> Техника, страница 82 > Специальные паровые машины

Специальные паровые машины

Специальные паровые машины для автомобилей, паровые поршневые машины, сконструированные применительно к нуждам и условиям работы автомобильного транспорта. Наибольший крутящий момент паровой машины остается постоянным в широких пределах числа оборотов. Поэтому паровая машина может работать под нагрузкой, хорошо приспособляясь в отношении крутящего момента и числа оборотов к изменяющимся дорожным условиям. В связи с этим отпадает необходимость пользования при движении механизмом сцепления и коробкой передач. Несмотря на более низкий термин, кпд по сравнению с бензиновым двигателем, паровая машина может дать значительную экономии, выгоду благодаря возможности использования любого жидкого и твердого топлива. Однако сильную конкуренцию паровому автомобилю создает возможность применения тяжелого топлива (нефть) в автомобильных двигателях Дизеля, а также дерева и угля в газовых двигателях с генераторами. Благодаря низкому числу оборотов и отсутствию чувствительных к износу и поломкам частей паровые машины обладают большой долговечностью и при надлежащем уходе чрезвычайно надежны в работе.

Существенными недостатками паровых автомобилей являются большой вес котла и водяного бака, частые чистки и испытания котла, необходимость внимательного и умелого обслуживания, а также необходимость доливки воды и потери времени на разогревание. Но только часть этих недостатков неизбежно присуща паровым автомобилям“. Благодаря конденсаторам возможно избежать частых доливок воды и применения больших водяных баков; новые конструкции котлов обладают меньшим весом и большей надежностью и в то же время период разогревания сильно со-

крагцен, а обслуживание сделано в значительной мере автоматическим. Часть этих улучшений уже осуществлена, другая часть находится в состоянии разработки и испытания. Преимущество паровой тяги особенно ярко обнаруживается при передвижениях больших грузов. Поэтому если в области легковых автомобилей и легких грузовиков паровая тяга может не иметь успеха, то ее применение для тяжелых грузовиков и автобусов может сохраниться и даже еще расшириться.

Паровые грузовики строят грузоподъемностью 5—14 тонн Для большой грузоподъемности делают шестиколесные и восьмиколесные автомобили. Самые тяжелые грузовики имеют собственный вес в Ют. Средние скорости 30— 40 км/ч, но встречаются также скорости 60—70 км/ч. Применяемое давление пара 16—20 atm. Грузовик грузоподъемностью 6—8 тонн ‘расходует под нагрузкой 1—2 килограмма угля на 1 км и восьмикратное количество воды. Размеры водяного бака и угольного ящика таковы, что радиус действия грузовика составляет в отношении воды 60—100 км и в отношении угля 200—300 км. Главнейшими областями применения являются транспорт строительных ма-

Фигура 1.

териалов, леса, тяжелых штучных грузов и специальные назначения: для очистки улиц, цистерны и опрокидыватели. В качестве горючего, применяют гл. образом каменный уголь,

Фигура 2.

кокс и нефть. В последнее время пневматические шины вытесняют грузошины на самых тяжелых грузовиках. Общая черта всех грузовиков—переднее расположение котла. Ма-

Фигура 3.

шина ставится или непосредственно на котле (фигура 1), или рядом с местом для шофера (фигура 2), или подвешивается на раме приблизительно в середине между осями (фигура 3 и 4). Первое расположение имеет то преимущество, что

Фигура 4.

машина находится непосредственно перед глазами шофера и что трубопроводы получаются короткими, благодаря чему на них не отзы ваются перекосы рамы, а также получаются небольшие потери тепла. С другой стороны_упередача к задним колесам становится конечно более сложной. Кроме того поле зрения шофера несколько ограничено при таком расположении.

Фиг.

Котел. За весьма немногими исключениями применяются только котлы с большим объёмом воды. По сравнению с котлами мгновенного парообразования их недостатком является больший вес и их преимуществом—большая легкость регулирования и больший запас пара.

Имеются котлы водотрубные и с дымогарными трубками, с вертикальным или горизонтальным расположением трубок. При горизонтальных дымогарных трубках котел имеет конструкцию, в основе сходную с паровозным котлом. Топочная коробка укрепляется внутри вертикальной части котла, к: которой примыкает горизонтальная часть с проходящи-^J ми внутри ее дымогарными трубками. Этот котел особенно пригоден в тех случаях, когда паровая машина расположена над ним. При таком устройстве достигается большая длина трубок и вместе с тем большая поверхность нагрева, что благоприятно в отношении кпд. Кроме того котел очень прочен и удобен для ремонта и для очистки, так как доступ к трубкам через дверку дымовой коробки весьма удобен. Благодаря относительно большой испаряющей поверхности котел мало подвержен тому, чтобы вода захватывалась паром в пароотводную трубу. С другой стороны, расположение дымогарных трубок в направлении движения обусловливает то, что· на подъемах трубки выступают над поверхностью воды и вследствие этого прогорают; кроме того длинные трубки требуют топлива, богатого летучими веществами, и делают котел непригодным для кокса; наконец автомобиль с таким котлом, вследствие неблагоприятного расположения топочной дверки, неудобен для обслуживания одним человеком. Котел автомобиля «Йоркшир» (фигура 5), имеющий также горизонтальные дымогарные трубки, представляет собой как бы сдвоенный паровозный котел. Он устанавливается впереди поперек рамы автомобиля (фигура 2 и 3). Вследствие этого он занимает меньше места по длине шасси, чем паровозный котел, и не так чувствителен к подъемам.

Двукратное прохождение горя- >, чих газов через водяное пространство обеспечивает высокий кпд котла. Вертикальные дымогарные трубки применяются в котле Лейланда (фигура 6). Это приводит к очень простой конструкции, потому что трубки достаточно связывают котел и не требуется распорных связей, но так как трубки погружены в воду не по всей длине, они легче прогорают. При этой конструкции на главной нагревательной поверхности скопляются осадки, что неблагоприятно действует на кпд котла и иногда может привести к прогоранию потолка топки. Котел Аткинсона (фигура 7) снабжен горизонтальными водяными трубками в вертикальном котельном барабане. Этот

Фигура 6.

котел легок, не чувствителен к подъемам и не закрывает поля зрения шофера, но благодаря небольшой величине зеркала испарения он склонен к увлечению воды паром.

Отопление. В Англии, где сосредоточены почти все паровые автомобили, больше всего распространено угольное отопление благодаря низкой цене угля. Однако в применении к паровым автомобилям это отопление имеет много недостатков. Растопка трудна и продолжается долго. Возможность регулирования очень незначительна, т. ч. часто на остановках приходится травить пар. При открывании топочной дверки в дымовую камеру проникает холодный воздух, чем ухудшается сгорание и что благоприятствует выделению дыма. Колосниковую решетку приходится часто очищать от шлака и золы и весь котел освобождать от сажи. Все это отпадает при нефтяном отоплении. Форсунка сист. Скараб (фигура 8) наиболее принята. Оба подвода нефти можно регулировать при помощи маховичков. Разбрызгивание горючего совершается струей пара, изменением силы которой в то же время пользуются для регулирования.

При этих возможностях регулирования котел можно держать под парами в течение долгого времени, не прибегая к травлению пара. Растопка требует около 30 минут и облегчается ручным

Фиг.

Фиг. насосом и вспомогательным паровым резервуаром. Этот котел остается чистым и сохраняет поэтому в течение долгого времени хороший кпд. При одинаковом количестве нефти можно сделать в 3—4 раза больший пробег, чем на угле. Соответственно этому радиус действия автомобиля увеличивается. Экономичность того или другого отопления зависит от колеблющихся соотношений цен на нефть и уголь.

Паровая машина. Машина состоит из двух цилиндров двойного действия с углом между кривошипами в 90°. Б. ч. применяют машины простого расширения, но встречаются также машины двойного расширения. В последнем случае предусматривается такое приспособление, к-рое позволяет при трогании с места пускать свежий пар в цилиндр низкого давления. Равномерность крутящего момента паровой машины такова же, как у восьмицилиндрового бензинового двигателя. Парораспределение производится поршневым золотником или клапанами. Передний и задний ход, а также различные степени наполнения достигаются при золотниковом распределении посредством переставного эксцентрика или кулисного механизма. В более простых конструкциях паровых машин применяют тарельчатые клапаны или шаровые клапаны, которые приводятся в движение передвижными кулачковыми валиками, на которых имеются кулачки для двух или трех различных степеней наполнения^, а также кулачки для заднего хода. В паровой машине Аткинсона выпускное окно открывается и закрывается поршнем. Вследствие этого отпадают выпускные клапаны и кулачковый вал, управ“ ляюший выпуском, и вся конструкция очень упрощается. Для смазки цилиндров посредством особых масленок впрыскивается цилиндровое масло для горячего пара в трубопровод свежего пара. В то время как в медленно вращающихся старых машинах еще встречаются открытые кривошипные механизмы, которые смазываются посредством фитильных масленок, в современных машинах, делающих 1 000 об/м. и более, весь механизм совершенно закрыт от проникания пыли и пропуска масла и имеет смазку под давлением из резервуара в картере коленчатого вала. Это требует особенно внимательного закрытая картера от проникновения конденсата. С этой целью между поршнем и крейцкопфом ставят еще второй сальник. Своеобразную конструкцию представляет собой машина «Националь», состоящая из двух двухцилиндровых машин, расположенных под углом 90° друг к другу. Обе машины—типа тендем с цилиндрами высокого и низкого давления.

Подогреватель и питательная помпа. С целью подогрева воды в нек-рых конструкциях отработавший пар отводят в водяной "бак, однако применяют также и особые подогреватели, обогреваемые отработавшим паром, хотя при таком устройстве создается некоторое нежелательное противодавление. В некоторых конструкциях котлов можно с успехом ставить подогревание дымовыми газами. Питательные приспособления должны устанавливаться всегда без всасывания. Для питания служат инжекторы или помпы. Последние приводятся в движение паром независимо от машины или получают движение посредством эксцентрика от коленчатого вала машины или от одного из валов передачи. Независимый привод имеет.то преимущество, что при остановке автомобиля помпа может продолжать свое действие. Вообще помпы предпочтительнее инжекторов тем, что они лучше регулируются. Вследствие этого обслуживание помпы требует меньше внимания. Помпа не так чувствительна к грязной воде, что имеет значение при наполнении резервуаров в пути. Помпа может работать при более подогретой воде, чем инжектор, и вообще она надежнее в работе. С другой стороны, инжектор не имеет движущихся и подвергающихся износу частей, в особенности сальников, работает бесшумно, и его большая производительность м. б. использована во многих случаях для того, чтобы энергичным питанием избежать травления пара. Кроме того^ благодаря инжектору делается до некоторой степени излишним подогреватель.

Трансмиссия: В то время как более старые паровые автомобили строились без всякой перемены передач, современные машины почти без исключения снабжены коробками скоростей. В большинстве случаев имеются две или три скорости, а в некоторых случаях четыре и шесть скоростей. Коробка скоростей в соединении с высоким крутящим моментом машины дает возможность автомобилю преодолевать тяжелые подъемы и передвигаться без толчков по рыхлой почве. Другое преимущество коробки скоростей состоит в том, что машина может работать на холостом ходу, что не было бы возможно иначе вследствие отсутствия особого механизма сцепления. Перемена передач во время движения автомобиля из-за отсутствия сцепления невозможна. Включение скорости производится или перестановкой зубчатых колес или включением кулачковой муфты. Вообще коробка скоростей состоит из промежуточного вала, к-рый приводится в движение от коленчатого вала путем зацепления той или другой пары зубчатых колес и от которого движение передается задним колесам. Тфля передачи движения к задней оси служат цепи, карданный вал или двойная шестеренная передача (Ritzel-antrieb). Двойная передача встречается на более старых машинах и требует особых мер для выравнивания игры рессор. Цепной привод бывает в виде одной или двух цепей. При одиночной цепи цепное колесо сидит на дифереп-циалс задней оси (фигура 1 и 9). В автомобилях

Сентипель оба задних колеса приводятся в движение отдельными цепями (фигура 3). В этом случае диференци-ал находится на промежуточном валу. В автомобилях Йоркшир, у которых коленчатый вал расположен в направлении движения, карданный вал, примыкающий к промежуточному валу. приводит в движение второй поперечный промежуточный вал с дифереициалом; от последнего вала привод двумя цепями идет к задним колесам. В шестиколесных автомобилях Иоркмм} передача совершается двумя карданными валами без цепного привода (фигура 2). Карданный привод все в большей мере применяется и для четырехколесных автомобилей.

Задняя ось. Автомобиль Аткинсона имеет нагруженную заднюю ось с дифереициалом (фигура 9). Только одно колесо получает вращение от оси. Другое колесо приводится в движение от шестерни диференниала через втулку. Другие фирмы разгружают заднюю ось вполне или частично, как ото принято в бензиновых автомобилях. В шестпколесиом автомобиле

Фигура 9.

Сентипель (фигура 3) задние оси образуют качающуюся тележку и колеса вращаются на цапфах, жестко связанных с осями. Заднее колесо тележки получает движение от переднего посредством отдельной цепной передачи.

Передняя ос.ь и управление.

У немногих типов осталась еще поворотная передняя ось (фигура 1), большинство же автомобилей имеет передние оси с поворотными цапфами.

Восьмиколесные автомобили Сентинель снабжены качающейся передней тележкой (фигура 10). В отношении тормозов, рессор, колес и рам современные паровые автомобили не отличаются существенно от бензиновых автомобилей.

Уход и обслуживание. Работы, которые необходимо производить для пуска в ход парового автомобиля, состоят из проверки уровня воды в котле, очистки колосниковой решетки и растопки дровами. Работы по содержанию автомобиля в порядке зависят от характера службы автомобиля и от качества .употребляемой воды. В общем можно эти работы разделить на недельные и годовые. Примерно раз в неделю производят промывку котла и продувку

паром для очистки от котельной накипи и грязи. Трубки проверяют на плотность их посадки в отверстиях решеток и в случае необходимости разжимают дорном или уплотняют вставкой колец. Затем проверяют pi подтягивают все прокладки и сальники. Одновременно производится проверка установки клапанов или золотников. Ежегодно котел подвергают подробному инспекторскому осмотру, для которого приходится снимать всю обшивку котла. Затем проверяют все подшипники паровой машины и в случае надобности пригоняют их. Паровая машина вообще не выдерживает сильного износа без значительной потери мощности. Загрузку колосниковой решетки в пути следует производить часто и небольшими порциями топлива. При этом топочная дверка должна быть открыта возможно короткое время, так как охлаждение стенок топки поступающим холодным воздухом мол-сет вызвать появление трещин. Для регулирования горения водитель пользуется золотниковой заслонкой для приглушения огня и увеличением тяги путем пуска струи пара в дымовую трубу для усиления горения. Питание водой должен быть по возможности непрерывным. Быстрое питание при помощи инжектора требуется только во избежание травления пара на остановках и на крутых спусках. Мощность паровой машины регулируют гл.обр. изменением степени наполнения. Впрочем поль-

Фигура и. зуготся также и дроссельным клапаном. Большое значение в отношения достижения большей средней скорости и экономичности работы имеет то обстоятельство, знает ли водитель условия пути и принимает ли соответствующие меры. Перед подъемами он доля-сен позаботиться о достаточном наполнении котла и поднять давление пара, а путем своевременного регулирования питания и горения он может избежать травления пара на спусках и остановках. Перед началом крутого подъема необходимо останавливать автомобиль для переключения передачи в коробке скоростей.

Легковые автомобили. К. легковым автомобилям предъявляются гораздо более тяжелые требования, чем к грузовикам. Легковой автомобиль должен иметь: 1) нефтяную топку, 2) постоянную готовность к действию, 3) вполне автоматик, регулирование давления пара, уровня воды в котле и режима юпки, независимое от умения и внимания водителя, и 4) конденсационное устройство. Подготовка нефти для горения совершается в форме распыления при помощи воздуха или пара или в форме испарения. Распыленное топливо требует большего объёма топки для совершенного сгорания и связано с опасностью закапчивапия топки сажей и несгоревшими остатками нефти. При котлах с большим объёмом воды должен быть еще вспомогательная горелка для поддерживания давления в котле на остановках. Она не нуяша для котлов мгновенного парообразования. Но последние требуют очень большой точности рогу-

т. Э. m. XXI.

лировки питания котла и режима топки. Конденсационное устройство должен быть достаточно объёмистым для дальних поездок в жаркую погоду без добавления воды. Америк, автомобиль Стенлей (фигура 11) является наиболее удачным паровым легковым автомобилем. Он имеет вертикальный паровой котел с дымогарными трубами подобно котлу Лейланда (фигура 6). Барабан котла соединен с днищем сваркой и для усиления обмотан струнной проволокой; горелка— испарительного типа, и кроме того имеется вспомогательная горелка. От коленчатого вала двухцилиндровой паровой машины движение передается непосредственно задней оси без промежуточного включения механизма сцепления и коробки скоростей.

Автобусы. К автобусам предъявляются такие же требования, как и к легковым автомобилям.

На фигуре 12 показано шасси америк. автобуса. Котел с дымогарными трубами подобен котлу автомобиля Стенлей. Для сжигания приготовленного испарительной горелкой топлива требуются топки очень небольших размеров. Поэтому в отличие от паровозного котла этот котел состоит из одного барабана, в ш-ром проходят дымогарные трубки. Барабан изготовлен путем сварки и обмотан проволокой. Горизонтальная трехцилиндровая паровая машина через карданный вал приводит в движение заднюю ось. Конденсаторы поставлены у задней стенки автомобиля и обдуваются воздухом от вентилятора, имеющего привод от задней оси. Давление пара достигает 50 atm.

Лит.: D о b 1 е A., Electrically· Controlled Steam

Automobiles, «Journal of the Society of Automotive Engineers», 1918, May; Discussion on Steam Automobiles, ibid., 1918, May; Sturgess J., The Case for the Steam Car, ibid., 1918, May; Miller J. F., Steam Bus in Actual Service, Bus Transporation, N. Y., 1928, Jan.; Linde-mann u. Loewenberg, Hochdruck-Dampfomnibus, «Z. d. YDI», 1929, 32; Eight Wheeled Steam Waggon, «Motor Transport», L., 1930, Sept. 8-th; JonesL. M., Steam Road Vehicles, 2 ed., L., 1921. Лёвенберг.