Паровозы
Паровоз
Паровоз 1-3-1 «Прери» серии С — по мнению многих, самый красивый паровоз из всех, строившихся в России
Привод паровая машина
Период 1804 — 60-е годы XX века
Скорость до 202 км/ч
Область применения общественный транспорт, грузовые перевозки
Инфраструктура рельсовый путь

Парово́з — локомотив, использующий в качестве энергетической установки паровую машину. Паровозы были первым и долгое время господствующим типом локомотивов, сыграв таким образом огромную роль в становлении железнодорожного сообщения. Лишь начиная с середины XX столетия их вытеснили тепловозы и электровозы. Однако паровозы всё ещё активно используются в различных странах, например, в Китае, на Кубе, в Таиланде и Африканском континенте (в основном там, где дешёвое паровозное топливо).

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был создан в 1804 году Ричардом Тревитиком (англ. Richard Trevithick), первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона (англ. George Stephenson). Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов. В России первый паровоз был разработан отцом и сыном Черепановыми в 1834 году (см. Паровозы Черепановых).

  • 1 Происхождение названия
  • 2 Классификация паровозов
    • 2.1 Осевая формула паровоза
  • 3 Обозначение серий паровозов в России
  • 4 Отличия пассажирского и грузового паровозов
  • 5 Принцип действия паровоза
  • 6 Топливо
    • 6.1 Пылеугольное отопление
    • 6.2 Автоматическая подача топлива

  • 7 Недостатки паровоза
  • 8 Скорость паровозов
  • 9 История паровоза
  • 10 Раскраска паровозов
  • 11 Характеристики паровоза
  • 12 См. также
  • 13 Ссылки
  • 14 Литература

Происхождение названия

Изобретение слова «паровоз» приписывается Н. И. Гречу, который в середине XIX века издавал газету «Северная пчела». До этого паровоз называли «самокатная паровая машина», «паровая фура», «паровая телега», «пароходка» — у Черепановых и В. А. Жуковского, и даже «пароход». В первых отчётах строителя Царскосельской железной дороги Ф. А. Герстнера встречается: «паровая машина», «паровой экипаж», «паровая карета». С 1837 года Герстнер уже использует слово «паровоз».

Классификация паровозов

Паровозы подразделяются:

  • По ширине колеи:
    • ширококолейные, в России с колеёй 1524 мм
    • узкоколейные, в России с колеёй 1000, 900 и 750 мм
  • По роду обслуживаемых дорог:
    • магистральные
      • по роду обслуживаемых поездов:
        • пассажирские
        • грузовые
      • по роду службы:
        • поездные
        • маневровые
    • промышленные
    • подъездные

  • По расположению цилиндров:
    • паровоз с наружными цилиндрами (снаружи рам)
    • паровоз с внутренними цилиндрами
  • По роду пара:
    • паровозы с насыщенным паром (выпускались до 1900-х годов)
    • паровозы с перегретым паром
  • По роду паровой машины:
    • с паровой машиной простого (однократного) расширения
    • с машиной компаунд (двукратного расширения)
  • По числу цилиндров — на паровозы 2-, 3- или 4-цилиндровые.
  • По роду топлива — с угольным, дровяным или нефтяным отоплением.
  • По типам (числу и расположению движущих, поддерживающих и направляющих осей).

Осевая формула паровоза

Тип, или осевая формула паровоза обозначается тремя цифрами: первая — количество бегунковых осей (передняя тележка), вторая — количество движущих («сцепных») осей, третья — количество поддерживающих осей (под будкой и топкой). В англоязычной литературе формула указывается по количеству колёс, а не осей — тогда для получения привычного обозначения все цифры надо разделить на два.

В некоторых случаях, отдельные осевые формулы имели международные имена, заимствованные из американской практики, например:

  • 1-3-0 — «Могул»
  • 1-3-1 — «Прери»
  • 2-3-1 — «Пасифик»
  • 1-4-1 — «Микадо»
  • 2-4-2 — «Ниагара»
  • 1-5-0 — «Декапод»
  • 1-5-1 — «Санта-Фе»
  • 1-5-2 — «Техас»

Число сцепных осей паровоза определяется расчётной силой тяги и допускаемой нагрузкой на колесо. В том случае, когда число сцепных осей получается более 5, переходят на сочленённые типы паровозов, обозначаемые 1—3+3—1 или 1—4+4—2. Такой паровоз имеет два экипажа, но один общий котёл.

Паровозы одинаковой конструкции, построенные по одному проекту, представляют серию.

Обозначение серий паровозов в России

В России исторически сложилось так, что серии железнодорожной техники до середины XX века обозначались буквами русского алфавита с указанием модификации в виде индексов, например, П, Ж, НВ. Часто буква совпадала с первой буквой названия завода, где серия разрабатывалась, или именем конструктора. Исключением были некоторые советские паровозы, обозначавшиеся инициалами политических деятелей: ИС — Иосиф Сталин, ФД — Феликс Дзержинский и т. д. В дальнейшем произошёл переход к унифицированным обозначениям: буквы (тип) + цифра (номер модификации).

Отличия пассажирского и грузового паровозов

Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:

  • Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колёс, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;
  • Скорость пассажирских паровозов должна быть выше, для этого увеличивают диаметр сцепных колёс и устраивают перед ними «бегунковые» колёса меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колёс.

Принцип действия паровоза

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Топливо сжигается в топке котла. Дно топки представляет собой колосниковую решётку, на которой и происходит горение. Зола и шлак ссыпаются через решётку в зольник. Топка закреплена внутри котла на связях и полностью покрыта водой, чтобы максимально полно использовать теплоту сгорания топлива.

Котёл пронизан множеством труб, называемых дымогарными и жаровыми, окружённых наполняющей котёл водой, по которым дым из топки проходит через весь котёл, попадает в дымовую коробку и затем выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Дымогарные и жаровые трубы являются, таким образом, теплообменником, который передаёт тепло сгоревшего топлива воде в котле.

Вода в котле нагревается и закипает. Образующийся пар собирается в расположенном в верхней части котла сухопарнике, который по своей форме несколько напоминает колокол или купол. В большинстве паровозов пар затем проходит через пароперегреватель.


Из пароперегревателя пар через трубы поступает в паровую машину. Золотник (золотниковый клапан) направляет пар попеременно в переднюю и заднюю части парового цилиндра, приводя расположенный в цилиндре поршень в возвратно-поступательное движение. Это движение посредством кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное и передаётся колёсам паровоза.

Отработанный пар через конусное устройство (форсовый конус) направляется в дымовую трубу, где таким образом создаётся тяга, необходимая для горения топлива в топке.

Следует заметить, что проектирование паровозов было очень сложным процессом, во многом выбор основных параметров каждого элемента основывался на интуиции инженеров, а не на строгих расчётах.

Топливо

В основном на паровозах в качестве топлива использовался уголь. В тех районах, где нефть была доступнее угля, паровозы также эксплуатировались на нефти (мазуте), также использовались дрова, но в начале 1920-х годов от дров отказались в связи с повышением мощности паровозов, так как теплотворной способности дров уже не хватало. Но в годы разрухи и в период Великой Отечественной войны использовались дрова и торф.

Пылеугольное отопление

Неоднократно, как у нас в стране, так и за рубежом, предпринимались попытки использования пылеугольного отопления. Теоретически, факельное сжигание угольной пыли позволяло повысить КПД паровоза (либо увеличить мощность при сохранении объёма топки).


необходимая эксплуатационная надёжность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к засорению расплавленными частичками шлака задней решётки топки и внутренней поверхности жаровых труб, что резко ухудшало их теплопроводность, следовательно, уменьшало теплоотдачу от факела к воде в котле, и, таким образом, снижало КПД локомотива.

Автоматическая подача топлива

Когда объёмы топок мощных паровозов достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Первые попытки создания механического углеподатчика — стокера — были предприняты в США в 1889 году, но они оказались неудовлетворительными. После многолетних исследований мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решётки оснащались также стокером «Дуплекс» — с двусторонней верхней подачей угля в топку. В СССР стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС.

Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером — механическим устройством, разрыхляющим смёрзшийся уголь и продвигающим его к транспортёру стокера.

Недостатки паровоза

Недостатки паровоза, предопределившие его замену электровозами и тепловозами следующие:


  • Крайне низкий КПД — максимальный до 5—10 %. В настоящее время существуют разработки, позволяющие поднять КПД паровоза до 50—60 %, на то есть практические примеры в Швейцарии. Но в данный момент слишком дорого перепрофилировать производство.
  • Необходимость заправки паровоза водой.
  • Невозможность использования по системе многих единиц (когда один машинист управляет несколькими сцепленными локомотивами).
  • Тяжёлые условия труда локомотивной бригады.

Скорость паровозов


Год Страна / дорога Название паровоза Скорость (км/ч)
1769 Франция / Париж Паромобиль Кюньо 3,5—4
1825 Англия / Стоктон—Дарлингтон Паровоз Стефенсона 24
1830 Англия / Ливерпуль—Манчестер «Ракета» Стефенсона 48
1835 Англия / Ливерпуль—Манчестер Локомотив Sharp & Roberts свыше 100
1890 Франция «Crampton No. 604» 144
1893 США / Нью-Йоркская центральная железная дорога No. 999 181
1935 Франция / Северная 3.1174 174
1935 США / Тихоокеанская железная дорога Класс А Nr. 1 181
1936 Германия / Немецкий Рейхсбан 05 002 200,4
1938 Англия / LNER Класс А4 Nr. 4468 «Mallard» 201,2

История паровоза

Самый первый паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1804 году, однако первый по-настоящему работоспособный паровоз, «Ракета» (Rocket) был создан Джорджем Стефенсоном в 1830 году.


течение XIX века паровозы совершенствовались, например, был изобретён пароперегреватель, вводились новые типы паровых машин (например, компаунд-машины). К началу XX века сложилась устоявшаяся конструкция паровоза. Тогда же у паровоза появились конкуренты — электровозы и тепловозы. После Второй мировой войны в Европе и Северной Америке паровозы перестали строить. Сохранившиеся машины ещё проработали до шестидесятых—восьмидесятых годов, после чего были выведены из эксплуатации.

Дольше паровозы продержались в странах Азии. Так, в Индии на железных дорогах широкой колеи паровозы использовались до 1996 года. В Китае паровозы строились вплоть до восьмидесятых годов, они широко используются и в начале XXI века.

На Кубе сохранилось большое число очень старых (средним возрастом в 70—80 лет) паровозов производства США. Дело в том, что после прихода к власти на Кубе Ф. Кастро США ввели против Кубы торговое эмбарго, и, таким образом, Куба не могла закупать более современные локомотивы.

В Европе, России и Северной Америке в наши дни паровозы используются на музейных железных дорогах, также поддерживается паровозная инфраструктура (депо, запасы угля, водонапорные башни и др.): паровоз является стратегическим транспортным средством на случай войны.

Раскраска паровозов

В России пассажирские паровозы раскрашивались следующим образом:

  • Зелёный или синий: котёл (кроме дымовой коробки), цилиндры, будка и тендер;
  • Ярко-красный: колёсные центры, рама, тележки, буферный брус;
  • Белый: боковые поверхности бандажей колёс и торцы осей;
  • Чёрный: все остальные детали;
  • На стенках будки белой краской наносились название дороги, серия и номер. Серия и номер также повторялись на буферном брусе.

Раскраска грузовых паровозов:

  • Красный: рама паровоза, буферный брус, колёса, дышла (поршневые по выштамповке), ходовой мостик вдоль котла с торца;
  • Белый: бандажи колёс;
  • Чёрный: все остальные части паровоза;
  • Номерной знак красный в красной окантовке. Наносился с обеих сторон на нижней части будки машиниста и на буферном брусе.

Характеристики паровоза

  • Конструктивная скорость — максимальная скорость, с которой мог двигаться паровоз;
  • Максимальная мощность;
  • Сила тяги;
  • Площадь колосниковой решётки. Чем больше была эта площадь, тем выше форсировка котла. Паровозы с большой колосниковой решёткой лучше работали на низкокачественном угле;
  • Поверхность нагрева котла. Складывалась из площади дымогарных и жаровых труб, проходящих от топки через воду к дымовой коробке. От площади нагрева также зависела итоговая мощность паровоза;
  • Нагрузка на ось. Измерялась в тоннах и показывала степень влияния паровоза на путь — чем больше эта величина, тем сильнее была нагрузка на рельсы при проходе локомотива;
  • Рабочее давление пара в котле. Чем больше эта величина, тем большую мощность давала паровая машина;
  • Угол отсечки. Чем меньше было значение угла отсечки пара при нужной мощности, тем меньше был расход пара, и, соответственно, требуемое количество топлива.

Паровозы последних выпусков в СССР возили составы в 3000—4500 т. Мощность некоторых серий паровозов при скорости 50 км/час доходил до 4500 л. с. КПД первых паровозов не превышал 2—4 %, у последних он достигал 9,3 %.

См. также

  • История паровоза
  • Устройство паровоза
  • Сравнительные характеристики паровозов
  • Паровозный алфавит
  • Паровозоремонтные заводы

Ссылки

  • Сайты на русском языке, посвящённые паровозам:
    • Отечественные локомотивы
    • parovoz.com (На сайте Паровоз ИС есть база данных по уцелевшим паровозам)
    • Паровозный цех
    • M-K: Автомобили и другая техника
  • Отдельные страницы о паровозах:
    • История Ж. Д. — Паровозы
    • Заповедная железная дорога
    • Занимательная техника в прошлом
    • Базовая инновация — Паровоз
    • Мемориальный паровоз У-127
    • История изобретения, развития и усовершенствования паровоза
    • Наши узкоколейные паровозы
    • Паровозы серии Эр
    • Фотографии паровозов в железнодорожном музее Петербурга
    • Паровозы нетрадиционной конструкции (англ.)

Литература

  • Никольский А. С. Паровозы серии С. — Виктория, 1997.
  • Хмелевский А. В., Смушков П. И. Паровоз (Устройство, работа и ремонт). Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. — 2-е издание. — М.: 1979.
  • БСЭ. — 2-е издание.