Tässä artikkelissa kuvataan ajoneuvo- höyryveturin laite ja toimintaperiaate .
Höyryveturi koostuu kolmesta pääosasta: höyrykattilasta , höyrykoneesta ja alavaunusta . Lisäksi tarjous sisältyy höyryveturiin - erityiseen perävaunuvaunuun, joka palvelee veden ja polttoaineen varastointia [1] [2] . Siinä tapauksessa, että vettä ja polttoainetta varastoidaan itse höyryveturissa, kyseessä on säiliöveturi .
Höyrykattilasta tuotetaan vesihöyryä polttamalla polttoainetta, mikä on ensisijainen energianlähde. Höyryveturissa oleva höyry on pääasiallinen työneste , ja sitä käytetään höyrykoneen ja useiden apulaitteiden (erityisesti höyry-ilmapumpun , höyryturbiinigeneraattorin ) toimintaan, ja sitä käytetään myös äänentoistossa. signaalit - pilli ja taifooni .
Höyryveturin moottori on vetohöyrykone, joka muuntaa höyryn energian männän edestakaisin liikkeeksi , joka puolestaan muuttuu pyöriviksi vetopyöriksi kampimekanismin avulla .
Veturin rungosta ja kulkukoneistosta koostuva miehistö on veturin kanta (luuranko) ja palvelee kaikkien varusteiden kuljettamista sekä veturin liikuttamista kiskoja pitkin .
Koska höyrykattila on ensisijainen energianlähde, se tekee siitä höyryveturin pääkomponentin. Tässä suhteessa kattilalle asetetaan useita vaatimuksia. Näihin vaatimuksiin kuuluvat ensisijaisesti kattilan luotettavuus (turvallisuus) , koska höyrynpaine voi saavuttaa erittäin korkeita arvoja (jopa 20 atm ja enemmän), mikä tekee kattilasta potentiaalisen pommin, ja mikä tahansa suunnitteluvirhe voi johtaa räjähdykseen , jolloin veturi ei saa samalla energiaa. Höyrykattilan räjähdys oli yksi painavimmista argumenteista veturien vetovoiman käyttöönottoa vastaan 1800-luvulla.
Lisäksi höyrykattilan tulee olla helppo hallita, huoltaa ja korjata, kyettävä toimimaan erityyppisillä ja -laatuisilla polttoaineilla, olla mahdollisimman tehokas ja taloudellinen [3] .
Höyrykattila koostuu osista, jotka jaetaan mukavuuden vuoksi usein viiteen ryhmään [3] [4] :
Klassinen höyryveturikattila koostuu seuraavista pääosista (yllä olevassa kuvassa - vasemmalta oikealle) : tulipesä , sylinterimäinen osa ja savulaatikko [4] .
UuniTulipesä , joka on myös polttokammio , muuntaa polttoaineen sisältämän kemiallisen energian lämpöenergiaksi. Rakenteellisesti tulipesä koostuu kahdesta toistensa sisäkkäisestä teräslaatikosta: tulipesästä (itse tulipesä) ja kotelosta , jotka on yhdistetty toisiinsa erityisillä liitoksilla . Veturiuuni toimii erittäin vaikeissa lämpötilaolosuhteissa, koska palaneen polttoaineen lämpötila voi nousta 1600 ° C: een, ja tulipesän ja kotelon välissä käytön aikana on korkean paineen (kymmeniä ilmakehää) alainen höyrykerros. Siksi tulipesä kootaan mahdollisimman pienestä määrästä osia, erityisesti tulipesä koostuu viidestä levystä: katto, kaksi sivua, takaosa ja putkimainen arina. Jälkimmäinen on siirtymäpaikka uunista sylinterimäiseen osaan [5] .
Tulipesän pohjassa on arina , joka ylläpitää palavaa kiinteää polttoainetta. Kuten nimestä voi päätellä, siinä on ristikkorakenne, joka varmistaa raikkaan ilman virtauksen uuniin. Isot ritilät koostuvat useista erillisistä ritiloista . Uunin takalevyssä on ruuvinreikä , jonka läpi polttoainetta heitetään. Tehokkaissa höyryvetureissa kiertovesiputket ja (tai) termosifonit sijaitsevat uunin yläosassa , mikä lisää veden kiertoa kattilassa. Näihin putkiin on kiinnitetty erityinen tiilikaari , joka suojaa kattoa ja putkimaista arinaa altistumiselta avotulelle [5] .
Tulipesät erottuvat keskenään katon muodon perusteella: tasaisella katolla ja säteittäisellä. Tasakattoisessa tulipesässä, joka tunnetaan myös nimellä Belper-tulipesä , on suhteellisen suuri tulipesän tilavuus polttoaineen täydellisen palamisen varmistamiseksi. Tämän seurauksena tällaiset tulipesät olivat hyvin yleisiä varhaisissa höyryvetureissa, ja useissa maissa niitä valmistettiin höyryveturien rakentamisen loppuun asti (esim. Er-höyryveturit , joita valmistettiin Tšekkoslovakiassa ja Puolassa vuoteen 1957 asti ) . Belper-uunia on kuitenkin vaikea kiinnittää kattilan sylinterimäiseen osaan. Lisäksi suuri leveys rajoittaa käyttöä mittojen suhteen, erityisesti yläosassa, ja voimakkaissa höyryvetureissa on välttämätöntä muodostaa suuri määrä yhteyksiä tulipesän ja kotelon välille, koska litteät levyt ovat vähemmän kestäviä. korkea kattilan paine. Siksi tehokkaissa höyryvetureissa alettiin käyttää tulipesäjä, joissa oli radiaalinen katto ( radiaalinen tulipesä ). Radiaalinen tulipesä on kevyempi kuin Belper-tulipesä ja kestää paremmin korkeaa höyrypainetta. Mutta säteittäisuunissa on vakava haittapuoli: suhteellisen pieni uunitilan tilavuus, jonka vuoksi polttoaine poltetaan vähemmän tehokkaasti, ja palamattomat hiilihiukkaset voivat vahingoittaa kattilan sisäpintaa. Siksi tällaisten uunien etuyläosaan asennetaan usein jälkipoltin , joka parantaa polttoaineen palamisen tehokkuutta (vaikka tämä mielipide on usein liioiteltu) [5] [6] .
Kattilan sylinterimäinen osaHöyrykattilan sylinterimäinen osa on sen pääosa, koska siinä tapahtuu päähöyryn muodostus . Itse asiassa lieriömäinen osa on palokattila , koska vesi kuumenee, koska sen läpi kulkee suuri määrä (jopa useita satoja kappaleita) paloputkia , joiden sisällä virtaa lämpöilma. Sylinterimäisen osan kuori koostuu useista tynnyreistä (yleensä kolmesta tai useammasta), jotka on yhdistetty teleskooppisella menetelmällä, eli yksi on sisäkkäinen toiseen. Ensimmäistä kertaa höyryvetureiden moniputkikattilaa käytettiin vuonna 1829, nimittäin Stephensonin kuuluisassa " Raketissa " .
Usein lieriömäisessä osassa on myös tulistin , joka on sijoitettu putkiin, jotka ovat periaatteessa samanlaisia kuin savuputkia, mutta halkaisijaltaan suurempia. Tällaisia putkia kutsutaan jo paloputkiksi ja tulistin itsessään on paloputki .
Smoke boxKattilasarja - laitteet ja laitteet kattilan lämpötoiminnan varmistamiseksi. Niiden avulla voit polttaa oikean määrän polttoainetta pienimmällä häviöllä. Sijainnista riippuen erotetaan tulipesäsarja ja savulaatikkosarja. Huomionarvoista on myös sellainen laite kuin noenpuhallin , joka voi sijaita sekä tulipesässä että tulipesän tulipesässä tai jopa olla kannettava. Nokipuhallin puhdistaa savu- ja liekkiputkien sisäpinnan noesta ja tuhkasta , mikä lisää lämmön siirtymistä kuumista kaasuista putkien seinämien läpi veteen ja höyryyn. Puhdistus suoritetaan ohjaamalla höyrysuihku putkiin. Myöhemmin monien höyryvetureiden noenpuhaltimet purettiin [7] .
UunisarjaEnsinnäkin on syytä huomata arina , joka sijaitsee tulipesässä uunin rungon tasolla. Tämä arina ylläpitää palavan kiinteän polttoaineen kerrosta, ja myös, kuten nimestä käy ilmi, tarjoaa sille rakojen ansiosta palamiseen tarvittavan ilmavirran. Suuren koon vuoksi ( L -sarjan veturissa sen mitat ovat 3280 × 1830 mm ) arina on valmistettu erillisistä elementeistä - ritiloista , jotka sijaitsevat poikittaisriveissä. Varhaisissa höyryvetureissa arinatangot kiinnitettiin, myöhemmin alettiin rakentaa liikuteltavilla (keinuvilla) arinatangoilla varustettuja höyryvetureita, mikä mahdollisti uunin puhdistamisen kuonasta ja tuhkasta . Kääntöritiläkäyttö on pääosin pneumaattinen. Uunin kuonat ja tuhka kaadetaan uunin alla sijaitsevaan erityiseen bunkkeriin - tuhkaastiaan , jonka yläosa peittää koko arinan ja alaosa vapaan tilan puutteen vuoksi sijaitsee pääasiassa sivujen välissä veturin päärungosta. Ilman ohjaamiseksi uuniin tuhka-astia on varustettu erityisillä venttiileillä, joita käytetään myös bunkkerin puhdistamiseen kuonasta. Uunin sarjaan kuuluvat myös uunin ovet , jotka sulkevat ruuvinreiän (toimii polttoaineen heittämiseen uuniin), jolloin erotetaan uunin ja kuljettajan kopin tilat. Koska sekä tuhka-astia että arina tuovat raitista ilmaa tulipesään, niiden ilmakanavien ja rakojen tukkeutuminen (kuonan muodostuminen) voi johtaa vakavaan kattilan tehon laskuun, joten antrasiittia ja vähäkalorisia hiiltä käytettäessä kuonakostutin käytetään , joka on useita putkia, joissa on reikiä arinan kehällä. Ajoittain niiden läpi johdetaan höyryä, mikä alentaa itse arinan lämpötilaa ja joutuessaan kosketuksiin kuonan kanssa tekee siitä huokoisemman [7] .
Jos höyryveturia lämmitetään öljyllä tai polttoöljyllä (yleistä nykyaikaisissa[ milloin? ] höyryveturit), sitten öljysuuttimet ja öljyputket asennetaan uuniin . Suuttimet tarjoavat hienon polttoainesuihkun, joka on tarpeen sen täydelliseen palamiseen. Samalla arina poistetaan uunista, ja sen sijaan tuhka-astiaan ja uuniin asennetaan erityinen tiiliholvi (tunnetaan myös nimellä tiili ), joka toimii lisäsuojana uunille korkeamman lämpötilan liekiltä. (yli 1600 °) kuin hiililämmityksellä, ja myös palamisprosessin järkeistämiseksi - jos liekki sammuu hetkeksi, niin kuuma holvi auttaa sytyttämään katkon jälkeen tulevan polttoaineen. Tämän kaaren kokonaispaino on kuitenkin paljon suurempi kuin arinan, joten höyryveturin siirtyminen hiilestä öljylämmitykseen lisää veturin, erityisesti sen takaosan, kokonaispainoa [7] .
Smoke box -kuulokkeetPolttoaineen palaminen vaatii ilmaa, ja sitä tarvitaan melko paljon: 10-14 kg tai 16-18 kg ilmaa tarvitaan 1 kg hiiltä tai polttoöljyä vastaavasti. On selvää, että tällaisen ilmamäärän syöttäminen polttokammioon (uuniin) luonnollisella tavalla on käytännössä mahdotonta, mikä pakottaa luomaan keinotekoisen kaasuvedon kattilassa. Tätä varten savukammioon asennetaan erityinen savunpoistolaite , joka tarjoaa ilmavirran uuniin luomalla tyhjiön savukammioon. Veturien savunpoistolaitteita on useita malleja, mutta melkein kaikki ne toimivat jo tyhjennetyllä höyryllä, joka tulee vetohöyrykoneesta , jolloin voit muuttaa ilmansyöttöä koneen käyttämän tehon mukaan, eli mitä voimakkaammin moottori toimii, sitä voimakkaampi palaminen ja sitä enemmän höyryä syntyy [7] .
Yksinkertaisin savunpoistolaite on kartio , joka näyttää savupiipun alle asennetulta kartiomaiselta suuttimelta. Kartion toimintaperiaate on, että sen läpi kulkeva poistohöyry saavuttaa suuren nopeuden (jopa 250-350 m / s), minkä jälkeen se lähetetään savupiippuun, jossa se kuljettaa ilmaa mukanaan tyhjiön. savukammio. Kartioita on saatavana eri malleina, mukaan lukien yksi-, kaksi- ja neljäreikäinen, muuttuva- ja vakioosainen, yhteisellä ja erillisellä ulostulolla. Yleisimmin käytetty nelireikäinen muuttuvan poikkileikkauksen kartio, jossa on erillinen vapautus, eli kun oikeasta ja vasemmasta sylinteristä vapautuu erikseen. Suunnittelun yksinkertaisuudesta huolimatta kartiota ei voida käyttää höyryvetureissa, joissa on pakohöyrykondensaatio, joten jälkimmäisessä savunpoistolaitteena käytetään tuuletinta (kaasupumppua) . Tuulettimen käyttö tapahtuu poistohöyrystä, mikä tekee vetosäädöstä kartion tapaan automaattisesti. Etujensa ansiosta tuuletinvetoa alettiin käyttää myös höyryvetureissa ilman poistohöyryn tiivistymistä (esim. Neuvostoliiton CO in ja Sum ), mutta useiden puutteiden vuoksi (monimutkaisempi rakenne kuin kartio, ja siksi korkeammat korjauskustannukset, korkea vastapaine höyryn vapauttamisessa, vaikeus työskennellä korkeilla katkaisuilla) 1950-luvulla. tuulettimen veto korvattiin kartiomaisella [7] .
Kattilalle on ominaista seuraavat parametrit:
Veturin höyrykone koostuu yhdeksi kappaleeksi valetuista sylintereistä kelalaatikoineen , voimansiirtomekanismista vetopyörille ( kampimekanismi ) ja höyrynjakomekanismista . Höyrykoneen (joita on höyryveturissa 2 tai useampi) sylinterit valetaan teräksestä ja kiinnitetään runkoon pulteilla tai oikea ja vasen höyrykone valetaan yhteen, kuten myöhemmissä höyryvetureissa.
Höyryvetureissa käytetään seuraavan tyyppisiä höyrykoneita:
Useimmat höyryveturit käyttivät yksinkertaisia kaksisylinterisiä koneita, tehokkuutta parannettiin tulistimen käyttöönoton myötä ja tehoa lisättiin nivelvetureiden luomisella ja kattilan pakottamisen lisäämisellä.
Höyryveturin höyrynjakomekanismi (yleensä keinu) koostuu keinuvivusta 1 , joka kääntyy akselilla ja on liitetty alapäästään vastakammen tapiin 2, joka on asennettu käyttöpyörään jossain kulmassa kammeen nähden . Liike kulissien takaa välittyy radiaalisen työntövoiman 3 avulla vivun ( heilurin ) 4 yläpäähän; heilurin alapää saa liikkeen liukusäätimestä 5. Kelan 6 liike raportoidaan heilurin välipisteestä. Keinumekanismin avulla suoritetaan kaikki höyrynjaon vaiheet (kela), höyryveturin tehoa säädetään muuttamalla höyryn täyttöastetta (katkaisu) sylinteriin 7 ja kääntämällä 8 - saamalla höyryveturin paluuliike.
Joissakin tapauksissa vetovoiman väliaikaiseksi lisäämiseksi (käynnistettäessä ja nousuissa) höyryvetureihin asennetaan päähöyrykoneen lisäksi apulaite ( tehostin ), joka siirtää työn veturin tukiakseleille. tai pehmeälle akselille.
Veturikoneen muut osat:
Veturin miehistö- eli runkoajo-osa koostuu rungosta, johon on asennettu kattila ja sylinterit, pyöräkerrat akselilaatikoineen, jouset tasapainottimilla ja teli.
Kaikkien vetävien pyöräkertojen keskiöihin on valettu vastapainot kokonaisuutena tasapainottamaan epäkeskisesti pyörivien massojen [8] hitausvoimia (kampi, tapit, kaksoset ja vetopyörässä lisäksi vastakampi ja osa käyttö kiertokankella).
Konemiehet ( veturiprikaati ) olivat kopissa ja veturin kaikki ohjaimet olivat keskittyneet. Kaappiin meni myös tulipesän takaosa, jossa oli ruuvinreikä polttoaineen lataamista varten.
Tarjous on erikoisauto, jossa on vettä ja polttoainetta. Tehokkaiden höyryvetureiden tarjouksessa on automaattinen hiilensyöttö (stoker) [9] . Usein tarjouskilpailuissa oli vakiomuotoilu ja niitä käytettiin useiden höyryveturisarjojen kanssa.
Höyryvetureissa, jotka oli tarkoitettu kuiville tai ilman puhtaita vesialueita, käytettiin höyrykondensaatiota tarjouksessa ( tender-kondensaattorit ) [8] .