Den här artikeln beskriver enheten och funktionsprincipen för fordonsånglokomotivet .
Ett ånglok består av tre huvuddelar: en ångpanna , en ångmaskin och ett underrede . Dessutom ingår ett anbud i ångloket - en speciell släpvagn som tjänar till att lagra vatten och bränsleförråd [1] [2] . I händelse av att vatten och bränsle lagras på själva ångloket, så är det ett tanklok .
Ångpannan används för att producera vattenånga genom att bränna bränsle, som är den primära energikällan. Ånga på ett ånglok är den huvudsakliga arbetsvätskan och används för att utföra driften av en ångmaskin och en mängd olika hjälputrustning (särskilt en ång-luftpump , en ångturbingenerator ), och används också i ljud signaler - visselpipa och tyfon .
Motorn i ett ånglok är en traktionsångmaskin som omvandlar ångenergin till kolvens fram- och återgående rörelse , som i sin tur omvandlas till roterande drivhjul med hjälp av en vevmekanism .
Lokets besättning, som består av en ram och löparutrustning , är basen (skelettet) av loket och tjänar till att bära all utrustning, såväl som att flytta loket längs räls .
Eftersom ångpannan är den primära energikällan gör detta den till huvudkomponenten i ångloket. I detta avseende ställs ett antal krav på pannan. Dessa krav inkluderar i första hand pannans tillförlitlighet (säkerhet) - beroende på att ångtrycket kan nå mycket höga värden (upp till 20 atm. och över), vilket gör pannan till en potentiell bomb, och alla konstruktionsfel kan leda till en explosion , vilket samtidigt berövar loket en energikälla. Det var explosionen av en ångpanna som var ett av de mest övertygande argumenten mot införandet av lokdragkraft på 1800-talet.
Dessutom ska en ångpanna vara lätt att hantera, underhålla och reparera, kunna arbeta med olika typer och kvaliteter av bränsle, vara så kraftfull som möjligt, samt ekonomisk [3] .
Ångpannan består av delar, som för bekvämlighets skull ofta är indelade i fem grupper [3] [4] :
En klassisk ånglokspanna består av följande huvuddelar (i figuren ovan - från vänster till höger) : eldstad , cylindrisk del och röklåda [4] .
UgnEldstaden , som också är en förbränningskammare , tjänar till att omvandla den kemiska energin som finns i bränslet till termisk energi . Strukturellt består eldstaden av två stållådor som är kapslade i varandra: en eldstad (selva eldstaden) och ett hölje , sammankopplade med speciella anslutningar . Lokugnen fungerar under extremt svåra temperaturförhållanden, eftersom temperaturen från det brända bränslet kan nå 1600 ° C, och mellan eldstaden och höljet under drift finns ett lager av ånga under högt tryck (tiotals atmosfärer). Därför är eldstaden sammansatt av minsta möjliga antal delar, i synnerhet består eldstaden av fem ark: ett tak, två sidostycken, en bakre och ett rörformigt galler. Den senare är platsen för övergången från ugnen till den cylindriska delen [5] .
Längst ner på eldstaden finns ett galler , som tjänar till att upprätthålla ett lager av brinnande fast bränsle. Som namnet antyder har den en gallerstruktur, som säkerställer flödet av frisk luft in i ugnen. Stora galler består av flera separata galler . Det finns ett skruvhål på baksidan av ugnen , genom vilket bränsle kastas. På kraftfulla ånglok är cirkulationsrör och (eller) termosifoner placerade i den övre delen av ugnen , som tjänar till att öka cirkulationen av vatten i pannan. En speciell båge av tegelstenar är fäst vid dessa rör , vilket skyddar taket och det rörformiga gallret från exponering för öppen låga [5] .
Mellan sig kännetecknas eldhusen av takets form: med ett platt tak och radiellt. En eldstad med platt tak, även känd som en Belper-brandkammare , har en relativt stor eldstadsvolym för att säkerställa fullständig förbränning av bränslet. Som ett resultat var sådana eldboxar mycket vanliga i tidiga ånglok, och i ett antal länder tillverkades de fram till slutet av ångloksbygget (till exempel Er ånglok , tillverkade av Tjeckoslovakien och Polen fram till 1957 ) . Belperugnen är dock svår att docka med den cylindriska delen av pannan. Dessutom begränsar den stora bredden användningen när det gäller dimensioner, särskilt i den övre delen, och på kraftfulla ånglok är det nödvändigt att upprätta ett stort antal anslutningar mellan eldstaden och höljet, eftersom platta plåtar är mindre motståndskraftiga mot högt panntryck. Därför, på kraftfulla ånglok, började eldboxar med ett radiellt tak ( radiell eldstad ) användas. Den radiella eldstaden är lättare än Belper eldstad och tål bättre högt ångtryck. Men den radiella ugnen har en allvarlig nackdel: en relativt liten volym av ugnsutrymmet, på grund av vilket bränslet förbränns mindre effektivt, och oförbrända kolpartiklar kan skada pannans inre yta. Därför installeras ofta en efterbrännare i den främre övre delen av sådana ugnar , vilket förbättrar effektiviteten vid bränsleförbränning (även om denna åsikt ofta är överdriven) [5] [6] .
Cylindrisk del av pannanDen cylindriska delen av ångpannan är dess huvuddel, eftersom det är i den som den huvudsakliga ånggenereringen sker . Faktum är att den cylindriska delen är en brandpanna , eftersom vatten värms upp på grund av det stora antalet (upp till flera hundra stycken) som passerar genom det brandrör , inuti vilka termisk luft strömmar. Skalet på den cylindriska delen består av flera trummor (vanligtvis tre eller fler), anslutna med en teleskopisk metod, det vill säga den ena är kapslad i den andra. För första gången användes en flerrörspanna på ånglok 1829, nämligen på den berömda " raketen " av Stephenson .
Ofta finns i den cylindriska delen även en överhettare , som placeras i rör, som i grunden liknar rökrör, men större i diameter. Sådana rör kallas redan brandrör , och själva överhettaren är brandrör .
RöklådaPannsats - enheter och enheter för att säkerställa pannans termiska drift. De låter dig bränna rätt mängd bränsle med minsta förlust. Beroende på platsen särskiljs en eldstadssats och en röklåda. Det är också värt att notera en sådan anordning som en sotblåsare , som kan placeras både i eldstaden och i eldstadens eldstad, eller till och med vara bärbar. Sotblåsaren tjänar till att rengöra rök- och flamrörens inre yta från sot och aska , vilket ökar värmeöverföringen från heta gaser genom rörens väggar till vatten och ånga. Rengöring utförs genom att en ångstråle riktas in i rören. Därefter demonterades sotblåsare på många ånglok [7] .
UgnsuppsättningFörst och främst är det värt att notera gallret som ligger i eldstaden i nivå med ugnsramen. Detta galler tjänar till att upprätthålla ett lager av brinnande fast bränsle och tillhandahåller också, som namnet antyder, det, på grund av slitsar, det luftflöde som är nödvändigt för förbränning. På grund av den stora storleken (på ett lok i L -serien , dess dimensioner är 3280 × 1830 mm ), är gallret gjord av separata element - galler , som är placerade i tvärgående rader. På tidiga ånglok fixerades rostjärnen, senare började man bygga ånglok med rörliga (gungande) roststänger, vilket gjorde det möjligt att förenkla rengöringen av ugnen från slagg och aska . Svänggallsdrivningen är övervägande pneumatisk. Slaggar och aska från ugnen hälls i en speciell bunker som ligger under ugnen - en asklåda , vars övre del täcker hela gallret, och den nedre delen, på grund av bristen på ledigt utrymme, ligger huvudsakligen mellan sidorna av lokets huvudram. För att passera luft in i ugnen är asklådan utrustad med speciella ventiler, som också används för att rengöra bunkern från slagg. Ugnsdörrar hör också till ugnssetet , som stänger skruvhålet (tjänar till att kasta bränsle i ugnen), och därigenom separerar utrymmena i ugnen och förarhytten. Eftersom både asklådan och gallret ger frisk luft till eldstaden, kan igensättning (slaggning) av deras luftkanaler och slitsar leda till en allvarlig minskning av pannans effekt, därför, när du använder antracit och lågkalorikol , en slaggfuktare används , vilket är flera rör med hål placerade längs gallrets omkrets. Periodvis leds ånga genom dem, vilket sänker temperaturen vid själva gallret, och i kontakt med slaggen gör den mer porös [7] .
Om ett ånglok värms med olja eller eldningsolja (vanligt i modern[ när? ] ånglok), sedan installeras oljemunstycken och oljeledningar i ugnen . Munstyckena ger en fin spray av bränsle, vilket är nödvändigt för dess fullständiga förbränning. Samtidigt avlägsnas rosten från ugnen och istället installeras ett speciellt tegelvalv i askfatet och ugnen (även känd som brickwork ), som fungerar som ytterligare skydd för ugnen från en låga som har en högre temperatur (över 1600 °) än med koluppvärmning, och även för att rationalisera förbränningsprocessen - om lågan släcks kort, kommer det glödheta valvet att hjälpa till att antända bränslet som kommer efter pausen. Den totala vikten av denna båge är dock mycket högre än för ett galler, så överföringen av ett ånglok från kol till oljeuppvärmning ökar lokets totala vikt, särskilt dess bakre del [7] .
Rökbox headsetFörbränning av bränsle kräver luft, och det behövs ganska mycket: 10-14 kg eller 16-18 kg luft krävs för 1 kg kol respektive eldningsolja. Det är uppenbart att tillförseln av en sådan mängd luft in i förbränningskammaren (ugnen) på ett naturligt sätt är praktiskt taget omöjligt, vilket tvingar fram skapandet av ett konstgjort drag av gaser i pannan. För att göra detta är en speciell rökavgasanordning installerad i röklådan , som ger luftflöde in i ugnen genom att skapa ett vakuum i rökkammaren. Lokomotiv rökavgasanordningar finns i flera utföranden, men nästan alla av dem arbetar på redan uttömd ånga som kommer från en traktionsångmotor , vilket gör att du kan ändra lufttillförseln beroende på den effekt som används av maskinen, det vill säga ju mer intensivt motorn fungerar, desto starkare förbränning och desto mer ånga produceras [7] .
Den enklaste rökutblåsningsanordningen är konen , som ser ut som ett konformat munstycke installerat under skorstenen. Funktionsprincipen för konen är att avgasångan som passerar genom den får en hög hastighet (upp till 250-350 m / s), varefter den skickas till skorstenen, där den, med luft, skapar ett vakuum i rökkammare. Koner finns i olika utföranden, inklusive en-, två- och fyrahåls, variabel och konstant sektion, med ett gemensamt och separat utlopp. Den mest använda fyrhålskonen med variabelt tvärsnitt med separat utlösning, det vill säga när ånga från höger och vänster cylinder släpps separat. Men trots designens enkelhet kan konen inte användas på ånglok med avgaskondensering, därför används på den senare en fläkt (gaspump) som en rökavgasanordning . Fläktdriften sker från avgasångan, som liksom med en kon gör dragjusteringen automatisk. På grund av dess fördelar började fläktdrag användas även på ånglok utan kondensering av avgasånga (till exempel sovjetisk CO in och Sum ), dock på grund av ett antal brister (en mer komplex design än en kon, och därför en högre reparationskostnad, högt mottryck vid utsläpp av ånga, svårigheter att arbeta vid höga gränser) på 1950-talet. fläktdraget ersattes med ett koniskt [7] .
Pannan kännetecknas av följande parametrar:
Ångmaskinen i ett lok består av cylindrar gjutna i ett stycke med spolboxar , en mekanism för att överföra kraft till drivhjulen ( vevmekanism ) och en ångfördelningsmekanism . Cylindrarna på en ångmaskin (varav det finns 2 eller fler på ett ånglok) är gjutna av stål och fästa i ramen med bultar, eller höger och vänster ångmaskin gjuts ihop, som på senare ånglok.
Följande typer av ångmaskiner används i ånglok:
De flesta ånglok använde enkla tvåcylindriga maskiner, effektiviteten ökades genom introduktionen av en överhettare , och kraften ökades genom skapandet av ledade lok och en ökning av pannkraften.
Ångfördelningsmekanismen (vanligtvis vipp) hos ett ånglok består av en vipp 1 , svängande på en axel och ansluten med sin nedre ände till en motvevstapp 2, monterad på drivhjulet i någon vinkel mot veven . Rörelsen från kulisserna överförs med hjälp av en radiell dragkraft 3 till den övre änden av spaken ( pendeln ) 4; den nedre änden av pendeln mottar rörelse från glidaren 5. Rörelsen av spolen 6 rapporteras från pendelns mellanliggande punkt. Med hjälp av vippmekanismen utförs alla faser av ångdistribution (spole), kraften hos ångloket regleras genom att ändra fyllnadsgraden (cut-off) av ånga till cylinder 7 och reversering 8 - få omvänd rörelse av ångloket.
I vissa fall, för att tillfälligt öka dragkraften (vid start och uppstigning), på ånglok, förutom huvudångmaskinen, installeras en hjälpanordning ( booster ) som överför arbete till lokets stödaxlar eller till tenderaxeln.
Andra delar av lokmaskinen:
Den ekipage, eller ramgående, delen av loket består av en ram på vilken panna och cylindrar, hjulsatser med axelboxar, fjädrar med balanserare och boggi är monterade.
På mitten av alla drivande hjulsatser är motvikter gjutna som en helhet för att balansera tröghetskrafterna från excentriskt roterande massor [8] (vev, stift, tvillingar och på drivhjulet, dessutom motveven och en del av drivande vevstake).
Maskinisterna ( lokbrigaden ) var i båset och lokets alla kontroller var koncentrerade. Även baksidan av eldstaden med skruvhål för laddning av bränsle gick in i båset.
Ett anbud är en speciell bil med tillgång till vatten och bränsle. Anbudet av kraftfulla ånglok har en automatisk kolmatare (stoker) [9] . Ofta hade anbud en standarddesign och användes med flera serier av ånglok.
På ånglok för torra eller ej försedda med rent vattenområden användes ångkondensering på en tender ( tender-kondensatorer ) [8] .