На первой фотографии — комплект PM 2hp с несколько более простыми и менее странными деталями. Кстати, если присмотреться, не я один подумал о двух кольцах в одном пазу в ПМ (все снова украдено до нас).
Паровик
Подробный отчет о строительстве простого паровоза. Я построил его в основном из любопытства: Одно дело — теоретически знать, как все работает, и совсем другое — решить техническую задачу по строительству паровоза из всякого металлолома.
Основные принципы постройки паровоза описаны в книге Абрамова «Самодельные электрические и паровые локомотивы». Идея использования гидравлических компонентов пришла из статьи «Паровая машина без инструментов». Я кое-что узнал из обсуждения «Паровоз ручной работы из дверных замков».
Принцип работы паровоза. Пар из котла подается в трубу 1. В этой трубе движется поршень 2. В положении наката, показанном на рисунке слева, пар поступает по трубе 4 в цилиндр 5 и толкает поршень 6. Шатун 7 толкает кривошип 8 вала 9. Вал с маховиком 10 вращается, и второй кривошип 11 толкает тягу 12. Тяга закрывает заслонку, прекращает подачу пара из котла и сбрасывает давление в цилиндре. Маховик не останавливает вращение шпинделя и продолжает его до следующего цикла.
На диаграмме. 2. поршневой золотник. 4. труба, соединяющая управляющий поршень и рабочий цилиндр. 5. рабочий цилиндр. 6. поршень рабочего цилиндра. 7. шток рабочего цилиндра. 8. кривошип вала. 9. вал. 10. маховик. 11. второй кулачок. 12. поршневой шток.
Закупаемся
Все детали были доступны дома или при необходимости их можно было купить в ближайших магазинах.
В сантехническом магазине: одна полудюймовая деталь 75 мм, один квадрат, два фитинга 7 мм и четыре фитинга 9 мм, четыре полудюймовые гильзы, стандартные фитинги для полипропиленовых труб — четыре штуки.
Лирическое отступление: можно пойти в магазин сантехники и с умным видом попросить вентилятор с наружной резьбой. И вы можете попросить кран с наружной резьбой. В первом случае продавец даст вам то, что вы хотите, после недолгого колебания, во втором — сразу же. Таким образом, кран — это труба, соединитель — ведро для отходов для трубы, гильза — ведро для отходов для соединения двух труб.
Из хозяйственного магазина: винты, гайки, шайбы и шайбы на 4 и 5 мм, в больших количествах. Отдельно — гвоздь 4 мм. Монтажные принадлежности — 2 оцинкованных уголка 75 мм x 75 мм, 2 обрешетки 80 мм и 100 мм. И еще 6 уголков 15 x 15 мм. Вам также понадобится труба диаметром 8 мм, длина которой должна составлять около 1 м.
Из спортивного магазина, хоккейная шайба.
Мастерим
Из шайб диаметром 7 мм мы изготавливаем головки цилиндров. Вырежьте лишний материал, при желании можно высверлить его до 5 мм. Если оставить 4 мм, то иногда шток поршня заклинивает.
Шток поршня изготовлен из болтов M4 70 мм. Сам поршень состоит из двух гаек, между которыми навинчена лента ФУМ. На другом конце находится кронштейн для шатуна, в моем случае кронштейн 15 x 15 мм. В центре находится головка цилиндра. После сборки поршень следует установить на цилиндр. Затем я смазываю поршень Литолом перед каждым запуском.
Лирическое отступление. Самой большой проблемой в двигателе являются поршни — от качества их сборки зависит производительность. Но очень трудно изготовить их вручную, с минимальными допусками, так, чтобы ход поршня был легким, а сопротивление отсутствовало. Я восстанавливал поршни несколько раз. В некоторой степени проблему можно решить с помощью смазки — она немного уплотняет поршень и облегчает его движение.
Инжектор необходим для управления потоком пара. Он состоит из тройника с плунжером, привинченным к штуцеру с одной стороны, и 9-мм фитинга с лентой ФУМ с другой стороны, и еще одного фитинга.
Поршень рабочего цилиндра изготовлен из стержня M4 длиной 75 мм. Технология изготовления такая же, как и для золотникового поршня.
Рабочий цилиндр выполняет большую часть работы. Он состоит из стержня диаметром 75 мм, 2 муфт, поршня и втулки диаметром 9 мм.
Стилистическая вариация. Более поздние испытания показали, что рабочий цилиндр очень большой и требует очень внушительного котла. Для более эффективной работы необходимо уменьшить ход поршня или самого цилиндра. Лучше сразу построить небольшой высокоскоростной двигатель.
Рабочий поршень и цилиндр в сборе.
Шатуны необходимы для преобразования поступательного движения во вращательное. Он изготовлен из винтов M4 диаметром 75 мм и заканчивается уголками 15 мм.
Сборка коленчатого вала. Кронштейны коленчатого вала изготовлены из оцинкованного листового металла и крепятся болтами M5 40 мм. Шатун установлен на кривошипе, а шатун прикреплен к поршню. Первоначально ход поршня был установлен на 70 мм, а ход кривошипа — на 40 мм (удвоенное расстояние между отверстиями в пластине или удвоенное расстояние от коленчатого рычага). В процессе обработки они стали 46 мм и 20 мм соответственно.
Половина коленчатого вала. Сам вал состоит, по сути, из двух винтов. Один винт, короткий, 30 мм M5, второй длинный, 60 мм M5. Длинная сторона затем используется для подвешивания маховика. Коленчатые валы крепятся к болтам под углом 90 градусов.
Сборка основания коленчатого вала. Вал подвешен на оцинкованных уголках диаметром 75 мм. Углы крепятся к куску 14-миллиметровой фанеры.
Для того чтобы поршни были заподлицо с валом, необходимо установить на основание пластину из фанеры 28 мм. Установите цилиндр для перемещения и катушку на платформу. Выровняйте их положение для достижения оптимального хода поршня.
Из чего состоит: основные составные части конструкции
Далее следует описание одноцилиндрового локомотива. Элементы пронумерованы в соответствии с ходом парового тракта.
Самые важные предметы:
- В котле (размещается снаружи машины) нагревается вода, она превращается в пар, который идет уже дальше.
- Цилиндр золотника. Оснащается подвижным золотником.
- Золотник с поршнем. Открывает доступ пара к гильзе и перекрывает входное отверстие цилиндра.
- Тяга золотника. Соединяется с маховиком для осуществления возвратного движения поршня.
- Соединительный проток гильзы.
- Гильза. Герметичная труба, вмещающая поршень.
- Поршень. Выполнен точно по диаметру гильзы. Именно его толкает пар под давлением.
- Ползун. Соединяет шатун с поршнем.
- Поршневой шатун. Соединяет поршень с рабочим валом.
- Кривошип. Через него соединяется шатун с валом. Данная деталь крепится через подвижное соединение.
- Маховик. Осуществляет возвратное движение поршня и может оснащаться выемкой для ременной передачи для второстепенного устройства (насоса, колеса).
- Кривошип тяги золотника. Осуществляет подвижное крепление тяги к маховику.
Работа всех частей происходит следующим образом:
- пар из котла поступает к золотниковой камере, его давление отводит поршень, что приводит в движение тягу золотника и проворачивает маховик;
- в этот же момент пар проходит к гильзе, толкая поршень;
- поршень отводит назад шатун, который проворачивает маховик, закрывая доступ пару в золотниковую камеру.
Таким образом, в первом цикле давление пара создает движение, которое толкает распределительный вал, возвращая главный поршень в верхнее положение. Во втором цикле поршень возвращается в нижнее положение, переводя заслонку в закрытое положение.
Для чего нужен?
Далее следует более подробное описание основных частей локомотива.
Котел
Он используется для нагрева воды и отвода образующегося пара. Первые котлы представляли собой простые резервуары, оснащенные пароотводом и клапаном сброса давления. Эти котлы отапливались обычным нижним розжигом или имели двойную систему нагрева — нижний и боковой розжиг.
Более современные котлы имеют несколько иной принцип нагрева. Они выпускались в двух вариантах:
- Водотрубный. Представляет собой котел, оснащенный несколькими трубами. Вода находится в трубах и нагревается до образования пара. Водотрубные котлы бывают барабанными и прямоточными. В барабанном вода циркулирует по трубам с постепенным нагревом. В прямоточном отсутствует циркуляция. Нагрев и испарение происходит прямо в трубах. Особенностью таких котлов является зависимость скорости парообразования от диаметра труб. Чем меньше диаметр, тем быстрее парообразование. Недостатком является быстрое образование накипи в полости труб.
- Жаротрубный. Полностью противоположный по принципу работы. Также котел оснащен трубами, но по ним проходит горячий воздух из топки. Трубы располагаются непосредственно в воде, которая нагревается за счет их теплоты. Работоспособность такого котла зависела от многих факторов: качества угля, качества сплава металла труб, их герметичности. Скорость парообразования котлов этого типа зависела от диаметра труб. Чем он меньше, тем быстрее образовывался пар. Недостатком является скорость образования нагара и сажи при использовании некачественного угля.
Поскольку котел также должен был выдерживать высокие температуры, его изготавливали из самых жаропрочных сплавов. Чтобы выдержать высокое давление, котлы были оснащены распорками и дополнительными усиливающими ребрами.
Золотник
Это газораспределительное устройство, состоящее из поршня со штоком, установленного на поршне чуть большего диаметра. Устройство используется для открытия и закрытия газораспределительной линии.
В паровозах использовались следующие типы катушек:
- Коробчатые. Модель оснащалась поршнем и коробчатым запорным механизмом. При движении поршень открывал впускной проток и перекрывал выпускной.
- Цилиндрический. Принцип работы тот же, но в место коробки устанавливались 2 или более поршней, которые поочередно открывали и перекрывали газораспределительные магистрали.
- Трофимова. Этот золотник изобретен для советских паровозов, ремонтником паровозного депо Трофимовым. Устройство также поршневого типа, но в момент закрытия магистрали одна часть поршня раздвигалась для подачи пара дальше на отвод.
Золотник — один из важнейших компонентов парораспределительной системы локомотива.
Цилиндрический золотник имеет два поршня 1 и 2 на общем штоке 3, которые перемещаются в оконной втулке 4.
Шпуля представляет собой перевернутую коробку 1, которая поочередно перемещается от шпульного стержня 2 вправо и влево вдоль зеркальной шпули 3 с прямоугольными окнами 4 и 5. Окна соединены либо с замкнутым пространством 6, либо с полостью 7.
Двойное и тройное расширение — в чем разница в схеме строения?
Расширение позволяет использовать отработанный пар для работы двигателя. Без расширения отработанный пар конденсировался бы, нагревался или просто улетучивался в атмосферу. По мере развития паровых двигателей они оснащались системами двойного или многократного расширения:
- Система двойного расширения из цилиндра высокого и низкого давления. Высокотемпературный пар под высоким давлением поступал в основной поршень. Отработанный пар переводился в поршень низкого давления, а только после этого уходил на конденсацию. Особенность системы в различном диаметре поршней: поршень высокого давления имел меньший диаметр и длину, чем поршень низкого давления.
- Система тройного расширения (компаунд) кардинально отличается. Она состояла из нескольких поршней с разным диаметром. Диаметр поршней увеличивался по ходу движения пара. На первом этапе пар с высоким давлением и температурой поступал в маленький цилиндр. После отработки пар переводился в цилиндры большего диаметра и длины. Такая система позволяла увеличивать КПД одного цикла подачи пара, за счет увеличения его объема в каждом цилиндре.
Система многократного расширения позволила создавать двигатели с последовательно расположенными поршнями и коленчатыми валами.
Классический котёл
После всех бесконечных проблем с нагревателем непрерывного потока и разработки классического нагревателя я смог, так сказать, отдохнуть. Как я уже сказал, это просто железная бочка с вырезанной в ней топкой. Вам не нужно беспокоиться о температуре пара, поскольку при слишком высоком давлении срабатывает предохранительный клапан, который сливает излишки, снижает температуру воды и поддерживает давление в заданных пределах. Не было необходимости создавать начальное вращение колеса для создания начального давления. Пар был немедленно «готов к работе» и даже снабжен излишками. Все, что нам было нужно, — это эффективная плита. Но мне пришлось подумать об этом, так как у нас не было много места.
Изготовление
В пункте приема металлолома я нашел ресивер или пропановый баллон с толщиной стенки 3-4 мм, так что размеры котла были фиксированными. Если переусердствовать с огромным и эффективным дымоходом, то для самой воды (носителя) останется не так много места. Если печь слишком мала, у вас не будет достаточно энергии для более или менее удовлетворительной крейсерской скорости, а процесс нагрева самого котла будет занимать слишком много времени. Вот о чем я подумал. Поскольку очаг будет подвергаться огромному давлению, было решено сделать его простым, поперечным и круглым. Под ним была проложена стандартная 100-миллиметровая труба. Чтобы повысить эффективность нашего камина (теплообменника), мы разрезали 12 непрерывных труб.
Я нашел это очень полезным, так как пламя и дымовые газы формировали через них прямоугольный поток,
и вода в них будет циркулировать за счет естественного конвекционного эффекта. Это поддерживает максимальное количество воды в котле, и для нас это запас прочности. Более того, такую плиту можно было легко врезать в бак. Необходимо было сделать только два отверстия с обоих концов.
Для контроля давления был прикреплен небольшой манометр. Нет необходимости контролировать температуру среды, так как она напрямую связана с давлением и не превышает критической точки (400*С). Давление в котле решили сделать 16 бар, как в настоящих паровозах. Предохранительный клапан на 18 бар. Теперь остается сжатие. Это своего рода испытание на выносливость. Котел заполняется до верха водой, и давление повышается с помощью насоса. Сначала я сделал это с помощью насоса, который остался от предыдущей системы отопления, когда закрывал дверь, но сжать такой насос до давления более 20 бар оказалось непростой задачей (хорошо, что сейчас мы можем отказаться от такого устройства, потому что оно требует много энергии). Оказалось, что это самый удобный способ создания давления с помощью углекислотного огнетушителя. Я легко создал в котле давление 25 бар (это было максимальное значение моего манометра) и, подождав несколько минут, установил предохранительный клапан.
Итог
Чайник получился великолепным. Даже давление в 25 бар не причинило ему вреда. Он даже не начал чесаться. Предохранительный клапан (используемый в компрессорах) работал отлично, хотя и снизил давление с 18 до 9. Это очень неудобно для нас, но это активируется только в тех случаях, когда мы не можем сами контролировать давление. Поэтому лучше не допускать его взрыва. Это было бы пустой тратой ресурсов.
Пламя
Теперь необходимо решить проблему пожара. Конечно, было бы хорошо и приятно заправлять такой велосипед дровами. Я имею в виду, что это возврат к прошлому, стимпанк, классика, но, как я уже сказал, у нас очень мало места для этого, поскольку наша плита чуть больше локтя. Конечно, можно положить в него угольную крышку, но этого даже не хватит, чтобы нагреть чайник. На этом этапе нам пришлось отказаться от романтики и построить газовую горелку. Это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Поскольку газ жидкий, его легко хранить, легко подавать в горелку и он сразу же подается под давлением, создавая горячий поток в топке с высокой скоростью, что улучшает процесс теплопередачи (не требуется продувка).
Изготовление
Я нашел отличные небольшие баки из нержавеющей стали в центре переработки металла. Судя по их форме и синему цвету, это были кислородные баллоны из пассажирского самолета. Я собрал несколько таких баков в батарею и подключил их к газовым и топливным магистралям. Каждый баллон имеет емкость около 1,7 литра, что означает, что вы можете перевозить более 5 литров жидкого газа. Вы согласитесь, что запас хода неплохой.
Я не стал сильно суетиться с горелкой и просто взял систему от советской бензиновой горелки. В этот момент я должен кое-что объяснить. Огнемет устроен таким образом, что бензин сначала попадает в полость, где он должен испариться, а затем в виде пара попадает в зону горения. Пламя горелки нагревает именно эту «камеру испарения». Нам это тоже понадобится. Представьте себе, что произойдет, если из такой горелки вырвется жидкий газ. Процесс испарения газа относительно длительный и также обладает криогенным эффектом. Пламя такой горелки было бы большим, неэффективным, неэкономичным и даже опасным для огня.
Эксперимент (рис. A)Пламя непрогретой горелки (рис. B)Правильная работа, нагретая горелка.
Поэтому мы подаем газ в горелку равномерно, чтобы дать ей время нагреться.
Испытание котла прошло гладко. Я залил около 35 литров воды, установил горелку на полную мощность и стал ждать. Через 14 минут вода закипела, и давление медленно поднялось. Примерно через такое же время в котле было 16 бар.
Для управления потоком пара я использовал простой водяной шаровой клапан, который прекрасно регулирует как температуру, так и давление. Они используют один и тот же фторопласт, поэтому я не думаю, что возникнут какие-либо проблемы.
Ради интереса я решил включить кран на полную мощность и понаблюдать за нашей энергией. Струя пара достигала соседних гаражей и создавала звук взлетающей ракеты. Когда я это сделал, я почувствовал силу струи, мне даже пришлось придержать котел, чтобы он не перелетел через дорогу. Я был очень доволен!
Такой котел накапливает большое количество энергии. Когда пар выходит через отверстие ½» в течение 5 секунд, давление в котле снизилось только наполовину. Это происходит потому, что при снижении давления температура кипения воды также смещается. Это означает, что вода начинает кипеть даже без нагрева, просто за счет снижения давления. Этот эффект действует до тех пор, пока температура воды не опустится до 100*C. Это хорошая новость для нас. Поэтому вы можете долгое время работать с выключенной конфоркой.
Но есть один эффект, который я не понимаю. Когда вы активно выпускаете пар под давлением менее 5 бар, вода начинает разбрызгиваться. Я предположил, что она так сильно кипит, что попадает в сухопарник во время суматошного кипения, подхватывается потоком пара и выбрасывается. Для эксперимента я слил часть воды и оставил 20%. Эффект, конечно, уменьшился, но остался. Вода в бойлере растрескалась на 30-40 см? Честно говоря, я еще не разобрался. Это немного загадочно. Но это не имеет значения! Функции готовы, пора собирать нашу машину!
Парораспределение простым золотником и золотником с перекрышами
Распределение пара с помощью простого клапана
Когда мотылек находится в верхней мертвой точке, как показано на рис. 57, a, при подаче живого пара снаружи пар не может входить в полости цилиндра или выходить из них, так как золотник находится в среднем положении. Для выполнения этого условия угол между радиусом золотника и кулачком составляет 90°, а кулачок движется перед золотником.
Когда заслонка движется вниз, открываются паровые окна. Пар входит в верхнюю полость барабана и выходит из нижней полости барабана. Поршень движется вниз. Когда поршень достигает среднего положения, заслонка перемещается в нижнее крайнее положение и полностью открывает паровые окна. Управляющий поршень OA и кулачок Oa достигают положения, показанного на рис. 57, б.
При дальнейшем движении поршня вниз заслонка перемещается вверх и занимает среднее положение в нижнем крайнем положении поршня. Вход и выход пара в цилиндр и из цилиндра прекращается.
Когда вы двигаетесь вверх, катушка снова открывает окна. Теперь пар начинает поступать в полость нижнего цилиндра и выходить из верхнего цилиндра. Поршень движется вверх.
Управление локомотивом осуществляется путем чередования описанных процессов.
Двигатель работает аналогичным образом с внутренней подачей пара. В этом случае угол кулачка также составляет 90°, но (кулачок) следует за турбиной.
В этом случае живой пар подается в цилиндр на весь ход поршня от i.m.t. до n.m.t. при полном давлении без расширения. В результате экономичность двигателя низкая, вал вращается рывками, а поршень с трудом проходит мертвую точку. Поэтому простые сопловые клапаны используются только в некоторых тандемных паровых вспомогательных двигателях (рулевые механизмы, валоповоротники, лебедки и т.д.).
Распределение пара с помощью клапанов с покрытием
Все основные паровозы, а также важные вспомогательные локомотивы оснащены перекрывающими клапанами, которые позволяют локомотивам работать более равномерно и эффективно.
При использовании золотникового клапана живой пар подается в цилиндр не по всему ходу, а только в определенной части хода цилиндра, так что поршень движется под действием расширяющегося давления пара в цилиндре. Затем поршень догоняет, т.е. пар выходит из рабочей камеры до того, как поршень достигнет конечного положения.
Кроме того, когда поршень достигает крайнего положения, извлечение пара из другой полости прекращается (остановка извлечения), так что оставшийся пар сжимается поршнем. Это создает эластичную паровую подушку, которая смягчает переход к мертвой точке.
Прежде чем поршень достигнет конечного положения, заслонка открывает впуск живого пара против поршня (предварительный впуск), так что поршень плавно проходит конечное положение и сразу же движется в обратном направлении.
Пока поршень перемещается из верхнего в нижнее крайнее положение, в цилиндре происходят следующие процессы: Предварительный впуск и впуск пара, расширение пара, предварительный выпуск, выпуск пара и сжатие.
Если поршень находится в одном из крайних положений, перекрывающая заслонка не должна находиться в среднем положении, чтобы пар мог попасть в соответствующую полость. Он должен быть перемещен так, чтобы его внешний край совпадал с краем окна для впуска пара. Для достижения предварительного впрыска поршень обычно устанавливается таким образом, что в крайнем положении поршня окно впуска пара в соответствующую полость уже открыто на определенную величину, так называемое линейное опережение (Vb — вверх и Vn — вниз). В этом случае кулачок настраивается на величину угла опережения «b» на угол, превышающий 90°. При внутреннем подводе пара угол кулачка меньше 90° на величину «b».
Назначение перекрышей и угла опережения
Правильная регулировка клапана и угла управления оказывает значительное влияние на производительность машины, ее эффективность и удобство маневрирования. Изменение блоков золотников и угла атаки оказывает значительное влияние на распределение пара и его крутящий момент.
Запорные устройства на входе и выходе пара используются для перекрытия входа и выхода, а запорные устройства на выходе пара — для перекрытия выхода и выхода, т.е. для сжатия. Пластины для впуска пара всегда больше, чем пластины для выпуска пара. В цилиндрах с высоким приводом выхлопа и низкой степенью сжатия поля роторов на стороне выхлопа могут не перекрываться, т.е. q = 0, или даже иметь отрицательное перекрытие пар.
Увеличивая перекрытие пара P (см. рис. 54), предварительная очистка впуска происходит позже, а перекрытие впуска — раньше.
Размер пластин для впуска пара не влияет на впуск пара. Однако по мере увеличения перекрытия пара предварительная очистка будет происходить позже, а сжатие пара — раньше.
При уменьшении перекрытия происходят противоположные изменения в распределении пара.
Наконец, продолжительность времени расширения зависит от величины пластин впуска и выпуска пара, причем увеличение пластины впуска пара увеличивает продолжительность расширения пара в цилиндре, а уменьшение пластины выпуска пара уменьшает ее.
Изменение угла «b» приводит к изменению всех моментов распределения пара. При увеличении все моменты наступают раньше, время впуска пара уменьшается, а опережение впуска, опережение выпуска, сжатие пара и опережение рампы увеличиваются.
Если угол подачи «b» уменьшается, то в распределении пара происходят противоположные изменения.
Это может наблюдаться, если распределительный вал неправильно установлен на валу при сборке локомотива или если локомотивы с бескулачковыми двигателями и вращающимися кулачками изменяют мощность.
Как устроен и работает паровоз. Часть 1
Обратимся к родоначальнику всего славного семейства паровозов — паровозу. Так что если вы думаете, что это осталось в прошлом, вы ошибаетесь.
Сегодня локомотивы по-прежнему используются на многих железных дорогах по всему миру, даже в таких высокоразвитых странах, как США, Китай и Канада. Их также можно встретить во главе ретро-поездов. Многие паровозы простаивают в резервных депо, чтобы быть готовыми к непредвиденным обстоятельствам.
Устройство паровоза
Паровоз — это передвижной паровой двигатель, приводимый в движение силой пара. Откуда она берется? Пар вырабатывается в паровом котле. Для этого в котел подается вода, которая нагревается от огня, горящего в нижней части печи. Это основа парового двигателя. Котел состоит из топки с водой, нагретой в верхней части, дымовых труб, выхлопных труб, сухого пара и дымовой трубы.
Котел опирается на секцию экипажа. Пар, образующийся в котле, по паропроводам подводится к локомотиву. Локомотив соединен с ведущими колесами, прикрепленными к валу, посредством кривошипно-шатунного механизма. Ведущие колеса соединены с локомотивом через кривошип посредством главной тяги, а остальные колеса соединены с ведущими через систему тяг, чтобы также участвовать в тяге.
Управление двигателем осуществляется из кабины водителя. К локомотиву прикреплена натяжная рама для хранения угля и воды.
Так уголь высыпался из штейнера в топку (в ранних моделях уголь высыпался в топку вручную помощником машиниста, кочегар отвечал за штейнер и подачу угля в шахту, откуда помощник машиниста доставал уголь лопатой). Более поздние конструкции имели автоматические устройства подачи угля (стокеры), вал которых приводился в движение с помощью паровой энергии. Уголь хорошо горит, вода из тендера, закачиваемая из форсунок, закипает, что дальше?
Для того чтобы пар мог с полной силой двигать поршни локомотива, он должен быть перегрет, то есть вода должна кипеть не при 100 градусах Цельсия, как обычно, а при 200 градусах Цельсия и более. Это достигается путем создания избыточного давления в котле. Очаг выкладывается кирпичом, уголь кладется на колосниковую решетку, где происходит горение.
Сама плита (очаг) имеет стальной кожух, а между плитой и кожухом находится пространство, заполненное водой, в которой она нагревается. Топка и корпус соединены стальными стержнями, которые соединяют всю окружность печи. Конструкция топки поддерживается рамой локомотива. Все продукты сгорания проходят через дымовые трубы в дымовую камеру, а оттуда через дымоход в атмосферу.
Для перегрева пара существуют жаровые трубы, которые также находятся в котле, но дополнительно нагревают пар; эти устройства называются пароперегревателями. Процесс горения очень тяжелый: температура горения может достигать 1600°C, вода закипает при 200°C, а давление пара достигает нескольких десятков атмосфер.
Печь имеет отверстие для закладки угля, а также для проверки состояния горения и внутренних частей печи. Это отверстие закрывается заслонками, которые открываются вручную с помощью рычага и автоматически (с помощью пара или воздуха). Пар из котла поступает в испарители сухого пара (эти устройства изображены на крыше котла в виде таких больших емкостей). Пар оставляет лишнюю влагу в сухом паре и поступает оттуда по паровым трубам в цилиндры паровой машины, в ее поршни, с помощью скользящего ролика.
Паровая машина
Локомотив имеет цилиндры с движущими поршнями и меньшие цилиндры над ними для катушек. Из цилиндров скольжения пар поступает в главный поршневой цилиндр с одного или другого конца через два канала, перемещая поршень в ту или иную сторону.
Движение паровоза
Теперь все, что нам нужно сделать, это направить пар в цилиндры и поехать. Но пока еще слишком рано садиться за руль. Необходимо выбрать направление движения нашего локомотива, чтобы дать задний ход. Как это достигается?
Мы уже говорили о таком понятии, как кривошипно-шатунный механизм, так что это все. Чтобы изменить направление движения локомотива, кривошипно-шатунный механизм приводится в действие серводвигателем. Серводвигатель представляет собой обычный цилиндр, содержащий поршень со штоком. Серводвигатель приводится в действие сжатым воздухом или паром и обычно располагается по правому борту над отсеком экипажа. Он приводится в действие водителем с помощью рукоятки звонка. Вал серводвигателя крепится к верхней части коромысла — серповидной части с прорезью.
Само коромысло крепится к раме двигателя посередине. В этом слоте находится устройство, называемое коромыслом. Коромысло задвигается в коромысло и соединяется со штоком золотника с помощью тяги. Нижняя часть коромысла соединена через шатун с кривошипом главного приводного колеса, на котором установлен кулачковый поршень. Таким образом, шток сервомотора переворачивает находящееся в нем коромысло вверх или вниз и перемещает поршневой камень, который своей тягой перемещает поршни в одно из положений, необходимых для перемещения в ту или иную сторону, тем самым открывая необходимый паровой канал над одной из сторон главного поршня. Другой шток, расположенный на нижнем конце рычага, перемещает кулачок коленчатого вала в нужном направлении движения.
Но это не единственная, но очень важная функция скального переключателя, и ниже мы рассмотрим другие его основные функции.
Мы можем идти? Давайте попробуем. В конце котла, со стороны водителя, находится регулятор, который контролирует подачу пара в цилиндры. Он представляет собой рычаг с ручкой, к которой на зубчатом секторе крепится замок. Верхняя часть рычага соединена со стержнем со специальной заслонкой, которая находится на сухом распылителе и регулирует количество пара. Итак, пароход развернулся, пар есть, можно ехать.
Машинист переводит регулятор в первое положение, заслонка в сухом распылителе открывается, и пар поступает в цилиндры через винты и, соответственно, главные поршни. Локомотив двинулся в нужном нам направлении.
Теперь кривошип главного колеса, которое вращается, перемещает нижнюю часть маховика, а эта нижняя часть, как мы уже знаем, соединена маховиком со штоком катушки. Система распределения пара работает таким образом, что катушки, соединенные с кривошипом тягой, двигаются вперед-назад, то подавая пар в один канал, то в другой канал главного поршня цилиндра, тот движется, и через тягу движется главная передача (привод).
Так движется паровой двигатель. Главные колеса соединены с другими подвижными колесами, так что все колеса локомотива находятся в движении. Следует отметить, что поршневой шток соединен с передним дышлом специальным механизмом — поперечиной.
Прикрепленные изображения
#760
Рулевое управление 2-го класса
- Из: Москва
Опубликовано 17 Февраль 2010 — 23:39
И вы не должны никому показывать эти подробности, иначе я бы выложил их здесь вчера.
Относительно. Так что это «как бы» ПМ’ы Х прошлого века З.У. И котел на фото очень похож!
Сообщение отредактировал StormBoat: 17 Февраль 2010 — 11:43 PM.
#761
Рулевое управление 2-го класса
- Из: Москва
Опубликовано 17 Февраль 2010 — 23:56
— Это очень много «космических» технологий.
Можно было бы принять идею взять кусок магического материала и использовать его для изготовления компетентных компонентов, но покрытия — это авантюра.
Не существует такого понятия, как «очень космическая технология», есть только космические ценности.
Но часть про «вылавливание» интересна: Действительно ли возможно «достать» откуда-то «кусочек» нанотрубок?
#762
Рулевое управление 2-го класса
- Из: Москва
Опубликовано 18 февраля 2010 — 00:05
ИМХО это не дешевое решение, мы используем фрезы с таким покрытием, но оно должно быть очень эффективным….
Судя по тому, на что они нанесли это покрытие, оно не должно быть очень дорогим ИМХО. Вы также можете использовать его для покрытия не только головок цилиндров, но и клапанов.
#763
Рулевой 1-го класса
- Из: Киев
- Судно: Карликовая яхта
- Название: «Дык!»
Опубликовано 18 Февраль 2010 — 09:38
Та некрасиво как-то в порядочном уголке Интернета (здесь) выкладывать картинки, когда на другом сайте просили этого не делать. А по жизни плевал я буржуев, и (особенно) на тех убогих, кто им поклоняется и авторитет небесный из них делает. Но здесь все стараются вести себя прилично — например я не панибратствую и даже не матерюсь ) цилиндр с дырочками
Прикрепленные изображения
Это сообщение было опубликовано 18 февраля 2010 09:44.
#764
Рулевое управление 2-го класса
- Из: Москва
Опубликовано 18 февраля, 2010 — 12:29 AM.
Кстати, интересно, не компактнее ли было бы построить автомобиль с рядной шестеркой? Или тогда половина запатентованного революционного качества будет потеряна?
Вы правы! Рядный двигатель был бы более компактным, а горизонтальная ось была бы предпочтительнее. Или даже V-образная 8, и котел будет горизонтальным в блочном распределении. З.Ы. откуда эта страница и где можно найти эту книгу.
Сообщение отредактировал StormBoat: Февраль 18, 2010 — 12:35 am.
#765
Рулевой 1-го класса
- Из: Киев
- Судно: Карликовая яхта
- Название: «Дык!»
Опубликовано 18 февраля, 2010 — 6:10 pm.
З.Ы. откуда эта страница и где можно найти эту книгу.
Это советская техническая энциклопедия 1930-х годов. Издание прекрасное, но лично у меня есть только два разрозненных тома. Поэтому я был очень рад, когда нашел где-то в Интернете статью о паровозах ТЭ. Я разместил всю статью здесь несколькими страницами ранее (кажется, в начале января). Не пренебрегайте книгами — изготовленные ПМ в книге «Современные паровые двигатели и тракторы» также относятся к 1930-м годам. Недавно где-то была ссылка, и есть правила поиска.
Возможно, это как-то связано с системой двигателя boxer. С другой стороны, одинарный коленчатый вал более жесткий и имеет только два коренных подшипника. Забудьте об этом, это неинтересно.
Сообщение отредактировал kkkisa: Февраль 18, 2010 — 6:14 pm
#766
- Из: Николаев
- Судно: мотолодка Днепр
- Название: Днепр
Опубликовано 19 Февраль 2010 — 14:09
Что вы думаете об этих нетрадиционных локомотивах?
#767
Рулевой 1-го класса
- Из: Киев
- Судно: Карликовая яхта
- Название: «Дык!»
Опубликовано 19 Февраль 2010 — 16:10
Что вы думаете об этих нетрадиционных локомотивах?
Нетрадиционный Есть украинская поговорка «Хотим как лучше, но по-другому». Эти машины уже обсуждались здесь.
#768
- Из: Пермь
Опубликовано 19 Февраль 2010 — 17:18
Я искал котел в интернете, но подходящих примеров мало, а цены ужасающие. Вот, например: http://kotel-ici.ru/. 28-15-03-24/-px и давление низкое Что-то мне подсказывает, что котел тоже должен измерять и строить сам.
#769
Рулевой 1-го класса
Паровой автомобиль в XXI Веке? Это более реально, чем когда-либо
В сознании большинства людей в эпоху смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку. Страницы истории автомобилей, работавших на паровой тяге, были очень красочными, и трудно представить себе современный транспорт без них. Как ни пытались законодательные скептики и нефтяные лоббисты в разных странах ограничить рост парового автомобиля, им это удалось лишь на время. В конце концов, паровая машина подобна сфинксу. Идея парового автомобиля (т.е. автомобиля, приводимого в движение двигателем внешнего сгорания) актуальна и сегодня.
Для большинства людей в век смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку.
В 1865 году, например, в Англии был введен запрет на самодвижущиеся паровые скоростные кареты. В городе им не разрешалось ездить быстрее 3 км/ч, и им не разрешалось выпускать облака пара, чтобы не пугать лошадей, привязанных к обычным повозкам. Самым серьезным и ощутимым ударом по паровым грузовикам стал Закон о налоге на тяжелые транспортные средства 1933 г. Только в 1934 г., после снижения импортных пошлин на нефтепродукты, наметилась победа бензиновых и дизельных двигателей над паровыми.
Только Англия могла позволить себе создать такую изысканную и хладнокровную пародию на прогресс.
В США, Франции и Италии изобретатели-энтузиасты буквально кипели идеями, и паровой двигатель приобретал новые формы и характеристики. Хотя британские изобретатели внесли важный вклад в развитие парового двигателя, они не могли в полной мере конкурировать с двигателем внутреннего сгорания из-за законов и предрассудков властей. Но давайте обсудим все по порядку.
Доисторическая справка
История развития парового автомобиля неотделима от истории создания и совершенствования парового двигателя. Когда в первом веке нашей эры Герон Александрийский предложил идею заставить металлический шар вращаться с помощью пара, его идею сочли всего лишь шуткой. Были ли другие идеи, больше зависит от изобретателей, но первым, кто поставил паровой котел на колеса, был монах Фердинанд Вербст. 1672. Его «игрушка» также считалась забавной. Но следующие сорок лет не прошли даром для истории парового двигателя.
Проект самодвижущейся повозки Исаака Ньютона (1680), пожарная машина Томаса Севери (1698) и паровая машина Томаса Ньюкомена (1712) продемонстрировали огромный потенциал пара для механической работы. Первоначально паровые двигатели использовались для откачки воды из шахт и подъема грузов, но уже к середине 18-го века они стали применяться для механической работы.
Принцип работы парового двигателя
Так что же такое паровой двигатель? Как пар может приводить в движение колеса? Принцип работы парового двигателя прост. Вода нагревается до состояния пара в закрытом контейнере. Пар подается по трубам в закрытый цилиндр и толкает поршень наружу. Это поступательное движение передается на вал маховика через промежуточный шатун.
Эта базовая схема парового котла на практике имела существенные недостатки.
Первая часть пара выдувается струей, а охлажденный поршень опускается под собственным весом для следующего цикла. Эта базовая форма парового котла на практике имела существенные недостатки. Неадекватный контроль давления пара часто приводил к взрыву котла. Потребовалось много времени и топлива, чтобы котел снова стал работоспособным. Постоянная поставка топлива и огромные размеры паровой установки были дополнительными недостатками.
В 1765 году Джеймс Уатт предложил новый двигатель. Он направил пар, сжатый поршнем, в дополнительную камеру для конденсации и сделал ненужным постоянное впрыскивание воды в котел. Наконец, в 1784 году он решил проблему, как перераспределить движение пара, чтобы толкать поршень в обоих направлениях. Благодаря разработанной им катушке, паровая машина могла работать без перерыва между движениями. Этот принцип теплового двигателя с двойной энергией лежит в основе паровой технологии.
Многие умные умы работали над созданием паровых двигателей. В конце концов, это простой и дешевый способ получения энергии из ничего.
Небольшой экскурс в историю автомобилей на паровой тяге
Как бы ни были велики успехи англичан в области паровых машин, первым, кто поставил паровой двигатель на колеса, был француз Николя Жозеф Кюньо.
Первый паровой автомобиль Кюньо
Его автомобиль появился на дорогах в 1765 году. Его скорость составила рекордные 9,5 км/ч. Изобретатель предоставил четыре места для своих пассажиров, которые могли передвигаться со средней скоростью 3,5 км/ч с ветерком. Этого успеха изобретателю показалось недостаточно.
Необходимость останавливаться для дозаправки и зажигать новый огонь после каждого километра была не недостатком, а современной технологией.
Он решил изобрести тягач для пушек. В результате появилась трехколесная повозка с огромным котлом наверху. Необходимость останавливаться для дозаправки водой и разводить новый костер после каждой мили пути не была недостатком, а просто соответствовала уровню техники того времени.
Следующая модель «Куньо», построенная в 1770 году, весила около полутора тонн. Новый вагон мог перевозить около двух тонн груза со скоростью 7 км/ч.
Маэстро Кюньо был больше озабочен идеей паровоза высокого давления. Его даже не смущал тот факт, что котел может взорваться. Именно у Кугно возникла идея поместить топку под котел и забрать с собой «огонь». Более того, его «универсал» по праву можно назвать первым грузовиком. Отставка покровителя и ряд революций не позволили мастеру доработать модель до полноценной баржи.
Другие материалы в этом выпуске: Легендарные американские грузовики: фото и видео
Самоучка Оливер Эванс и его амфибия
Идея парового локомотива имела мировые масштабы. В североамериканских штатах изобретатель Оливер Эванс создал около пятидесяти паровозов на основе двигателя Уатта. Он пытался уменьшить размеры двигателя Джеймса Уатта и разработал паровые двигатели для мукомольных мельниц. Оливер Эванс, однако, достиг всемирной славы благодаря своему амфибийному локомотиву. В 1789 году его первый автомобиль успешно прошел наземные и водные испытания в США.
Скоростной и доступный современный паровой автомобиль
Не стоит думать, что идея парового автомобиля забыта навсегда. Интерес к двигателям, которые являются альтернативой бензиновым и дизельным двигателям, в настоящее время значительно вырос. Мировые запасы нефти не безграничны. Да, и стоимость нефтепродуктов постоянно растет. Производители так много работали над усовершенствованием двигателя внутреннего сгорания, что их идеи почти достигли предела.
Электромобили, водородные автомобили, газовые автомобили и паровые автомобили снова стали горячей темой. Здравствуй, забытый 19 век!
В последнее время наблюдается всплеск интереса к двигателям, которые являются альтернативой бензиновым и дизельным двигателям.
Британский инженер (снова в Англии!) продемонстрировал новые возможности парового двигателя. Он создал Inspuration не только для того, чтобы продемонстрировать важность паровых машин. Его изобретение было сделано для записей. 274 км/ч — такова скорость двенадцати котлов, установленных на вагоне длиной 7,6 метра. Всего 40 литров воды достаточно, чтобы довести сжиженный газ до температуры 400°C буквально в мгновение ока. И подумать только, что потребовалось 103 года, чтобы побить рекорд скорости парового автомобиля «Ракета»!
Современный парогенератор может работать на пылевидном угле или другом дешевом топливе, таком как мазут или сжиженный нефтяной газ. Именно поэтому паровые машины были и всегда будут так популярны.
Но для обеспечения экологически чистого будущего необходимо вновь преодолеть сопротивление нефтяного лобби.
Понравилась ли вам статья? Подписывайтесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
