Tento článek popisuje zařízení a princip činnosti vozidlo - parní lokomotiva .
Parní lokomotiva se skládá ze tří hlavních částí: parního kotle , parního stroje a podvozku . V parní lokomotivě je navíc zařazen tendr - speciální přívěsný vůz, který slouží k uskladnění zásob vody a paliva [1] [2] . V případě, že je voda a palivo uloženo na samotné parní lokomotivě, pak se jedná o cisternovou lokomotivu .
Parní kotel slouží k výrobě vodní páry spalováním paliva, které je primárním zdrojem energie. Pára na parní lokomotivě je hlavní pracovní tekutinou a používá se k provozu parního stroje a různých pomocných zařízení (zejména parovzdušné čerpadlo , generátor parní turbíny ) a používá se také ve zvuku. signály - píšťalka a tajfon .
Motor parní lokomotivy je trakční parní stroj, který přeměňuje energii páry na vratný pohyb pístu , který se pomocí klikového mechanismu přeměňuje na rotační hnací kola .
Posádka lokomotivy, skládající se z rámu a podvozku , je základem (kostra) lokomotivy a slouží k přenášení veškerého vybavení a také k pohybu lokomotivy po kolejích .
Protože parní kotel je primárním zdrojem energie, činí z něj hlavní součást parní lokomotivy. V tomto ohledu je na kotel kladena řada požadavků. Mezi tyto požadavky patří především spolehlivost (bezpečnost) kotle - vzhledem k tomu, že tlak páry může dosahovat velmi vysokých hodnot (až 20 atm. a výše), což z kotle dělá potenciální bombu, a jakákoliv konstrukční vada může vést k explozi , a tím zároveň připravit lokomotivu o zdroj energie. Právě výbuch parního kotle byl v 19. století jedním z nejpádnějších argumentů proti zavedení trakce lokomotiv.
Také parní kotel by měl být snadno ovladatelný, udržovatelný a opravitelný, měl by být schopen pracovat na různé druhy a druhy paliva, být co nejvýkonnější a také hospodárný [3] .
Parní kotel se skládá z částí, které jsou pro přehlednost často rozděleny do pěti skupin [3] [4] :
Klasický kotel parní lokomotivy se skládá z následujících hlavních částí (na obrázku výše - zleva doprava) : topeniště , válcová část a udírna [4] .
PecTopeniště , které je zároveň spalovací komorou , slouží k přeměně chemické energie obsažené v palivu na energii tepelnou . Konstrukčně se topeniště skládá ze dvou ocelových skříní zasazených do sebe: topeniště (samotné topeniště) a pláště , vzájemně propojených speciálními spoji . Lokomotivní pec pracuje v extrémně obtížných teplotních podmínkách, protože teplota spáleného paliva může dosáhnout 1600 ° C a mezi topeništěm a pláštěm je během provozu vrstva páry pod vysokým tlakem (desítky atmosfér). Topeniště je proto sestaveno z minimálního možného počtu dílů, konkrétně topeniště se skládá z pěti plechů: stropního, dvou bočních, zadního a trubkového roštu. Ta je místem přechodu z pece do válcové části [5] .
Ve spodní části topeniště je rošt , který slouží k udržení vrstvy hořícího tuhého paliva. Jak již z názvu vyplývá, má mřížkovou konstrukci, která zajišťuje proudění čerstvého vzduchu do pece. Velké rošty se skládají z několika samostatných roštů - roštů . V zadním plechu topeniště je otvor pro šroub , kterým je vhazováno palivo. U výkonných parních lokomotiv jsou v horní části topeniště umístěny cirkulační trubky a (nebo) termosifony , které slouží ke zvýšení cirkulace vody v kotli. Na tyto trubky je připevněn speciální oblouk z cihel , který chrání strop a trubkový rošt před vystavením otevřenému plameni [5] .
Topeniště se mezi sebou vyznačují tvarem stropu: s plochým stropem a radiálním. Topeniště s plochým stropem, známé také jako topeniště Belper , má poměrně velký objem topeniště, aby bylo zajištěno úplné spálení paliva. V důsledku toho byly takové topeniště u raných parních lokomotiv velmi běžné a v řadě zemí se vyráběly až do konce výstavby parních lokomotiv (např. parní lokomotivy Er , vyráběné Československem a Polskem do roku 1957 ) . Belperova pec se však obtížně spojuje s válcovou částí kotle. Velká šířka navíc omezuje použití z hlediska rozměrů, zejména v horní části, a na výkonných parních lokomotivách je nutné zřídit velké množství spojení mezi topeništěm a skříní, protože ploché plechy jsou méně odolné proti vysoký tlak kotle. Proto se na výkonných parních lokomotivách začaly používat topeniště s radiálním stropem ( radial firebox ). Radiální topeniště je lehčí než topeniště Belper a lépe odolává vysokému tlaku páry. Radiální topeniště má však vážnou nevýhodu: relativně malý objem prostoru topeniště, díky kterému se palivo spaluje méně efektivně, a nespálené částice uhlí mohou poškodit vnitřní povrch kotle. Proto se v přední horní části takových topenišť často instaluje přídavné spalování , které zlepšuje účinnost spalování paliva (i když je tento názor často přehnaný) [5] [6] .
Válcová část kotleVálcová část parního kotle je jeho hlavní částí, protože v ní dochází k hlavní výrobě páry . Ve skutečnosti je válcová část ohnivzdorný kotel , protože voda se ohřívá díky velkému počtu (až několik stovek kusů), které jí procházejí požárními trubicemi , uvnitř kterých proudí tepelný vzduch. Plášť válcové části se skládá z několika bubnů (obvykle tří nebo více), spojených teleskopickým způsobem, to znamená, že jeden je zasazen do druhého. Poprvé byl vícetrubkový kotel na parních lokomotivách použit v roce 1829, konkrétně na slavné „ Raketě “ od Stephensona .
Často je ve válcové části také přehřívák , který je umístěn v trubkách, které jsou v podstatě podobné kouřovým trubicím, ale mají větší průměr. Takové trubky se již nazývají požární trubky a samotný přehřívák je požární trubice .
UdírnaKotlový komplet - přístroje a zařízení pro zajištění tepelného provozu kotle. Umožňují vám spálit správné množství paliva s nejmenšími ztrátami. Podle umístění se rozlišuje sestava topeniště a sestava udírny. Za zmínku také stojí takové zařízení, jako je vyfukovač sazí , který může být umístěn jak v topeništi, tak v topeništi topeniště, nebo může být dokonce přenosný. Vyfukovač sazí slouží k čištění vnitřního povrchu dýmovnice a plamence od sazí a popela , čímž se zvyšuje přenos tepla z horkých plynů stěnami potrubí do vody a páry. Čištění se provádí nasměrováním proudu páry do potrubí. Následně byly na mnoha parních lokomotivách demontovány dmychadla sazí [7] .
Souprava peceV první řadě stojí za zmínku rošt umístěný v topeništi na úrovni rámu pece. Tento rošt slouží k udržení vrstvy hořícího tuhého paliva a také, jak již název napovídá, k němu díky štěrbinám zajišťuje proudění vzduchu nezbytné pro spalování. Vzhledem k velkým rozměrům (u lokomotivy řady L jsou její rozměry 3280 × 1830 mm ) je rošt vyroben ze samostatných prvků - roštů , které jsou umístěny v příčných řadách. U raných parních lokomotiv byly roštové tyče pevné, později se začaly stavět parní lokomotivy s pohyblivými (houpacími) roštovými tyčemi, což umožnilo zjednodušit čištění pece od strusky a popela . Pohon otočného roštu je převážně pneumatický. Struska a popel z pece se nalévají do speciálního bunkru umístěného pod pecí - popelník , jehož horní část pokrývá celý rošt a spodní část je kvůli nedostatku volného prostoru umístěna hlavně mezi stranami. hlavního rámu lokomotivy. Pro průchod vzduchu do pece je popelník vybaven speciálními ventily, které se používají i k čištění bunkru od strusky. K soupravě topeniště patří i dvířka pece , která uzavírají otvor pro šroub (slouží k vhození paliva do topeniště), čímž oddělují prostory topeniště a kabiny řidiče. Vzhledem k tomu, že popelník i rošt poskytují čerstvý vzduch do topeniště, může ucpání (struskování) jejich vzduchových kanálů a štěrbin vést k vážnému poklesu výkonu kotle, proto při použití antracitu a nízkokalorického uhlí použijte zvlhčovač strusky se používá , což je několik trubek s otvory umístěnými po obvodu roštu. Periodicky jimi prochází pára, která snižuje teplotu na samotném roštu a při kontaktu se struskou jej činí poréznějším [7] .
Pokud je parní lokomotiva vytápěna olejem nebo topným olejem (běžné v moderních[ kdy? ] parní lokomotivy), pak jsou v peci instalovány olejové trysky a ropovody . Trysky zajišťují jemný rozstřik paliva, který je nezbytný pro jeho úplné spálení. Současně je z topeniště odstraněn rošt a místo něj je do popelníku a topeniště instalována speciální cihlová klenba (také známá jako cihelné zdivo ), která slouží jako dodatečná ochrana topeniště před plamenem s vyšší teplotou. (přes 1600 °) než u topení uhlím a také pro racionalizaci spalovacího procesu - pokud plamen nakrátko zhasne, pak rozžhavená klenba pomůže zapálit palivo přicházející po přestávce. Celková hmotnost tohoto oblouku je však mnohem vyšší než u roštu, takže přesun parní lokomotivy z uhlí na topení olejem zvyšuje celkovou hmotnost lokomotivy, zejména její zadní části [7] .
Smoke box headsetSpalování paliva vyžaduje vzduch, a to poměrně hodně: na 1 kg uhlí nebo topného oleje je potřeba 10-14 kg nebo 16-18 kg vzduchu. Je zřejmé, že přívod takového množství vzduchu do spalovací komory (pec) přirozenou cestou je prakticky nemožný, což si vynucuje vytváření umělého tahu plynů v kotli. K tomu je v udírně instalováno speciální zařízení pro odvod kouře , které zajišťuje proudění vzduchu do pece vytvořením vakua v kouřové komoře. Lokomotivní odtahová zařízení jsou v několika provedeních, ale téměř všechna pracují na již vyčerpanou páru vycházející z trakčního parního stroje , což umožňuje měnit přívod vzduchu v závislosti na výkonu stroje, tedy tím intenzivněji. motor pracuje, tím silnější je spalování a tím více páry vzniká [7] .
Nejjednodušším zařízením pro odvod kouře je kužel , který vypadá jako tryska ve tvaru kužele instalovaná pod komínem. Princip činnosti kužele spočívá v tom, že výfuková pára, která jím prochází, získává vysokou rychlost (až 250-350 m / s), načež je odeslána do komína, kde strhává vzduch a vytváří vakuum v kouřová komora. Kužele se dodávají v různých provedeních, včetně jedno-, dvou- a čtyřotvorových, variabilních a konstantních průřezů, se společným a odděleným výstupem. Nejpoužívanější čtyřotvorový kužel proměnného průřezu se samostatným vypouštěním, to znamená, kdy pára z pravého a levého válce je vypouštěna odděleně. Navzdory jednoduchosti konstrukce však nelze kužel použít na parních lokomotivách s kondenzací výfukové páry, proto se na nich jako zařízení na odvod kouře používá ventilátor (plynová pumpa) . Pohon ventilátoru je realizován z odváděné páry, což podobně jako u kužele zajišťuje automatické nastavení tahu. Ventilátorový tah se pro své přednosti začal používat i na parních lokomotivách bez kondenzace odpadní páry (např. sovětské CO in a Sum ), avšak pro řadu nedostatků (složitější konstrukce než u kuželové, a tudíž vyšší náklady na opravu, vysoký protitlak při uvolňování páry, obtížná práce při vysokých odstávkách) v 50. letech 20. století. ventilátorový tah byl nahrazen kuželovým [7] .
Kotel se vyznačuje následujícími parametry:
Parní stroj lokomotivy se skládá z válců odlitých jako jeden kus s cívkovými skříněmi , mechanismu pro přenos síly na hnací kola ( klikový mechanismus ) a mechanismu rozvodu páry . Válce parního stroje (které jsou na parní lokomotivě 2 a více) jsou odlity z oceli a připevněny k rámu šrouby, nebo jsou pravý a levý parní stroj odlity dohromady, jako na pozdějších parních lokomotivách.
V parních lokomotivách se používají tyto typy parních strojů:
Většina parních lokomotiv používala jednoduché dvouválcové stroje, účinnost byla zvýšena zavedením přehříváku a výkon byl zvýšen vytvořením kloubových lokomotiv a zvýšením výkonu kotle.
Mechanismus rozvodu páry (zpravidla vahadlový) parní lokomotivy sestává z vahadla 1 , kyvného na nápravě a spojeného svým spodním koncem s čepem protikliky 2, namontovaným na hnacím kole pod určitým úhlem ke klice . Pohyb ze zákulisí je přenášen pomocí radiálního tahu 3 na horní konec páky ( kyvadla ) 4; spodní konec kyvadla přijímá pohyb od jezdce 5. Pohyb cívky 6 je hlášen z mezilehlého bodu kyvadla. Pomocí kolébkového mechanismu se provádějí všechny fáze distribuce páry (cívka), výkon parní lokomotivy se reguluje změnou stupně plnění (odpojení) páry do válce 7 a reverzací 8 - získání zpětný chod parní lokomotivy.
V některých případech, aby se dočasně zvýšila tažná síla (při rozjezdu a při stoupání), je na parních lokomotivách kromě hlavního parního stroje instalován pomocný ( posilovač ), který přenáší práci na nosné nápravy lokomotivy. nebo na tendrovou nápravu.
Další prvky lokomotivního stroje:
Osádková neboli rámová část lokomotivy se skládá z rámu, na kterém je instalován kotel a válce, dvojkolí s nápravovými skříněmi, pružiny s vyvažovači a podvozek.
Na středech všech hnacích dvojkolí jsou v celku odlita protizávaží pro vyrovnání setrvačných sil excentricky rotujících hmot [8] (klika, čepy, dvojčata a na hnacím kole navíc protiklika a část hnací ojnice).
Strojníci ( lokomotivní brigáda ) byli v kabině a veškeré ovládání lokomotivy bylo soustředěno. Do budky šla i zadní část topeniště s otvorem pro šroub pro nakládání paliva.
Tendr je speciální vůz se zásobou vody a paliva. Tendr výkonných parních lokomotiv má automatický podavač uhlí (přikládací) [9] . Často měly tendry standardní provedení a byly používány s několika řadami parních lokomotiv.
Na parních lokomotivách pro suché nebo nevybavené plochy s čistou vodou se používala kondenzace páry na tendru ( tendrové kondenzátory ) [8] .