Паровозы
Паровозы
— Паровозом называется паровая машина, поставленная на тележку, движущаяся вместе с ней и служащая для перемещения пассажиров или грузов. Первый прибор для передвижения паром был изобретен французским инженером Жозефом Кюньо (Cugnot), представившим в 1769 г. проект повозки, «движимой действием водяного пара, образуемого огнем». Повозка эта (табл. I, фиг. 1) была деревянная, на трех деревянных колесах — одно впереди и два позади; она была снабжена небольшим паровым котлом и машиной с вертикальным паровым цилиндром, вращающей переднее колесо, снабженное зубцами. Первые опыты производились на улицах Парижа в 1770 г., но оказались весьма неудачными. Повозка эта сохраняется поныне в «Conservatoire des Arts-et-Métiers». В 1802 г., в Англии, Тревитик и Вивиан (Trevithick and Vivian) патентовали паровоз., модель которого хранится в Patent Museum at South Kensington; в 1804 г. ими был построен настоящий П., изображенный на фиг. 2, который мог везти поезд с грузом в 600 пуд., со скоростью 7,5 в. в час. Паровоз состоял из горизонтального парового котла на 4-х колесах, с горизонтальным паровым цилиндром, помещенным спереди и скрытым внутри котла; движение колесам П. передавалось от машины при помощи зубчатых колес. В 1829 г. компания Ливерпуль-Манчестерской жел. дороги объявила конкурс на станции в Рэнгилле (Rainhill), с премией в 500 фун. стерл. (около 3150 руб. золотом) за наилучший П. На это знаменитое состязание были представлены 5 П., но из них испытанию подверглись только три, а именно: «Ракета» Стефенсона (Rocket, Stephenson); «Новость» Бретвета и Эриксона (Novelty, Braithwaite and Ericsson) и «Несравненный» Гакворта (Sanspariel, Hackworth). Премия была присуждена Стефенсону. Рэнгилльское состязание имело решающее значение, так как вполне убедило всех в несомненных преимуществах употребления паровоза для скорого передвижения грузов и пассажиров по рельсовому пути. Блестящий успех «Ракеты» был обеспечен одновременным соединением в нем трех условий, существенно необходимых для достижения удачных результатов:
- 1) Принципа сцепления гладких колес с гладкими же рельсами, без зубцов на тех и других, казавшихся прежде неизбежными. Употребление зубцов влекло за собой массу неудобств и делало весьма опасным сколько-нибудь значительное увеличение скорости. Упомянутый принцип сцепления был впервые установлен Блэкетом (Blackett) в 1814-15 гг.
- 2) Выпуска отработавшего в цилиндре пара в дымовую трубу паровоза, для усиления в ней тяги воздуха, способствующей усиленному и более полному горению угля в паровозной топке. Впервые выпуск пара в трубу был применен в 1804 г. Тревитиком в его П., но влияние этого выпуска на тягу в трубе ему оставалось неизвестным.
- 3) Применения трубчатого котла, изобретенного Сегеном во Франции и почти одновременно с ним Бутом в Англии. Сеген (Seguin), состоявший инженером и директором Сент-Этьенской железной дор., взял привилегию на трубчатый котел в конце 1827 г. Помещенные внутри котла металлические трубки, находящиеся в воде и внутренностью своею сообщаемые с топкой и дымовой трубой, весьма значительно увеличивают поверхность нагрева котла, то есть ту поверхность, сквозь которую теплота горения переходит в воду, превращая ее в пар. С увеличением поверхности нагрева большая часть теплоты горения идет на парообразование и сравнительно меньшая часть улетает даром в дымовую трубу.
 1. Тележка Кюньо. 2. Паровоз Тревитика (1804). 3. Паровоз Стефенсона (1825). 4. Американский паровоз «Atlantic» (1832). 5. Первый появившийся в Германии паровоз «Adler» (1885). 6. Первый построенный в Германии паровоз «Saxonia» (1838). 7. Пассажирский паровоз прусских государственных дорог. 8. Тендер, питающийся водою на ходу поезда. 9. Курьерский паровоз австрийских государственных дорог. 10. Пятиосный товарный паровоз, системы компаунд, прусских государственных дорог. 11. Двуосный паровоз для узкоколейных и второстепенных железных дорог. |
 Черт. 1, 2, 3 и 4. Четырехосный товарный паровоз-компаунд правительственного типа, 1893 г. Черт. 5. Товарный паровоз с котлом Ленца (Lentz). Черт. 6. Компаунд-паровоз Ворсделя (Worsdell). |
 Четырехосный паровоз-компаунд, с одной поддерживающей осью, серии Н Николаевской жел. дор. |
 Пятиосный паровоз-компаунд, с двуосной тележкой, Владикавказской железной дороги. |
 1. Американский, курьерский паровоз. 2. Пятиосный товарный танковый паровоз для туннеля «St. Clair.», в Америке. 3. Двойной танковый паровоз, системы компаунд, Сен-Готардской железной дороги. 4. Паровоз с двойным котлом Восточной французской жел. дор. |
Еще до постройки «Ракеты», произведенной совместно с сыном Робертом, отец его, Георг Стефенсон, имел обширный опыт в построении паровозов; на табл. I (фиг. 3) изображен один из трех паровозов, построенных им в 1825 г. для Стоктон-Дарлингтонской жел. дор.; П. снабжен вертикальными паровыми цилиндрами и служил для поездов в 90 тонн весом, двигавшихся со скоростью 19-24 км (18-22 в.) в час. Стефенсону же принадлежит «Орел» (Adler; I, фиг. 5) — первый появившийся в Германии П., весом около 6 тонн и стоимостью в 13930 флоринов, пущенный в ход в 1835 г. на Нюренбергской жел. дороге. По типу Стефенсоновских же паровозов впервые построен в Германии П. «Саксония», в 1838 г. (I, фиг. 6). Американскиe паровозы, из которых первый был построен Купером (Cooper) в 1829 г., иногда отличаются необычайной своеобразностью постройки; таков напр. паровоз «Атлантик» (т. I, фиг. 4), построенный в 1832 г. Дэвисом и Гартнером, для Пенсильванской жел. дор., и снабженный вентилятором для вдувания воздуха в топку, а также механизмом, при движении напоминающем движение ног прыгающего кузнечика — вследствие чего машина и называлась «машина-кузнечик» (grasshopper-engine).
В России первый паровоз был построен на Нижнетагильских горных заводах Демидовых. Сын известного механика этих заводов, Ефима Черепанова, после совершенной им в 1833 г. поездки в Англию, построил в том же году, при содействии отца, первый небольшой «сухопутный пароход», возивший более 200 пуд. груза со скоростью 12-15 в. в час, по нарочно проложенным, на длине 400 саж., «чугунным колесопроводам» (рельсам). В 1835 г. Черепановы, отец и сын, построили другой подобный «пароход», больших размеров, возивший до 1000 пуд. тяжести (см. «Горный Журнал», 1835, II, 445 и III, 170).
Дальнейший ход развития П. заключался преимущественно в усовершенствовании всех отдельных частей и в выработке специальных типов, наиболее приспособленных к особенностям требуемой от них службы. Употребительные ныне главнейшие типы П. следующие: Курьерские, для поездов весом 75-150 тонн, движущихся со скоростью 60-90 км в час [Тонна (1000 килограмм) равна 60 пудам (точнее 61 пуду).]. Пассажирские, для поездов 100—250 тонн, со скоростью 35-60 км Товарные, для поездов 250—700 тонн, со скоростью 20-30 км Товаро-пассажирские, промежуточные между последними двумя, для скоростей 30-40 км. Кроме перечисленных типов поездных П. имеются еще специальные типы служебных или маневровых паровозов, для служебных маневров на станциях при составлении поездов.
Следующая таблица (см. Мухачев, «Теория и конструкция П.», 1895) дает понятие о главнейших размерах поездных П.
| Паровозы | Kypьepcкие | Пассажирскиe | Товарные |
|---|---|---|---|
| Диаметры паровых цилиндров в метрах | 0,38-0,48 | 0,40-0,48 | 0,41-0,50 |
| Ход поршня в метрах | 0,51-0,63 | 0,51-0,64 | 0,61-0,66 |
| Диаметр ведущих и спаренных колес в метрах | 1,8-2,5 | 1,4-1,7 | 1,2-1,4 |
| Диаметр поддерживающих колес в метрах | 1,0-1,35 | 1,0-1,25 | 0,94-1,1 |
| Диаметр котла в метрах | 1,22-1,3 | 1,3-1,35 | 1,3-1,4 |
| Площадь колосниковой решетки в квадр. метрах | 0,95-2,3 | 0,95-2,0 | 1,1-2,15 |
| Поверхность нагрева топки в квадр. метрах | 6-10 | 5,5-9,0 | 6-10 |
| Поверхность нагрева трубок в квадр. метрах | 70-125 | 70-120 | 80-165 |
| Вес пустого паровоза в тоннах | 30-44 | 32-45 | 33-42 |
| Вес паровоза в рабочем состоянии в тоннах | 33-56 | 35-48 | 36-48 |
| Вес тендера с водой и углем в тоннах | 20-25 | 20-25 | 25-28 |
В основу всех соображений при выборе системы и определении размеров П. должно принять следующее положение: сила тяги паровоза всегда равна силе его сцепления с рельсами. Подобно тому, как усилие лошади, движущей повозку, всегда равно силе, проявляющейся в местах упора копыт о землю — силе, препятствующей скольжению копыт, — так и сила тяги производимая П., всегда должна быть равна силе сцепления П. с рельсами — силе, препятствующей скольжению пар. колес по рельсам. В тех случаях, когда сила сцепления оказывается недостаточной, колеса П. начинают буксовать, т. е чрезвычайно быстро вращаться, не перемещая П., который, если бы и двигался, то без содействия паровой машины. Наибольшая сила сцепления определяется силой трения колес о рельсы, так что сила сцепления всегда меньше и только в крайнем случае может быть равна силе трения. Величина работы, производимой П. в единицу времени, измеряется произведением из силы тяги на скорость движения, или, согласно сказанному, произведением из силы сцепления на скорость движения: работа в ед. вр. = силе тяги или силе сцепления х на скорость движения. Но наибольшая работа, которую может развить паровоз, по необходимости ограничена, ибо размеры котла и пар. машины не должны выходить из известных, строго определенных, рамок в ширину и высоту. Отсюда следует, что только при малых скоростях П. могут развивать весьма значительную силу тяги, то есть тащить очень тяжелые поезда, если сила сцепления достаточно велика. Таковы паровозы товарные. Наоборот, при очень больших скоростях, сила тяги не может быть велика, так как в противном случае потребуется от П. чрезмерно большая работа, которую он не в состоянии будет развить. Таковы П. курьерские. Дальнейшее различие между этими двумя крайними типами паровозов обусловлено величиной требуемой от них силы сцепления. Сила сцепления вообще меньше силы трения, а последняя, при одинаковых прочих обстоятельствах, прямо пропорциональна давлению, прижимающему колеса к рельсам. Давление же производится действием веса П. Колеса П. подразделяются на 1) ведущие, соединенные кривошипами и шатунами с поршнями пар. цилиндров; 2) спаренные, то есть соединенные с первыми посредством соединительных шатунов или дышл; диаметры первых и вторых непременно должны быть равны между собой; 3) поддерживающие, обыкновенно меньшего диаметра, не связанные с предыдущими и служащие только для поддержания веса П. Сила сцепления обусловливается давлением от той части полного веса П., которая действует на движущие, то есть ведущие и спаренные с ними колеса; посему в товарных П., для увеличения силы сцепления, увеличивают по возможности число спаренных колес, в курьерских же число спаренных колес бывает сравнительно меньшее и нередко спаренные колеса совершенно отсутствуют. Число движущих колес обусловлено допускаемой нагрузкой на каждую ось: эта нагрузка доходит до 19 тонн, но у нас, по свойствам верхнего строения пути наших железных дорог, трудно допустить давление одной оси на рельсы более 14 тонн. Другой отличительной особенностью курьерских П. являются сравнительно большие диаметры ведущих (а след. и спаренных с ними) колес. Путь, проходимый П. при одном обороте ведущего колеса, равен длине окружности колеса. При очень больших скоростях число оборотов ведущих колес в единицу времени (равное скорости, деленной на окружность колеса), а следовательно и число размахов поршней пар. цилиндров, настолько велико (несмотря на большую окружность колес), что в цилиндрах успевает израсходоваться весь доставляемый котлом пар, след. П. в состоянии развить наибольшую возможную для него работу. При малых же скоростях требуется сравнительно меньший диаметр ведущих колес для того, чтобы получить число оборотов, достаточное для использования в цилиндрах всего пара и достижения таким образом наибольшей возможной работы; при тех же скоростях, но несообразно большом диаметре колес, для использования всего пара потребовались бы цилиндры несообразно больших диаметров. Давление пара в паровозных котлах у нас достигает 12 атм., а за границей 14 атм. Для более подробного ознакомления с конструкцией П. рассмотрим правительственный нормальный тип (тип 1893 г.) товарного 8-колесного паровоза системы компаунд для российских казенных жел. дорог (табл. II). На таблице II черт. 1 изображает продольный разрез П. вертикальной плоскостью; черт. 2 — верхняя половина — продольный разрез горизонт. плоскостью, проведенной через оси колес; черт. 3 — левая половина — поперечный разрез плоскостью, проходящей через дымовую коробку, а правая половина — вид спереди, со стороны дымовой коробки; наконец, черт. 4 — вид спереди, со стороны будки машиниста. Паровой котел П. (черт. 1) оканчивается слева огневой топочной коробкой О, а справа примыкает к дымовой коробке D, наверху которой помещается дымовая труба Т. Внутри цилиндрической части котла проходит большое число дымогарных трубок тд, по которым горячие газы из топочной коробки протекают в дымовую коробку и из нее в дымовую трубу. Топливо сжигается на колосниковой решетке К, расположенной на дне огневой коробки. Ниже колосников находится поддувало или зольник З, в котором собирается зола и мелкие куски угля, проваливающиеся сквозь колосниковую решетку. Поддувало снабжено передними и задними дверцами для управления впуском воздуха под колосники. Внутренняя огневая коробка О, в которой сжигается топливо, составлена обыкновенно из трех металлич. (преимущ. медных) листов; один из них ш (шинельный) образует верхнюю стенку или потолок (небо) и две боковые стенки коробки; другой т (трубная доска или решетка) образует переднюю стенку огневой коробки в ней закрепляются концы дымогарных трубок; наконец, третий лист образует заднюю стенку коробки, снабженную отверстием с отогнутыми наружу краями, прикрываемыми снаружи топочными дверцами д, служащими для забрасывания топлива. Внутренняя огневая коробка окружена наружной огневой коробкой или кожухом, составляющим одно целое с цилиндрической частью котла и соединяемым внизу с внутренней коробкой толстой железной рамой, прямоутольного или квадратного сечения. Пространство между боковыми стенками наружн. и внутр. огневых коробок заполнено водой, которая покрывает также и небо внутр. огнев. коробки слоем воды надлежащей толщины. Образующийся в котле пар собирается в паровом колпаке пк, в верхней части которого заканчивается паровая труба mn, по которой пар из колпака проводится двумя ответвлениями в паровые цилиндры Ц (черт. 2 и 3), расположенные спереди по бокам П. Отверстие паровой трубы закрывается особой задвижкой Рз, называемой регуляторным золотником или регулятором. Для открывания и закрывания этого золотника служит рукоять Рр (черт. 1 и 4), расположенная в будке Б под рукой машиниста; рукоятью этой машинист передвигает золотник или регулятор при посредстве длинного горизонт. вала, проходящего внутри котла от будки до парового колпака. Отработавший в цилиндрах пар выпускается через форсовой конус Ф в дымовую трубу. Конус служит для регулирования отверстия, через которое отработавший пар устремляется в дымовую трубу. Над конусом Ф (черт. 1) помещен форсовой кран или сифон Сф, через который впускается в дымовую трубу пар из котла, для усиления тяги, а также для возбуждения тяги во время остановок. Цилиндры паров. (Ц) прикрепляются к паровозной раме Р (черт. 2 и 3), образуемой 2-мя толстыми (в рассматр. П. толщиной в 33 мм = 1 5/16 дм) продольными железными листами, хорошо скрепленными между собой и спереди укрепленными к поперечному буферному брусу Бб, снабженному двумя буферами Бф, для смягчения ударов при сцепке с вагонами. Рама снабжена различными вырезами, а также прорезами наподобие лап для вставления букс бс (черт. 1, 2) или смазочных коробок паровозных осей. В рассматр. П. все 8-мь колес кл спарены между собой, так что сцепление производится полным весом П. Колеса 3-й оси, считая от цилиндров, служат ведущими и соединены шатунами шт (черт. 2) со стержнями поршней пш паровых цилиндров. Помещающийся в будке машинист имеет под рукой все приборы для надзора за П. и управления им. Кроме упомянутой раньше рукояти или ручки Рр регулятора (черт. 1 и 3), здесь справа устанавливается рычаг для перемены хода или реверс, служащий для перестановки кулисс. Перестановкой кулисс сообщается П. задний ход, а также, не изменяя направления движения, достигается возможность управлять ходом машины, посредством изменения степени отсечки пара (см. Паровые машины) в цилиндрах П. Здесь же помещаются: пара инжекторов и для питания котла водой, подводимой из тендера посредством гибких соединительных рукавов р (черт. 1, 2, 3), находящихся под платформой машиниста; кран от трубки, подводящей пар из котла в тендер для подогревания в нем воды; ручки и другие приспособления для управления: форсовым конусом, сифоном, дверцами поддувала, продувательными кранами паровозных цилиндров — для продувки цилиндров, то есть выпуска из них конденсационной воды, паровым свистком св, песочницей пс - для подсыпания, по особой подводящей трубке, песка на рельсы, в случае недостаточного сцепления. Кроме того, перед глазами машиниста находятся: указатель давления пара в котле — манометр; указатели уровня воды в котле: водомерное стекло с и три водопробных крана кв. Сверх того, на поездах с непрерывными автоматическими тормозами здесь же помещается кран машиниста для управления автоматическим тормозом. На котле и паровом колпаке размещаются еще коробки с предохранительными клапанами кп, а также колокол, соединяемый с сигнальной веревкой. Для усиления сцепления в товарных П. не только спаривают все колеса, но увеличивают также и вес П. В Америке довольно употребительны так наз. Decapod — П., весом в 70-75 тонн, все 5 осей которых спарены между собой. Самый тяжелый П. такого типа построен известным заводом Baldwin в Филадельфии для тоннеля St.-Clair в Канаде, между озерами Онтарио и Гурон. П. этот (табл. V, фиг. 2) весит 88,5 т. и назначен везти поезда в 770 т. по подъемам в 1/50 (то есть в сажень высоты на расстояние в 50 саж.); по бокам котла устроены помещения (баки или танки) для воды, вместимостью в 7,6 куб. метров (или 7,6 тонн воды). Пятиосный товарный П. прусских государственных дорог (табл. I, фиг. 10) имеет 4 спаренных и одну поддерж. ось. Для усиления действия употребляются также двойные (duplex) П. Двойной П. Ферли (Fairlie) снабжен котлом, составленным из двух цилиндрических частей, с двумя внутренними огневыми коробками посредине между ними и двумя дымовыми коробками на оконечностях котла. Под каждой цилиндрической частью котла помещается поворотная на вертикальной оси тележка, с двумя или тремя спаренными осями и двумя паровыми цилиндрами. В России П. Ферли различных типов применяются на Закавказской жел. дор.; они снабжены 3-осными тележками и баками или танками для воды, емкостью в 8-11 куб. метр., а также помещениями для дров на одних и для нефти на других. Весят в рабочем виде 75 до 87 тонн. Двойной П. сходного с Ферли типа (табл. V, фиг. 3) построен на заводе Маффеи в Мюнхене для Сен-Готардской жел. дор.; он весит в рабочем виде 85 тонн и может развить силу тяги в 9 тонн. П. Восточной французской жел. дор. (табл. V, фиг. 4) снабжены двойным котлом, в котором верхний цилиндр не имеет дымогарных трубок. В пассажирских и курьерских П. обыкновенно бывают спарены только две оси, как напр в пассажирских П. прусских (табл. I, фиг. 7) и курьерских П. австрийских (табл. I, фиг. 9) государственных дорог. В России для скорых поездов применяются нередко более сильные типы. Так, для Владикавказской жел. дор. выработан, по образцу американских. особый тип пятиосного П.-компаунд (табл. IV), с тремя спаренными осями и тележкой, снабженной двумя поддерживающими осями. Причиной введения столь тяжелого типа пассажирско-курьерских П. было, насколько известно; увеличение веса поездов, вследствие введения более удобных, но и более тяжелых вагонов американского типа, а также стремление увеличить скорость поездов на дороге с довольно трудными условиями — со многими подъемами в 1/100 и крутыми закривлениями.
На Николаевской железной дороге, соображаясь с условиями движения пассажирских поездов и в особенности Императорского поезда этой дороги, весом в 390 тонн, избран заимствованный от бельгийских дорог тип П. с 3-мя спаренными осями и одной поддерживающей, с радиальным направлением для удобного прохода по кривым. Такой П.-компаунд cepиu H. Николаевской жел. дор. (табл. III) был спроектирован в 1891 г. на Александровском заводе под руководством проф. Щукина, а в 1892 г. на Коломенскомском заводе приступлено было к постройке первых 10-ти П. этого типа. На пробных поездках от СПб. до Бологое и обратно, с поездом в составt 47 осей и весом около 390 т., П. серии H. оказались весьма спокойными на ходу и вполне выдерживали расписание со средней скоростью до 45 верст в час, при подъемах в 0,006 протяжением до 20 вер. П. развивал при этом силу тяги до 5 т. = 5000 кг. На табл. V (фиг. I) изображен тип американского курьерского П. с двумя спаренными осями и тележкой с двумя поддерживающими осями. Американские П. и некоторые из европейских снабжаются спереди особыми приборами — каукэчерами (cawcatcher; caw — корова, catcher — ловушка) для сбрасывания попадающихся на пути животных. П. для узкоколейных дорог (табл. I, фиг. 11) нередко имеют всего только две оси, спаренные между собой. Поездные П. обыкновенно снабжаются отдельными тендерами, то есть повозками с запасом топлива и воды для П. Тендера должны иметь достаточный для перегона от одной станции до другой запас топлива и воды. С целью увеличить длину перегонов американец Рамсботом (Ramsbottom) устроил тендер, забирающий воду на ходу поезда (табл. I. фиг. 8). При помощи такого тендера ирландский почтовый поезд между Честером и Холихэдом; на перегоне в 127 в., забирает на ходу, при скорости 33 вер. в час. около 4,5 куб. м воды из длинного (в 189 саж.) желоба, проложенного между рельсами. Черпак А (10 дм шир.), погружаемый в воду на 2 дм, захватывает не успевающую воспринять скорость поезда воду и побуждает ее подниматься вверх по черпаку и переливаться в тендер. Скорость в 23 в. становится уже недостаточной для захватывания черпаком воды. Инженер Рус Mapтен сообщает следующие сведения «о наибольшем на земном шаре перегоне без остановки», между Лондоном и Экстером (Exter), длиною в 312 км: П. с одной движущей осью, диаметром колес в 7 фт. 8 дм (2337 мм), вез поезд, состоявший, кроме П. и тендера, из 6 вагонов на тележках, совокупного веса в 140 тонн. Время, назначенное для следования по этому перегону, было 3 ч. 45 м. Средняя скорость 83 км в час.
 |
Паровоз на горизонталях и спусках с замечательной легкостью развивал скорости в 132—134 км. Во время следования П. брал дважды воду на полном ходу поезда (см. жн. «Инженер», Киев, 1897, № 8 и 9). Усовершенствования П. коснулись также его котла и паровой машины. В обыкновенном котле плоские стенки огневой топочной коробки, для выдерживания высокого давления пара, нуждаются в многочисленных металлических скреплениях. С целью устранения скреплений, Ленц (Lentz) устроил котел с трубчатой топкой из волнистой меди (табл. II, черт. 5). По мнению Ленца П. с медной волнистой трубой обходятся дешевле на 2-2,5 тысячи руб. и вполне безопасно выдерживают давление пара в 12 атмосфер. Наиболее выдающееся усовершенствование паровой машины заключалось в применении к П. системы компаунд (compound), то есть системы двойного расширения пара, раньше с большим успехом примененной к пароходным и заводским паровым машинам (см. Паровые машины). В машине компаунд впуск пара (из котла) производится только в малый цилиндр или цилиндр высокого давления, а выпуск отработавшего пара в дымовую трубу только из большого цилиндра или цилиндра низкого давления, причем пар расширяется двукратно - начиная расширение в малом и заканчивая его в большом цилиндре. На таблице II (черт. 6) изображен один из П.-компаунд, системы Ворсделля (Worsdell), с двумя внутренними (внутри рамы) цилиндрами неравного диаметра. Отработавший в малом цилиндре пар перепускается, по длинной изогнутой трубе, называемой ресивером (см. Паровые машины) и огибающей внутри дымовой коробки ее боковые и верхнюю стенки, в золотниковую коробку большого цилиндра, а отработавший в последнем пар выпускается через конус в дымовую трубу. Применением к П. системы компаунд нередко достигается экономия в расходе топлива от 15 до 30 %. Отличительной особенностью П.-компаунд является необходимость приспособлений, облегчающих трогание поезда с места. С этой целью в П. системы Малле большой и малый цилиндры устроены так, что могут разобщаться между собой и сообщаться, каждый отдельно, с котлом и выпуском в атмосферу, работая наподобие обыкновенной машины, но с пониженным давлением пара в большом цилиндре; в других системах имеется автоматическое приспособление для временного разобщения цилиндров, причем в большой цилиндр впускается пар пониженного давления (системы Borries, Worsdell), или же трогание с места производится впуском пара из котла, через ресивер, в большой цилиндр, одновременно с чем пар из ресивера пропускается по обе стороны малого поршня (сист. Lindner). Применяются также системы П.-компаунд с тремя и четырьмя цилиндрами. В системе Вебба, с тремя цилиндрами, два малых цилиндра помещены по бокам, снаружи рамы, и приводят в движение одну ведущую ось, тогда как большой цилиндр находится внутри, между малыми, и движет другую ведущую ось, не спаренную с первой.
Conpoтивление поезда на горизонтальном пути составляет лишь незначительную часть, обыкновенно не более 1/200 его веса, но оно сильно возрастает на подъемах (если x - сопротивление на горизонтали, i — подъем, то сопротивление на подъем = х + i, в долях веса поезда). Предельный подъем для обыкновенных П., в которых сцепление с рельсами производится действием веса, можно считать равным 1/20. Для преодоления более крутых подъемов поезд прицепляют к канату, проложенному по середине пути на особых роликах, поддерживающих канат, а также и направляющих его; то есть удерживающих в надлежащем положении на закривлениях пути; канат этот наматывается на барабан, помещаемый на станции в высшей точке подъема; барабан вращается особой паровой машиной. На горных дорогах нередко применяют зубчатое сцепление П. с зубчатой рейкой (полосой), проложенной по середине рельсового пути. Управление казенных железных дорог в России предложило в 1890 г. начальникам дорог руководствоваться, для более правильного и однообразного состава поездов, следующими правилами:
Сопротивление поезда для летнего движения определять по формуле (проф. Н. П. Петрова):
- W = (A + 0,15v + 0,001v²)S + 1,2Q + Bnv + 0,03(1 + 0,04n)v² + (21[(4L — L²)/(R — 45) + i](Q + S).
- W — сопротивление поезда, в кг.
- п — число вагонов (n = Q/q, где q средн. вес груженого вагона в тоннах).
- v — скорость в км в час.
- S — вес П. с тендером, в тоннах.
- Q — вес всех вагонов в поезде, в тоннах.
- i — число тысячных долей подъема (i = 10 при подъеме в 1/100).
- В — наименьший радиус (в метрах), совпадающий с расчетным подъемом i. L - расстояние (в метрах) между центрами вагонных осей, не изменяющих своего относительного положения.
- A = 2,35 для пассаж. и смешанного поездов; 4,3 для товарного поезда.
- В = 0,6 для пассажирского; 0,7 для смешанного; 0,9 для товарного поездов.
Наприм. для товарного поезда, при:
- Q = 650, S = 70, v = 15, n = 40, i = 8 (подъем 0,008), L = 3,8, R = 600, имеем:
- W = 474,25 + 780 + 540 + 17,55 + 20,7 + 5760 = 7592,5.
При тех же условиях и том же поезде conpomuвлeниe поезда на горизонтали (при i = 0) будет:
- 7592,5 — 5760 = 1832,5
то есть составит всего 1832,5/720000 = 1/332 долю полного веса поезда.
Наибольшую сцепную силу тяги П (силу сцепления) определять по формуле:
- Тс = fQ', где Тс — сцепная сила тяги в кг.
- Q — сумма давлений всех сцепных или движущих (ведущих и спаренных с ними) колес на рельсы, в кг.
- f = 1/4,5 до 1/5,5 — для летнего движения. На разных русских дорогах принимается различная величина коэф. f, крайние пределы их следующие:
на Риго-Тукумской ж. д. принимают f = 1/4,5, на Орлово-Витебской ж. д. принимают f = 1/5,8.
Наибольшую паровую силу тяги Тn (силу тяги, которую может доставить котел), определяют по формуле:
- Tn = 19(F/v)K,
- где Тn — паровая сила тяги, в кг.
- F — полная поверхность нагрева котла в кв. м.
- v — скорость поезда в км в час.
- К — количество пара в кг., доставляемое каждым кв. м поверхности нагрева в час.
По данным СПб.-Варш. и Московско-Яросл. жел. дорог К = 40-42 для дров, а для угля К зависит от отношения z полной поверхности нагрева (топки и дымогарных труб) к поверхности топки:
| при z = 11 | 12 | 13 | 14 |
|---|---|---|---|
| К = 59,1 | 55,4 | 52,0 | 48,7 |
| L = 8,28 | 8,40 | 8,50 | 8,60 |
Здесь L количество пара в кг., приходящееся в час на 1 кг угля.
Наибольшую цилиндровую силу тяги (силу тяги, соответствующую размерам паровой машины) определять по формуле:
- Тц = Pi(d2l/ D)
- где Тц — цилиндровая сила тяги, в кг;
- Pi — среднее индикаторное давление пара, выраженное в атмосферах.
- D — диам. поршня (большого поршня для компаунд) в см.
- l — ход поршня, в см.
- D — диам. ведущего колеса, в см.
Для обыкновенных машин:
Pi = 0,9(P0 — 1,5),
- где P0 — полное давление пара (см. Паровые машины) в атмосферах. Для компаунд-машин:
по формуле проф. Н. П. Петрова; ε — полная степень расширения пара [Показанная в ? 19 таблицы главных размеров русских П. сила тяги Тц вычислялась для компаунд в предположении, что степень расшир. ε1, в малом цилиндре равна, 0,7; тогда ε = ε1к = 0,7к, где к означает отношение площади малого поршня к площади большого; к = d²м/d²б, где d²м и d²б — диам. м и б. цилиндров].
Статистические сведения.
К началу 1892 г. общее число 112500 паровозов на всем земном шаре распределялось по странам следующим образом:
| Страны | Число паровозов |
|---|---|
| 1) Европа. | |
| Великобритания | 17000 |
| Германия | 15000 |
| Франция | 11000 |
| Россия | 7000 |
| Австро-Венгрия. | 5000 |
| Италия | 4000 |
| Бельгия | 2000 |
| Голландия | 1000 |
| Испания | 1000 |
| Швейцария | 900 |
| Остальные области | 2600 |
| Всего | 66500 |
| 2) Америка. | |
| Соединенные Штаты | 35000 |
| Канада | 2000 |
| Остальные области | 3000 |
| Всего. | 40000 |
| 3) Азия. | |
| Британская Индия | 2500 |
| Остальные области | 800 |
| Всего | 3300 |
| 4) Австралия | 2000 |
| 5) Африка | 700 |
Средняя стоимость паровозов в 1894 г. в Германии была: курьерских 50000 марок, пассажирских 49000 мар., товарных 42000 мар., танковых (трехосных) 33000 мар. Стоимость П. подвержена вообще весьма значительным колебаниям, как показывают следующие цифры относящиеся к 1890-91 г (см. Roll, «Encyclopädie des gesamten Eisenbahnwesens»).
| Низшая цена | Высшая цена | ||
|---|---|---|---|
| Нормальный курьерский П. | 1890 | 34340 мар. | - |
| 1891 | - | 48896 мар. | |
| Нормальный пассажирский П. | 1890 | - | 54026 мар |
| 1891 | 29645 мар. | - | |
| Нормальный товарный П. | 1890 | 34450 мар. | - |
| 1891 | - | 41680 мар. | |
| Нормальный компаунд П. | 1890 | 34789 мар. | - |
| 1891 | - | 41077 мар. |
Для товарного паровоза наивысшая цена (69000 мар.) была в 1872-73 гг., а самая низкая в 1868 и 1874-87 гг. По данным министерства путей сообщения, общее число паровозов в России было следующее:
| К 1-му января 1891 г. | К 1-му января 1896 г. | |
|---|---|---|
| На казенных жел. дорогах | 1535 | 5197 (из них компаунд 469) |
| на версту пути | 0,18 | 0,25 |
| На частных жел. дорогах | 5398 | 2926 (из них компаунд 544) |
| на версту пути | 0,27 | 0,26 |
| Всего паровозов. | 6933 | 8123 |
Из полного числа 8123 паровозов (в 1896 г.) снабжены непрерывными тормозами 1131 П. По времени изготовления и заводам изготовления П., к 1 янв. 1896 г., распределялись следующим образом:
По времени изготовления.
| 1850-60 | 263 |
| 1861-70 | 1828 |
| 1871-80 | 3620 |
| 1881-90 | 1167 |
| 1891-95 | 1245 |
| Итого | 8123 |
По заводам изготовления:
на русских заводах.
| Коломенском | 1661 |
| Невском | 1236 |
| Мальцевском | 413 |
| Брянском | 255 |
| Александровском | 245 |
| Путиловском | 98 |
| Воткинском | 90 |
| В мастерских жел. дорог | 22 |
| Итого | 4020 |
на иностранных заводах.
| Германских | 1738 |
| Французских | 694 |
| Английских | 560 |
| Австрийских | 534 |
| Бельгийских | 214 |
| Разных, без указания государств | 363 |
| Итого | 4103 |
Средняя стоимость паровозов, построенных в Poccии за пятилетие с 1886 по 1890 г., была следующая:
| Паровозов 8-колесных | до 30 тыс. р. |
|---|---|
| " 6-ти " | 23-24 тыс. р. |
| " танковых | 23-24 тыс. р. |
К 1896 г. средняя стоимость П. с тендерами определилась: для казенных жел. дорог в 26600 руб. (от 19,3 до 37,3 тыс. р.), для частных жел. дорог в 25700 руб. (от 20,5 до 30,5 тыс. р.). По отоплению полное число 8123 П. (к 1 янв. 1896 г.) распределялось так:
| Дрова | Кам. уголь | Торф | Нефть | |
|---|---|---|---|---|
| Казенные ж. д. | 1805 | 2234 | 49 | 1109 |
| Частные ж. д. | 434 | 1007 | 4 | 1481 |
| Итого | 2239 | 3241 | 53 | 2590 |
Нефтью, точнее — нефтяными остатками (мазутом; см. Отопление нефт.) отопляются дороги, лежащие в бассейне Каспийского моря (Закавказская, Грязе-Царицын. и др.), а также жел. дор., проходящие в район реки Волги. Кроме того Балтийская, а частью и Николаевская, начинающая приспособлять П. для нефтяного отопления. В 1890 г. пробег паровозов на различного рода топливе, а также расход последнего выразился, в округленных цифрах (см. «Очерк сети русских жел. дорог»):
| Род топлива. | Общий пробег паровоза в км | Расход топлива в куб. м | Стоимость топлива в тыс. руб. |
|---|---|---|---|
| Дрова | 64 млн. | 3,6 млн кг | 4711 |
| Антрацит | 4 " | 52 " | 418 |
| Каменный уголь | 80 " | 1064 " | 7103 |
| Торф | 2 " | 50 " | 228 |
| Нефтяные остатки | 27 " | 266 " | 2419 |
| Итого | 177 млн. | - | 14879 |
В период 1887—1891 г. общее количество топлива, израсходованного на русских жел. дорогах, распределялось по годам и роду топлива след. образом:
| Года | 1887 | 1888 | 1889 | 1890 | 1891 |
|---|---|---|---|---|---|
| Общий расход топлива, выраженный в куб. саж. дров | 1383283 | 1560406 | 1586714 | 1584864 | 1676243 |
| В том числе: | |||||
| Минерального | 796517 | 912172 | 944756 | 986115 | 1074622 |
| Древесного | 586766 | 648234 | 641958 | 598749 | 601621 |
| В процентах: | |||||
| Минерального | 54,58 | 58,46 | 59,54 | 62,25 | 64,11 |
| Древесного | 42,42 | 41,54 | 40,46 | 37,75 | 35,89 |
Литература
- А. К. Бем, «Руководство службы паровозного машиниста» (изд. 2-е, дополненное Ашурковым и Эйсмонтом, СПб., 1894, с 194 чертежами в тексте и 8 отд. таблицами чертежей);
- Brosius und Koch, «Die Schule des Locomotivführers» (1894);
- Meyer, «Grundzüge des Eisenbahnmaschinenbaues. Erster Theil: Die Locomotive» (1883);
- проф. Мухачев, «Теория и конструкция паровозов», (Харьков, 1895, с атласом в 40 таблиц, 6 табл. размеров паровозов; имеются подробные указания на литературу предмета).
К разряду весьма обширных сочинений относятся: Couche, «Voie, matériel roulant et exploitation techn. des chem. de fer»; Heusinger von Waldegg, «Handbuch für specielle Eisenbahn-Techmk».
Из новейших: Blum, Borries, Barkhausen, «Eisenbahntechnik der Gegenwart»; Dr. Victor Röll, «Encyclopädie des gesamten Eisenbahnwesens in alphabetischer Anordnung».
- В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.
