Паровоз

Паровоз
Привод	Паровая машина
Период	1804—наст. время XX века
Скорость	50—150 км/ч
Область применения	общественный транспорт, грузовые перевозки
Инфраструктура	рельсовый путь

Паровоз — локомотив использующий в качестве двигателя паровую машину. Паровозы были первым и долгое время господствующим типом локомотивов, сыграв таким образом огромную роль в становлении железнодорожного сообщения. Лишь начиная с середины XX столетия их вытеснили тепловозы и электровозы. Однако паровозы всё ещё активно используются в некоторых странах, например, в Китае, на Кубе и в Таиланде.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был создан в 1804 году Ричардом Тревитиком (англ. Richard Trevithick). Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона (англ. George Stephenson). Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов. В России первый паровоз был разработан отцом и сыном Черепановыми в 1833 году.

Происхождение названия

Изобретение слова «паровоз» приписывается Н. И. Гречу, который в середине XIX века издавал газету «Северная пчела». До этого паровоз называли «самокатная паровая машина», «паровая фура», «паровая телега», «пароходка» — у Черепановых и В. А. Жуковского, и даже «пароход». В первых отчётах строителя Царскосельской железной дороги Ф. А. Герстнера встречается: «паровая машина», «паровой экипаж», «паровая карета». С 1837 года Герстнер уже использует слово «паровоз».

Классификация паровозов

Паровоз системы Climax

Паровозы подразделяются:

• По ширине колеи:
  • ширококолейные, в России с колеёй 1524 мм
  • узкоколейные, в России с колеёй 1000, 900 и 750 мм
• По роду обслуживаемых дорог
  • магистральные
    • по роду обслуживаемых поездов
      • пассажирские
      • грузовые
    • по роду службы
      • поездные
      • маневровые
  • промышленные
  • подъездные
• По расположению цилиндров
  • паровоз с наружными цилиндрами (снаружи рам)
  • паровоз с внутренними цилиндрами
• По роду пара
  • паровозы с насыщенным паром (выпускались до 1900-х годов)
  • паровозы с перегретым паром
• По роду паровой машины
  • с паровой машиной простого (однократного) расширения
  • с машиной компаунд (двукратного расширения)
• По числу цилиндров — на паровозы 2-, 3- или 4-цилиндровые
• По роду топлива — с угольным, дровяным или нефтяным отоплением.
• По типам (числу и расположению движущих, поддерживающих и направляющих осей)

Осевая формула (тип) паровоза

Тип, или осевая формула паровоза обозначается тремя цифрами: первая — количество бегунковых осей (передняя тележка), вторая — количество движущих («сцепных») осей, третья — количество поддерживающих осей (под будкой и топкой). В англоязычной литературе формула указывается по количеству колёс, а не осей — тогда для получения привычного обозначения все цифры надо разделить на два.

В некоторых случаях, отдельные осевые формулы имели международные имена, заимствованные из американской практики, например:

• 1-3-0 — «Могул»
• 1-3-1 — «Прери»
• 2-3-1 — «Пасифик»
• 1-4-1 — «Микадо»
• 1-5-0 — «Декапод»
• 1-5-1 — «Санта-Фе»
• 1-5-2 — «Техас»

Число сцепных осей паровоза определяется расчётной силой тяги и допускаемой нагрузкой на колесо. В том случае, когда число сцепных осей получается более 5, переходят на сочленённые типы паровозов, обозначаемые 1—3+3—1 или 1—4+4—2. Такой паровоз имеет два экипажа, но один общий котёл.

Паровозы одинаковой конструкции, построенные по одному проекту, представляют серию.

Обозначение серий паровозов в России

Паровоз серии Аб. Фотография С. М. Прокудина-Горского, 1910-е

В России исторически сложилось так, что серии железнодорожной техники до середины XX века обозначались буквами русского алфавита с указанием модификации в виде индексов, например, П, Ж, Н^В. Часто буква совпадала с первой буквой названия завода, где серия разрабатывалась, или именем конструктора. Исключением были некоторые советские паровозы, обозначавшиеся инициалами политических деятелей: ИС — Иосиф Сталин, ФД — Феликс Дзержинский и т. д. В дальнейшем произошел переход к унифицированным обозначениям: буквы (тип) + цифра (номер модификации).

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» колес, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;
• Требуется более высокая скорость, что ведёт к увеличению диаметра колёс и появлению перед ними поддерживающих, или «бегунковых» колёс меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колес.

Принцип действия паровоза

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Топливо сжигается в топке котла. Дно топки представляет собой колосниковую решётку, на которой и происходит горение. Зола и шлак ссыпаются через решётку в зольник.

Котёл пронизан множеством труб, называемых дымогарными и жаровыми, окружённых наполняющей котёл водой, по которым дым из топки проходит через весь котёл, попадает в дымовую камеру и затем выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Дымогарные и жаровые трубы являются, таким образом, теплообменником, который передаёт тепло сгоревшего топлива котельной воде.

Котельная вода нагревается и закипает. Образовывающийся пар собирается в расположенном в верхней части котла сухопарнике, который по своей форме несколько напоминает колокол или купол. В большинстве паровозов пар затем проходит через пароперегреватель.

Из пароперегревателя пар через трубы поступает в паровую машину. Золотник (золотниковый клапан) направляет пар попеременно в переднюю и заднюю части парового цилиндра, приводя расположенный в цилиндре поршень в возвратно-поступательное движение. Это движение посредством кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное и передаётся колёсам паровоза.

Отработанный пар через конусное устройство (форсовый конус) направляется в дымовую трубу, где таким образом создаётся тяга, необходимая для горения топлива в топке.

Следует заметить, что проектирование паровозов было очень сложным процессом, во многом выбор основных параметров каждого элемента основывался на интуиции инженеров, а не на строгих расчётах.

Файл:Walschaerts motion.gif

Принцип работы паровоза в действии

Топливо

В основном на паровозах в качестве топлива использовался уголь. В тех районах, где нефть была доступнее угля, паровозы также эксплуатировались на нефти (мазуте). В тяжёлые времена использовались дрова, торф и даже сушёная рыба.

Пылеугольное отопление

Неоднократно, как у нас в стране, так и за рубежом, предпринимались попытки использования пылеугольного отопления. Теоретически, факельное сжигание угольной пыли позволяло повысить КПД паровоза (либо увеличить мощность при сохранении объёма топки). Но необходимая эксплуатационная надёжность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к заносу расплавленными частичками шлака задней решётки топки и жаровых труб, что резко ухудшало процесс сгорания топлива.

Автоматическая подача топлива

Когда объёмы топок мощных паровозов достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Первые попытки создания механического углеподатчика — стокера — были предприняты в США в 1889 г., но они оказались неудовлетворительными. После многолетних исследований мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решётки оснащались также стокером «Дуплекс» — с двусторонней верхней подачей угля в топку. В СССР стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС.

Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером — механическим устройством, разрыхляющим смерзшийся уголь и продвигающим его к транспортеру стокера.

Недостатки паровоза

Недостатки паровоза, предопределившие его замену электровозами и тепловозами следующие:

• Крайне низкий КПД — максимальный до 5 %-10 %, а эксплуатационный в два раза ниже. В настоящее время существуют теоретические разработки, позволяющие поднять КПД паровоза до 15 %, однако воплощения они пока не получили.
• Недостаточная мощность — паровозы большой мощности были очень сложны по конструкции, они заметно разрушали рельсы при движении.
• Сложность в эксплуатации
• Невозможность использования по системе многих единиц (когда один машинист управляет несколькими сцепленными локомотивами)
• Тяжёлые условия труда локомотивной бригады

Скорость паровозов

Год	Страна / Дорога	Название паровоза	Скорость в км/ч
1769	Франция / Париж	Паромобиль Кюньо	3,5 — 4
1825	Англия / Стоктон-Дарлингтон	Паровоз Стефенсона	24
1830	Англия / Ливерпуль-Манчестер	«Ракета» Стефенсона	48
1835	Англия / Ливерпуль-Манчестер	Локомотив Sharp & Roberts	более 100
1890	Франция	«Crampton No. 604»	144
1893	США / Нью Йоркская центральная железная дорога	No. 999	181
1935	Франция / Северная	3.1174	174
1935	США / Тихоокеанская железная дорога	Класс А Nr. 1	181
1936	Германия / Немецкий Рейхсбан	05 002	200,4
1938	Англия / LNER	Класс А4 Nr. 4468 «Mallard»	201,2

История паровоза

• История паровоза
• История пассажирских паровозов в России
• История грузовых паровозов в России

Файл:The Rocket.JPG

Паровоз «Ракета» в Музее Науки (Science Museum) в Лондоне

Самый первый паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1804 году, однако первый по-настоящему работоспособный паровоз, «Ракета» (Rocket) был создан Джорджем Стефенсоном в 1830 году. В течение XIX века паровозы совершенствовались, например был изобретён пароперегреватель, вводлись новые типы паровых машин (например компаунд-машины). К началу XX века сложилась устоявшаяся конструкция паровоза. Тогда же у паровоза появились конкуренты — электровозы и тепловозы. После Второй мировой войны в Европе и Северной Америке паровозы перестали строить. Сохранившиеся машины ещё проработали до шестидесятых-восьмидесятых годов, после чего были выведены из эксплуатации.

Дольше паровозы продержались в странах Азии. Так, в Индии на железных дорогах широкой колеи паровозы использовались до 1996 года. В Китае паровозы строились вплоть до восьмидесятых годов, они широко используются и в начале XXI века.

На Кубе сохранилось большое число очень старых (средним возрастом в 70-80 лет) паровозов производства США. Дело в том, что после прихода к власти на Кубе Ф.Кастро, США ввели против Кубы торговое эмбарго, и такии образом Куба не могла закупать более современные локомотивы.

В Европе и Северной Америке в наши дни паровозы используются на музейных железных дорогах.

Раскраска паровозов

Паровоз С^у-250-64

В России пассажирские паровозы раскрашивались следующим образом:

• Зелёный или синий: котёл (кроме дымовой коробки), цилиндры, будка и тендер;
• Ярко-красный: Колёсные центры, рама, тележки, буферный брус;
• Белый: боковые поверхности ободов колёс и торцы осей;
• Чёрный: все остальные детали;
• На стенках будки белой краской наносились название дороги, серия и номер. Серия и номер также повторялись на буферном брусе.

Раскраска грузовых паровозов:

• Красный: Рама паровоза, буферный брус, колёса, дышла и шатуны, ходовой мостик вдоль котла с торца;
• Белый: Окантовка колёс;
• Чёрный: Все остальные части паровоза;
• Номерной знак белый в красной окантовке. Наносился с обеих сторон на нижней части будки машиниста и на буферном брусе.

Характеристики паровоза

• Конструктивная скорость — максимальная скорость, с которой мог двигаться паровоз;
• Максимальная мощность;
• Сила тяги;
• Площадь колосниковой решётки. Чем больше была эта площадь, тем большее количество топлива могло одновременно гореть в топке, повышая мощность. Паровозы с большой колосниковой решёткой лучше работали на дровах и низкокачественном угле;
• Поверхность нагрева котла. Складывалась из площади дымогарных и жаровых труб, проходящих от топки через воду к дымовой коробке. От площади нагрева также зависела итоговая мощность паровоза;
• Нагрузка на ось. Измерялась в тоннах и показывала степень влияния паровоза на путь — чем больше эта величина, тем сильнее разрушались рельсы при проходе локомотива;
• Рабочее давление пара в котле. Чем больше эта величина, тем большую мощность давала паровая машина;
• Угол отсечки. Чем меньше было значение угла отсечки пара при нужной мощности, тем меньше был расход пара, и, соответственно, требуемое количество топлива.

Паровозы последних выпусков возили составы в 3000—3500 т. Сила тяги паровоза типа 1—5—2 составляет 25000 кг при скорости 25 км/час. Мощность паровоза при скорости 50 км/час доходит до 4000 л. с. КПД первых паровозов не превышал 2—4 %, у последних он достигал 9,3 %.

См. также

• 
• Паровоз-Э-Владикавказской-ж-д.jpg

  Паровоз Э Владикавказской железной дороги

• 

  Паровоз ОВ Северного русско-германского фронта, пробитый германским снарядом. 1916

• История паровоза
• Устройство паровоза
• Сравнительные характеристики паровозов
• Паровозный алфавит

Ссылки

• Сайты на русском языке, посвящённые паровозам
  • Отечественные локомотивы
  • parovoz.com (На сайте Паровоз ИС есть база данных по уцелевшим паровозам)
  • Техника Молодёжи — статьи о паровозах
  • Паровозный цех
  • M-K: Автомобили и другая техника

• Отдельные страницы о паровозах
  • История Ж. Д. — Паровозы
  • Заповедная железная дорога
  • Занимательная техника в прошлом
  • Базовая инновация — Паровоз
  • Мемориальный паровоз У-127
  • История изобретения, развития и усовершенствования паровоза
  • Наши узкоколейные паровозы
  • Паровозы серии Эр
  • Фотографии паровозов в железнодорожном музее Петербурга
    • Паровозы нетрадиционной конструкции (на английском языке)

Литература

• Хмелевский А. В., Смушков П. И.   Паровоз (Устройство, работа и ремонт). Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. 2-е издание М 1979.
• Никольский А. С., Паровозы серии С, изд. «Виктория», 1997
• БСЭ, 2-е издание

Первоисточник этой статьи был признан «хорошей статьёй» русского раздела Википедии.