Двигатель паровоза: Паровозы. Паровые двигатели :: Класс!ная физика

Паровозы. Паровые двигатели :: Класс!ная физика

Принцип работы паровоза

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

• Принцип работы и устройство паровоза
• Паровой котел
• Топка
• Схема работы
• Преимущества
• Недостатки
• Устройство паровоза и немного о паровых двигателях
• Что внутри у паровоза
• Общее устройство паровоза
• Что находится внутри паровоза?
• Видео по теме
• Бездымный паровоз, или Паровой аккумулятор повышенной емкости

Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера. Сегодня устройство паровоза можно считать устаревшим, так как еще в середине XX века были созданы тепловозы и электровозы – более экономичные локомотивы. Хотя, как уже говорилось, даже сейчас паровозы продолжают работать.

Принцип работы и устройство паровоза

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

• паровую машину;
• котел;
• экипаж.

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

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

Паровой котел

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

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

Топка

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

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

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

Схема работы

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

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

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

Преимущества

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

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

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

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

Недостатки

Без недостатков тоже не обошлось:

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

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

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

Устройство паровоза и немного о паровых двигателях

Принципиальная конструктивная схема паровоза: 1 — топка; 2 — зольник; 3 — паровой котёл; 4 — дымовая коробка; 5 — будка; 6 — тендер; 7 — паровой колпак; 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 — тормозная колодка; 21 — паровоздушный насос; 22 — сцепное устройство; 23 — свисток; 24 — песочница.

Отличия пассажирского и грузового паровозов

Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колёс, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;Скорость пассажирских паровозов должна быть выше, для этого увеличивают диаметр сцепных колёс и устраивают перед ними «бегунковые» колёса меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колёс.

Что внутри у паровоза

Еще несколько десятилетий назад составы по железным дорогам тянули только паровозы. По своей сути паровоз представляет собой самодвижущуюся машину, предназначенную для перемещения вагонов и оснащенную паросиловой установкой. Это самый старый тип локомотива, который всецело господствовал на железных дорогах всего мира в XIX веке. Как же устроен паровоз?

Общее устройство паровоза

За многолетнюю историю развития железнодорожных самодвижущихся установок конструкция и размеры паровозов не раз менялись. Совершенствовались отдельные узлы и агрегаты, повышалась мощность паросиловой установки. Но в целом внутреннее устройство паровоза во все времена оставалось одним и тем же. В библиотеках и сегодня можно отыскать детальные описания принципов работы машин, приводимых в движение паром («Как устроен и работает паровоз», В.А. Дробинский, 1955).

Традиционно паровоз включает в свой состав паровой котел, паровую машину, экипаж, а иногда и тендер. Все эти части очень тесно связаны между собой и по отдельности практически ничего не значат. В котле вырабатывается сжатый пар. Машина является потребителем пара и превращает его тепловую энергию в механическую, которая, в свою очередь, приводит в действие колеса паровоза.

Экипаж преобразует вращение колес в поступательное движение всей конструкции, а также передает тяговое усилие тендеру и всему составу.

Что находится внутри паровоза?

Паровой котел очень прост по своему устройству. В нем есть топка, где сжигается топливо. При этом образуются раскаленные газы. В резервуаре нагревается вода, что способствует получению сжатого пара. Имеется также камера с трубой, через которую продукты сгорания отводятся из пространства топки.

Паровая машина предназначена для единственной цели: с максимальной выгодой преобразовывать энергию перегретого пара, создаваемого в котле, в другой вид энергии. Ведь только механическая энергия способна обеспечить вращение колес паровоза. Главные элементы паровой машины – это цилиндры. Обычно каждый паровоз имеет пару цилиндров, которые помещают в передней части рамы локомотива.

Паровая машина работает по принципу сдвоенного действия. Пар при ее работе впускается попеременно с обеих сторон поршня.

Пар поступает в цилиндры далеко не сразу. Вначале он проходит через золотниковые коробки. Золотники – устройства, распределяющие пар. Через них свежий пар попадает в цилиндр, а отработанный выпускается наружу. Золотники движутся в точном соответствии с движением поршней, что достигается посредством особого парораспределительного механизма.

И, наконец, экипаж. Он выполняет несущую функцию: на нем находится паровой котел и паровая машина. Эта часть внутренней конструкции паровоза при взаимодействии с рельсовым путем трансформирует механическую энергию паровой машины в энергию поступательного движения локомотива. Иначе говоря, экипаж жизненно важен для перемещения локомотива по рельсам.

Видео по теме

//www.youtube.com/embed/AEviOksNDUo

Вход в кабину

Ходовая часть и смазана и накрашена.

Стимпанк, самый настоящий.

Паровоз, вид сбоку.

Бездымный паровоз, или Паровой аккумулятор повышенной емкости

Бестопочные паровозы использовали там, где были нежелательны огонь и дым — в тоннелях, на пожароопасных производствах (бумажные фабрики, нефтеперегонные заводы) и т. п. Такой паровоз не имел топки для сжигания угля/нефти, а вместо этого оборудовался теплоизолированным котлом-аккумулятором.

Перед началом работы бестопочного паровоза его котел на 60-70% заполняли водой, а затем через специальный патрубок подавали в него пар от стационарной котельной установки.

Пар нагревал воду, и когда ее температура достигала точки кипения, т.е. давление в котле становилось равным давлению стационарного котла, паровоз оказывался готовым к действию. При пуске пара в цилиндры давление пара в котле постепенно понижалось, а вода продолжала кипеть; с понижением давления уменьшалась и температура кипения воды.

Бестопочные паровозы могли работать от заправки до заправки 4-6 часов.Для увеличения времени автономной работы шли на разные хитрости. Например, одновременно с зарядкой паром котла-аккумулятора заполняли сжатым воздухом специальные резервуары для работы вспомогательных агрегатов паровоза.

Более интересное средство для продления работы придумали еще в XIX веке. Отработанный в цилиндрах пар не выбрасывался в атмосферу, а конденсировался в отдельном баке, который окружал котел. В баке находилась каустическая сода (она же гидроксид натрия, едкий натр, NaOH). 

Недалеко отсюда находится «кладбище паровозов».

На самом деле это не кладбище. Официально это база хранения специального запаса локомотивов. Этих баз по РЖД много, а такие вот паровозные содержатся на случай чрезвычайных ситуаций – коль прекратится подача электричества и снабжение дизельным топливом, железнодорожники выведут из стойла забытых до поры паровых чудовищ, которые могут питаться хоть шелухой от семечек, и потянут они составы с войсками и ремонтными бригадами по разоренной стране…

Когда-то их поставили сюда не дожидаться превращения в металлолом, а ждать своего часа – окна кое-где до сих пор забраны деревянными щитами, поршни сняты и любовно уложены в угольные тендеры. Сегодня ободрано всё, содержащее хоть какие-то материалы кроме чугуна и стали – от приборов и электрооборудования до стёкол и сидений. Сами машины никак не защищены от действия непогоды и, парализованные, медленно умирают. Очень медленно – слишком толсты и могучи по современным машинным меркам мослы и шкуры титанов эпохи пара: корпуса стоящих рядом электричек местами прогнили насквозь, а паровозы только подернулись ржавчиной. Так что всё-таки это кладбище.

Несколько лет назад их было больше, они стояли в два ряда. Куда увели часть их – пилить все ж-таки на металл или восстанавливать ради туристической экзотики? Кому-то может и повезло…

Паровозы будоражат человеческое воображение – в отличие от дизельных и электрических локомотивов – глухих коробок на крутящихся по непонятной причине колесиках – у паровоза кишки наружу и душа нараспашку – механизмы на виду, все эти поршни и шатуны, педипальпы и параподии мощно движутся туда-сюда, под шумное паровое дыхание, порождая сходство с живым существом.

Лжетвари-симбионты на броне паровоза

Они и в управлении были «живыми»: теоретически рассчитать наиболее рациональные режимы хода для паровоза практически невозможно – слишком много параметров нужно было учитывать в сравнении с современными локомотивами: температура и давление пара, положения регулятора и реверсора, уровень воды в котле… – потому-то и была овеяна некой романтикой профессия машиниста, и ценились старые и опытные из них, умевшие водить тяжеловесные поезда с высокими скоростями и малыми тратами воды и угля. С уходом паровозов авторитет профессии сильно упал.

Паровые локомотивы и сегодня имеют некоторые преимущества перед современными: помимо упоминавшейся всеядности это, например, высокая сила тяги при трогании с места, Из всех использующихся на железной дороге видов двигателей только паровая машина может развивать максимальную силу тяги на сцепке, даже если локомотив стоит. А простота конструкции обеспечивала им небывало долгий по современным меркам ресурс.

Угольный тендер

Водяной тендер – он находится позади и снизу угольного и на самом деле занимает большую часть тендерного вагона – той «телеги», что цеплялась позади паровоза. 

Из недостатков паровоза обычно поминают вошедший в поговорку низкий КПД (хотя, поговаривают, есть современные проекты паровозов с турбинами и электрической передачей, КПД которых по крайней мере не уступает тепловозному). Кроме того, паровые машины часто и помногу пьют, что создает некоторые трудности при обслуживании дорог, ведущих через засушливые края. Ну и, конечно, дым – инфернальный, вулканически вздымающийся до небес, чёрный, как совесть тирана – если топить углём – с пожароопасными искрами, вызывающий заболевания легких и очернение окружающей действительности. Впрочем, старые паровозы с переоборудованными под солярку топками, свистящие сегодня на «музейных трассах», практически лишены и этой неприятной черты.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как были устроены паровозы / Хабр

Так выглядит кабина паровоза «Серго Орджоникидзе» (это СО17-1137). Множество трубок сверху — это пароразборная колонка, к каждому потребителю отходит своя труба. А потребителей в уже достаточно зрелом технически паровозе много: две паровые машины слева и справа для движения колёс, свисток, механический углеподатчик, инжекторы для закачки воды, электрический генератор для освещения, насос для воздушной магистрали и так далее.

До электрических ламп использовали керосиновые фонари прямо впереди паровоза и ацетиленовые химические прожекторы. Потом примерно в начале двадцатого века «люксовые» вагоны обзавелись электрическим светом, а потом и паровоз стал освещаться яркими лампами, в частности, чтобы видеть, что происходит с колёсами и осями. Потому что помощнику машиниста иногда нужно было выйти на ходу и постучать кувалдой по кулисе, так как снег забился и смёрзся в лёд.

Отечественный пассажирский паровоз отличается от грузового визуально очень легко. Он выглядит нарядно, цветной (чаще всего зелёный или синий), у него большие сцепные колёса. Для пассажирского была важна скорость, для грузового — тяга, поэтому у грузового сцепные колёса меньше. И грузовые паровозы обычно чёрные.

Впереди паровоза есть маленькая бегунковая тележка, которая имеет возможность поворачиваться относительно основной рамы. Вот она сразу перед зелёной паровой машиной:

Она нужна для того, чтобы паровоз вписывался в кривые (мог поворачивать легче).

Вот паровая машина, она преобразует энергию пара в механическую энергию, движущую колёса:

За паровозом идёт вагон-тендер, туда грузятся запасы угля и воды. Обратите внимание на характерную русскую контрбудку: она соединяется с будкой на паровозе специально для обеспечения более комфортных условий работы паровозной бригады в зимнее время.

Вот принципиальное устройство паровоза (здесь и дальше мы ходим по Музею железных дорог России в Петербурге). Они сделали замечательный стенд с анатомией паровоза:

Чтобы паровоз шёл, в него надо загрузить уголь (топливо), воду (рабочее тело) и бригаду из машиниста, помощника машиниста и кочегара. Вот так с помощью гидроколонки грузилась вода через специальный люк в тендере:

Дальше бригада топит котёл и управляет поездом. Соответственно выделяются топка, котёл, колпак сухопарника и труба. Около колёс — паровые машины, которые делают движение из энергии пара. Внутри паровоза происходит парообразование, затем пару раз пар прогоняется по контуру трубок внутри устройства.

Паровозом почти до современности управлять надо было очень нежно и аккуратно, и для этого нужен был высокий профессионализм. Дело в том, что любой участок пути имеет наклоны: спуски и подъёмы. Вагоны взаимодействуют неравномерно, и сцепки между ними рвутся. Поезд может рассыпаться, и это закончится плохо. Плюс просто надо учитывать огромную инерцию и уметь управлять всей этой махиной. Поэтому в будке были два квалифицированных человека: помощник, умеющий топить котёл, и машинист, умеющий управлять поездом и вообще всё остальное.

Вот рабочее место машиниста и его обзор:

А вот помощника с дверью наружу:

Кочегар, вопреки распространённому мнению, не топил, а просто подавал уголь в бункер в паровозе из тендера. Это обычно был здоровый мужик, который умел много работать лопатой.

На этой лопате, кстати, помощники сдавали негласный экзамен машинистам при приёме в бригаду. Надо было пожарить яичницу. Для этого надо было равномерно растопить топку, закидывая уголь по углам отсека, правильно удерживать лопату, оценивать температуру в отсеке по цвету деталей и угля и управлять температурой лопаты. Если яичница получалась сгоревшей или «с соплями», это был негодный помощник. Если отличной — можно было есть, запивая водой из баков. Вот из этого, где написано «Вода отравлена, пить нельзя»:

Воду из баков, несмотря на надпись, кипятил и пил почти каждый машинист. Но это было запрещено, потому что после загрузки воды в неё надо было кинуть несколько таблеток средства от накипи, которое не очень полезно для здоровья. Это чтобы трубочки внутри паровых и водяных систем не забивались слишком быстро. Мягкая вода так ценилась, что, если находился источник около железной дороги, там сразу ставилась станция, даже если не было населённого пункта по дороге. Среднее расстояние между английскими станциями — 20 километров, а между нашими — 80. И то потому, что это почти предел хода паровоза без дозаправки водой.

Это проблема, и требовалось хоть какое-то её решение. Первый дизельный тепловоз придумали и собрали у нас, чтобы решить часть недостатков паровозной системы. Конкретно очень хотелось уйти от зависимости по воде и упростить манёвры на станциях. Маневровый тепловоз хорош тем, что его не надо постоянно топить: есть работа — включил двигатель, нет работы — выключил. В итоге попробовали собрать прототип и сделали вот это творение сумрачного русского гения — Щ-ЭЛ-1 1924 года:

Он, увы, проработал недолго и широко не распространился. У прототипа было слишком много проблем, связанных с тем, что пар давал мгновенную обратную связь, а ДВС требовал коробку передач между двигателем и колёсами. Переключение передач создавало жёсткие толчки, и они могли послужить причиной обрыва сцепок. Понадобилась электрическая система передач, что повлекло вот такую конструкцию:

В итоге на некоторое время от тепловозов отказались и стали проводить опыты сразу с электрическими двигателями. Как вы можете догадаться, аккумуляторы тогда были не очень, и поэтому распространение они получили только там, где могли ходить трамваи. То есть на трамвайных рельсах по ночам ползали грузовые поезда для предприятий Москвы.

Но, конечно, паровозы всё больше и больше устаревали. В какой-то момент в СССР сделали невероятно красивый и эффективный паровоз. Вот он, в музее стоит последний паровоз серии П36. У него четырёхзначный номер 0251, но произвели его ровно вот столько:

Из-за этого лампаса его прозвали «Генерал».

И примерно в этот же момент Америка сняла с производства паровозы, и у нас на XX съезде партии Хрущёв решил тоже поставить на тепловозы. Так появился ТЭЗ — убийца паровозов:

А это палубные крепежи для того, чтобы поставить тепловоз в СССР морем. Везли через Владивосток и вагоны (разобранные), и тепловозы.

Потом была богатая история тепловозов СССР. Из интересного стоит отметить вот эти экспонаты:

Рейсовый дизельный автобус АВ 758 — румынский. Ходил он 110 километров в час, то есть не сильно быстрее паровозов (паровозы могли и до 120 км/ч развить), но зато не останавливался для дозаправки водой.

Вот на ТЭ-6769 (Т означает трофейный эквивалент того, что после Т, то есть максимально близкий по характеристикам к серии Э) очень хорошо видно песочницу:

Отводы от неё ведут к каждому колесу и заканчиваются примерно вот так:

Так песок подаётся под колёса для увеличения трения. Это нужно при экстренном торможении или при обледенении путей.

Под колёсами ещё хорошо видно рессоры, магистрали и тормоза:

А вот с помощью этого устройства можно было узнать скорость паровоза:

Скорость вращения снималась с передней оси, а затем преобразовывалась в линейную скорость на приборе.

Есть ещё интересный класс паровозов, это так называемые паровозы-танки. Они отличаются от обычных только тем, что уголь и вода у них — на самом паровозе, а не в тендере:

Понятно, что запасы там не очень большие, но иногда так действительно проще.

На этом танке есть отличный карбидный фонарь. Верхний с жёлто-оранжевой кромкой — это «американский фонарь», он же — ацетиленовый химический прожектор. В ёмкость с карбидом капала вода (напор воды регулировался вручную), она реагировала, выделялся горючий газ, который затем горел в горелке. Получалось яркое пламя, которое давало света куда больше, чем «фары на свечах» снизу. Кстати, свечные фонари — съёмные, чтобы можно было осмотреть паровоз. Позже стали делать освещение. Вот лампа серии СО, которая освещает колёса:

И, возвращаясь к рабочему месту помощника машиниста СО, там рядом — распредщит, пока небольшой, как раз для таких ламп:

Очень интересно устройство поворотного круга. Депо тогда были основаны на архитектуре поворотного круга:

Эти паровозы в музее были расставлены именно таким кругом, который находится в центре экспозиции (это когда-то было действующее депо):

Альтернатива такому кругу — треугольники стрелок. Но круги, как видите, были куда удобнее, особенно когда от ручного поворота перешли к двигателям.

Теперь давайте посмотрим на паровозы сверху. Вот здесь хорошо видно шнек для подачи угля из тендера:

Турбогенератор:

Предохранительные клапаны (позже на более мощных паровозах их стали делать по три, тут два на случай выхода одного из строя):

На тепловозах сверху и с боков — ещё характерные решётки для холодильника: поскольку двигатели ставили судовые, надо было их как-то охлаждать, чтобы не закипели. В воде это просто (водой), а на железной дороге до четверти локомотива занимает холодильная установка.

Вот это реконструкция середины рабочего дня на станции:

Сзади видно таблицу с локомотивами и начальниками бригад. Бригады могли быть закреплены за локомотивом (три бригады, один старший машинист) или меняться. Первый способ обеспечивал лучшее обслуживание «родного» локомотива, а второй — меньший пробег, поскольку бригады отдыхали в оборотном депо и иногда не могли сразу выйти назад.

И последнее. Паровоз с большим аккумулятором для пара, бестопочный. Он использовался на химических заводах, где огонь был запрещён:

Передняя часть — это большой бак для пара, по сути. Паровоз приходил к котлу, заправлялся вот так:

И шёл в опасную зону работать. Пара хватало примерно на два часа.

Мы уже рассказывали много про железную дорогу, вот ещё посты на эту тему:

• Большой FAQ про поезда дальнего следования и неочевидные правила

• Зачем при наличии электропитания нужен старый добрый угольный котёл в вагоне

• Как устроен пассажирский вагон дальнего следования

• Как собирают вагоны для пассажирских поездов

• Эволюция вагона железной дороги

• Как работает вокзал

• Поезда разные. Очень

Паровоз: устройство и принцип работы

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

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

Сегодня устройство паровоза можно считать устаревшим, так как еще в середине XX века были созданы тепловозы и электровозы – более экономичные локомотивы. Хотя, как уже говорилось, даже сейчас паровозы продолжают работать.

Принцип работы и устройство паровоза

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

• паровую машину;
• котел;
• экипаж.

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

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

Паровой котел

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

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

Топка

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

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

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

Схема работы

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

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

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

Преимущества

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

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

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

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

Недостатки

Без недостатков тоже не обошлось:

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

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

В заключение

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

Вприхлопку: Как устроен паровоз

Машинисты паровозов всегда отличались богатырским здоровьем и хорошей зарплатой

Алексей Вульфов

Item 1 of 8

1 / 8

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.

Создатель «пыхтящего дьявола»

Сын управляющего одной из шахт Ричард с детства любил наблюдать, как паровые машины качают воду из глубоких оловянных и медных рудников. И в девятнадцать лет он поступил на работу в шахту East Stray Park рабочим по обслуживанию этих машин.

Его дальнейшей карьере помогло то, что он женился на Джейн Харви из Хейла. Джон Харви, отец Джейн, построил местный литейный завод Harveys of Hayle, известный созданием огромных машин для перекачки воды из шахт на основе двигателей Ньюкомена и Ватта.

Гигант пара

В 1797 году Тревитик уже работал инженером на шахте Динг-Донг и здесь увлекся идеей усовершенствования паровой машины. Вместе с Эдвардом Буллом он впервые применил в разработанном им новом варианте парового двигателя пар высокого давления, что позволило уменьшить габариты паровых агрегатов при той же мощности. Молодой инженер не обращал внимания на страхи именитых коллег, в том числе самого создателя паровой машины Уатта, который считал весьма опасным работать с паровыми машинами при повышенном давлении. Как писал Уатт, «только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер».

Уменьшение габаритов паровой машины, которого добился Тревитик, позволило ему заняться конструированием экипажей на паровом ходу, идею которых он почерпнул у Уильяма Мердока, соратника Уатта. Мердок жил в Редруте и был соседом Тревитика, который в то время занимался там установкой двигателей для откачки воды в местных шахтах. Еще в 1784 году Мердок построил трехколесный экипаж на паровой машине, который однажды поздно вечером испытал на дороге — к ужасу местного священника, решившего, что он увидел дьявола. Но дальше этой пробы у Мердока дело не пошло.

 «Только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер»

Возможно, Мердок заимствовал эту идею у Джеймса Уатта, который тоже задумывался над тем, как использовать паровую машину для создания колесного транспортного средства, и даже сделал эскиз возможной конструкции, но отбросил эту идею: слишком велики тогда были размеры паровой машины.

А Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна, куда переселился изобретатель. Местные сразу окрестили изобретение «драконом Тревитика» и «фугасом капитана Дика». (Корнуэльских управляющих шахтами в знак уважения называли капитанами). Посмотреть на паровой экипаж ежедневно собиралась большая толпа зевак, некоторых Тревитик, бывало, брал с собой в поездку. Это была первая в истории публичная демонстрация транспорта, работающего на пару.

Но «дракон» недолго веселил публику: однажды Тревитик остановился перед пабом, чтобы перекусить, но забыл уменьшить огонь, подогревающий котел, в результате вода в нем выкипела, емкость раскалилась, и вся машина сгорела за несколько минут. Однако Тревитика, уже прославившегося своим оптимизмом, это происшествие ничуть не смутило, и он продолжил опыты с еще большим рвением. Тревитик спроектировал еще одну коляску, на которой сделал несколько пробегов в Лондоне, рассчитывая собрать средства на продолжение работ, но, к сожалению, это ему не удалось. Тем не менее он получил официальный патент на свою «машину высокого давления» и ее разнообразные применения, в том числе в транспорте.

В 1802 году английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Экипаж двигался с грохотом и чадом, пугая пешеходов. Его скорость достигла 14 км/ч

Wikipedia

Поймай меня, если сможешь

Современники описывали Тревитика как человека, которого переполняли новые идеи. Поэтому он не остановился на создании своего «дракона», и в 1804 году, будучи инженером уже на Пенидарренском чугунолитейном заводе в Мертир-Тидвиле, создал первый в истории паровоз, который протащил пять фургонов, десять тонн железа и семьдесят человек на расстояние более девяти миль со средней скоростью около пяти миль в час.

В 1808 год Ричард Тревитик построил паровоз более совершенной конструкции, развивавший скорость до 30 км./ч; демонстрировал его в предместье Лондона. Паровоз получил название «Catch Me Who Can»

Wikipedia

Первый локомотив работал исправно, однако слабые чугунные рельсы часто ломались под его тяжестью. Владелец предприятия, на путях которого проводились испытания, вместо того чтобы усилить рельсы, распорядился прекратить поездки и использовать паровоз просто в качестве паровой машины.

 Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна

Через год, в 1805-м, Тревитик построил второй паровоз для рудников близ Ньюкасла, но рельсы и там оказались слабыми.

А в 1808 году на окраине Лондона Ричард выбрал площадку, которую огородили высоким забором и построили там кольцевую рельсовую дорогу, по которой Тревитик запустил новый паровоз под названием «Поймай меня, если сможешь». Все желающие могли посмотреть на диковинное изобретение или прокатиться на нем за определенную плату. Но вскоре рельсы сломались и здесь. Ричард надеялся, что его опытами заинтересуются владельцы различных фабрик и профинансируют продолжение работ, однако ошибся.

К слову, именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено.

В целях пропаганды паровоза Тревитик построил за свой счет кольцевую дорогу в парке, где «Поймай меня, кто сможет» соревновался в скорости с лошадьми и перевозил людей ради развлечения

Wikipedia

Много изобретений и мало денег

Потерпев неудачу с продвижением своего паровоза, Тревитик в 1812 году сконструировал компактную паровую молотилку. Она исправно работала в течение многих лет, после чего была выставлена в одном из лондонских музеев, где и хранится до сих пор.

По заказу морского ведомства Тревитик соорудил паровую землечерпалку для углубления дна Темзы, разработал проект парового судна и участвовал в неудавшейся прокладке тоннеля под Темзой.

Вся эта деятельность приносила мало доходов, и в поисках новых заказов он знакомится с владельцем серебряных рудников в Перу, прибывшим в 1813 году в Англию. Многие шахты этих рудников с увеличением глубины разработок заливала вода. Тревитик охотно согласился руководить постройкой паровых насосов для шахт и даже вложил в дело имевшийся у него небольшой капитал.

Через год требуемое число паровых машин было готово и отправлено в сопровождении английских механиков в Перу. Понадобилось почти два года, чтобы они прибыли на место. Только в 1816 году была успешно запущена одна из машин, но остальные из-за неопытности механиков пустить в работу не удавалось. Получив известие об этом, Тревитик отплывает в Южную Америку. По прибытии он быстро запускает все насосы, и добыча серебра резко возрастает.

Благодаря этому Тревитик завоевал настолько огромный авторитет у местных горнопромышленников, что губернатор провинции даже предложил отлить его статую из серебра. Однако у изобретателя не сложились отношения с руководством компании, он вынужден был покинуть рудники и некоторое время разъезжал по Перу, обучая местных горнопромышленников «европейским» приемам работы.

После смерти руководителя компании серебряных рудников он возвращается к прежней работе и становится главой предприятия. Дела компании шли хорошо, но в 1821 году в Перу, тогда испанской колонии, вспыхивает восстание против испанцев. Заодно повстанцы разгромили оборудование рудников, и Тревитик лишился всего состояния (и едва не лишился жизни).

 Именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено

Он покидает Перу и переезжает вначале в Чили на медные рудники, а затем в Коста-Рику. Здесь он изучает работу местных рудников и вместе с компаньоном проводит изыскания новых месторождений серебра и меди, которые он собрался разрабатывать. Для этого Тревитику был необходим капитал. Чтобы достать его, он после десятилетнего пребывания в Южной Америке решает вернуться в Англию. Но на родине Тревитика ждало разочарование: денег достать не удалось. И он снова начал заниматься изобретательской деятельностью.

Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений. Но и эти, и другие его проекты по разным причинам так и не были реализованы.

Конец жизни Тревитик прожил в бедности. Он даже вынужден был обратиться в английский парламент с просьбой о финансовой помощи. Перечислив в своем прошении все свои важнейшие, по его мнению, изобретения, он завершил просьбу словами: «Проситель, однако, надеется, что его важные изобретения и усовершенствования не останутся не вознагражденными английской нацией, тем более что он до сих пор не получал ничего за убытки, которые он сам и его семья терпели благодаря тому, что он истратил свое состояние для общественного блага».

Крик о помощи не был услышан, и вскоре, 22 апреля 1833 года, создатель первого в мире паровоза умер. Похоронили Тревитика на кладбище для бедняков. Впоследствии место захоронения затерялось.

Но все же о достижениях великого изобретателя не забыли. В Кэмборне ему поставили памятник, в Дартфорде, где он умер, установили мемориальную доску, посвященную последним годам его жизни. А в Кардиффском университете библиотека названа его именем.

Последователи

Тревитик был первым, но не единственным, кто пытался поставить паровую машину на колеса. Джордж Стефенсон, работавший кочегаром на рудниках и в совершенстве изучивший имевшиеся там паровые машины, тоже решил создать собственный паровоз.

Работа над постройкой локомотива длилась десять месяцев. Первое испытание паровоза Стефенсона состоялось 25 июля 1814 года на путях рудника в Килингворте близ Ньюкасла. Паровоз в тот день провез состав из восьми груженых вагонов весом 30 тонн со скоростью около семи километров в час. После успешных испытаний паровоз начал регулярную перевозку грузов. В последующие годы Стефенсон построил еще несколько моделей паровоза, улучшая раз за разом его конструкцию.

 Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений

Наряду с улучшением механической части паровоза Стефенсон занялся усовершенствованием рельсового пути, чтобы повысить его надежность и устранить тряску. В 1816 году он получил патент на усовершенствованный им рельсовый стык, что позволило значительно смягчить удары при проходе через него колес подвижного состава.

После этого Стефенсон занялся постройкой первой в мире железной дороги общественного пользования Стоктон — Дарлингтон. День ее открытия, 27 сентября 1825 года, считается днем основания железных дорог. Тогда при огромном стечении зрителей паровоз, ведомый Стефенсоном, повез состав из 38 вагонов, часть из которых была загружена углем и мукой. А 21 вагон был оборудован сиденьями для публики.

В России историю паровозостроения начали Ефим и Мирон Черепановы — создатели первого российского паровоза. Они начали работать над своей машиной в 1830 году. «Пароходный дилижанец» — именно так назвали свое творение Черепановы — был готов в 1834 году. Паровоз Черепановых был рассчитан на перевозку руды и развивал скорость до 15 километров в час. Но их машина оказалась не востребована. Паровозы для железных дорог, которые стали строить в России, приобретались за рубежом.

Экскурсия по локомотивным смазкам со свистком

С момента появления первых паровозов в Англии в начале 19 века локомотивы были бесценным благом для торговли и цивилизации. Хотя развитие воздушных и автомобильных перевозок значительно уменьшило доминирование железных дорог в транспортном секторе, они по-прежнему остаются критически важным видом транспорта для многих отраслей и продолжают расти и изменяться, чтобы соответствовать потребностям постоянно развивающейся экономики.

Локомотивы могут использовать прямое электричество или дизельный двигатель в качестве основного источника энергии. В электрических моделях постоянный ток от линии электропередач питает тяговые двигатели, приводящие в движение локомотив. В тепловозах дизельный двигатель обычно приводит в действие генератор, а электричество от этого генератора используется для питания тяговых двигателей. И электрические, и дизельные локомотивы используются на международном уровне.

Крупные производители локомотивов по всему миру включают GE Transportation, которая была выделена и куплена Wabtec в 2019 году, и компания Caterpillar Progress Rail с брендом EMD, базирующиеся в США; Siemens Mobility и Alstom, которые приобрели Bombardier Transportation в январе, базируются в Европе. GE и EMD производят тепловозы, а Siemens и Alstom — электровозы. Китайская CRRC Corp. и Индийские железные дороги — государственные компании, производящие как дизельные, так и электрические локомотивы.

В то время как пассажирские железнодорожные перевозки в Соединенных Штатах гораздо менее популярны, чем в других регионах, по данным Министерства транспорта США, около трети грузов перевозится по железной дороге.

Локомотивы приносят пользу окружающей среде. Например, по данным Ассоциации американских железных дорог, железнодорожные перевозки производят на 75% меньше выбросов парниковых газов, чем перевозки эквивалентных грузов автомобильным транспортом. Однако это не делает железные дороги невосприимчивыми к экологическим нормам, и все локомотивы в США должны соответствовать строгим стандартам выбросов и спецификациям, установленным Агентством по охране окружающей среды.

Первые стандарты выбросов для локомотивов были утверждены Агентством по охране окружающей среды в декабре 1997 г., при этом стандарты постепенно ужесточались в рамках системы, продвигающейся от Уровня 0 к Уровню 4. С момента вступления в силу в 2015 г. стандарты Уровня 4 ограничивают выбросы твердых частиц, общее количество углеводородов, оксидов азота и оксида углерода. Чтобы удовлетворить эти требования, были разработаны технологические достижения во многих областях, чтобы максимизировать эффективность использования топлива и минимизировать работу двигателя на холостом ходу.

Тенденции в области масел для дизельных двигателей

Одной из наиболее очевидных областей улучшения является работа двигателя в основе дизельных локомотивов. Эти локомотивы обычно могут генерировать 1 200–6 000 лошадиных сил; мощность большинства локомотивов GE и EMD составляет 4500 л.с. Для бесперебойной работы таких мощных двигателей моторное масло должно смазывать поршневые кольца и вкладыши, шатунные и коренные подшипники, клапанный механизм, а в локомотивных двигателях и подшипники турбонагнетателя.

Помимо смазывания, моторное масло должно охлаждать и поддерживать чистоту двигателя, смывая побочные продукты сгорания и отложения, а также нейтрализуя кислотные продукты сгорания, такие как серная и азотная кислоты. Составы обычно включают моющие, диспергирующие, противоизносные, антиоксидантные, присадки, улучшающие индекс вязкости, и присадки, снижающие температуру застывания.

Масла для двигателей железных дорог традиционно не содержали цинка, поскольку двигатели EMD имели серебряные подшипники поршневого пальца, которые могли быть повреждены цинкосодержащими добавками, такими как диалкилдитиофосфат цинка. В двигателях GE не использовались серебряные подшипники, но железные дороги не хотели хранить два разных моторных масла, и стандартом стало масло, не содержащее цинка. Хотя EMD прекратила использование серебра в своих подшипниках в начале 2000-х годов, стандарт масла без содержания цинка продолжал защищать устаревший парк и остается частью отрасли по сей день. Крупные производители добавок, такие как Chevron Oronite, Afton и Infineum, по-прежнему выполняют это требование.

Уровень эксплуатационных характеристик масла классифицируется по номерам поколений 1–7 со спецификациями, принятыми и одобренными Ассоциацией ремонтников локомотивов. Несмотря на то, что это североамериканская организация, поколения LMOA используются во всем мире для определения моторных масел для железнодорожных дизельных двигателей. Самые последние спецификации моторных масел LMOA Generation 7 были установлены в соответствии с нормами выбросов EPA для двигателей локомотивов Tier 4.

Масло с вязкостью SAE 20W-40 обычно используется в двигателях локомотивов. В зависимости от содержания серы в топливе в двигателях локомотивов используются масла с общим щелочным числом 9.–13, что необходимо для нейтрализации серной и других кислот, образующихся при горении. Масла поколения 7 обычно имеют TBN 11, как определено ASTM D2896, и являются стандартом в Северной Америке, в то время как поколения 7, 6 и 5LL используются в других странах.

По сравнению с маслами 6-го поколения, 7-е поколение обеспечивает превосходное удержание щелочи и кислоты, лучше противостоит дополнительным нагрузкам систем рециркуляции отработавших газов и снижает расход масла в двигателях GE Evolution Series Tier 4, сохраняя при этом совместимость с низким содержанием серы ( менее 500 частей на миллион) и топлива со сверхнизким содержанием серы (менее 5 частей на миллион). Ожидается, что такие улучшения будут продолжаться и в отношении моторных масел для будущих локомотивов, если нормативы по выбросам станут более строгими и будет достигнуто дальнейшее повышение производительности.

Как и в случае автомобильных моторных масел, в железнодорожной отрасли существует потенциал для перехода на синтетические масла. Однако аналогичные уровни синтетических материалов могут быть слишком дорогими для многих старых локомотивов. Старшие поколения дизельных двигателей имеют очень высокий расход масла по сравнению с обычным легковым или грузовым автомобилем. Тем не менее, возможно, стоит попробовать синтетические масла в новых локомотивах, что позволит увеличить интервалы замены масла, повысить экономию топлива и повысить долговечность двигателя.

Еще одной тенденцией в автомобильной промышленности является переход на моторные масла с более низкой вязкостью. Для железнодорожной отрасли, безусловно, является сложной задачей снизить шкалу вязкости из-за сочетания старых и новых локомотивов во многих парках, но сам по себе потенциал для большей экономии топлива делает его достойным изучения в более новом оборудовании.

Основываясь на успехе автомобильных моторных масел с более низкой вязкостью, должно быть достижимо улучшение экономии топлива от 2% до 3% для масел для двигателей локомотивов. Для железных дорог такие улучшения сэкономили бы миллионы долларов, поскольку топливо является основным компонентом общих эксплуатационных расходов, которые оцениваются в 12 миллиардов долларов в год. При переходе с SAE 20W-40 на SAE 5W-30 может потребоваться изменение конструкции некоторых компонентов двигателя, стремление к снижению выбросов углекислого газа может потребовать таких изменений в будущем.

Практика планового технического обслуживания обычно требует замены моторного масла локомотива каждые три-шесть месяцев. Интервалы могут быть короче или длиннее в зависимости от категории обслуживания и типа железной дороги, а также могут зависеть от множества факторов, таких как истощение общего щелочного числа, высокое содержание сажи, разжижение топлива и окисление масла. В связи с этим руководство GE рекомендует каждые 7–10 дней тестировать эксплуатационные масла в рамках программ, анализирующих свойства, показанные ниже.

Шестерни и смазки

Отдельной, но не менее важной областью смазки являются электрические тяговые двигатели и редукторы, которые приводит в действие двигатель. Локомотивы обычно имеют от четырех до шести тяговых двигателей, которые приводят в движение колеса и соединены с ведущей осью через коробку передач с использованием шестерни и шестерни. Они могут питаться от приводов переменного или постоянного тока, хотя приводы переменного тока стали более популярными из-за лучшего контроля тяги и сокращения затрат на техническое обслуживание.

Как и в случае любого другого механического компонента, смазка применяется для сведения к минимуму износа, уменьшения трения и повышения производительности. Для локомотивов редукторное масло тягового двигателя также смазывает главные подшипники и обычно представляет собой масло на основе полиальфаолефинов с классом вязкости 460 по стандарту ISO с мягкими противозадирными и противоизносными присадками. Фактически, GE указывает смазочные материалы, содержащие полиальфаолефины, для современных тяговых двигателей переменного тока.

Разработчики рецептур избегают использования активных серо-фосфорных противозадирных присадок в этих маслах из-за их потенциального повреждения желтых металлов (бронзы, латуни и т. д.), используемых во многих компонентах подшипников. Синтетическое трансмиссионное масло обеспечивает интервал замены масла около двух лет в зависимости от типа обслуживания и того, насколько хорошо редуктор защищен от пыли и других загрязнений. Другими факторами, которые могут сократить срок службы, являются окисление масла и его загрязнение водой или нерастворимыми загрязняющими веществами. Следовательно, контроль масла здесь так же важен, как и для моторного масла.

Подобно тому, как усовершенствования автомобильных моторных масел могут помочь в разработке рецептур моторных масел для локомотивов, железнодорожная отрасль может извлечь пользу из опыта, полученного при использовании масел с более низкой вязкостью, для повышения эффективности редукторов ветряных турбин.

Еще одной критической областью смазки являются пневматические тормозные системы, используемые в большинстве локомотивов как для остановки, так и для экстренного торможения. Они могут иметь поршневую или винтовую конструкцию, но в любом случае используют воздушный компрессор для создания сжатого воздуха, который подается в тормозную систему.

Как правило, в компрессоре используется высокоочищенное минеральное масло класса ISO VG 68 или 100 с некоторыми противоизносными и антиоксидантными присадками. В последних спецификациях GE D6B31A1 и D6B31B1 вместо этого используется синтетическое базовое масло на основе диэфира или смесь ПАО-эфира. В зависимости от типа обслуживания обычно рекомендуется, чтобы интервал замены масла для компрессоров составлял один год, поскольку окисление и загрязнение могут привести к ухудшению качества смазочного материала по истечении этого периода.

В то время как масла используются для различных систем смазки локомотивов, консистентные смазки смазывают подшипники в главном генераторе, тяговых двигателях, U-образных подшипниках, вентиляторах радиаторов и ступичных подшипниках. Эти подшипники имеют разные размеры, воспринимают разные нагрузки и вращаются с разной скоростью, поэтому для каждого из них требуются смазки с составом, оптимизированным для конкретного применения и окружающей среды.

Как правило, в тяговых двигателях используется литиевая смазка NLGI Grade 3, изготовленная из минерального масла, а для U-образных подшипников требуется NLGI Grade 2 согласно спецификации GE D50E34 и D6A2C17 соответственно.

Смазки для колесных подшипников и генераторов также предпочтительно использовать синтетические, выбор которых зависит от желаемого срока службы и условий окружающей среды, таких как сезонная температура.

Смазочные материалы с характеристиками и составом материалов, оптимальными для конкретных условий эксплуатации, играют решающую роль в обеспечении бесперебойной и эффективной работы различных компонентов локомотивов. Потребность в более низких эксплуатационных расходах и минимальном воздействии на окружающую среду вынуждает промышленные отрасли, такие как локомотивостроение, искать улучшения любыми необходимыми средствами, и смазка локомотивов станет ключевым компонентом для достижения этих целей в обозримом будущем.

Радж Шах, доктор философии, , является директором Koehler Instrument Co. и избранным членом STLE, IChemE и Института энергетики. Свяжитесь с ним по адресу [email protected].

Наджиб Кужийил является штатным инженером в ExxonMobil Corp., а ранее был старшим инженером в General Electric Co. Эксперт в области топлива, смазочных материалов и двигателей внутреннего сгорания, он имеет докторскую степень. в области биовозобновляемых ресурсов и технологий Университета штата Айова.

Джон Кальдерон — студент химического факультета Университета Стоуни-Брук и стажер в компании Koehler Instrument Co.

Стандарты выбросов: США: Локомотивы

• Фон
• Стандарты уровня 0-2
• Стандарты уровней 3-4

Фон

Стандарты выбросов США для железнодорожных локомотивов применяются к вновь изготовленным, а также модернизированным железнодорожным локомотивам и локомотивным двигателям, работающим на дизельном топливе и других видах топлива (например, на природном газе). Стандарты были приняты Агентством по охране окружающей среды в два основных этапа регулирования:

• Стандарты уровня 0-2: Первые правила выбросов для железнодорожных локомотивов были приняты в декабре 1997 года [303] . Нормотворчество, вступившее в силу с 2000 года, применялось к локомотивам, первоначально произведенным с 1973 года, в любое время, когда они производились или модернизировались.
• Стандарты уровня 3-4: Постановление, подписанное в марте 2008 г., ввело более строгие требования к выбросам [3562] . Стандарты уровня 3 вступили в силу с 2011/12 года. Стандарты Уровня 4, которые изначально предназначались для требований технологий доочистки выхлопных газов, вступили в силу с 2015 года. Постановление 2008 года также включает более строгие стандарты выбросов для восстановленных локомотивов Уровня 0-2.

циклов испытаний. Выбросы локомотивов измеряются в течение двух стационарных циклов испытаний, которые представляют два разных типа эксплуатации, включая (1) локомотивы для линейных перевозок и (2) локомотивы для стрелочных переводов . Рабочие циклы включают разные весовые коэффициенты для каждого из 8 режимов дроссельной заслонки, которые используются для работы двигателей локомотивов на разных уровнях мощности, а также для режимов холостого хода и динамического торможения. Работа коммутатора требует много времени в режимах простоя и низкой мощности, в то время как работа в режиме магистрального маршрута характеризуется гораздо большим процентом времени в режимах высокой мощности, особенно в режиме 8.9.0003

Программы сертификации и соответствия локомотивов включают несколько положений, в том числе программу испытаний производственных линий (PLT), испытания на соответствие требованиям по выбросам в процессе эксплуатации, а также усреднение, накопление и торговлю (ABT) выбросами.

Дизельное топливо. Чтобы включить методы каталитической доочистки на этапе Уровня 4, Агентство по охране окружающей среды отрегулировало (в рамках правила Уровня 4 для недорожных автомобилей) доступность дизельного топлива с низким содержанием серы для двигателей локомотивов. Предел содержания серы в 500 ppm вступает в силу с июня 2007 г., предельный уровень серы в 15 ppm с июня 2012 г.

Тем не менее, более смягченный предел содержания серы в 500 частей на миллион остается в силе на неопределенный срок для локомотивного (и судового) дизельного топлива, производимого из трансмиксов переработчиками трансмиксов и операторами трубопроводов [3561] . Если трансмиссионное топливо с содержанием серы 500 ppm продается в северо-восточной части Средней Атлантики США, его использование должно быть ограничено локомотивными и морскими двигателями более старой технологии, для которых не требуется дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы, и топливо должно храниться отдельно от другого топлива.

Нормы выбросов для локомотивов и двигателей локомотивов можно найти в Своде федеральных правил США, 40 CFR, части 85, 89.и 92.

Стандарты уровня 0-2

Были приняты три отдельных набора стандартов на выбросы, которые называются Уровень 0, Уровень 1 и Уровень 2. Применимость стандартов зависит от даты первого производства локомотива, а именно:

• Уровень 0 — первый набор стандартов применяется (вступает в силу с 2000 г.) к локомотивам и локомотивным двигателям, первоначально изготовленным с 1973 по 2001 г., в любое время, когда они производятся или реконструируются.
• Уровень 1. Эти стандарты применяются к локомотивам и двигателям локомотивов, первоначально произведенным с 2002 по 2004 год. Эти локомотивы и двигатели локомотивов должны соответствовать стандартам уровня 1 во время изготовления и каждого последующего восстановления.
• Уровень 2 — этот набор стандартов применяется к локомотивам и локомотивным двигателям, произведенным в 2005 году и позже. Локомотивы и двигатели локомотивов Уровня 2 должны соответствовать применимым стандартам во время первоначального изготовления и каждого последующего восстановления.

От норм выбросов освобождаются электровозы, исторические паровые локомотивы и локомотивы, произведенные до 1973 года.

Стандарты выбросов Уровня 0-2, а также типичные уровни выбросов от нерегулируемых локомотивов перечислены в таблице 1. В правилах принят подход двойного цикла, т. е. все локомотивы должны соответствовать как линейным, так и Стандарты рабочего цикла буксировки и переключения, независимо от предполагаемого использования. Двигатели локомотивов также должны соответствовать нормам дымопроницаемости, табл. 2.

Таблица 1
Стандарты выбросов локомотивов Tier 0-2, г/л.с.·ч

Рабочий цикл	ХК*	СО	NOx	вечера
Уровень 0  (1973–2001)
Линейный транспорт	1,0	5,0	9,5	0,60
Переключатель	2,1	8,0	14,0	0,72
Уровень 1 (2002 — 2004)
Линейный транспорт	0,55	2,2	7,4	0,45
Переключатель	1,2	2,5	11,0	0,54
Уровень 2 (2005 г. и позже)
Линейный транспорт	0,3	1,5	5,5	0,20
Переключатель	0,6	2,4	8.1	0,24
Нерегулируемые локомотивы (оценка 1997 г.)
Линейный транспорт	0,5	1,5	13,5	0,34
Переключатель	1,1	2,4	19,8	0,41
* Стандарт HC имеет форму THC для дизельного топлива, NMHC для природного газа и THCE для двигателей, работающих на этаноле. ТГХЭ (эквивалент ТГК) представляет собой сумму вкладов углеводородов, спиртов, альдегидов и других органических соединений в массу углерода, выраженную в виде УВ автомобилей, работающих на бензине.

Стандарты уровней 3-4

Регламент 2008 г. ужесточил стандарты Уровня 0-2 для существующих локомотивов и ввел новые стандарты выбросов Уровня 3 и Уровня 4:

.

• Стандарты уровня 0–2 — более строгие стандарты выбросов для существующих локомотивов при их реконструкции,

Стандарты уровня 3

• — краткосрочные стандарты выбросов при неработающем двигателе для вновь построенных и модернизированных локомотивов. Стандарты Tier 3 должны соответствовать технологии двигателя.

Стандарты уровня 4

• — долгосрочные стандарты для новых и модернизированных локомотивов. Ожидалось, что стандарты уровня 4 потребуют использования технологий доочистки выхлопных газов, таких как дизельные сажевые фильтры и мочевина-SCR. Однако двигатели некоторых коммерческих локомотивов смогли соответствовать стандартам Tier 4 без доочистки.

Правила для локомотивов применяются к локомотивам, первоначально построенным в 1973 году или позже, которые широко эксплуатируются в Соединенных Штатах. Исключения составляют (1) исторические паровозы, (2) электровозы и (3) некоторые существующие локомотивы, принадлежащие малым предприятиям. Кроме того, двигатели, используемые в транспортных средствах локомотивного типа с общей мощностью менее 750 кВт (используемые в основном для обслуживания железных дорог), двигатели, используемые только для питания гостиниц (для пассажирского вагонного оборудования), и двигатели, которые используются в самоходных пассажирских вагонах. , исключены из правил. Двигатели, используемые в этих небольших транспортных средствах локомотивного типа, обычно соответствуют требованиям к внедорожным двигателям.

Стандарты выбросов приведены в Таблице 3 и Таблице 4. Стандарты уровня 0-2 применяются к существующим локомотивам указанных лет выпуска (МГ) на момент их восстановления, начиная с даты вступления в силу. Стандарты уровня 3-4 применяются к локомотивам указанных годов выпуска на момент их постройки или реконструкции.

Таблица 3
Стандарты выбросов магистральных локомотивов, г/л.с.·ч

Уровень	г. в.	Дата	ХК	СО	NOx	вечера
Уровень 0 а	1973-1992 в	2010 д	1,00	5,0	8,0	0,22
Уровень 1 а	1993 с -2004	2010 д	0,55	2,2	7,4	0,22
Уровень 2 а	2005-2011	2010 д	0,30	1,5	5,5	0,10 д
Уровень 3 б	2012-2014	2012	0,30	1,5	5,5	0,10
Уровень 4	2015 г. или позже	2015	0,14 ж	1,5	1,3 ж	0,03
a — Линейные локомотивы уровня 0-2 также должны соответствовать стандартам стрелочных переводов того же уровня. b — магистральные локомотивы уровня 3 также должны соответствовать стандартам переключения уровня 2. c — локомотив 1993–2001 гг., Не оборудованный системой охлаждения впускного воздуха, подпадает под действие стандартов Уровня 0, а не Уровня 1. d — уже в 2008 г., если появятся одобренные комплекты для модернизации двигателя. e — 0,20 г/л.с.-ч до 1 января 2013 г. (за некоторыми исключениями). f — Производители могут принять решение о соблюдении комбинированного стандарта NOx+HC в размере 1,4 г/л.с.-ч.

Таблица 4
Стандарты выбросов локомотивов, г/л.с.·ч

Уровень	г.в.	Дата	ХК	СО	NOx	вечера
Уровень 0	1973-2001	2010 б	2.10	8,0	11,8	0,26
Уровень 1 а	2002-2004	2010 б	1,20	2,5	11,0	0,26
Уровень 2 а	2005-2010	2010 б	0,60	2,4	8. 1	0,13 в
Уровень 3	2011-2014	2011	0,60	2,4	5,0	0,10
Уровень 4	2015 г. или позже	2015	0,14 г	2,4	1,3 г	0,03
a — Стрелочные локомотивы уровня 1-2 также должны соответствовать стандартам линейных перевозок того же уровня. b — уже в 2008 г., если появятся одобренные комплекты для модернизации двигателя. c — 0,24 г/л.с.-ч до 1 января 2013 г. (за некоторыми исключениями). d — Производители могут принять решение о соблюдении комбинированного стандарта NOx+HC в размере 1,3 г/л.с.-ч.

Локомотивы 3-4 уровня также должны соответствовать нормам дымопроницаемости, указанным в таблице 2.

Производители могут сертифицировать локомотивы Уровня 0-2 по альтернативному стандарту выбросов CO 10,0 г/л. с.-ч, если они также сертифицируют эти локомотивы по альтернативным стандартам PM, меньшим или равным половине применимого в других отношениях стандарта PM.

Определение выбросов углеводородов (УВ) зависит от типа топлива и уровня выбросов следующим образом [3562] :

• Газовые локомотивы: выбросы NMHC.
• Локомотивы, работающие на спиртовом топливе: выбросы THCE (общий эквивалент УВ, включая все органические соединения) для локомотивов уровня 3 и более ранних и NMHCE (неметановый эквивалент УВ) для уровня 4.
• Дизельные и другие локомотивы: выбросы THC для локомотивов Уровня 3 и более ранних и NMHC для Уровня 4. Производители могут не измерять NMHC и предположить, что NMHC равно THC, умноженному на 0,9.8 для тепловозов.

Локомотивы могут выбрасывать выбросы из картера в окружающую атмосферу, если выбросы добавляются к выбросам выхлопных газов (физически или математически) во время всех испытаний на выбросы.

Срок полезного использования. Стандарты выбросов применяются к новым и/или модернизированным локомотивам в течение срока их полезного использования. Срок полезного использования, обычно определяемый как МВт-часы и годы, заканчивается, когда любое из значений (МВт-часы или годы) превышено или локомотив переработан.

Минимальный срок службы в МВт-часах равен произведению номинальной мощности на 7,50. Минимальный срок полезного использования, выраженный в годах, составляет 10 лет. Для локомотивов, первоначально изготовленных до 1 января 2000 г. и не оборудованных счетчиками МВтч, минимальный срок полезного использования равен 750 000 миль или десяти годам, в зависимости от того, что наступит раньше. Минимальный гарантийный период выбросов составляет одну треть срока службы (за некоторыми исключениями).

Тепловоз масштаба

G | TrainWorld

Магазин

Счет

Настройки

Валюта

USD — доллар США

• AUD — австралийский доллар
• GBP — Британский фунт
• CAD — канадский доллар
• евро — евро
• JPY — японская иена
• MXN — мексиканское песо
• NZD — новозеландский доллар
• CHF — швейцарский франк

Тепловоз — это тип железнодорожного локомотива, в котором первичным двигателем является настоящий дизельный двигатель. Было разработано несколько типов тепловозов, отличающихся способом передачи механической энергии на ведущие колеса.

Посмотреть как

Сетка

Список

Позиции 1–35 из 46

Страница

• 
  Вы сейчас читаете страницу
  1
  

• Страница
  2

• Страница
  Следующий

Показывать

35
70
105
200

на страницу

Сортировать по

Должность
наименование товара
Цена
Цена продажи
Вещь #
Установить нисходящее направление

Посмотреть как

Сетка

Список

Позиции 1–35 из 46

Страница

• 
  Вы сейчас читаете страницу
  1
  

• Страница
  2

• Страница
  Следующий

Показывать

35
70
105
200

на страницу

Сортировать по

Должность
наименование товара
Цена
Цена продажи
Вещь #
Установить нисходящее направление

локомотив | Определение, история, дизайн, типы и факты

тепловоз

; Сименс, Вернер фон

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Ричард Тревитик
Джордж Стефенсон
Питер Купер
Джон Стивенс
Эжен Шнайдер

Связанные темы:

Большой мальчик
Бейер-Гаррат
железнодорожная муфта
электровоз
паровой удар

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

Локомотив , любое из различных самоходных транспортных средств, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила поезда может быть встроена в вагон, который также имеет пассажирские, багажные или грузовые помещения, чаще всего она обеспечивается отдельной единицей, локомотивом, который включает в себя оборудование для производства (или, в случае электровоза, для преобразования) мощности и передачи ее на ведущие колеса. Сегодня есть два основных источника энергии для локомотива: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма движения, использовался почти повсеместно примерно до времени Второй мировой войны; с тех пор он был заменен более эффективной дизельной и электрической тягой.

Паровоз был самодостаточной единицей, у которой был собственный запас воды для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный запас 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 получает ток от воздушного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Электроснабжение третьего рельса используется только городскими скоростными железными дорогами, работающими 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. Хотя его преимущества были сведены на нет прогрессом в технологии дизельной тяги и ростом цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для создания высокоскоростного железнодорожного сообщения в регионах, где отсутствует инфраструктура для подачи электроэнергии.

Основные характеристики, которые сделали Rocket 9 Джорджа и Роберта Стефенсонов0092 1829 г. успешный — его многотрубный котел и его система отвода пара и создания тяги в топке — продолжали использоваться в паровозе до конца его карьеры. Вскоре количество спаренных ведущих колес увеличилось. Ракета имела только одну пару ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре спаренных колеса, и в конечном итоге некоторые локомотивы были построены с 14 спаренными машинистами.

Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. В среднем было около 1829Диаметр –2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов транспорта.

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

Запасы топлива (обычно угля, но иногда нефти) и воды можно было перевозить на самой раме локомотива (в этом случае он назывался танковым двигателем) или в отдельном транспортном средстве, тендере, сцепленном с локомотивом. Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9000 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, большее тяговое усилие было получено за счет использования двух отдельных двигателей под общим котлом. Передний двигатель был сочленен или шарнирно соединен с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты. Сочлененный локомотив изначально был швейцарским изобретением, первый из которых был построен в 1888 году.0091 Big Boy , используемый 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 мощность более 6000 лошадиных сил при скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных сочлененных конструкций был Beyer-Garratt, который имел две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, увенчанные водяными баками. Два шасси разделяла еще одна рама, несущая котел, кабину и запас топлива. Этот тип локомотива был ценен на легко уложенных путях; он также мог преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Различные доработки постепенно улучшали поршневой паровоз. Некоторые из них включали более высокое давление в котле (до 2000–2060 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 вместо скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых совершенных паровозов редко превышал 6 процентов. Неполное сгорание и потери тепла из топки, котла, цилиндров и других мест рассеивают большую часть энергии сгоревшего топлива. По этой причине паровоз устарел, но только медленно, потому что у него были компенсирующие преимущества, в частности его простота и способность выдерживать злоупотребления.

Попытки приведения в движение железнодорожных транспортных средств с помощью батарей датируются 1835 годом, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда на выставке в Берлине проехал электровоз. Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных или городских железных дорогах. Один из первых произошел 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, применивших электрическую тягу на магистральных линиях, была Италия, где система была запущена еще в 1902.

К началу Первой мировой войны в Европе и США действовало несколько электрифицированных линий. Крупные программы электрификации были предприняты после этой войны в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 1920-х годов почти в каждой европейской стране был хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электрическая тяга также была введена в Австралии (1919 г. ), Новой Зеландии (1923 г.), Индии (1925 г.), Индонезии (1925 г.) и Южной Африке (1926 г.). Ряд столичных вокзалов и пригородных сообщений были электрифицированы в период с 19 по 19 век.00 и 1938 в Соединенных Штатах, и было несколько электрификаций основных линий. Появление тепловоза затормозило дальнейшую электрификацию магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительная часть колеи стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирована, например, в Японии (100 %), Швейцарии (92 %), Бельгии (91 %), Нидерландах (76 %), 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 Великобритании (32 процента). Напротив, в Соединенных Штатах, где имеется около 225 000 км (140 000 миль) путей стандартной колеи, электрифицированных маршрутов практически нет за пределами Северо-восточного коридора, где Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , округ Колумбия

Вторая половина века также была отмечена созданием в городах по всему миру множества новых электрифицированных городских систем скоростного железнодорожного транспорта, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги, при условии, что доступна дешевая электроэнергия и плотность движения оправдывает большие капитальные затраты. Являясь просто энергопреобразующими, а не электрогенерирующими устройствами, электровозы имеют ряд 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. Было замечено, что типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в течение короткого периода времени в этих условиях развивает до 10000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише других типов и не выделяют дыма и дыма. Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низки, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самым большим недостатком электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарного оборудования — проводов и сооружений тягового тока и электроподстанций, а также дорогостоящие изменения, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их цепей от помех от электросети. высокие напряжения тягового тока и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым за счет электрической тяги.

Тепловоз | Локомотив Вики

EMD FT, который был одним из самых первых крупных типов тепловозов, когда-либо построенных.

Тепловозы (или «дизельные двигатели» ) — это локомотивы, приводимые в движение дизельным двигателем (двигателями). Само название происходит от Рудольфа Дизеля, который изобрел дизельный двигатель внутреннего сгорания, локомотив и топливо для дизельного двигателя. Первые тепловозы были введены в эксплуатацию в начале 1930-х годов.

Содержание

• 1 История поездов и людей
• 2 Дизайн
• 3 типа
  • 3.1 Дизель-гидравлический
  • 3.2 Дизель-электрический
• 4 мелочи
• 5 См. также

История поездов и людей[]

Дизельный двигатель внутреннего сгорания был изобретен Рудольфом Дизелем в 1893 году и впервые использовался в ранних холодильниках. Но после нескольких неудачных экспериментов он решил использовать свой уникальный двигатель на локомотивах. После нескольких неудачных попыток Рудольф Дизель разработал удачный двигатель для локомотивов. Отсюда и рождение тепловоза.

Тепловозы сначала начинались как модифицированные дрезины и обтекатели. Пока такие компании, как ALCO, GE и EMC (Electro-Motive Corporation; теперь Electro-Motive Diesel) не начали строить одни из самых первых официальных тепловозов , которые не были модифицированными вагонами или составами поездов, а также были модернизированы.

Тепловозы в настоящее время являются основными локомотивами, используемыми для приведения в движение поездов. Многие из них были построены и заменили паровозы как основное использование локомотивов, но паровозы по-прежнему продолжают свое наследие, и обе формы локомотивов все еще (конечно) существуют в большом количестве.

У них может быть не так много истории, как у паровозов, но они все еще находятся в процессе развития истории как основной формы локомотивной энергии.

Конструкция[]

Дизельный двигатель внутреннего сгорания.

Дизельный двигатель внутреннего сгорания в тепловозе приводится в действие большими цилиндрами и поршнями, которые создают энергию — обычно преобразуемую в электричество с помощью электрогенератора — для движения локомотива.

Турбокомпрессоры также используются для придания локомотиву большей мощности, что обеспечивает большую тяговую мощность или скорость в зависимости от применения. А также объединение двух или более двигателей для создания уникального, необычного и революционного «двойного дизеля», «сверхмощного» тепловоза.

Наличие двух или более тепловозов, обращенных друг к другу противоположными концами, также помогает бригадам легче перемещать локомотивы из других поездов, а объединение двух или более локомотивов увеличивает мощность реального поезда.

Пневматические шланги и электрические шланги (многоблочные кабели) используются для обеспечения «спаривания», при котором два или более тепловоза соединяются вместе в состав и работают вместе с одинаковой скоростью при управлении ведущей единицей. Это также упоминается как «рабство». (Не тип блока B, а несколько локомотивов, таких как SD40-2, SD70M и SD60, соединенных вместе и работающих одновременно, при этом головной блок является блоком управления.)

Динамическое торможение также помогает тепловозам быстрее и легче полностью останавливаться.

Современные североамериканские тепловозы не имели кондиционеров или радиоприемников примерно до 1970-х годов.

Хотя в 1990-х годах микропроцессоры (компьютерные чипы) позволили применять тяговые двигатели переменного тока; большинство тепловозов, произведенных для рынков локомотивов США и Северной Америки, работают от постоянного тока.

Типы[]

Существует три основных типа тепловозов: дизель-механические, дизель-гидравлические и дизель-электрические. Самый простой вид тепловоза — дизель-механический вариант, а самый сложный — дизель-электрический.

Как дизель-механические, так и дизель-гидравлические локомотивы лучше всего подходят для поездок на короткие расстояния. Например, маневрирование или перемещение между портом и железнодорожной станцией в пределах города. Дизель-электрические локомотивы уже давно используются для перевозки на дальние расстояния из-за их лучшей экономии топлива и, как правило, более высокой мощности.

Дизель-механические локомотивы имеют усиленную коробку передач, очень похожую на коробку передач грузовика или корабля, посредством карданных валов, дифференциалов и приводных осей двигатель приводит в движение колеса. Прямая передача и соединительные тяги являются обычными системами главной передачи для передачи мощности.

Существует три типа механизмов главной передачи:

• В дизельно-механических и гидравлических типах с прямым приводом двигатель соединяется с колесами через карданные валы, дифференциалы и ведущие мосты. Эта система становится очень сложной при работе с несколькими приводными осями. В этой конфигурации дизель-электрические двигатели имеют тяговый двигатель, приводящий в движение каждую ведущую ось.
• Тип привода с соединительной тягой обычно используется только на жестких локомотивах, не имеющих поворотных тележек (тележек). Двигатель соединен с карданным валом, дифференциалом и ведущим мостом на дизель-механическом и гидравлическом типах. Для обеспечения эффективного сцепления к концам (внешней стороне колес) всех приводных осей прикреплены соединительные тяги; приводная ось толкает остальные. Дизель-электродвигатели имеют тяговый двигатель с прямым приводом, размещенный на одной или, по крайней мере, на меньшей части осей. Другие оси приводятся в движение соединительными тягами, как у механических, так и гидравлических типов.
• У редукторных типа , обычно дизель-электрических, «приводные» оси расположены попарно и имеют на них шестерни. Зубцы шестерен (зубья) сцепляются с зубьями другой шестерни, расположенной между двумя «приводными» осями и немного выше их. Третья передача обычно связана с тяговым двигателем.

Дизель-гидравлические[]

Дизель-гидравлические локомотивы во многом аналогичны своим дизельно-механическим собратьям, но вместо коробки передач у них преобразователь крутящего момента. Преобразователь имеет вязкую (густую) жидкость внутри, которая передает мощность в зависимости от скорости или мощности двигателя. Прямой привод — это обычная конечная передача для передачи мощности.

Дизель-электрический[]

Дизель-электрические локомотивы используют дизельный двигатель(и) для питания электрогенератора, который производит электричество постоянного тока для тяговых двигателей, установленных на оси. Их называют тепловозами постоянного тока. В некоторых современных дизель-электрических локомотивах используются микропроцессоры (компьютерные микросхемы), позволяющие использовать электричество переменного тока (AC) для производства аналогичными средствами для тяговых двигателей переменного тока. Они часто дают больше лошадиных сил и называются тепловозами переменного тока. Прямой привод, соединительные тяги и шестерни использовались в дизель-электрических двигателях, хотя прямой и редукторный приводы являются наиболее распространенными бортовыми передачами.

Общая информация[]

• «Двигатель» часто относится к самому локомотиву, особенно к дизельным и паровозам. Тем не менее, это не следует путать с настоящим «двигателем», официально относящимся к двигателю внутреннего сгорания, который его приводит в действие.
• «Тяговый двигатель» — это термин, используемый для описания электродвигателя, используемого для приведения в движение локомотива.
• Самый большой и самый мощный из когда-либо построенных тепловозов — Union Pacific EMD DDA40X.
• Самым маленьким из когда-либо построенных тепловозов (в перспективе) будет Midlander Талиллинской железной дороги.
• Самый быстрый из когда-либо построенных тепловозов — BR Class 43, побивший рекорды Union Pacific M-10000 и Zeyphr компании Burlington Route.
• На железных дорогах США и Северной Америки существует ряд тепловозов с тягой переменного тока.
• «Первичный двигатель» — это термин, используемый большинством железнодорожников, сотрудников и энтузиастов поездов, относящийся к двигателю / стартеру двигателя или генератору, который приводит в действие фактический двигатель дизель-электрических локомотивов, а также сами локомотивы.
• Из-за того, что первые типы североамериканских тепловозов были первоначально построены как « дорожные стрелочные переводы » (переключающие или маневровые двигатели, предназначенные для обслуживания на станции и за ее пределами) и не стали такими популярными, как паровозы, до тех пор, пока после Мира Война 2 (хотя она закончилась и преобладала над таковой в «послевоенную» эпоху, которая ознаменовала «конец паровой эры»), название «дорожный переключатель» — это обозначение, которое теперь используется для средних типов тепловозов, которые закрепились как результат того, для чего они изначально служили: «переключатели дорог»; в основном служит псевдоним к тому, как они эволюционировали .

См. также[]

• Галерея

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

Сколько лошадиных сил у современного локомотива?

Локомотивы прошли долгий путь со времен паровой эксплуатации. Сейчас большинство поездов производятся с использованием дизельных двигателей, которые намного быстрее и эффективнее своих предшественников. Кроме того, электровозы испытывают значительный рост спроса, предсказывая новую эру в отрасли.

Современный локомотив может иметь мощность от 1000 до 18 000 лошадиных сил, в зависимости от источника питания, модели и года выпуска. Средняя мощность двигателя поезда может сильно различаться, но почти все варианты обеспечивают уровень прочности и долговечности, который был бы немыслим еще несколько десятилетий назад.

В следующих разделах вы узнаете больше о средней мощности современного локомотива и о том, как он может работать так эффективно. Вы также узнаете о некоторых из самых мощных локомотивов в мире на сегодняшний день, мощность которых лишит вас дара речи.

Средняя мощность современного локомотива

Большинство современных локомотивов работают с дизельным двигателем, но в более новых версиях в качестве источника энергии все больше и больше используется электричество. В зависимости от применения средняя мощность современной модели может легко превысить отметку в 10 000 л.с.

При обсуждении мощности среднего поезда учитываются только коммерческие грузовые и пассажирские поезда. Микро- и макроверсии часто могут исказить точку зрения, когда дело доходит до стандартного числа, которое может точно описать мощность локомотива.

Все дизельные поезда работают через непрерывную связь между двигателем и электрогенератором (постоянного или переменного тока). Генератор использует мощность, вырабатываемую двигателем, и преобразует ее в огромное количество тока, что позволяет локомотиву обычно работать с мощностью 3000-5000 л.с.

Как видите, хотя минимальная и максимальная мощность двигателя современного поезда может значительно различаться, среднее значение ближе к нижнему краю спектра. Это не означает, что современные модели работают не так эффективно, как могли бы.

Вместо этого подразумевается огромный потенциал электрических версий, ожидаемых в будущем.

Эти статистические данные и измерения основаны на традиционных поездах с одним локомотивом. Современные моторвагонные поезда приобретают широкую популярность благодаря повышенной прочности и другим эксплуатационным преимуществам.

В большинстве этих альтернатив в качестве предпочтительного источника энергии используется электричество, хотя дизельные версии все еще существуют. Они все еще не так широко распространены, как их традиционные аналоги, поскольку их создание и эксплуатация остаются дорогостоящими в текущих производственных условиях.

Несмотря на это, предпринимаются значительные усилия, чтобы сделать этот вид транспорта популярным, так как он может значительно повысить эффективность современных поездов.

Как работает тепловоз?

Тепловозы работают по циклу, который начинается с зажигания дизеля. Этот процесс обеспечивает питание поршней, которые подключены к электрическому генератору. Используя передаваемую мощность, генератор производит достаточно энергии для питания двигателей, вращающих колеса локомотива.

Тепловозы были одним из самых влиятельных изобретений начала 1900-х годов.

Это один из самых мощных и энергоэффективных типов двигателей, используемых сегодня в железнодорожной промышленности, что привело к их вековой популярности. Хотя они улучшались и развивались на протяжении многих лет, предпосылка машины остается прежней.

Причина, по которой тепловозы проходят этот процесс с такой высокой эффективностью, особенно по сравнению с бензиновыми двигателями, заключается в их впечатляющей степени сжатия. Высокое соотношение между объемом их цилиндра и его свободным пространством делает их примерно на 20% более эффективными, чем их бензиновые аналоги.

Что такое тепловозы?

Тепловозы — это машины с автономным приводом, которые тянут прикрепленный к ним поезд с помощью мощных двигателей внутреннего сгорания. Этот тип двигателя работает с использованием дизельного топлива в качестве поставщика энергии, зажигание которого передает энергию через генератор, который передает ее на колеса локомотива.

Дизельные двигатели уникальны по своему принципу действия.

В отличие от большинства других альтернатив, они не полагаются на прямое механическое соединение между двигателем и колесами поезда.

Рабочий процесс тепловоза

Основная функция дизельного двигателя заключается в передаче мощности на электрогенератор, который в большинстве современных моделей обычно представляет собой генератор переменного тока, а не на сами колеса.

Таким образом, производство крутящего момента, используемого в этом процессе, происходит в этом генераторе.

Тепловозы изготавливаются для работы на основе некоторых принципов, применяемых в электровозах, которые, хотите верьте, хотите нет, были изобретены ранее.

По этой причине технику, используемую в дизельных двигателях, часто называют «дизель-электрической». Этот процесс очень хорошо продуман и намного сложнее, чем в предыдущем варианте.

Каждая часть дизельного двигателя должна идеально работать как независимое оборудование, а также в безупречной синхронизации друг с другом. Это качество позволяет мотору эффективно и надежно работать внушительное количество времени.

Самостоятельность в выработке электроэнергии — одна из главных причин, по которой эта модель приобрела такую ​​популярность в прошлом столетии.

Но есть много других факторов, которые сделали этот источник питания столь востребованным производителями. Дизельные двигатели имеют более низкий уровень летучести, более низкие затраты и очень широко доступны, что делает их идеальным вариантом для использования во всем мире.

Весь процесс работы дизельного двигателя проходит через следующие этапы:

• Топливный бак заполняется дизельным топливом с помощью электрического топливного насоса. Вещество хранится в этой области для последующего использования в качестве источника энергии.
• Зарезервированное топливо воспламеняется за счет сильного тепла, выделяемого при сжатии воздуха, которое происходит во время тактов цикла вверх. Этот процесс толкает поршень двигателя вниз, движение которого вращает коленчатый вал.

• Коленчатый вал соединен с 12 цилиндрами, последовательное движение которых способствует созданию механической энергии. Поршни двигателя подключены к генератору, который преобразует эту механическую энергию в электричество.

• Генератор передает преобразованную электроэнергию по установленным цепям, распределяя эту энергию на тяговые двигатели. Каждый из этих двигателей напрямую связан с парой ведущих колес, которые, как вы понимаете, начинают вращаться и позволяют локомотиву двигаться без усилий.

Этот подход позволяет инженерам напрямую регулировать выходную мощность по своему вкусу с помощью электрического управления дроссельной заслонкой. Чем больше открывается этот механизм, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндры мотора, откуда видно, что запускается весь процесс создания мощности.

Увеличенный впрыск топлива приводит к увеличению механической мощности. Это влияет на все остальные компоненты двигателя, пока сила движения колес не увеличится.

Разница между дизельным и традиционным локомотивом

Более высокая эффективность дизельного локомотива по сравнению с традиционным теперь признана фактом во всей отрасли.

Вот почему вам крайне важно понимать основные различия между двумя моделями, которые делают одну лучше другой. Лучшее понимание этих различий начинается с изучения того, как работает каждая из этих альтернатив.

Традиционные двигатели используют исключительно механическую энергию для передачи мощности локомотиву. Это часто может быть костылем, поскольку механические операции, как правило, хрупкие и легко выходят из строя. С другой стороны, у нас есть современные дизель-электрические модели, которые используют как механическую, так и электрическую энергию для поддержания своей работы.

Эта установка не только обеспечивает лучшую общую выходную мощность, но и более надежна и долговечна в сложных условиях.

Переход от паровых локомотивов к тепловозам

Переход от паровых локомотивов к тепловозам, также называемый «дизелизацией», произошел в период с 1930 по 1960 год. которые раньше никогда не считались возможными.

Дизельная альтернатива впервые появилась в 1930-х годах. Хотя он был заметно менее мощным, чем его паровой аналог, он начал набирать популярность среди пользователей и производителей.

Этому сдвигу способствовало несколько причин.

Во-первых, новые дизельные модели были намного меньше и легче, что делало их более удобными в управлении и работе. Их меньший размер также означал, что их будет быстрее и проще производить и доставлять покупателям.

Но это уменьшение габаритов вряд ли было единственной причиной смены предпочтения. Дизельный двигатель является одним из наиболее эффективных способов производства мощности и энергии, позволяя производителям получать ту же мощность за небольшую часть затрат.

Подумайте об этом так: Поскольку дизельные альтернативы работают с КПД в 3-4 раза выше, чем паровые двигатели, кондукторам приходилось гораздо реже останавливаться для дозаправки, что значительно экономит затраты и время.

Кроме того, было замечено, что сочетание механической и электрической энергии привело к гораздо более надежной работе локомотивов, которые работали более плавно в течение более длительных периодов времени.

Это означало, что компании могли еще больше сократить свои расходы благодаря значительному сокращению потребностей в техническом обслуживании и проверках.

Во время экономического спада, последовавшего за Великой депрессией в 1930-х годах, железнодорожные компании искали эффективные способы сократить расходы любыми возможными способами. Поэтому переход на дизельное топливо был незамедлительным, так как многие компании осознали экономическую выгоду, которую это может им принести.

С тех пор производители смогли еще более эффективно распределять затраты, постоянно улучшая характеристики дизельных локомотивов, которые сегодня стали отраслевым стандартом. Чарльз Уоррен

Недостатки паровозов

У паровых локомотивов есть несколько недостатков, которые повлияли на полный переход на более новые дизельные модели. Эти недостатки являются одними из основных факторов, побудивших железнодорожные компании искать более эффективные альтернативы.

Их мощность может отрицательно сказаться на производительности

Хотя паровые локомотивы хорошо известны своей впечатляющей мощностью, такое количество силы часто может стать костылем.

Причина этого в том, что он не всегда используется эффективно и последовательно и никогда не может быть полностью применен к рельсу. Кроме того, более крупные и мощные двигатели приводят к тому, что автомобиль в целом становится больше и громоздче, что отрицательно сказывается на его маневренности и способности управлять и обслуживать.

Работа при постоянной силе

Второй недостаток связан с тем, что паровые двигатели являются машинами, работающими от постоянной силы. Это означает, что энергия, которую излучает этот двигатель, будет одинаковой независимо от скорости автомобиля.

Вы можете видеть, насколько этот операционный подход может быть очень неэффективным и расточительным, когда речь идет о топливных ресурсах.

Таким образом, хотя паровые локомотивы, как правило, более мощные по сравнению с дизельными альтернативами, их мощность не используется столь же эффективно при эксплуатации транспортного средства. Разница в мощности незначительна, потому что в конечном итоге важна конечная выходная мощность.

Неэффективный размер

С другой стороны, паровые локомотивы в целом больше и тяжелее, что означает, что они развивают большее сопротивление, помимо того, что ими сложнее управлять и транспортировать. Мало того, что для их работы потребуется больше мощности, они также работают намного медленнее, чем дизельные модели, поскольку им требуется гораздо больше времени для разгона.

Ограниченная скорость

Еще один недостаток этого двигателя заключается в том, что мощность и выдаваемая энергия ограничены в зависимости от мощности котла.

Скорость поршня увеличивается, когда вы пытаетесь разогнать паровой двигатель. Это означает, что поршни начнут делать больше ходов за меньшее время, но для каждого хода требуется пар.

При определенном ускорении у котла не будет достаточно мощности, чтобы обеспечить поршни достаточным количеством пара для поддержания их увеличенной скорости движения. Когда это произойдет, давление пара начнет падать, что, в свою очередь, замедлит движение поршней, что автоматически снизит скорость локомотива.

Таким образом, скорость, которую вы можете достичь, используя традиционный движок, всегда будет очень ограниченной и труднее контролировать.

Вот почему при переходе на тепловозы скорость была одним из эксплуатационных факторов, которые претерпели наиболее значительное улучшение. Потому что не только ограничение скорости для традиционных моделей было строго ограничено, но и проводникам часто приходилось работать значительно ниже этого ограничения.

Если поезд достигал большого ускорения, падение давления в котле было плохой практикой.

Поэтому они должны были позаботиться о том, чтобы машина не достигла критической точки. Это означало, что нужно двигаться со скоростью чуть ниже предела, чтобы ошибиться в сторону безопасности.

Хотя некоторые могут подумать, что эту проблему можно легко решить, установив котел большей мощности, дополнительная масса этой и без того тяжелой машины только усугубит ранее упомянутые недостатки.

Давление, вызванное ограничением скорости

Эти имитации скорости могут вызвать гораздо больше проблем, чем проблемы с синхронизацией. Как я уже говорил, по мере того, как локомотив разгоняется, поршни начинают двигаться быстрее вперед и назад.

Это также означает, что между каждым ударом будет проходить все меньше и меньше времени, чтобы пар двигался и снабжал поршни достаточной мощностью.

После определенного момента это ограничение движения неизбежно приведет к резкому падению давления, а это означает, что усилие, создаваемое двигателем, значительно уменьшится. Это может привести к попаданию пара в цилиндр, клапаны или выпускные патрубки, что, в свою очередь, повысит давление внутри этих компонентов.

Этой практики активно пытались избежать кондукторы, так как это «противодавление» могло быстро привести к неисправности всего транспортного средства.

В целом, пар был просто неподходящим выбором для поддержания железнодорожной отрасли в течение длительного периода времени. Его воспламеняемость, высокие требования к техническому обслуживанию, дисбаланс и ограничения сделали его слишком неэффективным, чтобы его можно было использовать в качестве основного источника энергии в современных локомотивах.

Таким образом, несмотря на то, что дизельное топливо само по себе может быть более дорогим и менее мощным, чем пар, его непревзойденная эффективность делает его использование гораздо более доступным для компаний. Эта разница становится еще более очевидной, если учесть затраты на управление, обработку, техническое обслуживание и транспортировку.

Кроме того, вы можете понять, почему более легкие и быстрые поезда всегда имеют приоритет над более громоздкими аналогами, поскольку они улучшают критический фактор эффективности. Это лишь некоторые из многих причин, по которым изобретение тепловоза произвело революцию в железнодорожной отрасли с таким значительным влиянием.

Эта модель представила более функциональный и экономичный подход к железнодорожным операциям, поэтому она по-прежнему лидирует в отрасли сегодня, спустя почти столетие после ее изобретения.

Его легкий вес и простота достижения показателей ускорения очень хорошо согласуются с современными представлениями о том, каким должен стать транспорт. Вот почему, хотя электрические локомотивы приобрели большую популярность за последние несколько лет, гибридные модели останутся надолго. Ян. A McCord

Электрические локомотивы

Хотя электрические локомотивы на самом деле являются более ранним изобретением, чем дизельный двигатель, их популярность никогда не росла так, как сегодня. Они набирают огромную популярность в железнодорожной отрасли и часто рассматриваются как доминирующая технология будущего.

Хотя идея, лежащая в основе этого, существовала веками, производители теперь имеют доступ к технологиям и средствам, позволяющим сделать высокотехнологичные электровозы неотъемлемой частью отрасли.

В этой конкретной модели двигатель питается от электричества, проводимого по воздушным линиям, как вы, возможно, видели во многих современных поездах. Электровозы являются одним из наиболее эффективных типов двигателей, которые обеспечивают уровни мощности, невиданные ранее для наземных транспортных средств.

Впечатляющую мощность этих двигателей можно понять, просто сравнив среднюю мощность дизельного двигателя, который уже является высокоэффективным, с мощностью электрического альтернативного двигателя.

В то время как первые, как я уже упоминал, колеблются в среднем около 3000-5000 л.с., вторые достигают в среднем 6000-7000 л.с.

Я хочу отметить, что эта оценка является просто средней, и что отдельные модели могут достигать гораздо более высоких уровней прочности, которые питаются от электроэнергии.

Одним из наиболее заметных преимуществ, которые этот тип источника питания предлагает локомотиву, является тот факт, что выходная мощность не зависит от уровня скорости. Это позволяет автомобилю прикладывать полную силу даже при остановке, что делает движение гораздо более быстрым и эффективным.

Это качество обеспечивает заметное улучшение эксплуатационных качеств локомотива и абсолютно необходимо для современных моделей.

Электровозы Эффективность

Одним из основных преимуществ, привлекающих производителей электровозов, является их непревзойденная эффективность. Чаще всего эти типы двигателей работают с КПД более 90%, что, как видите, сильно отличается от 20-45% других моделей.

Эти двигатели не только сами по себе очень эффективны, но это качество может быть дополнительно улучшено за счет использования рекуперативного торможения.

Этот механизм позволяет двигателю восстанавливать энергию при торможении. Дополнительное удержание энергии можно перепрофилировать для получения еще более высокой выходной мощности, повышая общую эффективность локомотива.

Несмотря на высокий уровень прочности, обеспечиваемый таким впечатляющим уровнем эффективности, эти модели локомотивов по-прежнему легкие, тихие и простые в эксплуатации, так как нет необходимости в большом громоздком двигателе, который мог бы их утяжелить.

Их легкий вес и маневренность также способствуют снижению затрат на техническое обслуживание, поскольку замена большинства механических процессов снижает вероятность отказа в работе.

При этом, хотя электрические локомотивы настолько впечатляюще эффективны и имеют гораздо более низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание по сравнению с другими альтернативами, их главный недостаток заключается в том, что их первоначальные затраты на инфраструктуру могут быть недоступны для многих.

Это одна из основных причин, по которой вы не будете видеть эти модели так часто, как ожидали.

Тем не менее, электропоезда считаются транспортным средством будущего, поскольку они соответствуют всем ожиданиям, предъявляемым к современным видам транспорта.

В связи с растущим беспокойством по поводу экологических проблем предпринимаются дополнительные усилия для разработки инфраструктурных технологий, которые могли бы сделать эти локомотивы более доступными во всех частях мира. Ричард Дайк

Какие локомотивы сегодня самые мощные в мире?

Железнодорожная отрасль прошла долгий путь со времен паровозов. Как вы увидите, современные двигатели могут обеспечить беспрецедентный уровень мощности благодаря своей высокой и постоянно улучшающейся эффективности.

В тройку самых мощных локомотивов мира сегодня входят новочеркасский 4Э5К, Bombardier IORE и Datong HXD2. Все эти модели имеют мощность от 13 410 до 17 838 лошадиных сил.

Новочеркасск 4Э5К

Уникальная модель РЖД установила новый золотой стандарт мощности двигателя мощностью 17 838 л.с. Новочеркасский 4Э5К в настоящее время удерживает корону самого мощного локомотива в мире.

Чтобы представить его впечатляющую мощность в перспективе, этого количества энергии достаточно, чтобы полностью обеспечить электричеством более 2000 средних домов или небольшую деревню. Эта выходная энергия производится гибридным дизель-электрическим двигателем с мощными генераторами, отвечающими за преобразование энергии.

Тяговое усилие этого двигателя не имеет себе равных в наши дни.

Тем не менее, с такими темпами прогресса и развития железнодорожной отрасли можно ожидать, что этот уровень прочности будет более доступен на основном рынке раньше, чем вы думаете.

Bombardier IORE 

Обладая колоссальной мощностью 14 483 лошадиных сил, этот класс из 34 электровозов по праву занимает второе место среди самых мощных локомотивов в мире. Электровоз имеет впечатляющую максимальную скорость, учитывая его более тяжелый вес.

Bombardier IORE претерпела постоянные усовершенствования с момента своего первого появления в 2000 году.

Текущая версия предлагает наиболее значительное увеличение мощности и долговечности, и от шведского производителя можно ожидать еще много других улучшений. Эти качества имели решающее значение при производстве локомотива, так как он изначально был разработан для использования местными горняками.

Когда появился конечный продукт, производители увидели возможность продавать его по всему миру как мощное транспортное средство, символизирующее современную эпоху.

Электровоз Datong HXD2

Электровоз Datong HDX2 мощностью 13 410 лошадиных сил импортирован из Китая. Это транспортное средство было разработано для тяжелых грузовых перевозок и могло заменить мощность трех отдельных локомотивов.

Его основные характеристики – долговечность и простота эксплуатации даже в самых сложных условиях. Этот локомотив может нормально работать даже в экстремальных погодных условиях, что делает его идеальным для перевозки грузов в самых сложных местах.

Поскольку первая версия была выпущена в 2007 году, эта модель постоянно совершенствовалась, прежде чем стала такой, какой она является сегодня. Его маневренность и прочная конструкция сделали эту модель фаворитом среди производителей в этом районе, поскольку это один из наиболее часто используемых транспортных средств для перевозки угля.