Ez a cikk a jármű- gőzmozdony berendezését és működési elvét ismerteti .
A gőzmozdony három fő részből áll: egy gőzkazánból , egy gőzgépből és egy futóműből . Ezen kívül a gőzmozdony - egy speciális pótkocsis kocsi, amely víz- és üzemanyag-készletek tárolására szolgál [1] [2] . Abban az esetben, ha magán a gőzmozdonyon vizet és üzemanyagot tárolnak, akkor tartálymozdonyról van szó .
A gőzkazán elsődleges energiaforrásként tüzelőanyag elégetésével vízgőzt állít elő. A gőzmozdonyon lévő gőz a fő munkafolyadék , amelyet gőzgép és különféle segédberendezések (különösen gőz-levegő szivattyú , gőzturbina generátor ) működtetésére használják, és hangzásban is használják. jelek - síp és tájfun .
A gőzmozdony motorja egy vontatási gőzgép, amely a gőz energiáját a dugattyú oda - vissza mozgásává alakítja , ami egy forgattyús mechanizmus segítségével forgó hajtókerekekké alakul .
A mozdony keretből és futóműből álló személyzete a mozdony alapja (csontváza), és az összes felszerelés szállítására, valamint a mozdony sínek mentén történő mozgatására szolgál .
Mivel a gőzkazán az elsődleges energiaforrás, ez teszi a gőzmozdony fő alkatrészévé. Ebben a tekintetben számos követelményt támasztanak a kazánnal szemben. Ezek a követelmények elsősorban a kazán megbízhatóságát (biztonságát) foglalják magukban - annak köszönhetően, hogy a gőznyomás nagyon magas értékeket érhet el (akár 20 atm és afeletti), ami a kazánt potenciális bombává változtatja, ill. minden tervezési hiba robbanáshoz vezethet , és ezzel egyidejűleg megfosztja a mozdonyt az energiaforrástól. Egy gőzkazán felrobbanása volt az egyik legnyomósabb érv a mozdonyvontatás 19. századi bevezetése ellen.
Ezenkívül a gőzkazánnak könnyen kezelhetőnek, karbantarthatónak és javíthatónak kell lennie, képesnek kell lennie különféle típusú és minőségű tüzelőanyaggal dolgozni, a lehető legerősebbnek és gazdaságosnak kell lennie [3] .
A gőzkazán részekből áll, amelyeket a kényelem érdekében gyakran öt csoportra osztanak [3] [4] :
Egy klasszikus gőzmozdonyos kazán a következő fő részekből áll (a fenti ábrán - balról jobbra) : tűztér , hengeres rész és füstszekrény [4] .
KemenceA tüzelőtér , amely egyben égéstér is , arra szolgál, hogya tüzelőanyagban lévő kémiai energiát hőenergiává alakítsa. Szerkezetileg a tűztér két egymásba ágyazott acéldobozból áll: egy tűztérből (maga a tűztér) és egy burkolatból , amelyeket speciális csatlakozások kötnek össze . A mozdony kemence rendkívül nehéz hőmérsékleti viszonyok között működik, mivel az elégetett tüzelőanyag hőmérséklete elérheti az 1600 ° C-ot, és a tűztér és a burkolat között működés közben nagy nyomású (tíz atmoszféra) gőzréteg van. Ezért a tűzteret a lehető legkisebb számú részből állítják össze, különösen a tűztér öt lapból áll: mennyezetből, két oldalsóból, egy hátsóból és egy csőrostélyból. Ez utóbbi a kemencéből a hengeres részre való átmenet helye [5] .
A tűztér alján egy rács található , amely az égő szilárd tüzelőanyag réteg fenntartására szolgál. Ahogy a neve is sugallja, rácsos szerkezetű, ami biztosítja a friss levegő áramlását a kemencébe. A nagyméretű rácsok több különálló rácsból állnak . A kemence hátsó lapjában van egy csavarlyuk , amelyen keresztül az üzemanyagot kidobják. Erőteljes gőzmozdonyokon keringtető csövek és (vagy) termoszifonok találhatók a kemence felső részében , amelyek a víz keringésének fokozását szolgálják a kazánban. Ezekhez a csövekhez egy speciális téglaív van rögzítve , amely megvédi a mennyezetet és a cső alakú rácsot a nyílt lángtól [5] .
A tűztereket a mennyezet alakja különbözteti meg egymástól: lapos mennyezetű és radiális. A lapos mennyezetű tűztér, más néven Belper tűztér , viszonylag nagy tűztértérfogattal rendelkezik, hogy biztosítsa a tüzelőanyag teljes elégését. Ennek eredményeként az ilyen tűzterek nagyon elterjedtek a korai gőzmozdonyokban, és számos országban a gőzmozdonyépítés végéig gyártották őket (például az Er gőzmozdonyokat , amelyeket Csehszlovákia és Lengyelország 1957 -ig gyártott ) . A Belper kemencét azonban nehéz a kazán hengeres részéhez csatlakoztatni. Ezenkívül a nagy szélesség korlátozza a méretek használatát, különösen a felső részben, és az erős gőzmozdonyokon nagyszámú összeköttetést kell kialakítani a tűztér és a burkolat között, mivel a síklemezek kevésbé ellenállnak magas kazánnyomás. Ezért az erős gőzmozdonyokon radiális mennyezetű ( radiális tűztér ) tűztereket kezdtek használni. A radiális tűztér könnyebb, mint a Belper tűztér, és jobban ellenáll a magas gőznyomásnak. De a radiális kemencének van egy komoly hátránya: a kemencetér viszonylag kis térfogata, ami miatt a tüzelőanyag kevésbé hatékonyan ég el, és az el nem égett szénrészecskék károsíthatják a kazán belső felületét. Ezért az ilyen kemencék elülső felső részébe gyakran egy utóégetőt szerelnek fel , amely javítja az üzemanyag elégetésének hatékonyságát (bár ez a vélemény gyakran eltúlzott) [5] [6] .
A kazán hengeres részeA gőzkazán hengeres része a fő része, mivel ebben történik a fő gőzképződés . Valójában a hengeres rész egy tüzelőkazán , mivel a víz felmelegszik a nagyszámú (akár több száz darab) keresztülmenő tűzcsövek miatt, amelyekben hőlevegő áramlik. A hengeres rész héja több (általában három vagy több) dobból áll, amelyeket teleszkópos módszerrel kötnek össze, vagyis az egyik a másikba van beágyazva. Először 1829-ben használtak többcsöves kazánt gőzmozdonyokon, nevezetesen Stephenson híres " Rakétáján " .
Gyakran a hengeres részben túlhevítő is található, amelyet csövekbe helyeznek, amelyek alapvetően hasonlóak a füstcsövekhez, de nagyobb átmérőjűek. Az ilyen csöveket már tűzcsöveknek hívják , és maga a túlhevítő is tűzcső .
FüstdobozKazánkészlet - a kazán termikus működését biztosító eszközök és eszközök. Lehetővé teszik a megfelelő mennyiségű üzemanyag elégetését a legkisebb veszteséggel. Helytől függően megkülönböztetünk tűztér-készletet és füstszekrény-készletet. Érdemes megemlíteni egy olyan eszközt is, mint a koromfúvó , amely mind a tűztérben, mind a tűztér tűzterében elhelyezhető, vagy akár hordozható is lehet. A koromfúvó arra szolgál, hogy megtisztítsa a füst- és lángcsövek belső felületét a koromtól és hamutól , ezáltal növelve a forró gázok hőátadását a csövek falain keresztül a víz és a gőz felé. A tisztítás gőzsugarat a csövekbe irányítva történik. Ezt követően számos gőzmozdonyon leszerelték a koromfúvókat [7] .
KemencekészletElőször is érdemes megjegyezni a tűztérben, a kemencekeret szintjén található rácsot . Ez a rostély az égő szilárd tüzelőanyag réteg fenntartására szolgál, és amint a neve is sugallja, a rések miatt biztosítja számára az égéshez szükséges levegő áramlását. A nagy méret miatt (az L sorozatú mozdonyon a méretei 3280 × 1830 mm ) a rostély különálló elemekből - rácsokból áll, amelyek keresztirányú sorokban helyezkednek el. A korai gőzmozdonyokon a rostélyrudakat rögzítették, később mozgatható (ringató) rostélyrudakkal ellátott gőzmozdonyokat kezdtek építeni, amelyek lehetővé tették a kemence salaktól és hamutól való megtisztítását . A lengőrács meghajtása túlnyomórészt pneumatikus. A kemencéből származó salakot és hamut egy speciális bunkerbe öntik, amely a kemence alatt található - egy hamutartó , amelynek felső része lefedi a teljes rostélyt, és az alsó rész a szabad hely hiánya miatt főleg az oldalak között található. a mozdony fővázának. A levegő kemencébe való bejutásához a hamutartó speciális szelepekkel van felszerelve, amelyek a bunker salaktól való tisztítására is szolgálnak. A kemencekészlethez tartoznak a kemenceajtók is , amelyek lezárják a csavarlyukat (az üzemanyagot a kemencébe engedik), ezáltal elválasztják a kemence és a vezetőfülke tereit. Mivel mind a hamutartó, mind a rostély friss levegőt juttat a tűztérbe, a légcsatornáik és nyílásaik eltömődése (salakosodása) a kazán teljesítményének komoly csökkenéséhez vezethet, ezért antracit és alacsony kalóriatartalmú szén használatakor salak-párásítót kell alkalmazni. használják , amely több lyukakkal ellátott csőből áll a rostély kerülete mentén. Időnként gőz áramlik át rajtuk, ami a rostély hőmérsékletét csökkenti, a salakkal érintkezve pedig porózusabbá teszi azt [7] .
Ha egy gőzmozdonyt olajjal vagy fűtőolajjal fűtenek (a modern[ mikor? ] gőzmozdonyok), majd olajfúvókákat és olajvezetékeket építenek be a kemencébe . A fúvókák finom üzemanyagpermetet biztosítanak, amely szükséges a teljes égéshez. Ezzel egy időben a rostélyt eltávolítják a kemencéből, helyette egy speciális téglaboltozatot helyeznek a hamutartóba és a kemencébe (más néven téglafal ), amely további védelmet nyújt a kemence számára a magasabb hőmérsékletű láng ellen. (1600 ° felett), mint a szénfűtéssel, valamint az égési folyamat ésszerűsítése érdekében - ha a lángot rövid időre kialszik, akkor a vörösen izzó boltozat segít meggyújtani a szünet után érkező üzemanyagot. Ennek az ívnek a teljes tömege azonban jóval nagyobb, mint egy rostélyé, így a gőzmozdony szénről olajfűtésre történő áthelyezése megnöveli a mozdony össztömege, különösen a hátsó részének [7] .
Smoke box headsetAz üzemanyag elégetéséhez levegő kell, és elég sok: 1 kg szénhez 10-14 kg, illetve 16-18 kg levegő szükséges. Nyilvánvaló, hogy ekkora levegőmennyiség természetes úton történő bejuttatása az égéstérbe (kemencébe) gyakorlatilag lehetetlen, ami mesterséges gázhuzat létrehozását kényszeríti ki a kazánban. Ehhez egy speciális füstelvezető berendezés van felszerelve a füstkamrában , amely levegőáramlást biztosít a kemencébe azáltal, hogy vákuumot hoz létre a füstkamrában. A mozdonyok füstelvezető berendezései többféle kivitelben kaphatók, de szinte mindegyik a vontatási gőzgépből származó, már kimerült gőzzel működik , ami lehetővé teszi a levegőellátás megváltoztatását a gép által használt teljesítmény függvényében, vagyis minél intenzívebben motor működik, annál erősebb az égés és annál több gőz keletkezik [7] .
A legegyszerűbb füstelvezető berendezés a kúp , amely úgy néz ki, mint a kémény alá szerelt kúp alakú fúvóka. A kúp működési elve az, hogy a rajta áthaladó kipufogó gőz nagy sebességet (akár 250-350 m / s-t) kap, majd a kéménybe kerül, ahol a levegőt magával vonva vákuumot hoz létre a füstkamra. A kúpok különféle kivitelben kaphatók, beleértve az egy-, két- és négylyukú, változtatható és állandó szakaszt, közös és külön kimenettel. A legszélesebb körben használt négylyukú, változtatható keresztmetszetű kúp külön kioldással, vagyis amikor a jobb és a bal hengerből külön engedik ki a gőzt. A kialakítás egyszerűsége ellenére azonban a kúp nem használható kipufogó gőzkondenzációval rendelkező gőzmozdonyokon, ezért az utóbbiakon ventilátort (gázszivattyút) használnak füstelvezető berendezésként . A ventilátor meghajtása a kipufogó gőzből történik, ami a kúphoz hasonlóan automatikussá teszi a huzatbeállítást. Előnyei miatt a ventilátorhuzatot még a gőzmozdonyokon is elkezdték használni a kipufogógőz lecsapódása nélkül (például szovjet CO in és Sum ), azonban számos hiányosság miatt (a kúpnál összetettebb kialakítás, és ezért magasabb javítási költség, magas ellennyomás a gőz kibocsátásakor, nehéz munkavégzés magas határértékeken) az 1950-es években. a ventilátor huzatát kúposra cserélték [7] .
A kazánt a következő paraméterek jellemzik:
A mozdony gőzgépe egy darabban öntött hengerekből, orsódobozokkal , a hajtókerekekre való erőátvitelt biztosító mechanizmusból ( forgattyús mechanizmus ) és egy gőzelosztó mechanizmusból áll. A gőzgép hengereit (amelyből gőzmozdonyon 2 vagy több van) acélból öntik és csavarokkal rögzítik a vázhoz, vagy a jobb és bal oldali gőzgépet öntik össze, mint a későbbi gőzmozdonyokon.
A gőzmozdonyokban a következő típusú gőzgépeket használják:
A legtöbb gőzmozdony egyszerű kéthengeres gépeket használt, a hatékonyságot a túlhevítő bevezetése, a teljesítményt pedig a csuklós mozdonyok létrehozása és a kazánkényszer növelése növelte.
A gőzmozdony gőzelosztó (általában himba) mechanizmusa egy tengelyen lengő billenő 1 tengelyből áll, amely alsó végével egy 2 ellenforgattyús csaphoz csatlakozik , amely a hajtókerékre van felszerelve bizonyos szögben a hajtókarral . A kulisszák mögötti mozgást egy radiális tolóerő 3 továbbítja a kar ( inga ) 4 felső végéhez; az inga alsó vége mozgást kap az 5 csúszkától . A 6 orsó mozgását az inga közbenső pontjától jelentik. A billenő mechanizmus segítségével a gőzelosztás minden fázisa végrehajtódik (orsó), a gőzmozdony teljesítményét a gőz töltési fokának (levágásának) változtatásával a 7-es hengerbe és a 8-as visszafordítással szabályozzák. a gőzmozdony hátramenete.
Egyes esetekben a vonóerő ideiglenes növelése érdekében (induláskor és emelkedéskor) a gőzmozdonyokon a fő gőzgép mellett egy segédberendezést ( booster ) is telepítenek, amely a munkát a mozdony tartótengelyeire továbbítja. vagy a pályázati tengelyre.
A mozdonygép további elemei:
A mozdony személyzeti, vagy vázon futó része egy vázból áll, amelyre a kazán és a hengerek, a tengelydobozos kerékpárok, a rugók kiegyensúlyozókkal és a forgóváz fel van szerelve.
Az összes hajtókerékpár középpontjára az ellensúlyokat egészben öntik, hogy kiegyenlítsék az excentrikusan forgó tömegek tehetetlenségi erőit [8] (hajtókar, csapok, ikrek, valamint a meghajtó keréken az ellenforgatókar és a hajtómű egy része). hajtó hajtókar).
A gépészek ( mozdonybrigád ) a fülkében voltak, és a mozdony összes vezérlése koncentrált volt. A fülkébe került a tüzelőtér hátulja is, ahol a tüzelőanyag betöltésére szolgáló csavarlyuk volt.
A pályázat egy speciális autó víz- és üzemanyagellátással. A nagy teljesítményű gőzmozdonyok tendere automatikus szénadagolóval (stoker) rendelkezik [9] . A pályázatok gyakran szabványos kialakításúak voltak, és több gőzmozdonysorozathoz is alkalmazták őket.
Száraz vagy nem tiszta vizű területre szánt gőzmozdonyokon gőzkondenzációt alkalmaztak tenderen ( tender-kondenzátorok ) [8] .