> Техника, страница 71 > Пневматические локомотивы

Пневматические локомотивы

Пневматические локомотивы, в о 3-

духовозы, локомотивы, приводимые в движение силой сжатого воздуха высокого давления и заряжаемые им из центральных компрессорных станций. Благодаря полной безопасности П. л. применяются в рудниках, где скопляется гремучий газ, а также в местах производства и хранения огнеопасных или чатых веществ. Устройство и управление их сходно с узкоколейными паровозами с той лишь разницей, что котел и топка заменены резервуарами сжатого воздуха. Первоначально П. л. выполнялись для давления в резервуаре от 50 до 60 atm. Для увеличения радиуса их действия в последнее время повысили давление до 200 atm; рабочее же давление в цилиндрах высокого давления равно 12—20 atm, низкого—4—5 atm. Для возможности работы без замораживания цилиндров применяется промежуточный подогрев воздуха. Схема действия П. л. изображена на фигуре 1. Из воз-

Фигура 1.

душных резервуаров а сжатый воздух высокого давления (150—200 atm) проходит через запорный вентиль б и редукционный клапан в резурвуар рабочего воздуха г, давление в к-ром поддерживается автоматически постоянным (обыкновенно 16—18 atm).

Па случай порчи редукционного вентиля ставится предохранительный клапан О. Из-резервуара г воздух проходит через вентиль е в золотниковую коробку цилиндра высокого давления ж. Отработанный в последнем воздух поступает в подогреватель з, по трубкам которого просасывается конусом и теплый рудничный воздух. Воздух, подогретый обычно с —10° до +15°, поступает в золотниковую коробку цилиндра низкого давления к, откуда после отдачи работы выпускается через конус и в атмосферу. Опыты показывают, что при протекании воздуха через редукционный вентиль с уменьшением давления от 150 до 14 atm t° понижается на 25%. В цилиндре высокого давления происходит дальнейшее понижение на ~ 25%. Это указывает на необходимость постановки подогревателя между резервуарами высокого давления и рабочим резервуаром или развития наружной поверхности последнего, а также увеличения поверхности труб. С этой же целью развивают внешнюю поверхность рабочих цилиндров путем устройства ребер. Завод Борзиг в Берлине выполняет подогреватели в виде небольших теплоизолированных резервуаров, наполняемых водой и паром при зарядке локомотива воздухом. Через резервуар по трубкам протекает сжатый воздух, отнимая тепло от пара: при конденсации освобождается скрытая теплота парообразования, часть которой идет на подогрев воздуха, а часть на испарение воды, возможное благодаря понижению давления в резервуаре. Этим обеспечивается надежность смазки и уменьшается расход воздуха на единицу мощности. При давлениях в резервуаре, не превышающих 50—60 atm, применяют обычно однократное расширение без подогрева воздуха; в этом случае в рабочем резервуаре поддерживают давление 10 atm. Объ- ν/ηχ ем рабочего резервуара для П. л. простого расширения равен десятикратному объёму одного цилиндра, а для компаунд—пятикратному объёму цилиндра низкого давления. Такой же объём имеют и промежуточные подогреватели, служащие одновременно ресиверами. Давление воздуха в резервуарах 135 atm; наибольшая высота пнев-матич. локомотива 1 700 миллиметров, наибольшая ширина 1 400 миллиметров, служебный вес 10,5 т.

Определение основных размеров. Выбор давления в резервуарах зависит от потребного для работы количества воздуха. Индикаторная диаграмма П. л. (фигура 2) имеет много общего с диаграммой паровоза и отличается от последней лишь давлением выпуска, которое приближается к атмосферному, вследствие малого сопротивления конуса и трубопровода. Линия расширения протекает между адиабатой и изотермой. Для расчета П. л. пользуются формулами, приведенными для расчета паровозов, принимая во внимание особенности индикаторной диаграммы. Для приближенных расчетов при малых скоростях и вполне откры-

Фигура 2.

том регуляторе (ρ=1,0) пользуются величинами среднего индикаторного давления Pi, представленными в таблице 1 (Ρ_{=Ρ_τ·ζ).

Т а 0 л. 1 .—И ндикаторный коэфициент в зависимости от наполнения.

Наполнение е	Давление в работ, резервуаре Р_г	Среднее индикаторное давление Pj,	Индикаторный коэф. давления С
0,14	10,0	2,72	0,272
0,25	10,0	3,56	0,356
0,50	10,0	6,60	0,660
0,75	10,0	9,00	0,900

Приближенный часовой расход воздуха в двухцилиндровом локомотиве простого расширения в килограммах равен:

U=εβγπά² In 60,

где ε—степень наполнения цилиндра; d— диаметр цилиндра в м; I—ход поршня в ж; п—число об/м. ведущих колес; γ—вес 1 ж⁸воздуха при t° окружающей среды и давлении в рабочем резервуаре; β—коэф., характеризующий увеличение расхода воздуха через неплотности в золотниках и поршнях (для средних скоростей /9=1,1).

Часовой расход воздуха на 1 IP,· будет и _ ββγπά* ·ί·η60·60·75 _ εβ Ni лЖ- Г. Ρζη · № ~ Рр“

Работа 1 килограмм воздуха в идеальной изотермич. машине в килограммахм выражается:

L_m.=10* P„F„ lng,

где Р₀ и V₀—давление и уд. объём атмосферного воздуха. Для давления Р,.=10 килограмм/см²и ί°=15° получим

1>_ш.=10* · 0,845 In 10=19 400 килограммм.

Т. о. 1 кз воздуха может в течение часа развить индикаторную мощность

= 75^1Э-Збоо »,-0,072

откуда часовой расход воздуха г в кз на 1 IP, в идеальной изотермич. машине будет:

Отношение расхода воздуха на 1 IP,· в действительной машине в идеальной изотермич. машине называется индикаторным кпд % машины. Он указывает, какая часть энергии сжатого воздуха используется в действительной машине, то есть »?,· является критерием оценки воздушных машин в смысле использования ими воздуха. Как указывает ф-ла, расход воздуха на 1 IP,· в действительной машине зависит от степени наполнения ε. Зависимость расхода воздуха и индикаторн. кпд от наполнения, для заданного давления и ί° в резервуаре, приведена в таблице 2. Таблица 2.—Р асход воздуха на 1 И>,· и индикаторный кпд в зависимости от наполнения.

Наполнение е	и ТГг ^К8/Ч	г кг/ч	Vi
0,14	18,0	13,9	0,770
0,26	24,6	13,9	0,565
0,50	26,6	13,9	0,525
0,75	29,3	13,9	0,475

Таблица эта дает наглядное представление о несовершенстве использования воздуха при больших отсечках; поэтому обычно рассчитывают размеры цилиндров на индикаторное давление, соответствующее степени наполнения ε=0,144-0,16. При этом получаются большие размеры цилиндров для нормальной работы на горизонтальном участке. В паровозах это невыгодно в виду больших потерь на охлаждение, а в пневматических локомотивах с уменьшением ε увеличивается экономичность машины за счет уменьшения потерь при выхлопе и лучшего подогрева расширяющегося воздуха атмосферным теплом.

Наконец часовой расход воздуха в килограммах на эффективную 1Р будет:

Л =,27-^ν

Ne n_mPi^y’

где v_m — механич. кпд, равный 0,85 4- 0,90. Принимая v_m=0,88, получим часовой расход воздуха для различных степеней наполнения:

в. 0,14 0,25 0,50 0,76

-5 в и. 20,5 28,0 30,0 33,3

N_e

Большие ε берутся для разгона и работы на подъемах. Практически для определения размеров резервуара следует принимать часовой расход воздуха в 224-28 килограмм на эффективную К* в зависимости от профиля пути и количества остановок, если цилиндры рассчитаны на малое е. Вредное пространство принимается в 64-10%. Опережение впуска—0,5—1,5%, опережение выпуска— 15—20%. Значения I и η подбирают т. о., чтобы средняя скорость поршня с_т не выходила из следующих границ:

е,-£[-1,54-2,5 м/т.

Наибольшее число оборотов ведущего колеса в минуту

η=1504-200.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра м. б. выражено следующей ф-лой:

^ld=1,24-2,0.

Удельное сопротивление w„ поезда, вследствие плохого состояния пути, принимается для небольших скоростей равным 6 килограмм 1т. Резервуары выполняются цельнотянутыми из сименс-мартеновской стали с временным сопротивлением на разрыв в 60—65 килограмм/см² при удлинении 18—20%· Для предохранения резервуаров от ржавчины внутренняя поверхность их асфальтируется. Характерные данные П. л. завода Балдвин в США приведены в таблице 3 (ст. 795—796).

Из других фирм, выполняющих П. л., надо отметить Борзиг в Тегеле (Берлин), Шварцкопф в Берлине, Мейер в Мюльхейме, Портер в Питсбурге (Америка).

Помимо П. л. во всех тех случаях, когда является огнеопасность применения обычного паровоза, м. б. применяемы с успехом т. н. безогневые локомотивы. По конструкции они ничем не отличаются от П. л. низкого давления, только котел заряжается на станции не воздухом, а горячей водой и паром. Наилучшие результаты получаются при наполнении 0,75 объёма котла

Наименование главнейших					Т и п ы		П. л.					1
данных	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Диаметр цилиндра, миллиметров.	127	140	152	152	178	203	203	228	228	254	279	305
Ход поршня, миллиметров.	254	254	254	;,05	305	305	356	356	356	356	356	406
Диаметр ведущего колеса, миллиметров Расстояние между колеса-	559	610	610	610	610	610	660	660	711	711	711	762
МИ, миллиметров..	1 220	1 220	1 296	1 372	1 372	1 524	1 600	1 600	1 651	1 676	1 676	1 829
Объем котла, м“.	2,12	2,32	2,83	3,68	3,68	4,5	4,8	5,25	5,65	6.8	8,0	9,0
Давление в котле, кг/слг². Рабочее давление в резер-	57	57	57	57	57	57	57	57	57	57	57	57
вуаре, кг/см“.	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
( 75%.	580	650	770	920	1 260	1 650	1 760	2 080	2 230	2 560	3 100	4 000
Сила тяги F_K, кг, при е { 50%.	525	470	560	680	920	1200	1 300	1 520	1 630	I860	2 260	2 900
125%.	230	260	300	365	500	650	700	820	880	1 000	1 230	1 560
Вес П. л., кг..	4 530	4 960	6 350	7 900	8 500	10 000	10 400	11800	12 200	15 000	16 800	20 000

кодой при <°=200°, а остальной части—паром при давлении 15 atm по манометру. По мере расходования пара давление в котле понижается, благодаря чему происходит испарение воды за счет теплоты пара и устанавливается давление, соответствующее 1°. Пар срабатывается до давления 1,5—2 a tm по манометру. Изоляция котла и цилиндров должен быть тщательной,чтобы потерядавления непревы-шала 0,25—0,33 atm в час. В среднем локомотив расходует в час ~ 27 килограмм пара на Насчитал, что лучшие паровозы расходуют ок. 8 килограмм паранаЬР*., получим экономичность безогневых локомотивов в 3—4 раза меньшую, чем у паровозов, и несколько высшую, чем у П. л. Простота устройства и отсутствие дорогой машинной установки делают без-огневые локомотивы более выгодными в экс-плоатации, чем П. л.

Лит.: Шелест А. Н., Воздушные локомотивы, «ВИ», 1918, 13—14: Энгельгардт Ю. В., Железные дороги, т. 1, М.—П., 1924; Engel R., Die Berechnung d. Hauptabmessungen v. Druckluftlokomo-tlven, «Ζ. d. VDD>, 1912, p. 357—360; К г о m e г W., Verbund-Druckluftlokomotiven, ibidem, 1911, p. 611; L 11 ζ V., Verbund-Druckluftlokomotiven, ibidem, p. 1043; Druckluft-Grubenlokomotiven, ibidem, 1912, p. 1374—1376. А. Шелест.