Нетрадиционные виды тяги (стр. 1 из 3)
Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта
Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения
Реферат по основам теории электрической тяги:
«Нетрадиционные виды тяги»
Выполнил: студент группы ЭНС-07-2-1
Горшков В.К.
Проверил: Дмитриева М.Л.
г. Иркутск 2009 г.
Введение
Исторически на железных дорогах сложилось два вида тяги. При одном из них на локомотивах располагается тепловой двигатель с запасом топлива и воды, расходуемые на выработку энергии, необходимой для движения поезда. Запасы топлива, воды и смазки по мере их расходования пополняют обслуживающие бригады в специальных заправочных (экипировочных) пунктах.
Локомотивы другого вида тяги – это электровозы и моторные вагоны, на которых для питания тяговых электродвигателей используется электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях (источник электрической энергии) и передаваемая по линиям электропередачи через тяговые подстанции и тяговую сеть. Благодаря отсутствию теплового двигателя и запаса топлива мощность локомотивов данного достаточно высока.
Отсюда и получили свое название эти виды тяги: первая – автономная, вторая - неавтономная.
Локомотивы автономной тяги подразделяют по наиболее характерному признаку – принципу действия их тепловых машин; неавтономной тяги – также на основе ее наиболее характерного признака – по роду тока и значению напряжения в контактной сети.
Рассмотрим наименее распространенные виды тяги – автономную и комбинированную.
1. Автономная тяга
1.1 Паровая тяга
Локомотивы, использующие в качестве энергетической установки машину, носят названия паровозов. 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).
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».
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. В 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.
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.
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.
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.
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.
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 |
Недостатки паровоза
Недостатки паровоза, предопределившие его замену электровозами и тепловозами следующие:
1). 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.
2). Невозможность использования по системе многих единиц (когда один машинист управляет несколькими сцепленными локомотивами).