Более ста лет назад появились первые паровозы.
За это время они прошли огромный путь технического усовершенствования. Их
мощность возросла в 300 раз, а скорость — в 24 раза. Однако коэффициент
полезного действия паровоза и сейчас еще чрезвычайно низок — не превышает 10%.
Это значит, что только одна десятая часть топлива превращается в полезную
работу, а остальные девять десятых «вылетают в трубу». Расходы на топливо
составляют около 25% всех расходов железных дорог. Вполне понятно, что даже
самое незначительное повышение коэффициента полезного действия паровоза
уменьшит бесполезный расход топлива и принесет огромную экономию.
В чем же причина такой неэкономичной работы паровоза? Двигателем на паровозе служит паровая машина, которая достаточно экономична, если ее мощность не превышает 500 л. с. Если же паровую машину построить на большую мощность, то она уже уступает по полезному использованию пара более современному двигателю — паровой турбине. Этим и объясняется то, что сейчас почти везде на стационарных (неподвижных) установках большой мощности турбина вытеснила паровую машину.
В паровой машине нельзя использовать некоторых
последних достижений теплотехники, в то время как их использование в
стационарной турбинной установке увеличило ее коэффициент полезного действия до
23%. Так, например, известно, что чем выше перегрев пара, тем экономичнее он
расходуется. Но паровая машина не может работать паром высокого перегрева
(свыше 350°), так как при такой температуре горит масло, которым смазываются
цилиндры и золотники. Для турбины же можно применять пар, перегретый до
значительно более высокой температуры, потому что рабочие части ее не
смазываются. А вот другой пример. Применять конденсаторы на паровозах до
последнего времени было очень затруднительно из-за высокого давления
отработанного пара. Оно намного превышает давление отработанного пара турбины,
которое может быть даже ниже атмосферного. Чтобы снизить настолько давление
отработанного пара в паровой машине, нужно дать ему возможность расшириться, а
тогда придется делать цилиндры и поршни машины огромных размеров. Практически
на паровозе это невозможно, так как машина будет слишком тяжелой и громоздкой.
Но нельзя ли повысить коэффициент полезного
действия паровоза, заменив паровую машину турбиной? Эта идея в ряде конструкций
уже осуществлена. Коэффициент полезного действия даже первых турбовозов почти
вдвое больше, чем обычных паровозов. Отсутствие кулисного механизма и цилиндров
паровой машины да большая передняя площадка, на которой установлена закрытая
кожухом турбина, — вот и все внешнее отличие турбовоза от обычного паровоза.
Без существенного изменения остаются котел, топка, дымовая камера,
перегреватель и экипажная часть паровоза — колеса, рама. Но принцип работы
турбовоза значительно отличается от принципа работы паровоза.
Главным двигателем турбовоза служит турбина,
вращающая через систему шестерен отбойный вал. Вал этот расположен между
бегунками передней тележки и соединен с ведущими колесами турбовоза. Соединить
турбину непосредственно с отбойным валом нельзя, так как она делает 8—10 тыс.
оборотов в минуту, а колеса — не больше 300—400. Для заднего хода турбовоза
имеется другая турбина, меньшей мощности.
Пар из сухопарника котла поступает в
перегреватель, расположенный в жаровых трубах и дымовой камере перед котлом.
Здесь он нагревается до температуры 400°, поступает в турбину и приводит ее во
вращение. Из турбины отработанный пар направляется через весь турбовоз к
тендеру, где установлен конденсатор. Здесь отработанный пар, соприкасаясь с
холодными стенками, конденсируется — превращается в воду, которая снова идет в
котел. Применение конденсатора значительно уменьшает расход воды и улучшает
условия работы котла, потому что полученная из пара вода не дает накипи. Кроме
того, пониженное давление в конденсаторе (0,15—0,2 атмосферы) увеличивает
мощность турбины.
Поступающий в топку воздух предварительно
проходит через систему трубок, где подогревается до 150° отходящими топочными
газами. В дымовой камере турбовоза устанавливается маленькая турбинка с
отсасывающим вентилятором, которая создает усиленный приток воздуха в топку.
*
Первые турбовозы появились в начале XX в. В
это же время знаменитый русский ученый проф. Н. Е. Жуковский написал
теоретический труд о турбовозах. Но в царской России постройкой турбовозов не
занимались.
Большой вклад в дело турбовозостроения сделали
шведские инженеры братья Юнгстрем. По их проекту в 1921—1923 гг. были построены
две машины. На передней части каждого турбовоза Юнгстрем установлен лишь котел,
а на задней (тендере) — турбина и конденсатор. Котел имеет давление пара в 20
атмосфер.
При испытании было установлено, что экономия в
расходе топлива турбовоза по сравнению с паровозом составляет 42%, а в расходе
воды — 95%. Благодаря этому турбовоз может пройти участок в 1 тыс. км без
дополнительного набора воды.
На турбовозе Юнгстрем использовал многие
достижения современной теплотехники: перегрев и конденсация пара, подогрев воды
и воздуха, высокое давление пара и т. д. Все это и дает большую экономию
топлива и воды.
В 1925 г. за границей был построен турбовоз мощностью
в 2 тыс. л. с. На испытаниях он показал коэффициент полезного действия 15,6%.
Этот турбовоз по своей конструкции значительно отличается от шведского. Здесь
турбина установлена не на тендере, а на передней площадке перед котлом,
перпендикулярно направлению движения машины. Такое расположение турбины
устраняет дорогой и сложный гибкий паропровод высокого давления и улучшает
регулировку турбины. На тендере устанавливается только конденсатор и хранятся
запасы топлива и воды. Передача движения от вала турбины обычная, при помощи
шестерен.
Недавно в Англии спроектирован оригинальный
турбовоз. Турбина его приводит в движение генератор электрического тока
(динамомашину), который снабжает энергией моторы, соединенные с ведущими
колесами. На электрифицированных линиях ток в моторы идет непосредственно от
контактной сети, и турбовоз как бы превращается в электровоз. В этом случае
котел и турбина не работают.
В настоящее время Коломенский паровозостроительный завод проектирует первый в Советском Союзе сверхскоростной турбовоз. Немало работают наши инженеры и над тем, чтобы усилить при помощи турбин уже построенные паровозы. Для этого на тендере паровоза устанавливают турбину, которая соединяется с колесами при помощи шестерен. Работает турбина мятым паром, поступающем по гибкому шлангу от машины паровоза. Такие локомотивы-турботендеры обладают мощностью, значительно большей мощности обычного паровоза.
Комментариев нет:
Отправить комментарий