115 км/ч, а в обтекаемом кожухе – и до 155 км/ч. При этом у «ИС» была своя особенность: он был сильно унифицирован с грузовым паровозом ФД – «Феликсом Дзержинским», что значительно упрощало его ремонт и эксплуатацию. Именно к серии «ФД» паровоз «ИС» в результате и был отнесен: в 1962 году, в разгар борьбы с культом личности, все «ИС» были переименованы в «ФДП» с приставкой «пассажирский».

Самый тяжелый

Паровоз П38 – самый тяжёлый паровоз в истории советского паровозостроения (а с учётом веса тендера – в истории всех советских локомотивов), служебная масса которых с тендером составляла 383,2 т при длине 38,2 м. Серия оказалась ограниченной из-за прекращения выпуска паровозов в нашей стране – всего 4 грузовых паровоза, выпущенных в СССР в 1954-1955 гг. Длина локомотива 22,5 м и тендера 15,7 м, рабочая масса паровоза 213,7- 214,9 т + тендер 168 т с водой и углем, конструкционная скорость 85 км/ч и мощность 3 800 л.с.

Одним из важных параметров, влияющих на выбор типа локомотива для обеспечения перевозок, является его коэффициент полезного действия (к.п.д). Первые локомотивы — паровозы, появившиеся в начале 19 века в Великобритании, на протяжении почти 100 лет были на железных дорогах единственным тяговым средством. Рост промышленности и торговли, повлёкший за собой увеличение объёма перевозок, потребовал интенсивного развития железнодорожного. транспорта, увеличения массы поездов и скорости их движения и соответственно совершенствования конструкции локомотива, повышения их мощности, силы тяги и экономичности. Наиболее совершенные паровозы, выпускавшиеся в начале 20 века, уже имели максимальный к.п.д 6-8%, а средне-эксплуатационный — на уровне 4% . На железных дорогах СССР самым мощным массовым паровозом, выпуск которого начался в 1931, был паровоз серии ФД (Феликс Дзержинский) типа 1-5-0 со сцепным весом 1040 кН, расчётной силой тяги 241,5 кН и конструкционной скоростью 90 км/ч. При расчётной скорости 23 км/ч он развивал мощность на ободе колеса 1513 кВт. Для сравнения — распространенный в 1980-х годах грузовой тепловоз 2ТЭ10М имел конструкционную скорость 100 км/ч, силу тяги в продолжительном режиме 245 кН на скорости 24,6 км/ч.
Конструкционная скорость пассажирского тепловоза ФД п (точнее паровоза ИС «Иосиф Сталин», стыдливо переименованного в годы борьбы с «культом личности») составила 115 км/ч; опытные паровозы типа 2-3-2 для скоростных пассажирских перевозок на испытаниях развивали скорость до 160-170 км/ч. Для сравнения: пассажирский тепловоз ТЭП70 имеет конструкционную скорость 160 км/ч.
В США были выпущены мощные сочленённые паровозы типа 1-5+5-1 (с двумя или несколькими самостоятельными экипажными частями), которые обеспечивали расчётную силу тяги до 660 кН. Отечественный магистральный грузовой паровоз последнего типа развивал мощность 1800 кВт, имел конструкционную скорость 80 км/ч; пассажирский паровоз — соответственно 1900 кВт и 125 км/ч. Первые магистральные тепловозы, появившиеся в 20-х гг. 20 в., имели в несколько раз более высокий, чем у паровозов, к.п.д, что явилось одной из решающих причин довольно быстрого их развития и совершенствования. В СССР была организована разработка проектов тепловозов для последующей постройки их на отечеств, заводах и за границей. Магистральный тепловоз ЩЭЛ-1 построен ленинградским заводам в 1924 году; тепловозы Э ЭЛ 2 и Э МХ 3 были заказаны для отечественных железных дорогах в Германии в счёт поставок паровозов. В 1931 году Ашхабадская ж. д.первой на сети ж. д. Советского Союза перешла на тепловозную тягу. интенсивно в СССР Замена паровозной тяги на тепловозную и электровозную началась с конца 1940-х и особенно развернулась после 1950-х годов, когда был прекращён выпуск паровозов (1956 год).

Год	Протяженность линий на конец года, тыс. км		Выполнение грузовой работы за год, %
	Электри-фицированных	На тепловозной тяге	Электровозами	Тепловозами	Паровозами
1955	5,36	6,4	8,4	5,7	85,9
1960	13,81	17,7	21,8	21,4	56,8
1965	24,9	54,8	39,5	45,0	15,5
1970	33,9	76,2	48,7	47,8	3,5
1975	38,9	91,6	51,7	47,9	0,4
1980	43,7	98,1	54,9	45,1	0,0

Современные тепловозы в большом диапазоне реализации мощности имеют к.п.д около 30%, а среднеэксплуатационный к.п.д — около 25%. По сравнению с паровозами тепловозы помимо более высокой экономичности обладают рядом других положительных эксплуатационных характеристик: позволяют увеличить массу поезда, удлинить тяговые плечи, сократить простой в ремонте, повысить производительность труда. Серийные тепловозы ТЭ10 и 2ТЭ116 при мощности дизеля 2206 кВт имеют расчётную силу тяги 253 кН в секции и развивают мощность на колёсах 1612- 1668 кВт. Выпускаются 2-х, 3-х, 4-х секционные тепловозы ТЭ10. Тепловозы 2ТЭ121 при мощности дизеля 2941 кВт имеют силу тяги 300 кН в секции и развивают мощность на колёсах 2173 кВт. Конструкционная скорость грузовых тепловозов 100 км/ч, пассажирских — 160 км/ч. Созданы опытные образцы тепловозов с секционной мощностью (по дизелю) 4412 кВт.
Первые попытки использования электрической энергии для тяги поездов относятся к концу 19 века. Первый отечественный электровоз ВЛ19, выпущенный в 1932, имел 6 тяговых двигателей мощностью по 340 кВт каждый и развивал скорость до 90 км/ч.
Наиболее распространённые современные электровозы постоянного тока ВЛ10 имеют расчётную силу тяги 502 кН при расчётной скорости 45,8 км/ч, развивают мощность на колёсах 5280 кВт. Электровозы переменного тока ВЛ80 с расчётной силой тяги 512 кН при расчётной скорости 43,5 км/ч развивают мощность на колёсах 6350 кВт. Конструкционная скорость большинства грузовых электровозов — до 110 км/ч, а пассажирских электровозов ЧС2 и ЧС4 — 160 км/ч. С 1985 года для вождения тяжеловесных и длинносоставных поездов началось создание мощных грузовых электровозов нового поколения, развивающих мощность около 10 тысяч кВт. Грузовые электровозы постоянного тока ВЛ15 развивают мощность 9000 кВт при силе тяги 688 кН, а грузовые электровозы переменного тока ВЛ85 имеют мощность 10 000 кВт при силе тяги 720 кН; пасс.
Не остаются в стороне и локомотивы пассажирского парка. Электровозы постоянного тока ЧС7 имеют мощность 6160 кВт, а его «собратья» ЧС8, работающие на переменном токе — мощность 7200 кВт.
Собственный к.п.д электровозов достигает 88-90% при общем к.п.д электрической тяги (с учётом к.п.д ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи и контактной сети) около 22-24%. Возврат энергии может достигать 25% расхода энергии на тягу.
Перспективно использование в качестве моторного топлива на тепловозах сжатого и сжиженного природного газа. Повышению экономичности могут способствовать совершенствование термодинамического цикла дизеля, освоение высокотемпературных топливных элементов. Достаточно высокой мощностью — до 6300 кВт — обладает газотурбовоз. Однако из-за сравнительно невысокого к.п.д (12-18%) и сложности изготовления этот локомотив ни как не выйдет из периода экспериментальных поездок. В мире он был выпущен малыми сериями за рубежом (Германия, США), единичные экземпляры построены в нашей стране.
Дальнейшее совершенствование электровозов и тепловозов будет направлено на повышение их надёжности и экономичности, улучшение тяговых качеств, снижение затрат на обслуживание и ремонт путём создания безремонтных конструкций узлов и агрегатов, применения бесколлекторного тягового привода, микропроцессорной техники в системах управления, регулирования, диагностики. Дальнейшее развитие локомотивостроения связано с увеличением единичной мощности и скорости движения. Возможно, получат свою реализацию проекты турбопоездов, в которых используется авиационная газовая турбина. Ведь уже сейчас скорость до 200 км/ч, для стран Европы и России воспринимается как обыкновенное техническое решение, а значит поезда будут стремиться закрепить свой рекорд скорости — почти 600 км/ч.

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.

«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.

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.

ПАРАМЕТРЫ ЛОКОМОТИВОВ С УГОЛЬНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ

Наименование параметра	ХПИ Проект	ACE 3000 (США)
Длина по сцепкам, м
Мощность максимальная, л. с.	8000	3000
Высота, м	4,3	4,3
Вес снаряженный, т	420
порожний, т	360
Количество движущих колесных пар
Котел: тип	водотрубный	огнетрубный
давление , атм
температура перегретого пара , о С	500	430
Машина: тип	однотактная	компаунд
количество ступеней расширения пара
Запас топлива, т

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)

Петербургский учёный уверен, что энергетический кризис даст вторую жизнь давно забытым паровым локомотивам

Что может быть несовременнее паровоза? Кажется, что тихоходные, пыхтящие и чадящие чудовища навсегда остались в кадрах старых фильмах про русскую Гражданскую войну или освоение американского Дикого Запада. Между тем, в Санкт-Петербурге живёт человек, настаивающий, что нам уже в нынешнем веке придётся возобновить строительство локомотивов на паровой тяге.

Столь странная идея может показаться противоречащей элементарному здравому смыслу. Ведь коэффициент полезного действия паровозов не превышает 9,2 процента. Тогда как у тепловозов КПД достигает 25%, а у электровозов, даже с учетом потерь при получении электроэнергии, приближается к 30%. Если же учесть вредный дым из трубы и тяжёлые условия работы то можно подумать, что призывы к возрождению паровозов – удел безнадёжно оторванных от реальности мечтателей.

Полный вариант текста напечатан в газете «Наша Версия на Неве» № 164, 14 — 20 февраля 2011

Будущее железных дорог – за паровозами? — Энергетика и промышленность России — № 1 (53) январь 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 1 (53) январь 2005 года

Результатом экономических реформ в современной России стал постоянный рост цен на энергоносители, железнодорожные и автомобильные перевозки и т.д., что увеличивает инфляцию, сдерживает развитие экономики страны и рост благосостояния ее населения.

Железнодорожный и автомобильный транспорт – важнейшие отрасли народного хозяйства России. На их долю приходится свыше 80% всех грузовых и пассажирских перевозок в стране. Именно они являются «артериями» экономики, обеспечивают производственные связи между предприятиями и доставку населению предметов потребления. Поэтому стоимость перевозок данными видами транспорта входит составной частью в общую стоимость грузов и пассажирских поездок. Но уже сегодня на железнодорожном транспорте стоимость всего перевозимого груза (особенно на дальнее расстояние) увеличивается до 50-60%, что делает услуги железнодорожного транспорта все более невыгодными потребителям и снижает грузопассажирский оборот и прибыль. В меньшей степени это происходит и с автомобильным транспортом. В тоже время эти два вида транспорта — крупные потребители электроэнергии, бензина, дизельного топлива (солярки) и моторного масла.

С другой стороны, удорожание электроэнергии и нефте­продуктов обуславливается рядом объективных и субъективных причин. В электроэнергетике страны большие средства идут на топливо для электростанций, их содержание и ремонт, в т.ч. — ремонт систем электропередач, оплату потерь электроэнергии (13% и более) при транспортировке и др. В части регионов России растет дефицит электроэнергии. Запасы сырья нефти для получения ГСМ уменьшаются, а ее добыча, особенно на Севере, все более дорожает. Много нефти (более 2/3) идет за границу на экспорт. Эти объективные причины, наряду с субъективными (экономическая политика государства, направленная на сырьевой сценарий развития; стяжательские амбиции олигархов некомпетентность и консерватизм мышления руководителей разного уровня и др.) обуславливают рост цен на энергоносители и, соответственно, на все остальное в современной России.

Как перевести транспорт на дешевое топливо?

Возможен ли выход из данного положения? Да, возможен. Одним из главных направлений здесь будет перевод железнодорожного и автомобильного транспорта на более дешевое топливо и как следствие — удешевление стоимости всех транспортных перевозок и соответствующее удешевление стоимости перевозимых грузов и пассажирских поездок.

Какие же конкретные резервы существуют в этом направлении? По нашему мнению, на железнодорожном транспорте, включая федеральные, региональные, промышленные и местные железные дороги, реальную возможность экономии дадут современные мощные турбовозы с газовой и паровой турбиной и новые паровозы 21-го века. Проекты таких машин существуют, но в России они не строятся. Сегодня в стратегическом резерве страны имеется около тысячи старых паровозов, постройки 1950-х годов, которые не используются в народном хозяйстве, а срок их годности (50 лет) уже истекает. Однако и старые паровозы при минимальной их модернизации могли бы еще поработать в промышленности угольных регионов — таких, как Кузбасс, — для перевозки угля, кокса, железной руды т.д. Это снизило бы стоимость перевозок и экономило бы электроэнергию, дизельное топливо, а также денежные средства на их оплату.

Но этого не происходит, и старые паровозы десятилетиями стоят в резерве и постепенно ржавеют. К сожалению, сегодня у многих людей существует закоснелый стереотип мышления об устарелости паровоза. На самом деле технические возможности этой машины еще не исчерпаны, и особенно в России.

Существует ряд технических, экономических, топливно-энергетических, организационных и других резервов для возрождения турбопаровозо­строения в нашей стране на современной научно-технической основе. Остановимся лишь на объективной части этих возможностей.

Паровоз мощнее тепловоза?

Главный недостаток старого паровоза — низкий (до 10%) КПД и более низкая мощность, чем у электровоза и тепловоза. Сегодня этот недостаток можно преодолеть установкой на эту машину газовой или паровой турбины, т.е. получить турбовозы с КПД от 20 до 80%. Известно, что газовые и паровые турбины широко применяются в технике, но до нашего железнодорожного транспорта они еще не дошли. Однако в США уже давно работают мощные газотурбовозы на грузовых перевозках по неэлектрифицированным железным дорогам. Появление в России турбовозов приведет к большим изменениям на железнодорожном транспорте. Эти машины нового поколения будут мощнее современных электровозов и тепловозов, и они могут быть использованы на федеральных, региональных и промышленных железных дорогах — особенно при добыче полезных ископаемых: угля, руды, нефти, газа и др. Они могут также работать на оборону страны в качестве локомотивов для ракетных поездов и современных бронепоездов, в т.ч. на специальной широкой колее, в роли «сухопутных эсминцев и крейсеров на колесах» с полимерной броней и современным вооружением.

Вместе с тем не всегда и не везде необходимы такие мощные локомотивы. Поэтому «второе дыхание» получит обычный паровоз. Естественно, что новый паровоз будет иным по форме и содержанию, так как технические возможности для этого сегодня выше, чем раньше. К примеру, КПД паровых котлов старых паровозов едва достигал 60%, сегодня же он может достигать 85% и, возможно, больше. Соответственно, общий КПД и мощность нового паровоза будут выше. Старый паровоз давал большой выброс в атмосферу дыма, пара, вредных продуктов сгорания. Сегодня уровень науки и техники позволяет сократить эти выбросы в сотни раз и сделать современный паровоз более безвредным для окружающей среды.

Старый паровоз имел ограниченный ходовой ресурс без дозаправки топливом и водой (в среднем до 150 км) и почти полное отсутствие механизации труда локомотивных бригад. Однако в США еще в 1984 году проводились испытания двух экспериментальных паровозов с современным оборудованием. В результате ходовой ресурс каждого из них составил по 800 км без дозаправки углем и 1800 км без дозаправки водой. На этих паровозах была полностью автоматизирована загрузка топлива, выгрузка золы и шлака, подача воды и т.д., а управление технологическими процессами на самих машинах осуществлялось с помощью микропроцессоров и другой электроники. В свое время скорость старых грузовых паровозов уже достигала 100 км в час, а пассажирских, особенно курьерских типа П36, могла достигать 150-180 км в час. Поэтому новые машины не будут в скорости уступать старым, а, наоборот, превзойдут их благодаря своей возросшей мощности. Именно такие машины и турбовозы могут сделать настоящий прорыв в железнодорожном транспорте и экономике страны.

Локомотивы будущего

Основные типы локомотивов, строительство которых может быть необходимо в будущем:
1-й тип. Большие магистральные турбовозы и паровозы в грузовом и пассажирском вариантах для федеральных, региональных и промышленных железных дорог, в т.ч. на широкой колее для внутренних и международных грузопассажирских перевозок.
2-й тип. Маневровые, среднего класса, машины для работы на железнодорожных станциях, промышленных железных дорогах и предприятиях, лесозаготовках и т.д.
3-й тип. Современные мини-паровозы — по размерам подобные первым паровозам в России, для работы на промышленных и местных железных дорогах, а в будущем – и на сельских железных дорогах.

Все эти типы новых локомотивов найдут широкое применение во многих регионах России, но особенно в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока. Это связано с тем, что новый паровоз и турбовоз могут быть «полиглотами» и работать на нескольких видах дешевого и «многочисленного» топлива. Так, уголь — главное топливо для этих локомотивов — имеется во многих регионах страны. В другие регионы его можно возить составами на турбовозах или новых паровозах, работающих на этом же угле. Одновременно данные машины могли бы участвовать в добыче своего топлива на угольных разрезах, что снизит его стоимость. Надо учитывать, что Россия обладает огромными запасами угля, которого хватит на 200-300 лет, — и это позволяет говорить о длительной перспективе использования новых машин. Кроме того, топливом для них могут служить сырая нефть, газ, древесные отходы и мазут, использование которых даст реальное снижение стоимости перевозок, особенно в местах их добычи или переработки.

На местных, промышленных и возможных сельских железных дорогах топливом для паровозов будет торф и даже камыш, сено, солома в брикетах.

В будущем появятся и другие виды топлива для турбовозов и паровозов, причем в каждом регионе это могут быть местные виды.

Применение в качестве топлива дешевых первичных энергоносителей делает турбовозы и новые паровозы более экономичными, чем тепловозы и электровозы, которые сегодня работают на вторичных энергоносителях, т.е. электроэнергии и дизельном топливе. Последние требуют значительных затрат на их получение и транспортировку.

Вследствие этого еще в советские времена старый паровоз был в 2-3 раза экономичнее электровоза, уступая ему в мощности. Следовательно, использование новых локомотивов в целом повысит экономичность железнодорожных перевозок и одновременно снизит стоимость всего перевозимого груза и пассажирских поездок. В то же время в больших масштабах будет экономиться электроэнергия и дизельное топливо.

Новые локомотивы на железных дорогах страны вызовут техническое перевооружение и изменение состава локомотивного парка. Количество электровозов и тепловозов можно уменьшить до необходимого числа при одновременном увеличении количества новых локомотивов. При этом каждый регион России сможет выбирать те локомотивы, которые наиболее выгодны для него, в зависимости от наличия в регионе того или иного вида топлива.

Это, с одной стороны, потребует изменений в способах эксплуатации локомотивов и в системах подготовки кадров, создания ремонтных и снабженческих баз, открытия пунктов заправки топливом и водой и т.д.

Но, с другой стороны, появление новых локомотивов позволит развить сеть железных дорог страны. В Сибири и на Дальнем Востоке возможна прокладка путей без их электрификации по всем направлениям, как с запада на восток, так и с севера на юг (т. е. создание железнодорожной решетки) — для освоения природных ресурсов этих регионов. Появляется возможность расширить сеть региональных, промышленных, местных и сельских железных дорог в других регионах России.

Исторический опыт показывает, что восстановление народного хозяйства страны после двух мировых войн начиналось именно с железнодорожного транспорта. И в новом веке строительство мощных локомотивов, работающих на недорогом топливе и удешевляющих железнодорожные перевозки, даст возможность превратить железнодорожный транспорт из тормоза развития экономики в ее «живые артерии». Одновременно этот процесс будет способствовать увеличению грузопассажирского оборота и прибыли железнодорожного транспорта, что стимулирует его дальнейшее развитие.

Новые виды паровых машин – как решение проблемы энергосбережения

Решение данной экономической задачи вызовет изменения в топливно-энергетическом комплексе страны. Так, с появлением множества новых локомотивов уменьшится дефицит электроэнергии в регионах. Например, в Кузбассе железнодорожная энергосистема станет просто ненужной. При этом она может быть модернизирована для транспортировки электроэнергии в регионе.

Подобным образом в будущем можно использовать железнодорожную энергосистему Транссиба для транспортировки более дешевой электроэнергии с востока на запад страны. Уменьшится нагрузка на значительную часть электростанций, что даст возможность проводить более быстрыми темпами модернизацию их оборудования.

Кроме того, использование новых локомотивов, удешевляющих перевозку угля и торфа, позволит увеличить долю электроэнергии тепловых электростанций (ТЭС) — как это происходит, например, в США.

В итоге будет экономиться электроэнергия, уменьшатся ее потери, — следовательно, снизятся затраты на топливо, а также на производство и транспортировку энергии, что приведет к снижению цен на электроэнергию в регионах. Часть электроэнергии, использующуюся на железных дорогах, можно будет перераспределить в энергодефицитные отрасли производства.

Изменения будут происходить и в нефтегазовом комплексе России. Использование сырой нефти и газа как топлива для новых локомотивов в местах добычи и переработки этих природных ресурсов снизит стоимость железнодорожных перевозок и сделает значительно рентабельнее разработку части месторождений нефти и газа. Снизятся затраты на строительство и эксплуатацию нефтегазопроводов, уменьшится экологическая опасность, связанная с транспортировкой полезных ископаемых.

В угольной промышленности массовое применение новых локомотивов — в.т.ч. на более широкой колее — значительно увеличит долю дешевого угля, добываемого открытым способом на разрезах, по сравнению с подземным способом добычи на шахтах. С увеличением доли транспортировки угля и породы железнодорожным транспортом и уменьшением доли их транспортировки автотранспортом изменится технология добычи угля. Заправка локомотивов топливом (углем) и водой может производиться на месте, что значительно сократит текущие расходы.

Так, на сегодняшний день в Кузбассе 50-60% себестоимости угля, добываемого на разрезах, составляют расходы на дизельное топливо и электричество для дизель-электровозов и автотранспорта. С использованием новых локомотивов и изменением технологии добычи в относительно короткое время себестоимость тонны угля снизится почти в 2 раза, а за длительное время уменьшится в несколько раз. При переводе автотранспорта на синтетическое топливо, получаемое из того же угля, она снизится еще больше.

Известно, что уголь для России — это «хлеб» промышленности. Его удешевление будет стимулировать развитие не только теплоэнергетики, но и металлургической, химической и других отраслей промышленности.

Использование новых локомотивов придает «второе дыхание» БАМу, где имеются значительные запасы угля, а в будущем позволит приступить к освоению больших запасов угля в районе Подкаменной Тунгуски. Массовое производство синтетических ГСМ из угля можно увеличить, перерабатывая в автономных мини-заводах шлам (угольную пыль) на местах — т.е. в забоях, на отвалах и обогатительных фабриках.

Помимо снижения стоимости добычи природных ископаемых, это будет способствовать и развитию восточных регионов России.

Что дает переход на новое топливо другим отраслям промышленности?

Переработка древесины, включая кустарники, на синтетический ГСМ и развитие сети железных дорог в лесных регионах России с использованием новых локомотивов вызовет изменения в структуре и технологиях лесопромышленного комплекса страны. Увеличится доля переработки неделовой древесины (отходов заготовки и переработки леса, кустарников и т.д.) на синтетический ГСМ. Применение автономных стационарных или передвижных мини-заводов для переработки древесины на местах ее заготовки или вблизи от них снизит транспортные расходы и стоимость полученных пиломатериалов, щепы, синтетического бензина и т.д.

Строительство лесных железных дорог долговременного характера и использование на них паровозов, работающих на неделовой древесине (дровах, сучьях, щепе и др.), снизит долю использования автотранспорта, упростит и удешевит транспортировку древесины, продуктов ее переработки — и, соответственно, снизит их стоимость.

Строительство железных дорог в сельской местности и использование на них новых паровозов, грузо-пассажирских «трамваев», работающих на местном топливе, обеспечит устойчивую, многолетнюю, всепогодную и дешевую транспортную связь в сельских районах России — особенно удаленных от больших городов и транспортных магистралей. Вследствие этого уменьшится доля использования автотранспорта, снизятся расходы на его приобретение, его содержание и горюче-смазочные материалы, а также — расходы на строительство и содержание сельских автомобильных дорог. Использование железнодорожного транспорта на селе приведет к сокращению стоимости грузовых и пассажирских перевозок, развитию переработки сельхозпродукции на местах. Это будет стимулировать рост сельского производства, повышать уровень жизни сельского населения и т.д.
В торфодобывающей промышленности увеличится доля переработки торфа на синтетическое моторное топливо, а строительство железных дорог и использование на них паровозов, работающих на торфе или торфе с добавками угля или древесины, снизит стоимость его транспортировки к теплоэлектростанциям и местам переработки. Следовательно, стоимость самого торфа, продуктов его переработки, электроэнергии, тепла и т.д. также уменьшится. Это даст возможность рациональнее использовать данный вид топлива и тем самым развить торфодобычу и торфопереработку.

Применение новых турбовозов и паровозов в горно-металлургической промышленности при добыче и транспортировке сырья на предприятия, а также на территории этих предприятий (комбинатов и заводов) снизит стоимость металла и изделий из него.

Указанные факторы вызовут изменения и в других отраслях экономики, будут способствовать объективному снижению цен в них.

Перевод железнодорожного транспорта на дешевое топливо приведет к структурной перестройке в топливно-энергетическом комплексе России, а затем и в других отраслях народного хозяйства. Изменится структура российской экономики, ориентированной сегодня преимущественно на нефтегазовую отрасль.

Один из способов повышения КПД паровоза Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

72

Современные технологии — транспорту

Статья поступила в редакцию 28.04.2009;

представлена к публикации членом редколлегии А. И. Хожаиновым.

УДК 629.422(075)

А. А. Тимофеев, И. Г. Киселёв, А. С. Краснов

ОДИН ИЗ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ КПД ПАРОВОЗА

В работе рассмотрена наиболее крупная служебная дискретная потеря теплоты паровоза, а именно потеря теплоты на работу сифона и намечены пути её уменьшения, что способствует повышению к.п.д. паровоза в целом.

паровоз, потери теплоты, сифон, к.п.д. паровоза.

Введение

В настоящее время основными видами локомотивов эксплуатируемых на сети железных дорог России являются электровозы и тепловозы. Стремительное истощение запасов органического топлива заставляет задуматься над использованием альтернативных видов локомотивов, таких как газотурбовозы и паровозы. Современный подход к эксплуатации паровозов предполагает внедрение различных устройств и новых технологий, совершенствующих паровоз как тяговую единицу, но в то же время, не изменяя его облика в целом (при эксплуатации в ретро- поездах). Основными направлениями совершенствования паровоза являются повышение его

к.п.д. и улучшение условий труда локомотивных бригад.

Существенным недостатком любого паровоза является его низкий к.п.д. Тепловой баланс теплосиловой установки паровоза включает в себя три группы потерь теплоты: потери в котле, потери в паровой машине и служебные потери, которые в основном можно отнести к потерям по котлу, но обычно они выделяются в отдельную группу.

1 Служебные потери теплоты паровоза

Служебными потерями принято называть потери теплоты на собственные нужды паровоза. Они складываются из потерь на собственные нужды котла, паровой машины и всех других устройств потребляющих на паровозе пар. По степени важности служебные потери можно условно разделить на основные и дополнительные. К основным служебным потерям относятся неизбежные потери теплоты, без которых эксплуатация паровоза невозможна или опасна.

72

Современные технологии — транспорту

73

Дополнительные потери появляются из-за наличия дополнительного оборудования или устройств ранее не применяемых на паровозе, которые или напрямую расходуют котловой пар или увеличивают уже имеющиеся потери. Первый тип дополнительных потерь возникает при наличии потребителей пара повышающих общую экономичность паровоза (турбонасос водоподогревателя, оборудование для конденсации пара и т.п.), а также при потреблении пара оборудованием служащим для облегчения условий труда локомотивной бригады (стокер). Второй тип дополнительных потерь косвенно увеличивает расход пара, увеличивая потребление других видов энергии, в основном это затраты пара на тормозной насос (прокачка колосников, пневмоприводы на топочные дверцы и продувательные краники, сервопривод реверса, тифон и др.) и турбогенератор (системы повышающие безопасность движения, типа автоматическая локомотивная сигнализация «АЛСН», радиосвязь и т.п.). В совокупности дополнительные потери существенно увеличивают служебные потери и требуют более рационального использования пара.

По периодичности действия служебные потери можно разделить на непрерывные и дискретные. К дискретным относятся те потери теплоты, которые на определённое время могут равняться нолю. Наиболее крупной служебной дискретной потерей является потеря на работу сифона (до 5 % от располагаемого количества теплоты, выделяемого при полном сгорании топлива).

2 Потеря теплоты на работу сифона

Сифон служит для создания или усиления искусственной тяги в газовом тракте котла и представляет собой кольцо диаметром от 240 до 390 мм, изготовленное обычно из трубки внутренним диаметром от 18 до 35 мм в зависимости от мощности теплосиловой установки паровоза. В кольце просверлены отверстия диаметром 3…6 мм. Количество этих отверстий на разных паровозах различно. На большинстве паровозов в более поздний период их эксплуатации были установлены усиленные сифоны (рис. 1) с расходящимися соплами Лаваля по предложению профессора А.Н. Шелеста. Такой сифон изготавливают из стальной трубки или отливают из чугуна. Сопла 2 в нём ввёрнуты в бонки 3, приваренные к корпусу 1 и при износе могут быть легко заменены. Сифоны с соплами Лаваля обеспечивают лучшее разряжение в дымовой камере, требуют меньше времени для поднятия давления в котле и более экономичны по расходу пара [1].

Действие сифона основано на явлении разряжения воздуха вокруг движущегося потока. Сифон и соосно расположенная с ним дымовая труба установлены в дымовой камере (коробке) паровозного котла и представляют собой дымососное устройство, работающее по принципу эжектора. Пар, выходящий из отверстий или сопел сифонного кольца увлекает в ды-

74

Современные технологии — транспорту

мовую трубу газы, находящиеся в дымовой камере, создавая в ней разряжение и соответственно тягу в газовом тракте котла.

При работе основных паровых машин тяга в газовом тракте котла осуществляется за счет использования уходящего отработанного пара, при этом надобность в сифоне отпадает, и его закрывают вручную. Периодичность работы паровых машин предполагает периодичность открытия и закрытия сифона, что на практике не происходит из-за наличия человеческого фактора. Это особенно заметно при кратковременной работе паровых машин, что соответствует движению паровоза при маневрах. Отсутствие быстродействия при закрытии, а также долговременное или непрерывное открытие сифона приводит к появлению необоснованного и достаточно значительного перерасхода пара. Для уменьшения этой потери предлагается установить автосифон отключающий подачу пара в сифонное кольцо при работающей паровой машине [3].

Рис. 1. Усиленный сифон с расходящимися соплами: 1 — сифонное кольцо; 2 — сопло; 3 — бонка приварная

74

Современные технологии — транспорту

75

3 Сущность действия автосифона

Автосифон (рис. 2) служит для создания искусственной тяги в газовом тракте паровозного котла при следовании с закрытым регулятором (беспарный ход) или на стоянке паровоза, причем включение и выключение устройства производится автоматически без участия локомотивной бригады в зависимости от требуемой тяги в газовом тракте котла.

Задача автосифона — снижение расхода пара за счет повышения быстродействия.

Автосифон содержит сифонное кольцо 1 с равномерно распределенными по нему отверстиями для выхода пара, соединенное с пароподводящей трубой 2, подсоединенной к паровому котлу (на чертеже не указан), на которой установлен нормально закрытый вентиль ручного регулирования 3. Параллельно вентилю ручного регулирования 3 к пароподводящей трубе 2 подсоединена дополнительная труба 4, на которой установлены клапан 6 перекрытия подачи пара и вспомогательный нормально открытый вентиль ручного регулирования 5.

Клапан 6 может иметь любую запирающую конструкцию и подсоединение относительно потока пара. Импульс включения — отключения может осуществляться пневматическим, электрическим, механическим или иным способом от рабочих, регулирующих и других органов паровоза например изменением давления в паровпускной трубе паровой машины. Открывается клапан автоматически при недостаточной тяге в газовом тракте котла. Вспомогательный вентиль ручного регулирования 5 позволяет регулировать расход пара, протекающего через клапан 6, или отключать последний. Вентиль ручного регулирования 3 вводится в работу в случае необходимости дополнительного усиления тяги.

76

Современные технологии — транспорту

При снижении тяги в газовом тракте котла происходит открытие клапана 6 и пар, проходя по дополнительной трубе 4 через вспомогательный вентиль 5 и клапан 6, поступает в сифонное кольцо 1 и выходит через отверстия, расположенные в нем. При необходимости усиления тяги и повышения интенсивности горения твердого топлива на колосниковой решетке (при открытом регуляторе и работающих паровых машинах, и соответственно имеющейся, но на данный момент недостаточной тяге) производится открытие вентиля ручного регулирования 3, и пар также поступает в сифонное кольцо 1.

4 Конструктивные особенности клапана автосифона

В качестве запорного клапана в автосифоне предлагается использовать унифицированный клапан регулятора хода паро-воздушного насоса (точнее компаунд-насоса, условный № 91), представленный на рис. 3 [4].

76

Современные технологии — транспорту

77

Рис. 3. Клапан регулятора хода паро-воздушного насоса:

1 — нижняя часть корпуса; 2 — паровой клапан; 3 — втулка специальная; 4 — средняя часть корпуса; 5 — воздушный поршень; 6 — втулка воздушного поршня; 7 — кольцо уплотняющее; 8 — сетка; 9 — промежуточная часть корпуса; 10 — ниппель 0 2 мм.; 11 -диафрагма; 12 — ниппель 0 0,6 мм.; 13 — головка регулировочная; 14 — пружина; 15 -упор центрирующий; 16 — винт; 17 — гильза; 18 — колпачок.

В конструкции клапана для автосифона детали позиций 10… 18 удаляются из-за отсутствия надобности в них. Вместо детали 12 и клапана для слива конденсата, установленного на нижней части корпуса 1 ставятся стандартные болты, заглушающие образовавшиеся отверстия в корпусе 1. Вместо сборочного узла, состоящего из деталей 11.18 ставится единственная специально изготовленная деталь — букса 10 (рис.4), в нее вкручивают демонтированный с корпуса 1 клапан для слива конденсата. Перед постановкой этой буксы, в промежуточной части (поз. 9) просверливается отверстие А диаметром 10 мм. для слива конденсата. Вся конструкция переворачивается относительно горизонтальной оси так, что деталь позиции 1 становится вверху, а промежуточная часть 9 — внизу. Таким образом, использовав унифицированный регулятор хода паро-воздушного насоса и изготовив всего одну деталь, получаем готовый клапан для автосифона, который отвечает принципам взаимозаменяемости и ремонтопригодности.

78

Современные технологии — транспорту

Рис. 4. Клапан автосифона: детали позиций 1.. .9 тоже наименование, что и на рис. 3; деталь 10 — букса.; позиции 11.14 стандартные болты и шайбы

Автосифон может работать как самостоятельно, так и параллельно традиционному ручному регулированию и соответственно позволяет перекрывать пар поступающий в сифонное кольцо как без участия локомотивной бригады так и вручную. За счет повышения быстродействия система снижает расход пара на работу сифона.

Достижение технического результата осуществляется за счет того, что клапан автосифона способен быстро реагировать на изменение тяги в газовом тракте котла, вследствие чего снижаются затраты времени на осуществление открытия или перекрытия подачи пара в сифонное кольцо и как следствие происходит существенная экономия пара.

Заключение

Наиболее крупной служебной дискретной потерей теплосиловой установки паровоза является потеря теплоты на работу сифона. Отсутствие быстродействия у обычного сифона приводит к необоснованному перерасходу пара, особенно при маневровой работе.

Для изготовления и монтажа автосифона можно использовать стандартные клапаны, применяемые в регуляторах хода паро-воздушных насосов паровоза. При использовании унифицированного клапана требуются незначительные изменения его конструкции.

Предлагаемый автосифон производит автоматическое открытие и закрытие подачи пара в сифонное кольцо в зависимости от требуемой тяги в газовом тракте котла. За счет быстродействия он существенно снижает служебный расход пара и соответственно повышает к.п.д. паровоза в целом.

Библиографический список:

1. Паровоз (устройство, работа и ремонт) / А. В. Хмелевский, П. И. Смушков. -М. : Транспорт, 1979. — 414 с.

2. Тепловой процесс паровоза / С. П. Сыромятников. — М. : Изд-во Академии наук СССР, 1955. — 603 с.

3. Пат. 68063 Российская Федерация, МПК F 01 В 31/30. Автосифон / Буянов А. Б., Киселев И. Г., Тимофеев А. А., Краснов А. С.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения». -№ 2007125030/22; заявл. 02.07.07; опубл. 10.11.07, Бюл. № 31. — 1 с.: ил.

4. Автотормоза локомотивов / В. И. Крылов. — М. : Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1956. — 380 с.

78

Прощание с паром: История паровозостроения

1 / 5

ЛВ-0441 «Лебедянка» Осевая формула: 1-5-1 Год выпуска: 1955 Построено: 522 Сцепная масса: 91 т Конструкционная скорость: 80 км/ч Мощность: 2420 л.с.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Мы открываем проект с Музея истории железнодорожной техники (Москва). В нем для наших читателей будут организованы бесплатные экскурсии.

Большим мальчикам паровозы обычно нравятся больше тепловозов и электровозов. Поэтому, когда паровозная эпоха подошла к концу, на железных дорогах стало как будто уныло

К 1950-м годам, когда во всем мире стали интенсивно сворачивать производство паровозов, этот вид техники насчитывал уже почти 200 лет. В 1769 году Жозеф Кюньо по заказу французского правительства соорудил машину с паровым двигателем для перевозки артиллерийских орудий. Правда, это был лишь прообраз паровоза, ездивший без рельс. Настоящим же основателем паровозного рода принято считать аппарат британца Ричарда Тревитика. Он создал его в 1804 году для чугунной дороги одного из уэльских заводов. Проект оказался неудачным, так как машина была слишком тяжелой для чугунной дороги. Разрушать заводские рельсы паровозу не позволили.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Куда успешнее оказался соотечественник Тревитика — Джордж Стефенсон, который создал несколько удачных паровозов и убедил владельцев одной из шахт в Британии построить для своего аппарата железную дорогу. Позже Стефенсон выиграл в конкурсе, и его паровоз «Ракета» стал главным локомотивом первой общественной железной дороги Манчестер-Ливерпуль, которая открылась в 1830 году. Без вагонов локомотив «Ракета» мчался со скоростью 56 км/ч, но при прицепке основного состава замедлялся до 25 км/ч. Начало развитию железнодорожного транспорта было положено.

Кстати, именно «Ракета» стала прообразом первого русского паровоза, который в 1833 году создали отец и сын Черепановы на Урале.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Запряженные паром

Скорость, которую был способен развить локомотив Стефенсона, впечатляла современников. Между тем в скором времени паровозы стали по-настоящему скоростными машинами. Так, к началу ХХ века некоторые локомотивы могли без нагрузки разгоняться почти до 200 км/ч (правда, пассажиры так быстро не ездили — тогдашние железные дороги не позволяли развивать такие скорости). Примерно в это время закрепляется и привычная конструкция паровоза, которая будет использоваться весь последующий век до окончания эпохи пара.

Основные части самых совершенных паровозов были такими же, как у их дальних предков. Паровозный котел снабжал паровую машину паром высокого давления. Паровая машина, состоявшая обычно из двух цилиндров, преобразовывала возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение колес экипажа. Кроме того, каждый паровоз обычно имел тендер — специальный вагон, где хранились запасы воды и топлива.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

За счет усовершенствования каждой основной части паровозы ХХ века отличались от своих предков лучшими скоростными показателями при меньшем расходе топлива и воды. В частности, этого удалось достичь за счет применения пароперегревателя, которым в начале прошлого века стали стремительно оснащать большинство паровозов. Он повышал температуру и степень сухости пара, что увеличивало КПД паровой машины. Впрочем, более чем за вековую историю ощутимо поднять КПД паровоза так и не удалось: если первые пассажирские паровозы работали с КПД 4−5%, то у последних моделей он достигал 9%. Это было ощутимо меньше, чем у тепловозов и электровозов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Не смогли конструкторы паровозов решить и другую проблему: различные системы позволяли упростить работу машинистов паровоза, но все равно эта профессия оставалась тяжелой, требующей значительных физических усилий.

В сложности профессии была, правда, и своя прелесть. «Паровозники» были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Кроме того, их труд всегда был высокооплачиваемым и крайне престижным, он даже считался героическим. Многие мальчики XIX и начала XX веков страстно мечтали о профессии машиниста, подобно тому как в 1960-х годах школьники хотели быть космонавтами. С окончанием эпохи пара профессия машиниста определенно потеряла былую романтику.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Советский пар

Красные большие колеса с белой окантовкой, приводимые во вращение от паровой машины через массивные дышла, большая труба, из которой вырывался черный дым, заметный издалека, колоритная команда из машиниста, его помощника и кочегара с черными лицами, — вся эта атрибутика эпохи пара приковывала к себе взгляды обывателей. Звук паровозного гудка всегда пробуждал в пассажирах особое настроение. Некоторым удавалось побывать в будке паровоза — увидеть раскаленную топку, приборы и рукоятки цвета огня и дыма — красно-желтые и серые. Профессия конструктора паровозов считалась в то время одной из самых интересных и престижных. После революции в СССР подобных специалистов, которые всегда высоко ценились, почти не осталось, однако вскоре эту профессию освоили молодые ребята. Одним из самых почитаемых конструкторов в Советском Союзе был Лев Лебедянский, главный конструктор Коломенского локомотивостроительного завода, на котором он работал с молодости до самой пенсии, когда эпоха пара уже закончилась. Им было создано более десятка удачных и оригинальных моделей, и ему же было суждено стать конструктором последних советских паровозов. Помимо Лебедянского, интересные конструкции создавали и другие конструкторы. Например, в СССР был построен единственный в мире паровоз с семью парами движущих колес на жесткой раме. Это была также самая мощная машина с движущимися осями на жесткой раме в истории мирового паровозостроения.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Невероятно интересными были конструкции экспериментальных паровозов, разрабатывавшихся в нашей стране. Например, опытный курьерский паровоз 2-З-2B со специальным поездом в 1957 году достиг на железной дороге скорости 175 км/ч — последний советский скоростной рекорд среди паровозов. За год до этого в стране началась масштабная программа по замене паровозов тепловозами и электровозами. И хотя в это время аналогичные изменения происходили в большинстве ведущих стран мира, в СССР уход паровоза с железных дорог был особенно скорым. Руководство страны считало паровозы символом технической отсталости, и в 1956 году, когда вступила в силу эта полномасштабная программа, практически новые машины снимали с линий, а многие интересные и исторически ценные модели пошли на металлолом. В результате страна с богатой паровозной историей потеряла десятки ценных экспонатов, в том числе интереснейшие экспериментальные модели. Практически не осталось в России и моделей паровозов, которые ездили по железным дорогам в XIX веке. Зато прекрасно сохранились самые последние и передовые паровозы страны. В московском Музее истории железнодорожной техники, например, можно увидеть и П36 — последний сконструированный в СССР пассажирский паровоз, и паровоз серии ЛВ — наиболее совершенный грузовой паровоз страны.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Последние из паровозов

ЛВ-0441 — один из самых последних грузовых паровозов, построенных в нашей стране. Его построили на Ворошиловградском паровозостроительном заводе в 1956 году. Между тем основные элементы его конструкции были разработаны в последние годы войны, когда стало понятно, что победа — вопрос времени. В ходе конкурса победил эскизный проект Коломенского паровозостроительного завода, созданный под руководством Льва Лебедянского. Генеральному конструктору удалось спроектировать паровоз, который выделялся передовой конструкцией и при этом был прост в ремонте и изготовлении. Освоить выпуск этой машины после войны можно было быстрее, чем других, конкурирующих конструкций. Так и произошло — на постройку первого паровоза ушло всего 45 дней. В честь победы над Германией его назвали «Победа» и присвоили серию П. Однако в 1947 году серию переименовали в Л — в честь главного конструктора.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Простая в управлении быстроходная машина отличалась рядом оригинальных решений. Так, для уменьшения потерь на трение в буксах всех осей локомотива и тендера установили роликовые подшипники. В 1946 году провели сравнительное испытание советского паровоза со схожей американской моделью EA2201. Отечественный локомотив по многим техническим характеристикам был лучше американского. Например, температура перегретого пара держалась у него в пределах 320−380°С и временами достигала 425 °C, в то время как у EA она не поднималась выше 370 °C.

Когда освоили массовый выпуск модели, железнодорожники прозвали ее «лебедянкой». По оценке специалистов, новая модель была почти на 20% экономичнее довоенных предшественников.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В конце 1940-х производство паровоза решили перевести из Коломны в Ворошиловград, попутно подвергнув модернизации. Локомотив стал еще совершеннее: на нем применили централизованную смазку, смачиватель угля, увеличили паро-производительность котла, добавив поддерживающую колесную пару. Модернизированная машина серии ЛВ («паровоз Лебедянского, реконструированный на Ворошиловградском заводе») стала на 15% экономичнее паровоза серии Л. В ходе испытаний максимальный КПД паровоза достигал 9,27% — очень высокий показатель для этого вида техники.

Всего на Ворошиловградском заводе было построено 522 паровоза, которые работали до 1970-х. Когда их снимали с линий, они еще далеко не выработали свой ресурс и были в прекрасном состоянии, так что машинисты расставались с ними с грустью: переходить работать на тепловоз или электровоз — на менее престижную, менее интересную и менее оплачиваемую работу — им не хотелось.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Трогательно мастера паровозного дела расставались и с последним советским пассажирским паровозом П36, также сконструированным Львом Лебедянским. Первый опытный экземпляр этой серии был готов в марте 1950 года, тогда как серийное производство началось только в конце 1954 года на Коломенском заводе. От своего грузового «брата» он заимствовал последние технические решения и в ходе испытаний первого опытного образца показал солидный КПД — 9,22%. К сожалению для паровозных энтузиастов и конструкторов машины, совершенный паровоз П36 был выпущен всего в 251 экземпляре и вскоре был заменен на главных железнодорожных линиях более экономичной техникой.

В 1956 году, когда выпуск машин прекратили, работники Коломенского завода с тоской провожали за ворота свой последний паровоз. Машинисты паровозов огорченно расставались со своей вредной, сложной, но любимый работой, а пассажиры железных дорог потихоньку привыкали к новому, более экономичному, но куда менее интересному и красивому транспорту.

Дольше всего в мире эпоха пара продолжалась в Китае. Паровозы здесь строили вплоть до середины 80-х годов прошлого века и добраться из одного города в другой на паре можно было еще совсем недавно. Однако три года тому назад последние паровые локомотивы были заменены электровозами.

Тем не менее паровозы продолжают жить с нами. Во многих странах (в том числе в России) они ходят по специальным ретро-маршрутам, а также музейным железным дорогам. Избранные молодые энтузиасты осваивают профессию машиниста паровоза, а еще во многих концах света живут специалисты, которые мечтают однажды построить паровоз нового поколения, взяв на вооружение самые последние технологии. Паровоз оказался настолько притягательной машиной, что, несмотря на ее неэкономичность, люди решили с ней не расставаться.

Редакция благодарит за помощь Музей истории железнодорожной техники Московской железной дороги

Что такое современный Steam? — Coalition for Sustainable Rail

На приведенном выше рисунке показана система сжигания газа или топка GPCS того же размера и компоновки, что и обычная топка. Колосниковая решетка заменена традиционной «пальцевой» на решетку с меньшими отверстиями для воздуха, что снижает количество первичного воздуха, проходящего через решетку / топливо, примерно до 30%. Для правильного функционирования GPCS решетки должны обеспечивать равномерный поток воздуха через топку. Также через стены топки необходимо установить ряд воздуховодов для впуска вторичного воздуха.Они могут быть расположены по бокам, сзади, сверху и / или спереди топки. Эти воздуховоды рассчитаны на то, чтобы пропускать оставшиеся 70% воздуха, необходимого для полного сжигания топлива. Это значительное уменьшение объема и, следовательно, скорости всасываемого первичного воздуха через огонь в значительной степени исключает унос несгоревших частиц топлива и эффект пескоструйной обработки внутри котла по сравнению с паровозами, работающими на традиционном топливе. Кроме того, более низкий уровень уноса топлива и почти полное сгорание топлива значительно увеличивает эффективность топки топки, что подтверждается фактическим удалением «дыма» из дымовой трубы.

Заключительной частью конверсии GPCS является добавление дисперсионных трубок, установленных под решетками для допуска пара к огню. На эти цели отводится от трех до четырех процентов выхлопного пара из поршней локомотива и различных других паровых принадлежностей. Этот пар служит двум целям: 1) поддержание пламени ниже температуры плавления золы, предотвращение образования клинкера и 2) обеспечение источника воды в реакции газификации, которая преобразуется в газообразный водород и метан в топке.Эти и другие химические реакции требуют поддержания более глубокого очага, чем в обычной топке, как правило, на пятнадцать кусков топлива. Этот пар должен быть хорошо перемешан с первичным воздухом для обеспечения правильной работы GPCS.

Однако ключом к созданию достаточной тяги через GPCS является эффективное расположение сопла и дымовой трубы в дымовой камере современного паровоза. Традиционно дизайну и расположению этих систем уделялось очень мало внимания, кроме простого обеспечения того, чтобы струя пара проходила через трубу «нижней юбки», создавая вакуум в дымовой камере.

Вышеупомянутые выхлопы Kylpor, Lempor и Lemprex являются производными одного и того же принципа: позволяют пару сливаться в проходе большого объема, затем направляют его через сопло де Лаваля, аналогичное ракетному двигателю, разработанному в тандем с изысканным стеком. Эта комбинация сводит к минимуму противодавление и обеспечивает скорость взрыва через дымовую трубу, которая может превышать 1 Маха.

Почему вы больше не видите паровозы

Еженедельный бюллетень

Лучшее из The Saturday Evening Post в вашем почтовом ящике!

К 1930-м годам рост затрат на обслуживание паровозов, как это было сфотографировано здесь, на северо-западном железнодорожном вокзале Чикаго, приводил к тому, что железные дороги теряли деньги.
Фото любезно предоставлено Библиотекой Конгресса.

Эпоха великих локомотивов закончилась в начале 1960-х годов, но их все еще не хватает — даже людям, которые никогда не видели их в эксплуатации. Что-то в этих массивных паровых двигателях захватывает воображение и впечатляет нас так, как это не может сделать Boeing 747 .

Многие американцы, которые знали только межгосударственные автомагистрали и аэропорты, жаждут увидеть, как локомотив выезжает из станции в облаке дыма и пара.Или услышать в ночи заунывный крик далекого свистка пара. И они задаются вопросом, что побудило железные дороги заменить эти великолепные машины грязными, скучными дизельными двигателями.

Подпишитесь и получите неограниченный доступ к нашему архиву онлайн-журналов.

К счастью, у нас есть статья Post 1930-х годов — времени, когда на железных дорогах появилась дизельная энергия. «Статьи прогресса» Гаретта Гарретта хорошо объясняют, почему железные дороги отказались от паровых двигателей.

Он начинается с описания нового, полностью модернизированного поезда Burlington Railroad Zephyr и его первого путешествия 26 мая 1934 года через Великие равнины от Денвера до Чикаго.

Новости о проезде поезда привлекли толпы к железнодорожной линии в Колорадо, Небраске, Айове и Иллинойсе. Люди собирались на холмах, набережных и крышах, чтобы увидеть, как этот изящный футуристический поезд проезжает мимо них со скоростью до 112 миль в час.

«Родители держали младенцев на руках, призывая их посмотреть», — пишет Гарретт.«Женщины дико целовались. Мужчины прыгали и махали руками. Некоторые из тех, кто пришел сделать снимки, вместо этого отдавали честь и забывали повернуть ручки своих фотоаппаратов ».

Не только блестящий обтекаемый двигатель и автомобили волновали толпу. Это было зрелище ощутимых изменений и прогресса в глубине Депрессии.

1930-е годы были плохим временем, чтобы вкладывать деньги в экспериментальные поезда, но у железной дороги не было выбора. Доходы упали до опасного уровня только из-за проблем с экономикой.Но прибыль также неуклонно снижалась с 1920 года.

Единственный способ выжить — это снизить затраты и повысить эффективность. Дизель, казалось, обещал и то, и другое.

По замыслу конструкторов, дизельные двигатели могли работать быстрее и дольше паровозов. Они были более экономичными; им не требовались частые остановки для пополнения запасов угля и воды. Вместо того, чтобы вырабатывать пар в огромном котле, дизельное топливо сжигало масло для питания генератора, который, в свою очередь, приводил в действие электродвигатели на колесах.

Локомотивы

, для сравнения, имели низкий тепловой КПД.

Они использовали огромное количество энергии для создания давления пара, которое приходилось сбрасывать всякий раз, когда локомотив останавливался или останавливался. За каждую неделю работы локомотив расходовал уголь и воду на свой вес.

«Они ели слишком много для того, что делали», — писал Гаррет. «Лишь около одной двадцатой, или 5 процентов потенциальной энергии, потребляемой паровозом, передается на колеса в виде эффективной движущей силы.«Напротив, бензиновый двигатель может передавать колесам более 25 процентов своей потенциальной энергии.

Zephyr в дверях конюшни перед стартом в 1017 миль за 785 минут. Он не был похож ни на один поезд, который был до него, и принес с собой вид ощутимых изменений и прогресса в глубине Депрессии.

Паровозы также требовали дорогостоящего обслуживания. Раз в месяц по закону нужно было чистить котлы. Кроме того, каждый двигатель требовал регулярного капитального ремонта, а это означало, что он был готов к работе только 35 процентов времени.Дизельные двигатели, требующие меньшего количества обслуживания, имели 95-процентную готовность.

Поскольку производитель использовал новую конструкцию для Zephyr , производитель решил воспользоваться преимуществом нового метода строительства, в котором использовались сверхлегкие, сваренные электронным способом рамы из нержавеющей стали. Традиционно железнодорожные компании полагали, что увеличение веса автомобилей и двигателей делает поездку на поезде более комфортной. Они считали, что более тяжелые поезда были более безопасными, потому что они могли поглощать смертельный удар при столкновении.Но по мере увеличения веса вагонов увеличивалась нагрузка на рельсы и мосты, и с каждой добавленной тонной веса топливная эффективность поезда снижалась еще больше.

Северная железная дорога Берлингтона планировала запустить легкий поезд Zephyr между Канзас-Сити, штат Канзас, и Омахой, штат Небраска, заменив поезд, состоящий из двух локомотивов и шести тяжелых пассажирских вагонов. Старый поезд весил 1 618 000 фунтов. Zephyr будет весить всего 200 000 фунтов.

Через два года после появления этой статьи в другой статье Post об американских железных дорогах сообщалось, что на линии Берлингтона удалось значительно снизить эксплуатационные расходы.Их стандартный паровоз обходился в 70 центов за милю. Стоимость одной мили для Zephyr составляла 31 цент. Спад в железнодорожных поездках изменился. Железные дороги снова становились прибыльными. Но паровоз начал исчезать с железнодорожных станций, унося с собой угольные станции, водонапорные башни и тысячи рабочих мест, которые были необходимы для эксплуатации этих двигателей, требующих значительного технического обслуживания.

Как бы железнодорожники ни любили старые локомотивы, они были обречены.Еще во время первого пробега Zephyr суперинтендант железной дороги, ехавший с Гарретом, признался ему: «Я люблю локомотив. Видит Бог, мне неприятно видеть, что с ней происходит что-то подобное. Но я тоже механик. Машина для того, что она будет делать. Эта штука заживо обшивает локомотив.

Узнайте больше о первом спринте Zephyr и о том, как он изменил железнодорожный мир, в «Статьях прогресса» Гарета Гаррета, 28 июля 1934 года.

Станьте участником Saturday Evening Post и получите неограниченный доступ.Подпишитесь сейчас

Насколько эффективен паровой двигатель? — Журнал «Поезда»

шлим:

Не совсем уверен, но я думаю, что читал, что дизельное топливо в 50-х годах было дешевле бензина, так что, возможно, оно было бы относительно дешевле в ваших расчетах, чем сейчас.

История «эпохи перехода от парового к дизельному топливу» заключалась в том, что нефть была открыта / разработана в Саудовской Аравии, а США еще не достигли пика Хабберта 1970 года, и United Mine Workers поиграли мускулами по отношению к шахтерам. получать больше денег за грязную опасную работу, которую они делают.Нефть была особенно дешевой по сравнению с сегодняшним днем, и кажется, что с низкой ценой на нефть и гораздо более высоким тепловым КПД дизельных двигателей, тепловозы имели явное преимущество в стоимости топлива перед паром.

Во время проекта ACE 3000 — что это было, середина 70-х в ответ на нефтяное эмбарго 70-х и напряженность на Ближнем Востоке — я полагал, что теплоэффективный паровоз, работающий на угле, имел явное преимущество в стоимости топлива перед Тепловоз. Даже паровая машина с КПД 5% (специалисты ACE тестировали модель Northern) в то время имела небольшую экономию на топливе по сравнению с дизельным двигателем.

Сегодня цены на уголь растут вместе со многими другими вещами, но цена на нефть с поправкой на инфляцию не так уж далека от условий 1970-х — начала 80-х годов.

Еще одна вещь, которую следует помнить о проекте ACE 3000, заключается в том, что когда это было, в начале 70-х, и когда Норфолк и Вестерн потушили последний магистральный пароход в 1960 году? Да, железные дороги были полностью дизелизированы, и возникла мысль о возвращении пара, работающего на угле, — подумайте о мастере цеха Дона Олтмана, который думал, что лучшее, что можно сделать с локомотивным котлом, — это заполнить его цементом, чтобы его нельзя было ввести в эксплуатацию и авария со взрывом котла.Но, вероятно, на железных дорогах было достаточно старожилов, чтобы заставить эту паровую штуку работать, если это было направление.

Сегодня мы находимся 40 лет от ACE 3000, 50 лет с момента прекращения использования пара на Северо-Западе, 60 лет с тех пор, как железные дороги практически отключили пар. Во время перехода от парового к дизельному железные дороги «инвестировали» в мешанину из дизелей 1-го поколения с различными уровнями затрат на техническое обслуживание. По ACE 3000 они конкурировали с SD-40, а затем SD-40-2, возможно, самыми «пуленепробиваемыми» локомотивами, известными человечеству, паровыми или дизельными.

Ах пар! Мечта не умирает.

пара против дизельного топлива | Железнодорожный технический веб-сайт

Первоначально написано Аль Кругом и отредактировано П. Коннором

Введение

Там много мифов и легенд о локомотивах и сравнения паровозов и тепловозов, которые привели к много заблуждений и аргументов.Многие из этих аргументов основаны о романтических представлениях о красоте пара и мнимом бесхарактерность тепловозов. Однако в итоге железные дороги хотите только купить мощность, которая будет тянуть грузы в наибольшей эффективный способ.Дизели заменили паровозы, потому что это то, что они сделали — они более эффективны, потому что их эксплуатация стоит меньше денег. Эта статья, написанная американским инженером-локомотивом Элом Кругом из серии сообщения группы новостей, пытается объяснить важные вопросы, которые показывают, как дизели более эффективны, чем паровозы.О да, извините, цифры указаны в английских единицах измерения. В США метрика не используется замеров пока нет.

Паровоз Физика

In любые споры о различиях между тепловозами и паровозами вопрос о власти вступает в игру.Всякий раз, когда вы говорите о мощность паровозов необходимо указать скорость, иначе заявление бессмысленно. Дизель-электровозы (ДЭ) развиваются их номинальная мощность при любой скорости, тогда как пар развивает ее только на одной скорости.Почему? Посмотрим на физику.

ср предположим гипотетический паровоз 4-8-4, который весит около 400 000 фунтов без тендера и имеет вес 250 000 фунтов. фактически осуществляется ведущими колесами.Цилиндры будут 28 дюймов в диаметр (посадочное отверстие) и ход 30 дюймов. Драйверы 60 дюймов диаметр и давление в котле будет 250 фунтов на квадратный дюйм. Все это «в парк мячей «цифры 4-8-4. Мы открываем дроссельную заслонку и позволяем Пар 250 фунтов на квадратный дюйм из котла для входа в цилиндр.Этот пар толкает против лицевой стороны поршня. Создаваемая сила — это пар давление, умноженное на площадь поверхности поршня. В этом случае площадь поршень 14 дюймов в квадрате, умноженный на константу «пи» или 14 x 14 x 3,14, что = 615 квадратных дюймов.На каждый квадратный дюйм этого приходится 250 фунтов ( давление пара), в результате чего общее усилие поршня составляет около 153000 фунты. Эта сила связана с ведущим колесом через шток поршня, главный стержень и шатун привода.

ход нашего двигателя 30 дюймов.Это означает, что шатун должен двигаться. 30 дюймов спереди назад, когда он вращается вокруг ведущей оси, когда ведущее колесо поворачивается. Это означает, что шатун должен находиться на расстоянии 15 дюймов от центр оси. Шатун кривошипа и ведущее колесо передают поршень сила к поручню.Когда шатун находится в точке вращения непосредственно под ведущей осью вы можете подумать о секции водитель между осью и рельсом как простой рычаг. Фиксированный конец рычаг находится на оси, а свободный конец — на направляющей.Сила применяется к этому рычагу на шатунной шейке. Шатун на расстоянии 15 дюймов от фиксированный конец рычага и направляющей на расстоянии 30 дюймов от фиксированного конца. дает СНИЖЕНИЕ усилия на кривошип в 2: 1. В другом Словом, рельс ощущает только половину силы, приложенной к поршню.В Поршень создает усилие в 153 000 фунтов, а 76 000 фунтов ощущаются на рельсе.

Ограничения

Есть Есть несколько проблем с предположением, что полная мощность локомотива может быть применимо к рельсу, однако. Во-первых, у нас только 250 000 фунтов водители.При 20% адгезии (вероятно, высокой для паровоза) это означает мы можем применить к водителям только 250 000 x 0,20 = 50 000 фунтов до они поскользнутся. Таким образом, мы не можем использовать все эти 76 000 фунтов тяги. Только 50 000 фунтов этого.

в на первый взгляд кажется, что нам даже не стоит пытаться Развивайте это количество тяги для начала.Возможно, нам следует снизить давление в котле до 164 фунтов на квадратный дюйм, поэтому мы развиваем только 50 000 фунтов? Или может мы должен уменьшить диаметр цилиндра и, следовательно, размер поршня. до 22 дюймов, поэтому мы создаем только 50 000 фунтов тяги? Или мы можем увеличьте размер драйверов до 92 дюймов! Это ограничит тягу достигая рельса до 50 000 фунтов.

Кому использовать всю доступную мощность, мы могли бы увеличить нагрузку на водителей но не намного. У нас уже есть 62 500 фунтов на каждую ведущую ось и 70000 фунтов — это максимальная нагрузка на ось, т. Е. Максимальная нагрузка на рельс. держать.Чтобы использовать полную тягу 76000 фунтов при 20% сцеплении, нам потребуется 380 000 фунтов на водителя или 95 000 фунтов на ось! Согните эти рельсы! Таким образом, наш единственный способ увеличить нагрузку на ведущие мосты — это добавьте еще одну ведущую ось и увеличьте их все до 70000 фунтов предел.Это даст нам 350 000 фунтов стерлингов на водителей, что близко к необходимому уровню. 380 000 фунтов. Однако нам все равно нужно использовать один из других упомянутые выше методы для уменьшения остаточной избыточной силы. И из Конечно, теперь у нас есть 4-10-4 или 2-10-2, а не 4-8-4.

В на самом деле нам не нужно делать ничего из того, что мы обсуждали, чтобы получить локомотив на работу. До сих пор мы рассматривали некоторые из ограничения, которые необходимо учитывать, и различные способы их компенсации. Реальный факт заключается в том, что наш оригинальный локомотив 4-8-4 не доставит 76000 единиц. фунтов на перила, на самом деле всего около 50 000 фунтов.Это потому что мы не может подавать пар полного давления котла на поверхность поршня на протяжении всего рабочего хода. СРЕДНЕЕ давление в баллоне выше длина хода на самом деле будет несколько ниже максимальной давление котла.

Там Для этого есть несколько причин. Если допустить пар под давлением котла в цилиндр до конца хода поршня, мы тратить пар. Подумайте об этом В конце хода шатун непосредственно за ведущей осью.Нажимая на шатунный штифт в этом положение ничего не делает для вращения ведущего колеса. Все силы попробуйте согнуть шток и срезать шатун. Так что вообще нет смысла при использовании пара для поддержания давления в цилиндре, близкого к давлению котла, как поршень приближается к концу своего хода.Мы можем также отрезать впускной клапан рано и сохранить этот пар.

Это означает, что поршень больше не работает на полную мощность на протяжении всего хода, поэтому наша средняя тяга значительно ниже, чем максимальная производительность поршня.Поршень прилагает усилие только для примерно на одну восьмую оборота водителя, та часть, когда его рукоятка штифт находится в нижней части своего вращательного хода. Это соответствует середине хода поршня. У локомотива четыре поршня, но два цилиндры двустороннего действия.Шатун с другой стороны драйвера отклонен от этой стороны на 90 градусов, поэтому рабочий ход каждого поршня обеспечивает свою тягу в другой четверти оборота водителя.

Постоянная сила

При На данный момент мы определили, что наш локомотив развивает около 50 000 фунтов непрерывной тяги.Обратите внимание, что это усилие постоянно независимо от скорости. Пока мы сохраняем одинаковое давление пара на поверхности поршни, одинаковая сила создается независимо от скорости локомотива. А STEAM LOCOMOTIVE — МАШИНА ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ! Это очень важный факт.Он принципиально отличается от дизель-электрического. локомотив, который представляет собой машину постоянного л.с. На первый взгляд может показаться что машина с постоянной силой отлично подойдет для локомотива и действительно, в некоторых отношениях это так. Поскольку сила или тяга паровоза постоянно независимо от скорости, что это говорит о HP? Лошадиных сил — произведение скорости тяги на скорость (деленное на константу).Если тянуть постоянна, и скорость увеличивается, тогда также увеличивается HP. Итак, вы видите, мой первоначальный вопрос, спрашивающий «с какой скоростью» развивается HP, был справедливый вопрос в конце концов. Если вы цитируете паровоз HP, вы также должны указать скорость.

Сила тяги

Позволяет соедините наш паровоз с поездом. Для нашей цели вес поезд не имеет значения, так как мы просто собираемся ускорить его на уровне отслеживать. Более тяжелый поезд (с большей массой) будет ускоряться медленнее, чем поезд легче, но результат будет тот же.Открываем дроссель широкий и мгновенно паровоз развивает тягу в 50 000 фунтов. В виде локомотив ускоряется от 0 миль в час, он развивает все больше и больше HP. Здесь представляет собой таблицу теоретических лошадиных сил нашего локомотива с постоянным тяговым усилием 50 000 фунтов,

10 миль в час = 1333 л.с.

15 миль в час = 1999 л.с.

20 миль в час = 2666 л.с.

25 миль в час = 3333 л.с.

30 миль в час = 3999 л.с.

35 миль / час = 4666 л.с.

40 миль / час = 5333 л.с.

45 миль / час = 5999 л.с.

50 миль / час = 6666 л.с.

и так далее.Человек, что за машина!

Поезд сопротивления

Но на самом деле так не получается. Поезд не катится свободно. На некоторой скорости сопротивление качению нашего поезда будет равняться 50 000 доступно тяговое усилие дышла, и ускорение прекратится.Согласно по формуле Дэвиса для сопротивления поездов, поезд на 50 вагонов 2500 тонн будет иметь 50 000 фунтов сопротивления на скорости 117 миль в час. На этой скорости локомотив будет генерирующий 15 600 л.с. Очевидно, этого не происходит, почему бы и нет?

Мощность котла

А. скорость локомотива увеличивается, так же как и скорость поршня.Поршни делают больше и больше ударов за меньшее время. Каждый рабочий ход требует пар. На некоторой скорости аппетит цилиндров к пару идет на убыль. опережать мощность котлов по его поставке. Давление пара составляет собирается упасть.Более низкое давление пара означает более низкое давление в цилиндре, которое означает меньшее усилие поршня и, следовательно, меньшее тяговое усилие. Поскольку HP паровоз — это его тяга, умноженная на скорость, и HP также выравнивается. HP — это ограничивается мощностью котла по выработке пара.Мы можем исправить это за счет увеличения размера топки для сжигания большего количества топлива и увеличения бойлер больше, чтобы вместить больше дымовых труб для увеличения теплообмена площадь. Но теперь у нас есть более крупный, другой локомотив. Тот, который тоже может быть тяжелый для поддержки 4 ведущих осей.

Вы из приведенной выше диаграммы видно, что если наш локомотив оснащен 3000 Котел высокого давления начнет выдыхать пар на скорости около 25 миль в час. Это как быстро, как может двигаться локомотив, и при этом обеспечивать тяговое усилие в 50 000 фунтов. Но он может пойти быстрее, если мы не потребуем от него 50 000 фунтов тяги.Если давление пара падает вдвое с 250 фунтов на квадратный дюйм до 125 фунтов на квадратный дюйм, затем в цилиндре сила составляет половину, а тяга локомотива — половину. Сейчас в локомотиве всего 25000 фунтов тяги вместо 50 000. Давление в котле упадет как это плохая практика.Это неэффективно. Также влияет на вспомогательные устройства, такие как электрогенератор, воздушный компрессор и кочегар двигатель. Было бы намного лучше, если бы мы держали давление в котле на уровне 250. psi и ограничили количество пара, подаваемого в цилиндры.Вместо использования первоначального количества пара и повышения давления в котле упадет до половины исходного давления, мы можем использовать половину количества пара при полном давлении котла. Результирующая сила такая же.

Отсечка

Ср может ограничить количество пара, поступающего в цилиндры, оставив впускные клапаны открываются для меньшего хода.Закрываем впускные клапаны ранее в инсульте. «Отрезаем» подачу пара к цилиндрам. рано. Это именно то, что отрезает рычаг (иногда его называют Johnson Bar в США и реверсивный рычаг в Великобритании). Когда Инженер регулирует отрезной рычаг, «зарезает зазубрины», «зацепляет бар Джонсона «, он ограничивает количество пара, идущего в цилиндры.Если мы введем в цилиндры половину количества пара, как раньше, то среднее усилие на поршнях будет вдвое меньше что было раньше. Это переводится прямо в половину тяги, как перед. Теперь наш локомотив обеспечивает тяговое усилие только 25 000 фунтов в любой момент времени. скорость вместо 50 000.Это значит, что наш локомотив продолжит свою работу. чтобы ускорить наш поезд, хотя и медленнее, пока продукт новое более низкое тяговое усилие, умноженное на новую более высокую скорость, равняется 3000 л.с. мощность котла еще раз. На этой новой, более высокой скорости цилиндры будет двигаться в два раза быстрее, чем раньше, но каждый ход только потребляет вдвое меньше пара.Общее использование пара такое же, как и раньше, и наши Котел 3000 л.с. может не отставать. В первом сценарии локомотив начал выдыхается пар на скорости 25 миль в час. Теперь не начинает кончаться скорость до 50 кмч.

Далее ограничение потока пара в цилиндры означает, что локомотив будет двигаться даже быстрее, прежде чем скорость поршня заставит этот уменьшенный поток пара равняется мощности котла.Конечно, в результате тяга будет ровной. также ниже. И снова результат этого еще более низкого и более высокого напряжения. скорость будет равна 3000 л.с., мощность нашего котла по производству пара.

Так этот паровоз — не просто машина ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ.Это всего лишь машина постоянной силы от 0 до 25 миль в час. Выше этой скорости мы должны ограничить силу с помощью отключения, чтобы мы не превышали HP котла вместимость. На скорости выше 25 миль в час локомотив имеет ПОСТОЯННУЮ мощность, как и Дизель-Электро.Я сказал ранее, что мы можем увеличить размер котел и локомотив продолжат развивать больше HP по мере его ускорения. Это имеет ограничения, отличные от описанной проблемы размера и веса. ранее. Даже если у нас есть котел, рассчитанный на огромную мощность, есть проблема попадания всего этого пара в цилиндры и из них. постоянно сокращающийся период времени.

Противодавление

чем быстрее движется локомотив, тем быстрее поршни движутся вперед и назад в цилиндров и тем меньше времени у нас есть во время каждого хода для перемещения пара. В некоторые ограничения скорости в дроссельной заслонке, паровых трубах и проходы клапана вызовут значительные падения давления.Давление падение означает меньшую силу и меньше развитого HP. На такте выхлопа мы вывести весь этот пар из цилиндра через выхлоп клапаны, выхлопной трубопровод и выхлопное сопло. Если нам не удастся это, тогда некоторое давление пара остается в цилиндре, давя на неправильная поверхность поршня и обнуление части давления пара на силовой стороне этого поршня.Это давление называется противодавлением. По этим причинам мы должны ограничить количество пара, которое мы пытаемся поставить через цилиндры на высокой скорости. Снова входит отрезной рычаг. пригодится для этого. Так что по мере увеличения скорости мы должны «зарубить ее», отрезать пар перед каждым ходом, и HP выравнивается.Нет смысла поставить на этот локомотив котел побольше, потому что мы больше не можем пар через цилиндры все равно.

Пример

Сейчас что у нас есть основы, давайте посмотрим на настоящий локомотив, Роликовый подшипник Timken 4-8-4 # 1111.При испытаниях на НП он дал следующие результаты (округленные):

10 миль / час = 1400 л.с.

15 миль / час = 2100 л.с.

20 миль / час = 2600 л.с.

25 миль / час = 3000 л.с.

30 миль / час = 3000 л.с.

40 миль / час = 3000 л.с.

50 миль / ч = 3000 л.с.

дюйм его постоянная фаза тяги от 0 до 25 миль в час он произвел 50 000 фунтов тяги +/- 2000 фунтов.На скорости 50 миль в час он произвел всего 23000 фунтов. Эта реальная жизнь loco очень точно следует тому, что я предсказал.

Рисунок 1: Северный Тихий океан 4-8-4 Локомотив класса A-1, оснащенный демонстрационные роликовые подшипники Timken, поставленные в 1930 году.Номер 1111 был временным и привел к тому, что локомотив получил прозвище «Четыре Тузы ».

Сравнение дизель-электрических и паровых двигателей.

Это Timken 4-8-4 Loco № 1111 по сути представляет собой единый агрегат мощностью 3000 л.с. локомотив.Сравним его производительность с SD40-2. (или два агрегата 3000 л.с. F7, без разницы, пока общий вес то же самое). Наш 4-8-4 весит всего около 400000 фунтов, а не подсчет тендера. Его вес составляет около 250 000 фунтов. драйверы.Наш SD40 также весит 400 000 фунтов. Весь его вес на его драйверы. Пароход — это машина с постоянным тяговым усилием на скорости ниже 25 миль в час и машина с постоянной мощностью выше этой скорости. SD — это машина с постоянным HP во всем диапазоне от 8 миль в час до максимальной скорости.Какие последствия это у на поезде штанов?

Предположить мы подключаем каждый локомотив к одному и тому же поезду. В этом поезде 50 вагонов и весит 2500 тонн и мы катимся по ровной дороге. Поскольку оба локомотива По сути, агрегаты мощностью 3000 л.с. они будут одинаково работать на скоростях выше 25 миль / ч.Используя формулу Дэвиса для сопротивления качению поезда, находим что этот поезд будет развивать сопротивление качению 21000 фунтов на скорости 53 миль / ч Умножив эти цифры и разделив на постоянные 550 фут-фунт на HP дает нам 3000 HP. Этому поезду потребуется 3000 л.с. тяги на скорости 53 миль в час.Так что оба локомотива сделают это. Их производительность идентична.

Далее, мы раскатываем составы до уклона 0,75%. Теперь помимо прокатки сопротивление поезда у нас также есть сопротивление класса. Сорт сопротивление этого поезда составит 37 000 фунтов.Поскольку наши локомотивы могут только тянуть 21000 фунтов со скоростью 53 миль в час, наша скорость упадет. HP — это скорость, умноженная на тягу. Поскольку оба наших локомотива являются машинами с постоянной мощностью в этом диапазоне скоростей. это означает, что их тяга будет возрастать по мере замедления. Когда скорость падает сопротивление качению также падает.На некоторой скорости сумма снижение сопротивления качению и сопротивление уклону будут равны увеличению тяга локомотивов. Это происходит примерно на скорости 23 мили в час. Степень сопротивления будет 37000 фунтов, а сопротивление качению будет 13000 фунтов для всего 50 000 фунтов.Продукт 50000 х 23 кмч = 3000 л.с. Оба локомотивы по-прежнему будут работать идентично.

Сейчас давайте перейдем к более крутому уклону, скажем, на 0,8%. В этом классе у поезда есть 40 000 фунтов сопротивления уклона. Его сопротивление качению зависит от его скорость как обычно.Но на скорости 25 миль в час у него есть 13000 фунтов качения. сопротивление и 13 000 + 40 000 = 53 000 фунтов. В нашем паровом двигателе есть только 50 000 фунтов тяги. Поезд будет тормозить до катания. сопротивление равно 10 000 фунтов. (10000 + 40000 = 50000). Это произойдет в 5 миль / чНаш паровоз пролетит через этот холм вместе с этим поездом за считанные секунды. пять миль в час. Если вы умножите тягу на скорость, вы обнаружите, что паровой двигатель развивает всего 666 л.с.! DE с другой стороны продолжает развивать свои полные 3000 л.с. на любой скорости.Это означает, что как скорость DE падает, его тяга продолжает расти. На 21 милях в час качение сопротивление составляет около 12 000 фунтов. Устойчивость к классу по-прежнему составляет 40 000 фунты. Общий вес составляет 52000 фунтов, и DE может обеспечить такое тяговое усилие. скорость.52000 фунтов умножить на скорость 3000 л.с. (Если вы заблудились в математика помните, я упрощаю это и округляю. Фактическая математика 52000 фунтов x 1,4666 футов в секунду на милю в час x 21 миль в час / 550 фут-фунтов в секунду на л.с., что дает необходимое 2912 л.с.).

SD проведет этот поезд по этому классу со скоростью 21 миль в час! В пароход едва сделал это на скорости 5 миль в час! Более того, если мы перейдем к оценке 1,0% сопротивление уклона нашего поезда составляет 50 000 фунтов. Это все Пароход может собрать, на сопротивление качению не остается ничего.В пароход заглох. При уклоне в 1% наш SD40 все еще набирает обороты на 18-м уровне. миль / ч Фактически, он будет продолжать тянуть этот поезд на крутом подъеме. 1,3% при скорости 14 миль / ч. На этой скорости тяга составляет 80 000 фунтов. Если DE имеет коэффициент адгезии 20%, такой же, как у пароварки, тогда он поскользнется, если мы попытаемся подтянуть более 80 000 фунтов (20% от 400 000 фунтов = 80 000).Так что 14 миль в час — это самое медленное, что мы можем ехать на полном газу с SD40. Зато тяговое усилие DE гораздо более плавное. непрерывно, чем пульсирующая тяга парового двигателя. Из-за при этом коэффициент адгезии может составлять около 25%.Используя этот рисунок, мы может нагружать агрегат до тех пор, пока он не потянет 100 000 фунтов. Для нашего Вымышленный поезд выше этого развивает скорость 1,8% и скорость 11 миль в час.

От В этом обсуждении вы можете увидеть, что DE бьет руками паровоз вниз.На малых скоростях это не соревнование. Пароход ограничен своим фиксированное тяговое усилие. Тяга дышла фиксирована, потому что это функция давления в котле, диаметра поршня и отношения хода привода диаметр. Увеличение любого из этих значений позволит нашему паровому двигателю генерировать больше тяги.Но мы не можем его использовать. Пароход ограничен 50 000 фунтов тяги благодаря 20% -ному коэффициенту сцепления и 250 000 фунтов на драйверы. Изменение веса водителей приводит к совершенно иному паровой двигатель.

Рисунок 2: Канадская Тихоокеанская железная дорога General Motors EMD SD40-2 дизель-электрический локомотив.Это был один из самых удачных американский дизель когда-либо построенных локомотивов. Выпускался с 1972 по 1989 год. и многие до сих пор остаются в эксплуатации.

Бустеры

Один способ увеличения тяги без изменения колесной формулы это приводить в действие оси без привода.Мы можем добавить небольшие паровые цилиндры к прицепной грузовик. Теперь на малых оборотах, когда есть избыточная мощность котла мы можем использовать этот дополнительный пар в бустерном двигателе прицепного грузовика. Этот увеличит тягу на низкой скорости, потому что мы увеличили вес на водители, сделав не ведущие колеса водителями.Бустерные двигатели на прицепной грузовик были головной болью в обслуживании, насколько я понимаю. В то время как бустер помогает, он все равно не перекладывает всю нагрузку на водителей. Ведущий грузовик все еще обесточен, поэтому пароход по-прежнему не может сравниться с ним. ДЭ такой же общей массы.

Увеличение веса

Увеличение общий вес неэффективен. Вес локомотива не идет трек бесплатно. Чтобы передвигать его, как поезд, требуется HP. В вес локомотива — это компромисс между максимальной тяги, которую вы хотите, и эффективность.В нашей демонстрации наш SD40 составил 7,8% от общего количества вес поезда. Таким образом, он будет поглощать 7,8% собственного здоровья только движется сам. Паровой двигатель сделает то же самое. Но пар двигатели обычно рассчитаны на DRAWBAR HP, а не на цилиндр.Это значит, что способность перемещать локомотив уже вычтена, когда цитируя тягу дышла. Вам все равно придется платить за топливо, чтобы переместить loco, но его тяга не преуменьшается из-за этой потери.

DE, с другой стороны, оценивается в л.с. для тяги.Поэтому вы должны вычтите часть, необходимую для перемещения локомотива, чтобы получить HP, доступное для поезд. Это означает, что показатели производительности для DE выше будет примерно на 8% меньше заявленного. Несмотря на это, DE по-прежнему сияет по сравнению с паровозом.

Когда речь идет об эффективности HP по перемещению локомотивов, DE снова сияет. В У паровоза есть тендер, который при загрузке может весить столько же, сколько пар сам двигатель. Это означает, что для самоходки требуется вдвое больше лошадиных сил и топлива. паровоз и тендер как для DE.Не исключено, что пар локомотив, являющийся двигателем внешнего сгорания, в отличие от DE, являющегося двигатель внутреннего сгорания использует свое топливо более эффективно. Вот оно что может извлекать больше тепла из топлива для выполнения полезной работы.Этот компенсирует некоторую потерю эффективности при перетаскивании мертвого вес тендер. Я не знаю относительной эффективности сгорания паровоз против DE. Если у кого-то есть данные, чтобы показать, что я псих и мой физика ошибочна, тогда поправьте меня во что бы то ни стало.Я намеренно многие вещи округлены и упрощены, чтобы более продолжительное или более тупое чтение, чем оно есть.

От Из представленного мной обсуждения могу сделать только один вывод … железные дороги следует переоборудовать на дизельные электровозы, как только возможно, и паровые машины все должны быть разделены на металлолом.Ой … подождите … они сделали это. (Да, мне нравится смотреть на них, слушать к ним и нюхать их. Но я точно не хочу, чтобы они были на грани моего грузы).

Доказательство?

Один Могу с полным основанием спросить, почему я решил сравнить 4-8-4 с SD40? Короткий ответ — потому что это доказывает мою точку зрения.Всегда остерегайтесь писательские мотивы. Длинный ответ — потому что 4-8-4 (без тендера) и Оба SD40 весят одинаково и имеют мощность 3000 л.с. Наши SD40-2s варьируются от От 383 000 фунтов до 424 000 фунтов. В свое время я управлял многими SD40, поэтому я я знаком с тем, что они будут или не будут делать.Если я ошибся в моя физическая логика или математика результаты бы выделялись. я буду признать, что фигура была выходящей из строя согласно моим знаниям SD40. Если бы я использовал 2 единицы F7, это тоже было бы 3000 л.с., но это будет весить 500 000 фунтов или больше.Весь этот вес будет на драйверах и это сделало бы пароход еще хуже, чем SD40. Один может спросить, почему бы не использовать для сравнения GP40. GP40 тоже 3000 л.с. как 4-8-4 и как 4-8-4 он также имеет вес около 250 000 фунтов на драйверы.(На самом деле GP40, на которых я был, больше похож на 270 000 фунтов). А 250,000 фунтов GP40 будет в ничьей с 4-8-4 до поезда производительность обеспокоена. GP40 замедлится на подъеме до точка, в которой тяговое усилие дышла увеличилось до 50000 фунтов, как у SD40 и 4-8-4.Поскольку он продолжает замедляться, он доставит более 50 000 фунтов силы на колеса, и он проскользнет. Это должно быть дросселируется, чтобы поддерживать силу на уровне 50000 фунтов и, таким образом, становится машина постоянная тяга прям как у 4-8-4. Два локомотива виртуально идентичны в этом отношении.Более плавное усилие GP40 может сделать это чтобы получить более 20% адгезии, возможно, 25%. Это, конечно, несколько улучшить его производительность по пароварке.

Другой Разница появляется, когда вы смотрите на эффективность самодвижения.GP40 весит 250 000 фунтов против 800 000 фунтов для паровоза с тендером. Самоходный паровоз потребляет в 3 раза больше лошадиных сил. В GP40 имеет длину около 60 футов, а пароход — 110 футов. Проблема с паровоз с точки зрения физики — это старый жупел, вес на драйверах vs.общий вес. Я не вижу, чтобы они конкурировали с DE, пока вы можете построить двигатель танка 0-12-0, который будет работать на высокой или низкой скорости весь день и ночь без дозаправки. Все это, а у нас еще нет рассмотрел все распространенные жалобы на Steam vs.дизель-электрический.

Прочие баллы

Вы знаете, тот факт, что для пара требуется пожарный, не может быть MU, таким образом требуется экипаж на каждый локомотив, частые остановки воды, потребности частое техническое обслуживание, есть дисбалансы, которые истирают гусеницу, необходимо повернуты, нельзя оставлять на отдаленных территориях и т. д.и т. д. все должны быть приняты в учетную запись. В конце концов, важно соотношение цены и качества.

Почему сравните SD40 с паровозом 4-8-4. Потому что они оба были одинаковыми HP и такой же вес. Хотя чтобы быть действительно равным по весу в категорию I следовало включить тендерный вес.Если бы я сделал это, паровоз не смог бы даже выйти из стартовых ворот в этом сравнение.

Это Говорят, что мощность DE — это мощность двигателя, а не тягового тягового устройства, поэтому 3000 л.с. не совсем то же самое, что паровоз мощностью 3000 л.с.ОК. Так что если я пойду Чтобы сравнить одинаковые тягово-сцепные устройства HP, я могу использовать стихи DE 3600 HP паровоз мощностью 3000 л.с. Что ж, это делает DE еще более выгодным. Тем не менее, это мой реальный опыт, основанный на тоннаже поезда, классе и скорость, которую DE выкладывают 88% от своей номинальной мощности только для этого класса.Если вы примените формулу Дэвиса, чтобы узнать, какое сопротивление качению поезда находится на этой скорости и прибавьте это HP к классу HP, и вы обнаружите, что DE выдает 95% своей номинальной мощности на дышло. Конечно, это в низкие скорости и будут несколько ниже на высоких скоростях.

Некоторые скажем, я должен был использовать современный DE FT или F3. Почему? В Steam было 100 лет эволюции к тому времени, и DE был совершенно новым. Я говорю по крайней мере мы должны сравнить их после аналогичных эволюционных периодов. Некоторые говорят, что я следовало использовать сочлененный локомотив, такой как Allegheny или Big Boy.В Мое скромное мнение, сочлененный локомотив — это на самом деле две паровые машины постоянно MU’d вместе. Некоторые даже имели отдельные котельные секции и некоторые даже были соединены гармошкой. Итак, если бы я использовал сочлененный локомотив, то я должен использовать как минимум две единицы DE равно HP.«О нет, — восклицают они, — мы сравниваем только локомотивы с одной единицей». Мое мнение о сочлененных материалах см. Выше. В любом случае, поскольку сочлененный имеет два двигателя. Я буду использовать два двигателя. Если я установлю два GP40 двигателей, или два двигателя Dash9-44CW, или два двигателя SD80 на одном рама все равно будет выбивать шарнирно.

Но зачем применять искусственное ограничение единичным фреймом. Если бы был преимущество сделать это для DE, тогда это будет сделано. DD35s и 40-е не повторились. Если у меня два двигателя / генератора, почему бы не установить их на отдельных кадрах.Так они намного более универсальны. Если один спускается только один идет в магазин. Если движение на запад сегодня мало Я могу послать один на запад, а другой использовать на восток. Я даже могу переключиться на один если мне нужно. Сочлененный паровоз должен быть на одной раме, потому что это единственный способ, которым паровоз может быть «MU’d» и управляться с одним инженер и один пожарный.Это ограничение не распространяется на DE, так почему оговаривать это произвольно. Если мы собираемся ввести произвольные ограничения тогда я могу сравнить самый большой паровоз с самым большим DE, который может быть управляется одним экипажем. DE выиграют, 12-ю единица набросятся на обыграть любой чайник любого размера.

Если мы собираемся применить произвольные ограничения, тогда почему бы не сравнить локомотивы с равным количеством цилиндров? Паровозик всегда будет бить DE в этом сравнении. И сравнение совершенно бессмысленно. Мой ограничение того, что они оба имеют одинаковую мощность и один и тот же двигатель вес одинаково произвольный.Единственное, что действительно имеет значение, и единственное, что действительно может быть осмысленно сравнено, — это то, сколько каждая форма двигателя стоит RR. Суть в том, что все имеет значение. Ни HP, ни тяговое усилие, ни количество экипажей, ни стоимость топлива, а не покупная цена локомотива, не мощность, которую можно получить тоннаж по дивизии самый быстрый.Важна стоимость всего эти вещи вместе. Только полный пакет касается RR. В Общий пакет довольно сложный.

Итог

Что стоимость топлива для пара по сравнению с DE? Дело не только в том, сколько используется каждым.Дело не только в цене на нефть по сравнению с углем. Это еще и стоимость обращения с этим топливом, транспортировки его туда, где оно необходимо. Вы должны учитывать людские ресурсы. требуется для запуска, обслуживания и обслуживания каждого типа. Вы должны учитывать доступность, надежность каждого вида.И вы должны подумать о том, как в котором эксплуатируется RR. Если бы Steam оказался лучше, чем DE на высокоскоростные легковесные поезда, что не обязательно является плюсом, если RR не работает таким образом. Вы можете сказать, что RR ДОЛЖЕН работать, если способ.Что ж, это не твой RR. К тому же не все операции поддаются к высокоскоростным легковесным поездам. Применение этого требования к углю или зерновоз, где он должен использовать МНОГО HP на многих небольших поездах и вы будете оценивать его услуги и, следовательно, цену товара правильно через крышу.Необходимо сравнить весь пакет и общий стоимость каждой упаковки — единственное, что можно сравнить. Все остальное — академическая чушь.

Паровозы — обзор

12.4.4 Воздуховоды

Использование воздушных валов в железнодорожных туннелях XIX века в Великобритании произошло по двум причинам: для облегчения и ускорения строительства, а также для того, чтобы дым от паровозов мог улетучиваться из туннель и заверить пассажиров, что они не задохнутся дымом.Этот аспект воздушных валов, то есть соединение с открытым воздухом, также полезен для снятия скачков давления в туннелях путем выпуска некоторого количества сжатого воздуха из туннеля в атмосферу.

На рис. 12.6 показано влияние воздушного вала на изменения давления в задней части 200-метрового поезда, движущегося со скоростью 200 км / ч через туннель длиной 2000 метров. В обычном туннеле наихудшее изменение давления в течение 4 с (заканчивается на 17,3 с) составляет 1,59 кПа в задней части поезда. Когда воздушный вал включен, максимальное изменение давления за 4 с уменьшается до 1.38 кПа и происходит в течение 4 с, заканчивающихся 26 с.

Рисунок 12.6. Давление изменяется в задней части поезда в туннеле длиной 2000 м, с воздушным валом в средней точке и без него.

Расчеты, выполненные с помощью ThermoTun Online.

Способность воздушных валов ослаблять переходные процессы туннельного давления была признана с 1970-х годов, например, Варди (1976). Систематические исследования были предприняты Хенсоном и Поупом (1997) и Фигурой-Харди (2000). Первый исследовал снижение максимального изменения давления за 4 с в туннеле длиной 1140 м с использованием воздушных валов малого диаметра.Для прогнозов давления использовалась одномерная модель нестационарного сжимаемого течения с использованием метода характеристик. Расстояние между валами и их диаметры варьировались, и было обнаружено, что воздушные валы с малым внутренним диаметром являются эффективным и недорогим методом уменьшения переходных процессов туннельного давления; около 50 стволов диаметром один метр обеспечили почти 60% -ное снижение самых сильных изменений давления и были бы достаточно экономически эффективными в относительно мягких породах. Они обнаружили, что использование 20 воздуховодов соответствующей площади дает большее снижение максимального изменения давления за 4 секунды, чем удвоение площади туннеля.

Фигура-Харди (2000) исследовал общие тенденции и преимущества использования воздушных валов для снижения переходных процессов давления в туннеле с использованием метода одномерного нестационарного сжимаемого потока. Перед исследованием ERRI провела исследование литературы от имени UIC (UIC, 2005). Была оценена заявленная эффективность ряда устройств для снижения давления в туннелях, и был сделан вывод, что использование воздушных валов было наиболее рентабельным. Работа, о которой сообщил Фигура-Харди (2000), была продолжением литературного исследования и включала около 132 000 прогонов моделирования давления.Были рассмотрены две длины поезда и две разные аэродинамические характеристики. Скорость поездов варьировалась от 175 до 350 км / ч. Длина туннелей варьировалась от 500 до 5000 м с моделированием пяти коэффициентов блокировки. В каждом туннеле было расположено до семи воздуховодов с минимальным расстоянием между валами 250 м; они имели площадь поперечного сечения 6 м ² , которая, как было установлено отдельно, была близка к оптимальной для снижения давления. Были смоделированы переходы через туннель одиночного поезда, а также сценарии пересечения поездов обоих аэродинамических типов, а также незапечатанных и опломбированных поездов.На рис. 12.7 приведены некоторые примеры результатов из статьи.

Рисунок 12.7. Примеры результатов снижения давления, достигнутого введением воздушных валов, из Фигуры-Харди (2000).

(A) Изменение максимальных изменений давления за 10 с: два проходящих обтекаемых поезда с умеренным уплотнением на скорости 250 км / ч, L _tu = 5000 м; (B) среднее процентное снижение максимального изменения давления за 4 с: прохождение двух незапечатанных поездов (по всем коэффициентам блокировки, скоростям и длине поездов.

Чтобы проиллюстрировать использование воздушных валов в сложных инженерных проектах, давайте рассмотрим модернизацию магистральной линии Западного побережья в Великобритании в начале 2000-х годов. Расчеты переходных давлений в нескольких туннелях были предприняты до внедрения нового высокоскоростного герметизированного наклоняемого блока Pendolino Class 390 (Temple, 2006). Очень важным аспектом этого исследования было то, что, хотя поезда класса 390 были герметичными, и, следовательно, соблюдение пределов комфорта было легко для пассажиров этих поездов даже для предложенных более высоких скоростей, существующие поезда, использующие туннели, не были.Таким образом, на эти поезда легло бремя повышенного давления в туннелях, связанного с движением класса 390 на более высоких скоростях и соблюдением пределов комфорта для пассажиров. Только за счет правильного выбора рабочих скоростей для класса 390 или внедрения методов смягчения переходных процессов давления в затронутые туннели можно было достичь справедливой ситуации. Всего было исследовано пятнадцать туннелей XIX века, шесть из которых уже имели вентиляционные шахты. Было обнаружено, что меры по снижению давления потребуются в двух туннелях на маршруте, чтобы гарантировать, что акустический комфорт пассажиров незапечатанных транспортных средств, проезжающих новые поезда, не будет нарушен.В туннеле Стоу-Хилл, который проходит под открытой сельской местностью, в конечном итоге были построены четыре воздуховода, чтобы обеспечить увеличение скорости поездов в туннеле и соответствие желаемому критерию комфортного давления. Другой туннель, Northchurch, проходит под жилым комплексом, что ограничивало количество воздуховодов, которые можно было построить, до одного. Из-за появления верхней части воздушного вала в жилом массиве необходимо было уделить значительное внимание конструкции и внешнему виду конструкции головки вала, чтобы сделать ее визуально приемлемой, надежной и безопасной и чтобы любые модификации не снижали эффективность. сброса давления воздушного вала.Предложение о конструкции воздушного вала также должно было пройти через общественное расследование. Хотя туннель был облицован акустической облицовкой, поступали жалобы на уровни шума, исходящего от шахты после ее строительства и начала операций класса 390 из-за высоких скоростей воздуха, создаваемых в нем проезжающими поездами.

Как правило, использование воздушных валов может быть относительно недорогим вариантом, позволяющим уменьшить площадь поперечного сечения туннелей при соблюдении ограничений по давлению, а также снизит аэродинамическое сопротивление поездов, использующих туннели.Они также могут помочь с вентиляцией и контролем температуры, а также с удалением дыма в случае пожаров в туннелях. В качестве альтернативы воздушные валы могут не подходить, когда туннели очень глубокие или в неблагоприятных горных породах или в городских районах, и они могут вызывать шум, вызываемый воздушными потоками, создаваемыми в них движением поездов.

Локомотив | автомобиль | Британника

Полная статья

Локомотив , любая из различных самоходных машин, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила для состава поезда может быть встроена в вагон, в котором также есть пассажирские, багажные или грузовые помещения, она чаще всего обеспечивается отдельным блоком, локомотивом, который включает в себя механизмы для выработки (или, в корпус электровоза, чтобы преобразовать) мощность и передать ее на ведущие колеса. Сегодня у локомотива два основных источника энергии: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма двигателя, использовался почти повсеместно примерно до Второй мировой войны; с тех пор на смену ей пришла более эффективная дизельная и электрическая тяга.

Паровоз был самодостаточной единицей, имеющей собственный источник воды для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный источник топлива, но мощность дизельного двигателя не может быть напрямую связана с колесами; вместо этого необходимо использовать механическую, электрическую или гидравлическую трансмиссию. Электровоз не самодостаточен; он принимает ток от контактного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Подача третьего рельса используется только на городских скоростных железных дорогах, работающих на низковольтном постоянном токе.

В 1950-х и 60-х годах газовая турбина была принята на вооружение одной американской и некоторыми европейскими железными дорогами в качестве альтернативы дизельному двигателю. Несмотря на то, что его преимущества были сведены на нет достижениями в технологии дизельной тяги и повышением цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для организации высокоскоростного железнодорожного сообщения для регионов, где нет инфраструктуры для производства электроэнергии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Узнайте, как историки узнают о прошлом, например об изобретении первого современного паровоза.

Узнайте, как историки используют различные источники для обнаружения, проверки и построения повествования о событиях — таких как изобретение паровоза — это случилось в прошлом.

© Открытый университет (издательский партнер Britannica) Посмотрите все видеоролики к этой статье

Основные характеристики, которые сделали успешной ракету Rocket 1829 года Джорджа и Роберта Стивенсонов, — ее многотрубный котел и систему отвода пара и создания сквозняков. его топка — продолжала использоваться в паровозе до конца его карьеры. Вскоре количество сцепленных ведущих колес увеличилось. У Rocket была только одна пара ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре сдвоенных колеса, и в конечном итоге некоторые локомотивы были построены с 14 сдвоенными машинами.

Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. Средний диаметр составлял 1829–2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1 372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов.

Запасы топлива (обычно угля, но иногда и нефти) и воды могли транспортироваться на самой раме локомотива (в этом случае он назывался цистерной) или в отдельном транспортном средстве, тендере, сцепленном с локомотивом.Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9 000 кг (10 тонн) угля и 30 000 литров (8 000 галлонов) воды. В Северной Америке были распространены более высокие мощности.

Для удовлетворения особых потребностей тяжелых грузовых перевозок в некоторых странах, особенно в Соединенных Штатах, было получено большее тяговое усилие за счет использования двух отдельных агрегатов двигателя под общим котлом. Передний двигатель был шарнирно соединен или шарнирно соединен с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты.Шарнирно-сочлененный локомотив был изобретен в Швейцарии, первый из которых был построен в 1888 году. Самым большим из когда-либо построенных был Big Boy от Union Pacific, который использовался в горных грузовых перевозках на западе США. Big Boy весил более 600 коротких тонн, включая тендер. Он мог развивать тяговое усилие 61 400 кг (135 400 фунтов) и развивать более 6000 лошадиных сил на скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных шарнирно-сочлененных конструкций была модель Beyer-Garratt, которая имела две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, на которых были установлены резервуары для воды.Два шасси разделяла другая рама, на которой находился котел, кабина и подача топлива. Этот тип локомотива был ценен на слегка проложенных путях; он также может преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Постепенно совершенствовался поршневой паровоз с различными доработками. Некоторые включали более высокое давление в котле (до 2 000–2060 килопаскалей [290-300 фунтов на квадратный дюйм] для некоторых из последних локомотивов по сравнению с примерно 1300 килопаскалей [200 фунтов на квадратный дюйм] для более ранних конструкций), перегрев, питательная вода предварительный нагрев, роликовые подшипники и использование тарельчатых (перпендикулярных) клапанов, а не скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых современных паровозов редко превышал около 6 процентов. Неполное сгорание и тепловые потери из топки, котла, цилиндров и других объектов рассеивали большую часть энергии сожженного топлива. По этой причине паровоз устарел, но медленно, поскольку имел компенсирующие преимущества, в частности, простоту и способность противостоять злоупотреблениям.

Попытки приводить в движение железнодорожные вагоны с использованием батарей относятся к 1835 году, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда на выставке в Берлине появился электровоз.Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных и городских железных дорогах. Один из первых появился в 1895 году, когда Балтимор и Огайо электрифицировали участок пути в Балтиморе, чтобы избежать проблем с дымом и шумом в туннеле. Одной из первых стран, которые использовали электрическую тягу для работы на магистральных линиях, была Италия, где система была открыта еще в 1902 году.

К Первой мировой войне несколько электрифицированных линий работали как в Европе, так и в Соединенных Штатах.После той войны были предприняты крупные программы электрификации в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 20-х годов почти в каждой европейской стране имелся хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электротяга также была внедрена в Австралии (1919), Новой Зеландии (1923), Индии (1925), Индонезии (1925) и Южной Африке (1926). В период с 1900 по 1938 год в Соединенных Штатах был электрифицирован ряд столичных терминалов и пригородных сообщений, а также электрифицировано несколько магистральных линий.Появление тепловоза препятствовало дальнейшей электрификации магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительный процент путей стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирован, например, в Японии (100 процентов), Швейцарии (92 процента), Бельгии (91 процент), Нидерландах (76 процентов), Испании ( 76 процентов), Италия (68 процентов), Швеция (65 процентов), Австрия (65 процентов), Норвегия (62 процента), Южная Корея (55 процентов), Франция (52 процента), Германия (48 процентов), Китай (42 процента). процентов) и Соединенное Королевство (32 процента).Напротив, в Соединенных Штатах, где около 225000 км (140000 миль) путей стандартной колеи, электрифицированные маршруты практически не существуют за пределами Северо-восточного коридора, где компания Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , DC

Вторая половина века также ознаменовалась созданием в городах по всему миру многих новых электрифицированных городских скоростных железнодорожных систем, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги при условии наличия дешевой электроэнергии и плотности движения, оправдывающей высокие капитальные затраты.Электровозы, являясь просто энергопреобразующими, а не генерирующими устройствами, обладают рядом преимуществ. Они могут использовать ресурсы центральной электростанции для выработки мощности, значительно превышающей их номинальные характеристики, для запуска тяжелого поезда или для преодоления крутого подъема на высокой скорости. Типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в этих условиях в течение короткого периода времени развивает до 10000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише, чем другие типы, и не производят дыма и дыма.Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низкие, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самыми большими недостатками электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарной установки — токоведущих проводов, конструкций и силовых подстанций — и дорогостоящих изменений, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их схем от помех от высоких тягово-токовые напряжения и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым с помощью электрической тяги.

Повышение производительности и эффективности | Усовершенствованная паровая тяга

По поводу улучшения характеристик и эффективности локомотива Уордейл предлагает некоторые эрудированные наблюдения на странице 144 своей книги, обращая внимание на тот факт, что четыре категории, перечисленные в таблице вариантов модификации, все влияют на производительность и эффективность локомотива в самом широком смысле. смысл терминов:

“ Прежде чем подробно рассматривать изменения, необходимо объяснить философию, лежащую в основе такой комплексной схемы восстановления.Повышение производительности и эффективности паровозов было, по сути, вопросом минимизации предотвратимых потерь, что на современном языке называется «контролем потерь». Это применимо как в термическом, так и в механическом смысле. В последнем случае техническое обслуживание и неидеальная надежность были связаны с потерями — износ, последствия которого потребовали значительных усилий по техническому обслуживанию, по определению является потерей материала, а любой вид сбоя — это потеря способности. соответствующего компонента для правильного функционирования, что может быть связано с потерей зажимного усилия болта, который растягивается или ломается, или с потерей теплопроводности на поверхности теплопередачи, которая становится масштабной и т. д.В широком смысле механический износ означал потерю способности локомотива работать, как задумано, и локомотив, который в этом смысле был без потерь, был бы совершенно надежным. Хотя такие механические потери не могли быть сведены к нулю в реальном мире — например, тяговое усилие требовало несмазанной ползучести между колесными шинами и головками рельсов, что должно было привести к износу — в законах природы не было ничего, что говорило бы, что они не могут быть выполнены. намного меньше, чем обычно в паровозах (например, степень износа гильз цилиндров паровозов, поршней, колец и т. д.. может быть примерно в тридцать раз больше, чем для соответствующих компонентов дизельного двигателя).

«Учитывая тепловые потери, предел производительности любого теплового двигателя продиктован законами термодинамики, и соответствующие тепловые потери неизбежны, их величина при любой заданной выходной мощности зависит от верхней и нижней границ термодинамического цикла, в котором работает машина. работает. Несоответствие между этой теоретически достижимой эффективностью и фактически достигнутой представляет собой потери, которые не налагаются законами термодинамики и которых, следовательно, потенциально можно избежать (или, по крайней мере, в значительной степени), или, другими словами, это мера степени, в которой производительность реальной машины не соответствует идеальной.В случае паровозов предотвращаемые тепловые потери были слишком высоки, а в худшем случае могли быть просто ужасающими.

«Принимая класс 25NC, КПД цикла Ренкина для термодинамических пределов, между которыми работал двигатель, то есть потенциальный КПД, допускаемый законами термодинамики, составлял 17%, однако из динамометрических испытаний автомобиля можно сделать вывод, что на скорости 90 км / ч. h и максимальной мощности тепловой КПД, при котором полезная работа производилась на дышле, составлял всего 3,3%, или одну пятую от этого теоретического максимума.Угольный ковер, которым были устланы железнодорожные пути везде, где работали угольные паровозы, было безмолвным свидетельством этого печального факта. Таким образом, схема улучшения характеристик существующих локомотивов должна была направлена ​​на предотвращение потерь, особенно там, где они были самыми высокими.

«Было ясно, что существуют большие возможности для снижения тепловых потерь от класса 25NC: кроме того, данные о стоимости показали, что при нормальном обслуживании между Кимберли и Де-Аар стоимость топлива этих локомотивов примерно в три раза превышала их стоимость обслуживания, следовательно, приоритет отдано атакующим тепловым потерям.