Балласт

Балласт. 1) В воад ухо плав а-н и и—груз на дирижаблях, привязных и сферических аэростатах, предназначенный для сбрасывания при подъеме аэростата или дирижабля с земли или выше той точки, на которой он в данный момент находится, и при удержании аппарата на достигнутой им высоте, а также для загрузки аэростата или дирижабля после спуска в целях удержания их у земли. На сферических и привязных аэростатах употребляют песочный Б. в мешках по 16—iti кг, на дирижаблях— песочный и водяной.

В сферическом аэростате, уравновешенном на данной высоте Н, полная подъемная сила газа F_a равна весу всей системы Q. При выбрасывании Б. весом q кг вес системы будет Qi—Q — q, причем q=F_a— Q_l и составит сплавную подъемную силу, под действием которой аэростат начинает подниматься. Подъемная сила газа определяется по формуле:

^Fa=W._zJ(l-_e)^Q, (1)

где W—объём оболочки, р—давление внутри оболочки, приравниваемое внешнему атмосферному давлению, Т—абсолютная температура, ρ—плотность газа; это—при условии, что температура газа равна температуре воздуха. Допуская, что во все время подъема средняя t° воздуха равна 0°, следовательно Т=273°, получим, что подъемная сила убывает при подъеме пропорционально давлению воздуха. С понижением давления воздуха газ расширяется и вытекает через аппендикс в атмосферу, что обусловливает собой и некоторое понижение веса при подъеме аэростата. Последний стремится к новому состоянию равновесия, которое и будет достигнуто, когда вес выброшенного Б. будет равен уменьшению подъемной силы. Обозначив подъемную силу в новом состоянии через F_a^ и соответствующее давление воздуха через p_lt получим:

г?*¹"*)· С*)

Вычитая это ур-ие из предыдущего, имеем:

q=F_a-F_i

V(1 - e) 2,152 f

(p — Pi)·

(3)

Это уравнение называется балластным уравнением; из него следует, что: 1) количество выброшенного балласта пропорционально объёму аэростата W, 2) из двух аэростатов с одинаковыми объёмами, но с различным газом, для достижения высоты подъема, определяемой разницей давления(р— р,), аэростат с более легким газом должен потерять больше балласта, чем аэростат с более тяжелым газом (так как q уменьшается с увеличением плотности газа ρ), следовательно аэростат со светильным газом реагирует на равное количество выброшенного балласта сильнее, чем аэростат, который наполнен водородом. Причина этого в том, что вытекающий через аппендикс при подъеме аэростата газ действует так же, как и балласт. Если написать балластное уравнение (3) в форме:

Wpd - е) Λ _ V 2,152 Т н р

(1)

то, принимая во внимание уравнение (1), получим:

(δ)

Высота .достигнутая вследствие выброшенного Б., определяется непосредственно из барометрической формулы высоты (смотрите Атмосфера стандартная) путем подставления в формулу выражения:

полученного из формулы (5). Практически считают, что наполненный газом аэростат независимо от объёма, общего веса, рода газа и высоты, на которой выброшен Б., поднимается ыа 80 метров от каждого уменьшения своего веса на 1%; в действительности для достижения одинаковых разностей высот расходуется тем более Б., чем выше находится аэростат. В дирижабле, к-рый поднимается с земли с объёмом, частично заполненным воздухом, газ при расширении от уменьшения давления вытесняет воздух из баллонета (смотрите), и дирижабль до полного вытеснения всего воздуха сохраняет подъемную силу постоянной. Дальнейший подъем—как в сферических аэростатах. Водяной Б. в баках помещается в гондоле дирижабля (в мягких дирижаблях) или в каркасе (в жестких и полужестких); в последнем случае вода выпускается посредством рычагов и тяг, идущих от баков в гондолу управления. В привязных аэростатах при полной загрузке корзины надлежит брать на случай разрыва троса не менее двух мешков Б. На дирижаблях, в продолжительном полете, когда нес израсходованного горючего составляет значительную часть общего веси, динамическое поддержание на той же высоте невозможно без выпуска части газа в атмосферу. Для предупреждения расхода газа можно с помощью особых установок увеличить количество Б., конденсируя воду из отработанных газов мотора. Авиационный бензин содержит по весу ок. 15% водорода и при сгорании образует количество водяного пара, в 0 раз большее количества водорода, то есть теоретически возможно сконденсировать столько же воды, сколько весит само горючее. Еще в 1910 году во время полета было добыто воды 52% от веса сожженного топлива, но вес конденсирующего аппарата оказался слишком тяжелым. Последующими опытами в США и в Англии удалось увеличить процент конденсируемой воды и уменьшить вес аппарата, что сделало выгодным установку такового на дирижабле (СМ. Дирижабль). Н. Лебедев.

Лит.: см. Аороапат, Аэростатика.

2) Б. железнодорожный — щебень, гравий или песок, заполняющие верхнее строение пути. Б. имеет следующие назначения: 1) воспринимать вертикальное давление от шпал, на которые, в свою очередь, давят через посредство рельсов колеса подвижного состава (паровоза и вагонов), и по возможности равномерно распределять это давление на поверхность земляного полотна; 2) служить связующей средой для отдельных шпал в целях оказания сопротивления горизонтальным силам, появляющимся н колее при движении поезда как вдоль пути (угон пути), так и поперек пути (повреждения рихтовки); 3) отводить воду с поверхности пути и способствовать скорейшему просыханию поверхности земляного полотна после дождей и таяния снега;

4) смягчать удары колес подвижного состава о рельсы на чрезмерно жестком грунте (скала, мерзлота); 5) предохранять едущих в поезде пассажиров и трущиеся части подвижного состава от образования вредной для них пыли. 15 зависимости от того, насколько данный Б. обладает необходимыми качествами для выполнения указанных выше задач, он оценивается как лучший или худший. Б. высшего качества (отличный) является щебеночный, из остроугольных камней твердых невыветривающнхся пород. Размеры камней балластного слоя устанавливаются в верхней—подбивочной—части от 20 до 30 миллиметров. в нижележащей—от 30 до 60 миллиметров. Б. второго сорта (хороший) является галька, проходящая через сито с отверстиями в 8 миллиметров. не поддающаяся выветриванию и действию мороза, а также очень крупный песок с зернами величиной 3—1 миллиметров (хрящ, гравий), с примесью глины и землистых частиц менее 10%, Б. третьего сорта (средний) нужно считать песок из зерен размерами не менее 0,50—1,0 миллиметров, при наличии примеси глины и землистых частиц нс свыше 10%. Песчаный балласт с более мелкими зернами считается плохим и во всяком случае нежелательным для применения на линиях первостепенного значения. Песок с примесью глины и земли свыше И>—15% в верхнее строение пути вообще не должен допускаться, как совершенно не отвечающий своему назначению. Расходы по содержанию в исправности пути непосредственно зависят от качества примененного балласта. Результаты произведенных обширных наблюдений показали, что. при прочих одинаковых условиях, содержание в исправности 1 км пути требовало в течение года затраты рабочих дней: при хорошем балласте—100. при среднем—150 и при плохом— 200. На поверхности земляного полотна Б. укладывается в виде слоя определенного поперечного сечения. Толщина балластного < лоя (расстояние от подошвы шпалы до поверхности земляного полотна под рельсами) должен быть тем больше, чем хуже качество Б. и чем менее устойчив грунт земляного полотна. Распределение давления в балласте от подошвы нагруженной шпалы можно представить себе в форме расходящейся книзу трапеции. На известной глубине линии распространения давления в Б. от смежных шпал будут пересекаться, причем отдельные зоны давлений сольются между собой вдоль пути (фигура 1). До глубины h= tg β

в Б. будет наблюдаться единичное давление р, равное наибольшему давлению под шпалой, наряду с тем будут еще встречаться участки совершенно незагруженные, которые окончательно исчезают несколько ниже. 11аибольшее единичное давление ниже этого сечения постепенно убывает, пока на глубине

Я=“ tg/З не достигнет одинаковой вдоль ь ,

пути величины= р. Угол распространения давлений в балластном слое β зависит как от качества Б. (щебень, песок), так и от состояния его (сухой, влажный, мокрый). Чем этот угол меньше, тем полнее выравнивание давлений r балласте будет получаться на меньшей глубине. Если принять ширину шпал 6=26 ем, расстояние между осями смежных шпал α=60 сантиметров и угол /?=60°, то получим: h — 22 ем и Л=52 см. Это означает,

Фиг, 1. Выравнивание давлений в балластном слое. что на глубине под подошвой шпал до 22 ем в Б. будут встречаться зоны с максимальным единичным давлением, равным непосредственному давлению подошвы шпал, а полное выравнивание в слое получится на 52 ем ниже подошвы: величина выравнен-

_ 26x100 ,оп ного давления будет равна ₆₀=43%

от максимального. Для вновь строящихся линий нормальной колеи (1 524 миллиметров) в отношении балластного слоя установлены следующие нормы: высоту балластного слоя (расстояние от поверхности земляного полотна до верха шпал под рельсами) на перегонах надлежит делать, в зависимости от рода Б. и рода грунта земляного полотна, согласно данным приводимой таблицы.

Год грунта земляного полотна

Род балласта
щебень	галька, гравий, крупный песок

Хороший:скалистый,ще- Пенистый, галечный, круп- I

нопеечаный.‘

Обыкновенный: средне-или мелкопесчаный и суглинистый ..

.Малоудовлетворительный: глинистый, вообще вязкий ..

высота слон в .«

0.45 0.50 0.6 I

Для станционных путей высота слоя во всех случаях может делаться меньше на 0,05 метров Ширина балластного слоя по верху (на уровне верха шпал) на перегонах должен быть: а) на однопутных линиях—при щебеночном слое 3 м, при Б. иного рода 3,1 б) на дву путных линиях—при щебне 7.1 .и, при других Б.—7,2 метров Крутизна откосов балластного слоя должна делаться при щебне одиночная. при других Б.—полуторная. Выше верхней поверхности шпал Б., как правило, не должен насыпаться; лишь в местностях с малым количеством выпадающей влаги и с продолжительным стоянием жаров допу скается покрытие поверхности шпал слоем балласта толщиной от 5 до 6 см, притом если нет опасности заноса рельсов песком или снегом.

Работы по устройству балластного слоя на полотне жел.-дор. линии носят название балластировки. Поверхность земляного полотна должна быть в поперечном разрезе подготовлена в форме расходящейся книзу трапеции с верхней стороной в 3 ,н при однопутном полотне и в 7,1 метров при двупутном полотне, с высотою в том и другом случае 0,1 метров и с нижней стороной, равной ширине полотна. Такая обделка поверхности земляного полотна должна обеспечивать наилучшнй сток воды с него. Устройство балластного слоя должно вестись по возможности сразу на полную заданную высоту, чтобы временное движение поездов но неполному слою не могло неблагоприятно отразиться на поверхности земляного полотна и состоянии новых рельсов. Для балластировки 1 км нового пути в среднем

Продольный разрез а

требуется Б.: а) для однопутной линии— щебеночного 1 750 .к³, иного рода—2 400.it³;

б) для двупутной линии — щебеночного 3 800 л³, иного рода—4 860 м³. Если вследствие неравномерной передачи давлений в Б. поверхность полотна под шпалами вдавится в грунт, то в образовавшихся углублениях начнет застаиваться поверхностная, а где имеется—и грунтовая вода. Застой воды будет разжижать грунт на поверхности полотна и способствовать дальнейшему быстрому росту вдавливания балласта под шпалами. В результате таких вдавливаний балласта поверхность земляного полотна совершенно утратит свои очертания как в продольном, так и в поперечном направлениях. На фигуре 2 показаны продольный (по середине пути) и поперечный разрезы поверхности земляного полотна с образовавшимися в нем углублениями Б. Если представить себе вид сверху каждого отдельного такого углубления, то оно будет по форме напоминать корыто, почему такое состояние поверхности земляного полотна носит название балластных коры т. При неблагоприятных условиях глубина балластных корыт может достигать свыше 1 .it. Балластные корыта являются весьма серьезным препятствием для исправного содержания пути и земляного полотна, и необходимо принимать меры к своевременному устранению их. Наилучшей предохранительной мерой против образования корыт является применение на мягких глинистых грунтах полотна полного слоя балласта высоких качеств в начале укладки пути.

Балластировка р у д н и ч н ы х рельс о-в ы х путей — подбивка балласта под шпалы рудничных рельсовых путей. Балластировка производится глинистым сланцем, глиной, жужелицей пз-под котлов в смеси с глиной (одна нежелательна). Недопустимо забучивание угольной мелочью, дающей пыль, вредную для дыхания и опасную в отношении а; в антрацитовых, не газовых, рудниках допустимо забучивание штыбом (мелкий сорт угля).

Лит.: Оппенгейм К. А., OG установлении нормальных типов верхнего строения пути для русских ж. д., М., 1918; Б р а у и и л г К., Основания устройства ж.-д. пути, пер. с нем., М., 1924; Технич. условия проектировании и сооружения магистральных ж. д. нормального типа, «Труды Научи, тех. ком. НКПС», выи. S, М., 1925. К. Милгнгаузен.