Паровоз: устройство и принцип работы

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.

паровоз устройство и принцип работы

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.


устройство паровоза схема

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.

устройство паровоза котел

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.

паровоз устройство

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.

устройство паровоза паровая машина

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.

устройство двигателя паровоза

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.

Паровозы России: история создания, этапы развития паровозостроения, ...
История паровозов России интересна и уникальна. Ведь именно они стали основой железнодорожного транспорта, соединяющего сегодня самые отдаленные уголки страны. Многие признают, что это одна из самых удивительных вещей, когда-либо созданных ...
далее
Электровоз ВЛ-80: характеристики, распространение и эксплуатация
Электровоз ВЛ-80 - широко используемый на отечественной железной дорогое товарный локомотив. О нем и погорим подробнее в статье.
далее
Паровая турбина: устройство, принцип действия, основные элементы
В настоящее время в промышленности эксплуатируется множество разнообразных устройств, с разными габаритами. Одним из таких приспособлений стала паровая турбина. Устройство этого агрегата относительно простое.
далее
Маневровый тепловоз:технические характеристики и фото
Статья рассказывает о назначении маневровых тепловозов, их технических характеристиках, существующих характеристиках.
далее
История создания паровой машины и ее использование
Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и ветряных мельниц на совершенно новые и уникальные механизмы – паровые ...
далее
Самый первый в мире паровоз: история создания и различные факты
Начало промышленной революции в Европе связано с изобретением парового двигателя, первоначально используемого в горной и ткацкой промышленности. Гениальное изобретение сподвигло множество инженеров приспособить его для транспортных нужд. Тема статьи – первый в мире паровоз и интересные факты, связанные с его появлением.
далее
Самый первый в мире паровоз: история создания и различные факты
Паровые котлы: принцип действия и устройство
В данной статье рассматриваются такие полезные устройства как паровые котлы. Принцип работы, устройство, классификация паровых котлов - все это, и многое другое, описано ниже.
далее
Паровые котлы: принцип действия и устройство
ВЛ10, электровоз: фото, описание, устройство
ВЛ10 - электровоз постоянного тока, предназначенный для грузовых и пассажирских перевозок. Выпускаемый с начала 70-х годов прошлого века локомотив по сей день используется железными дорогами стран бывшего СНГ. Давайте узнаем, в чем причина такой популярности!
далее
ВЛ10, электровоз: фото, описание, устройство
Двигатель сделать самому своими руками паровой: подробное описание, чертежи
В данной статье рассказывается о том, как собрать двигатель своими руками паровой. Описано два типа такой конструкции - простой (для детей) и сложный.
далее
Двигатель сделать самому своими руками паровой: подробное описание, чертежи
Советский магистральный пассажирский паровоз ИС: исторические факты, технические характеристики
1937 год для Парижа стал знаковым из-за проходящей там Всемирной выставки. "Иска" (ласковое название пассажирского паровоза "Иосиф Сталин") получил на ней Гран-При.
далее
Советский магистральный пассажирский паровоз ИС: исторические факты, технические характеристики