Будова паравоза

Паравоз складаецца з трох асноўных частак: катла, паравой машыны і экіпажнай часткі. Акрамя таго, у склад паравоза ўключаецца тэндар — спецыяльны вагон, дзе захоўваюцца запасы вады і паліва. Калі ж вада і паліва захоўваюцца на самім паравозе, то тады яго называюць танк-паравозам.

Паравы кацёл служыць для атрымання пара, гэта значыць з'яўляецца першасным крыніцай энергіі. Пар на паравозе з'яўляецца асноўным рабочым целам у многіх прыладах і механізмах і перш за ўсё ў цягавае паравой машыне, якая пераўтворыць энергію пара ў зваротна-паступальны рух поршня, якое ў сваю чаргу з дапамогай крывашыпна-шатунного механізму трансфармуецца ў вярчальны, прымушаючы круціцца рухальныя колы. Акрамя гэтага, пар служыць для прывада парапаветранага насоса, паратурбагенератара, а таксама выкарыстоўваецца ў гукавых сігналах — свістке і тыфоне. Экіпаж паравоза, які складаецца з рамы і хадавых частак, з'яўляецца як бы перасоўным падставай (драбамі) паравоза і служыць для нясення абсталявання і для перамяшчэння паравоза па рэйках. Таксама часам у асноўныя часткі паравоза ўключаюць і тэндар — прычапляемы да лакаматыва вагон, які служыць для захоўвання запасаў вады і паліва.

 Паравы кацёл 

злева|міні|300x300пкс|Паравы кацёл. Паказаны асноўныя кампаненты, а таксама рух патокаў газаў, вады і пара
Паравы кацёл з'яўляецца першаснай крыніцай энергіі, што робіць яго галоўным кампанентам паравоза. У сувязі з гэтым да катла прад'яўляецца цэлы шэраг патрабаванняў. Перш за ўсё, надзейнасць (бяспека) працы катла — абумоўлена тым, што ціск пара можа дасягаць вельмі высокіх значэнняў (да 20 атм. і вышэй), што ператварае кацёл у патэнцыйную бомбу, і які-небудзь дэфект канструкцыі можа прывесці да выбуху, тым самым заадно пазбавіўшы паравоз крыніцы энергіі. Менавіта выбух паравога катла быў адным з найбольш важкіх аргументаў супраць увядзення паравознай цягі ў XIX стагоддзі.
Таксама паравы кацёл павінен быць зручны ў кіраванні, абслугоўванні і рамонце, мець магчымасць працы на розных відах і гатунках паліва, быць як мага больш магутным, а таксама эканамічным.

Паравы кацёл складаецца з частак, якія для зручнасці часта дзеляць на пяць груп:
 асноўныя часткі;
 гарнітура;
 арматура;
 параправод і параперагравальнік;
 дапаможнае абсталяванне.

 Асноўныя часткі катла 
Класічны паравы паравозны кацёл складаецца з наступных асноўных частак (на малюнку вышэй — злева направа): топка, цыліндрычная частка і дымавая скрынка.

 Топка 

міні|200x200пкс|Топка Бельпера ў разрэзе
Топка, яна ж камера згарання, служыць для пераўтварэння хімічнай энергіі, заключанай у паліве, у цеплавую. Паводле канструкцыі топка ўяўляе сабой дзве ўкладзеныя адна у адну сталёвыя скрынкі: вогненная скрынка (уласна топка) і кажух, злучаныя паміж сабой адмысловымі сувязямі. Паравозная топка працуе пры высокіх тэмпературных умовах, тэмпература ад згарэлага паліва можа дасягаць 1600°C, а паміж вогненнай скрынкай і кажухом пры працы знаходзіцца пласт пара пад вялікім ціскам (дзясяткі атмасфер). Па гэтай прычыне топку збіраюць з мінімальна магчымай колькасці дэталяў, у прыватнасці вогненная скрынка складаецца з пяці лістоў: столь, два бакавыя, задні і трубчастая рашотка. Апошняя з'яўляецца месцам пераходу ад топкі да цыліндрычнай часткі.

У ніжняй частцы топкі знаходзіцца каласніковая рашотка, якая служыць для падтрымання пласта вогненнага цвёрдага паліва. Як вынікае з назвы, яна мае рашэцістую структуру, што забяспечвае прыток свежага паветра ў топку. Вялікія каласніковыя рашоткі складаюцца з некалькіх асобных рашотак — каласнікоў. У заднім лісце топкі размешчана шуровочная адтуліна, праз якую закідваецца паліва. На магутных паравозах ў верхняй частцы топкі размешчаны цыркуляцыйныя трубы і (або) тэрмасіфоны, якіч служаць для павышэння цыркуляцыі вады ў катле. На гэтых трубах мацуецца спецыяльнае скляпенне з цэглы, якое абараняе столь і трубчастую рашотку ад уздзеяння адкрытага полымя.

Паміж сабой топкі адрозніваюць па форме столі: з плоскім верхам і радыяльныя. Топка з плоскім верхам, таксама вядомая як топка Бельпера, мае адносна вялікі аб'ём вогненнай скрынкі, дзякуючы чаму забяспечваецца паўната згарання паліва. У выніку такія топкі былі вельмі распаўсюджаныя ў ранніх паравозаў, а ў шэрагу краін выпускаліся аж да канца паравозабудоўлі (напрыклад, паравозы Эр, якія выпускаліся Чэхаславакіяй і Польшчай аж да 1957 года). Аднак топку Бельпера складана стыкаваць з цыліндрычнай часткай катла. Акрамя гэтага, вялікая шырыня абмяжоўвае прымяненне па габарытах, асабліва ў верхняй часткі, а на магутных паравозах патрабуецца ўсталёўваць вялікая колькасць сувязяў паміж вогненнай скрынкай і кажухом, так як плоскія лісты горш супрацьстаяць высокаму катлавому ціску. Таму на магутных паравозах сталі ўжываць топкі з радыяльнай столлю (радыяльная топка). Радыяльная топка лягчэйшая за топку Бельпера і лепш супрацьстаіць высокаму ціску пара. Але ў радыяльнай топцы ёсць сур'ёзны недахоп: адносна малы аб'ём топачнаай прасторы, з-за чаго паліва спальваецца менш эфектыўна, а незгарэлыя часціцы вугалю могуць пашкодзіць ўнутраную паверхню катла. Таму ў пярэдняй верхняй частцы такіх топак нярэдка ўсталёўваюць камеру дагарання, якая паляпшае эфектыўнасць згарання паліва (хоць нярэдка гэта меркаванне перабольшваюць).

 Цыліндрычная частка катла 

міні|286x286пкс|Трубы цыліндрычнай часткі катла
Цыліндрычная частка паравога катла з'яўляецца яго асноўнай часткай, бо менавіта ў ёй адбываецца асноўнае параўтварэнне. Па сутнасці, цыліндрычная частка з'яўляецца дымагарным катлом, бо нагрэў вады адбываецца за кошт праходзячых праз яе вялікай колькасці (да некалькіх сотняў штук) дымагарных труб, усярэдзіне якіх працякаюць цеплавыя паветраныя патокі. Абалонка цыліндрычнай частцы складаецца з некалькіх барабанаў (звычайна тры і больш), злучаных тэлескапічным метадам, то ёсць адзін укладзены ў іншы. Упершыню многотрубчатый кацёл на паравозах быў ужыты ў 1829 годзе, а менавіта — на знакамітай «Ракеце» Стэфенсана.

Часта ў цыліндрычнай часткі знаходзіцца і параперагравальнік, які размешчаны ў трубах, якія ў асноўным аналагічныя дымагарным, але больш дыяметрам. Такія трубы называюць ужо жаравымі, а сам параперагравальнік — жаратрубным.

 Дымавая скрынка 

 Гарнітура катла 
Гарнітура катла — прыборы і прылады для забеспячэння цеплавой працы катла. Яны дазваляюць забяспечыць спальванне патрэбнай колькасці паліва з найменшымі стратамі. У залежнасці ад размяшчэння, адрозніваюць гарнітуру топкі і гарнітуру дымавой скрынкі. Таксама варта адзначыць такі прыбор як сажаздзьмухвальнік, які можа размяшчацца як у топцы, так і ў вогненнай скрынцы топкі, альбо зусім быць пераносным. Сажесдуватель служыць для ачысткі ўнутранай паверхні дымогарных і жаровых труб ад сажы і нагара, тым самым дазваляючы павялічыць перадачу цяпла ад гарачых газаў праз сценкі труб да вады і пару. Ачыстка вырабляецца напрамкам струменя пара ўнутр труб. Пасля на многіх паравозах сажаздувальнікі былі дэмантаваныя.

 Гарнітура топкі 
міні|250x250пкс|Каласніковая рашотка з пластом палаючага паліва
Да гарнітуры топкі перш за ўсё варта адзначыць калосніковую рашотку, размешчаную ў вогненнай скрынцы на ўзроўні топачнай рамы. Дадзеная рашотка служыць для падтрымання пласта палаючага цвёрдага паліва, а таксама, як зразумела з назвы, забяспечвае да яго, за кошт шчылін, прыток неабходнага для гарэння паветра. З-за вялікіх памераў (на паравозе серыі Л яе памеры — 3280×1830 мм), колосниковая рашотка робіцца з асобных элементаў — колосников, якія размешчаны папярочнымі радамі. На ранніх паравозах каласнікі былі нерухомымі, пасля сталі будавацца паравозы з рухомымі (качан) каласнікі, што дазваляла спрасціць ачыстку топкі ад шлакаў і попелу. Прывад мігатлівыя колосников пераважна пнеўматычны. Шлакі і попелу з топкі ссыпаются ў размешчаны пад топкай спецыяльны бункер — зольнік, верхняя частка якога ахоплівае ўсю каласніковую рашотку, а ніжняя, з-за дэфіцыту свабоднай прасторы, размяшчаецца пераважна паміж бакавінамі асноўнай рамы паравоза. Для пропуску паветра ў топку, зольніка абсталюецца адмысловымі клапанамі, якія выкарыстоўваюцца таксама і для ачысткі бункера ад шлакаў. Да гарнітуры топкі яшчэ адносяць і топачныя (шуровачныя) дзверцы, якія зачыняюць шуровачную адтуліну (служыць для закіду паліва ў топку), тым самым падзяляючы прасторы топкі і будкі машыніста. Так як і зольніка, і рашотка забяспечваюць прыток свежага паветра ў вогненную скрынку, засмечванне (шлакаванне) іх паветраправодаў і шчылін можа прывесці да сур'ёзнага падзення магутнасці катла, таму пры выкарыстанні антрацыта і нізкакаларыйных вуглёў ўжываюць шлакаўвільгатняльнік, які прадстаўляе сабой некалькі трубак з адтулінамі, размешчанымі па перыметры колосниковой рашоткі. Перыядычна праз іх прапускаюць пар, які паніжае тэмпературу ў самой рашоткі, а датыкаючыся са шлакам робіць яго больш сітаватым.

Калі паравоз ацяпляецца нафтай або мазутам (распаўсюджана на сучасных паравозах), то ў топцы ўсталёўваюць нафтавыя фарсункі і нафтаправоды. Фарсункі забяспечваюць тонкае распыленне паліва, што неабходна для яго поўнага згарання. Пры гэтым з топкі адбіраюць каласніковую рашотку, а замест яе ў зольніке і топцы усталёўваюць спецыяльны цаглянае скляпенне (таксама вядомае як абмуроўка), які служыць дадатковай абаронай топкі ад полымя, які мае больш высокую тэмпературу (звыш 1600°), чым пры вугальным апале, а таксама для рацыяналізацыі працэсу гарэння — калі полымя кароткачасова пагасіць, то распалены звод дапаможа запаліць паступае пасля перапынку паліва. Аднак агульная вага дадзенага скляпення значна вышэй, чым у каласніковай рашоткі, таму пераклад паравоза з вугальнага на нафтавае ацяпленне, павышае агульную вагу паравоза, асабліва яго задняй часткі.

 Гарнітура дымавой скрынкі 
Для гарэння паліва неабходнае паветра, прычым яго трэба досыць шмат: на 1 кг вугалю ці мазуту патрабуецца адпаведна 10-14 кг або 16-18 кг паветра. Відавочна, што падача такой колькасці паветра ў камеру згарання (топку) натуральным спосабам практычна немагчымая, што прымушае да стварэння штучнай цягі газаў у катле. Для гэтага ў дымавой скрынкі ўсталёўваюць адмысловую дымавыцяжную прыладу, якое забяспечвае прыток паветра ў топку за кошт стварэння разрэджання ў дымавой камеры. Паравозныя дымовытяжные прылады бываюць некалькіх канструкцый, аднак практычна ўсе яны працуюць на ўжо адпрацаваным пары, якая паступае з цягавай паравой машыны, што дазваляе змяняць падачу паветра ў залежнасці ад выкарыстоўванай магутнасці машыны, то ёсць чым больш напружана працуе паравоз, тым мацней гарэнне і тым больш пара выпрацоўваецца.
справа|міні|250x250пкс|Двайны чатырохдырны конус пастаяннага сячэння з раздзельным выпускам. Паравоз RENFE 141 F
Найбольш простай дымавыцяжной прыладай з'яўляецца конус, які выглядае як фарсунка конусападобнага сячэння, усталяваная пад дымавой трубой. Прынцып дзеяння конусу заключаецца ў тым, што прапушчаны праз яго адпрацаваны пар набывае высокую хуткасць (да 250-350 м/з), пасля чаго накіроўваецца ў дымавую трубу, дзе ён, захапляючы за сабой паветра, стварае ў дымавой камеры разрэджанне. Конусы бываюць розных канструкцый, у тым ліку адно-, двух - і чатырохдырныя, пераменнага і пастаяннага сячэння, з агульным і асобным выпускам. Найбольшае распаўсюджванне атрымаў чатырохдырны конус пераменнага сячэння з раздзельным выпускам, гэта значыць, калі пар з правага і левага цыліндраў выпускаюцца асобна. Аднак нягледзячы на прастату канструкцыі, конус нельга выкарыстоўваць на паравозах з кандэнсацыяй адпрацаванага пара, таму на апошніх у якасці дымавыцяжной прылады выкарыстоўваецца вентылятар (газосос). Прывад вентылятара ажыццяўляецца ад адпрацаванага пара, што таксама як і пры конусе робіць рэгуляванне цягі аўтаматычнай. Дзякуючы сваім вартасцям, вентылятарная цяга стала прымяняцца нават на паравозах без кандэнсацыі адпрацаванага пара (напрыклад, савецкія Св і Сум), аднак з-за шэрагу недахопаў (больш складаная канструкцыя, чым у конусу, а такім чынам і больш высокі кошт рамонту, высокая супрацьціск пры выпуску пара, складанасць працы на высокіх отсечках) у 1950-х гг. вентылятарная цяга была заменена на конусную.

 Параметры катла 
Кацёл мае наступныя параметры:
 агульная плошча нагрэву ў м² — параметр складаецца з плошчаў нагрэву топкі, плошчы перагравальніка, а таксама плошчаў дымагарных і жаравых труб;
 аб'ём паравой прасторы ў м³;
 люстэрка выпарэння, м²;
 працоўны ціск у атм;
 Аб'ём заліваемай вады.

 Паравая машына 

Паравая машына паравоза складаецца з цыліндраў, адлітых як адно цэлае з залатніковымі скрынкамі, механізму для перадачы намаганні на рухальныя колы (крывашыпна-шатунный механізм) і параразмеркавальнага механізму. Цыліндры паравой машыны (якіх на паравозе бывае 2 і больш) адліваюцца з сталі і ўмацоўваюцца на раме з дапамогай нітаў, альбо адлітыя разам правая і левая паравая машына, як на больш позніх паравозах.

У паравозах ўжываюць наступныя віды паравых машын:
 машына аднаразовага пашырэння пара — простая па канструкцыі, мае высокую надзейнасць і нядрэнную эканамічнасць;
 машына аднаразовага пашырэння пара трох ці чатырох цыліндравая — валодае большай магутнасцю, але складаная па канструкцыі;
 машына кампаўнд — таксама валодае вялікай магутнасцю, але па эканамічнасці сябе не апраўдала. Мае акрамя складанай канструкцыі праблемы пры руху з частымі прыпынкамі.
У большасці паравозаў выкарыстаны простыя двухцыліндравыя машыны, эканамічнасць была павышана увядзеннем параперагравальніка
справа|безрамкі|Схема працы куліснага механізму паравоза: 1 — куліса, 2 — контркрывышып, 3 — радыяльная цяга, 4 — маятнік, 5 — паўзун (крэйцкопф), 6 — залатнік, 7 — працоўны цыліндр, 8 — цяга пераводнага вала (рэверс)
Паразмеркавальны (звычайна кулісны) механізм паравоза складаецца з кулісы 1, хісткай на восі і злучанай сваім ніжнім канцом з пальцам контркрывашыпа 2, насаджанага на вядучым коле пад некаторым вуглом да крывашыпа. Рух ад кулісы перадаецца з дапамогай радыяльнай цягі 3 верхняму канцу рычага (маятніку) 4; ніжні канец маятніка атрымлівае рух ад паўзуна 5. Рух залатніка 6 паведамляецца ад прамежкавай пункту ківача. З дапамогай кулісным механізму ажыццяўляюцца (залатніком) усе фазы параразмеркавання, рэгуляванне магутнасці паравоза шляхам змены ступені напаўнення (адсечкі) пара ў цыліндр 7 і рэверсавание 8 — атрыманне зваротнага ходу паравоза.
справа|міні|300x300пкс|Фатаграфія куліснага і крывашыпна-шатуннага механізму паравоза
У некаторых выпадках для часовага павышэння сілы цягі (пры крананні з месца і на пад’ёмах) на паравозах, акрамя асноўнай паравой машыны, усталёўваюць дапаможную (бустэр), якая перадае працу на падтрымліваючыя восі паравоза або на восі тэндару.

Іншыя элементы машыны паравоза:
 сальнікі — ўшчыльнення, якія прадухіляюць ўцечкі пара;
 байпасы — прылады для перапуску паветра, якія размяшчаліся на залатніковай скрынцы. Байпасныея каналы злучаюць паміж сабой паражніны цыліндру па абодва бакі поршня, і перакрываюцца спецыяльным клапанам. Пры нармальнай працы паравой машыны байпасныя клапаны зачыненыя, ніяк не ўплываючы на сістэму параразмеркавання. Пры закрытым рэгулятары (пры адсутнасці падачы пара) і руху накатам, байпасныя клапаны адкрываюцца, прадухіляючы тармажэнне паравоза пры яздзе па інерцыі. Байпасныя перапускі ў Расіі выкарыстоўваліся толькі на дарэвалюцыйных паравозах, пасля іх не ўсталёўвалі, замяняючы больш эфектыўнымі ў рабоце рассоўнымі залатнікамі. Найбольшае распаўсюджванне на айчынных паравозах атрымала сістэма інжынера Трафімава.

 Экіпаж 

Экипажная, або рамна-хадавая, частка паравоза складаецца з рамы, на якой усталёўваюцца кацёл і цыліндры, колавыя пары з буксамі, рысоры з балансірами і каляска
 Рама — металічная апорная канструкцыя, да якой мацуюцца астатнія часткі паравоза.
 Пярэдняя каляска — канструкцыя, якая дапамагае паровозу ўпісвацца ў павароты. Напрыклад, у паравозах серыі З выкарыстана каляска Цара-Краўса, якая аб'ядноўвае лятунковую і пярэднюю рухаючыю пары колаў. Пры гэтым у момант праходжанні павароту лятунковая вось паварочваецца, а рухаючая пара атрымлівае адпаведнае бакавое зрушэнне ў процілеглым кірунку.
 Вядучая колавая пара. На гэтую пару праз поршневае дышла ўздзейнічае паравая машына.
 Счэпныя колавыя пары. Гэтыя колы атрымліваюць крутоўны момант ад вядучай пары праз счэпныя дышлы.
На цэнтрах усіх рухаючых колавых пар як адно цэлае адлітыя процівагу для ўраўнаважвання сіл інэрцыі эксцэнтрычна круцячыхся мас (крывашыпа, пальцаў, спарнікаў, а на вядучым коле, акрамя таго, контркрывашыпа і часткі вядучага шатуна).
 Лятунковыя колавыя пары. Лятунковых пар звычайна бывае 1 або 2, у некаторых паравозах адсутнічаюць зусім (паравозы формул 0-Х-Х).
 Падтрымліваючыя колавыя пары размешчаны пад будай або топкай, могуць адсутнічаць (формула Х-Х-0). Паравозы з падтрымліваючымі колавымі парамі лепш прыстасаваныя для руху заднім ходам.
 Восевыя буксы — скрынкі, у якіх змешчаны падшыпнікі, звычайна падшыпнікі слізгацення, датыкальныя з шыйкамі восяў. У буксы заліваецца змазка. У выразах рамы прымацоўваюцца буксавыя накіроўвалыя: адна з гэтых накіроўвалых робіцца нахільнай, а паміж буксай і накіроўвалай ставіцца клін (буксавы), якім можна рэгуляваць зазор.
 Рысоры — пругкія элементы, якія размяшчаюцца паміж букс і рамай. Рысоры змякчаюць штуршкі і ўдары, якія колавая пара атрымлівае ад няроўнасцяў пуціі і стыкавых зазораў. Для лепшага размеркавання нагрузкі на асобныя колавыя пары рысоры злучаюцца паміж сабой балансірамі.
 Счэпкі — прылада для злучэння вагонаў і лакаматыва ў састаў.
 Буфера — элементы, якія размяшчаюцца ў месцы счэпкі і якія прадухіляюць рэзкія ўдары пры злучэнні вагонаў.

 Будка 

У будцы знаходзіліся машыністы (паровозная брыгада) і былі сканцэнтраваны ўсе элементы кіравання паравозам. У будку таксама выходзіла задняя частка топкі з шуровочнай адтулінай для загрузкі паліва.

 Тэндар 
Тэндар — спецыяльны вагон, прычапляемы ззаду да паровозу, у якім размяшчаліся запасы вады і паліва для катла. Часцяком, тэндары мелі стандартную канструкцыю і выкарыстоўваліся з некалькімі серыямі паравозаў. У асобных паравозах тэндар таксама утрымліваў спецыяльнае абсталяванне для кандэнсацыі адпрацаванага пара (тэндар-кандэнсатары, якія выкарыстоўваюцца ў засушлівых, дрэнна забяспечаных вадой) і аўтаматычны вуглепадатчык (стокер).

 Абсталяванне 
міні|527x527пкс|Падрабязная схема расійскага паравоза серыі С
 Тармазы. На паравозах ўстаноўлены, галоўным чынам, аўтаматычныя паветраныя тармазы Весцінгаўза, Казанцава і Матросава. Сціснутае паветра ў спецыяльны рэзервуар пампуе парапаветраны насос, а з рэзервуара паветра падаецца праз галоўную тармазную магістраль у тармазныя цыліндры лакаматыва і цягніка, сістэмай рычагоў звязаныя з тармазнымі калодкамі. Пры адкрыцці размешчаных у будцы тармазных кранаў ціск у агульнай паветранай магістралі цягніка падае, і калодкі ціскам паветра з рэзервуараў прыціскаюцца да колаў.
 Лакаматыўны скорасцемер, прыводны ў дзеянне ад аднаго з колаў.
 Паравы манометр — прылада для вымярэння ціску пару ў катле.
 Пясочніца. Звычайна ўсталёўвалася наверсе катла. У пясочніцы знаходзіцца спецыяльна прасеяны дробны сухі рачны пясок, які ціскам паветра падаецца да колаў пры крананні і руху ўверх па ўхілу і для экстранага тармажэння для павелічэння счаплення паміж коламі і рэйкамі.
 Свісток. На апошніх серыях паравозаў ўжываліся гарманічныя шматтанальныя пяцітонавыя гудкі, якія ў свеце лічацца самымі прыгожымі.
 Вадамерныя шклы — паказваюць узровень вады ў катле.
 Стокер — механічны вуглепадатчык (на позніх паравозах).
 Серваматор — пнеўматычны пераклад куліснага каменя (на позніх паравозах).

 Літаратура 

 БСЭ, 2-е выд.

 Спасылкі 

 Паравозы нетрадыцыйнай канструкцыі(англ.)