Хто з вас їздив в поїзді, де вагони тягне справжній паровоз ? Я не кажу про яку-небудь дитячу розважальну залізницю, куди йдуть з дітьми покататись, я кажу про звичайну “дорослу” залізницю. І чи є якась різниця в тому, який саме локомотив тягне вагони ?
А різниця є. Для пасажирів вона, в основному, в тому, що коли їдеш паровозом, не треба відкривати вікна, навіть якщо дуже спекотно і дуже хочеться відкрити вікно. Якщо не пощастить, малесенький шматочок сажі залетить в око, з багатьма наступними неприємностями. А якщо пощастить, весь одяг, всі речі, все купе чи плацкартна секція до кінця подорожі будуть забруднені сажею. Диму від паровоза багато, і сажі, на жаль, також немало. Машиніст паровоза після рейсу виглядає приблизно так, як шахтар після зміни, обом відразу треба в душ.
А так – ніякої різниці, локомотив – він і є локомотив, його завдання – тягти вагони.
Паровози надійно, і назавжди замінені іншими, кращими локомотивами. Паровоз надзвичайно неекономічний, він з повною заправкою проїде в кілька разів менше, ніж всі його конкуренти. Саме тому, що ми вже не побачимо паровоз на залізничних пасажирських і товарних рейсах, хочу розказати про паровози все те, що я знайшов в Інтернеті або ще пам’ятаю, і попробував зібрати докупи.
Ми називаємо одним словом “паровоз” чи “паротяг”, а англійці, наприклад, використовують два слова: Steam locomotive (паровий локомотив). Попробуємо перекласти слово “локомотив”, і суміш французької, англійської і латини дає нам приблизний переклад “рухати з місця”. Знаєте, є ще й “локомобіль”, це також парова машина, навіть на колесах, але він сам не поїде, його треба перевозити з місця на місце.
Паровоз сконструювали раніше, ніж сконструювали велосипед.
Перший локомотив з паровим двигуном зробив Річард Тревітік в 1804 році, він отримав патент на свою конструкцію. Парова машина в цьому локомотиві була одноциліндрова, один циліндр розкручував велике колесо-маховик, від якого через зубчасту передачу крутилися обидві колісні пари. Досить швидко конструктори зрозуміли, що парова машина має бути двохциліндровою, а найпершим паровим локомотивом із удачною конструкцією був локомотив «Ракета», зроблений Джорджем Стефенсоном в 1829 році. Локомотив Стефенсона обганяв і по швидкості, і по тяговому зусиллю інші конструкції локомотивів. Були різні ідеї про те, якими мають бути рейки: одні доказувати, що рейки треба робити гладкими, інші вважали, що рейки мають бути зубчатими, але гладкі рейки перемогли. В царській Росії паровий локомотив спочатку називали “самокатна парова машина”, ще були варіанти “парова фура”, “пароходка”, зрештою залишилась назва “паровоз”. Ми також звикли називати “паровоз”, можна ще “паротяг”, однаково вони вже не їздять нашою залізницею.
Відразу знайшлися конструктори, які зрозуміли, що парову пашину треба поставити ще й на корабель. Пароплав Роберта Фултона почав плавати ро річці Гудзон в 1807 році. Також Фултон, причому за дорученням Наполеона Бонапарта, пробував розробити підводний човен, не з паровим двигуном, а з ручним.
Конструктори паровозів чи пароплавів не добилися б успіху, якби їм не допоміг Джеймс Ватт (раніше вважалось, що його прізвище пишеться Уатт). Ми міряємо потужність в ватах, в кіловатах, ця фізична одиниця названа саме на честь Джеймса Ватта. Ще з 1712 року існувала, і працювала, парова машина Ньюкомена, але ефективність цієї машини була надзвичайно низькою. Джеймс Ватт в 1776 році представив парову машину, яка була втричі ефективнішою за машину Ньюкомена, вона на ту саму потужність споживала втричі менше вугілля. Конструкція парової машини збагатилась багатьма корисними технічними винаходами. Таку машину вже можна було ставити на локомотив, і це було зроблено.
Перша у світі пасажирська залізниця Стоктон-Дарлінгтон запрацювала 27 вересня 1825 року в Великій Британії. Перший поїзд провіз паровоз «Locomotion», і назва паровоза досить скоро стала загальною, згодом всі рейкові рухомі тягові засоби почали називати локомотивами.
В 1830 році запрацювала Південно-Каролінська залізниця в Сполучених Штатах Америки.
Перша залізниця в Континентальній Європі запрацювали 5 травня 1835 в Бельгії, між Мехеленом і Брюсселем.
В Україні, на Галичині, залізниця з’явилась в 1858 році.
Скільки часу на коліях їздили паровози, стільки часу конструкція паровозів вдосконалювалась. Можемо ознайомитись із конструкцією одного з паровозів 60-х років 20-го століття. Далі їх почали замінювати на значно економніші тепловози і електровози.
То що це за конструкція ? Дивимось на малюнок.
1 — тендер. Тут запас вугілля і води
2 — будка машиніста
3 — свисток
4 — тяга від реверса до паророзподільного механізму
5 — запобіжний клапан
6 — турбогенератор
7 — пісочниця
8 — тяга регулятора
9 — сухопарник
10 — пароповітряний насос
11 — димова коробка
12 — паровпускні труби
13 — дверцята димової коробки
14 — поручень
15 — підтримувальний візок
16 — майданчик навколо котла
17 — рама екіпажа
18 — гальмова колодка
19 — піскоподавальна труба
20 — зчіпний дишель
21 — паророзподільний механізм
22 — тяговий дишель
23 — шток поршня
24 — поршень
25 — золотник
26 — золотникова коробка
27 — топка
28 — димогарні труби
29 — циліндрична частина котла
30 — жарові труби
31 — регулятор/дросельна заслінка
32 — колектор пароперегрівника
33 — димова труба
34 — прожектор
35 — рукав гальмової магістралі
36 — ємність для води
37 — вугільний ящик
38 — колосникова решітка
39 — зольник
40 — букса
41 — ресорний балансир
42 — ресора
43 — рушійні колеса
44 — стійка ресори
45 — конус
46 — бігунковий візок
47 — зчіпний пристрій (спочатку було гвинтове зчеплення, потім автозчеплення)
Основні складові паровоза: паровий котел, парова машина, а також рама і ходові частини (із загальною назвою “екіпаж”).
Паровий котел служить для отримання пари, пара на паровозі є основним робочим тілом у рушійній паровій машині. Пара давить на поршень, який через кривошипно-шатунний механізм крутить тягові (рушійні) колеса. Крім цього, пара служить для приводу пароповітряного насоса, паротурбогенератора, а також використовується в звукових сигналах (паровозний свисток). Також іноді в основні частини паровоза включають і тендер — причіплювана до локомотива секція, яка служить для зберігання запасів води і вугілля.
Паровий котел
Згорання вугілля йде в вогневій коробці, інша назва – топка котла. Температура в вогневій коробці може досягати 1600°C, а між вогневою коробкою і зовнішнім кожухом котла знаходиться вода, а в верхній частині – шар пари під тиском до 20 атмосфер і вище. Для ефективного нагріву води в котлі розташовані димогарні труби, на малюнку їх лише кілька, а насправді їх кількість може бути до декількох сотень штук. Всередині димогарних труб протікають теплові повітряні потоки, які нагрівають воду. На малюнку не показано, але на потужних паровозах у верхній частині топки розташовані циркуляційні труби, що служать для підвищення циркуляції води в котлі.
Подача води в котел проводиться з тендерного бака насосами або паровими інжекторами.
Димова коробка розташована в передній частині паровоза, перед котлом. Вона служить для збирання газів згоряння, що виходять з димогарних і жарових труб, і виведення їх в атмосферу через димову трубу. Для горіння палива потрібно досить багато повітря: на 1 кг вугілля або мазуту потрібно відповідно 10-14 кг або навіть 16-18 кг повітря. Подача такої кількості повітря в камеру згоряння природним способом практично неможлива, тому в димовій коробці встановлюють спеціальний димовитяжний пристрій, який забезпечує приплив повітря в топку за рахунок створення розрідження в димовій камері, пристрій працює на вже відпрацьованій парі, що надходить з рушійної парової машини. Так що з труби паровоза йде не лише дим, а також відпрацьована пара. Тепер, коли ви буде бачити в фільмі, як їде паровоз, ви помітите, що дим з труби паровоза йде значно швидше і інтенсивніше, ніж із звичайного димаря.
Паровоз захищений від можливих помилок машиніста. Для запобігання небезпечному перегріву котла в разі пониження рівня води в ньому в стелі вогневої коробки встановлюють 2-3 контрольні пробки. При пониженні рівня води нижче критичного пробка розплавляється і вода з парою прориваються в топку, гасячи вогонь. Після цього машиніст має ввімкнути інжектори й зупинити горіння в топці для запобігання вибуху котла.
А ми нічого не забули ?
Ми десь точно чули, що сифон і піддувало треба чи відкрити, чи закрити. Отже, сифон і піддувало є, а в конструкції паровоза ми їх не бачимо. Це так, і вони були потрібні не на всіх паровозах. Справа в тому, що при стоянці паровоза або малого ходу паровоза вихід відпрацьованої пари досить незначний. Для достатнього розрідження в димовій камері застосовувався сифон (додаткова подача пари в димову камеру). Додаткова пара, яка подавалась через сифон, хоч і збільшувала тягу, але збільшувала кількість сажі і іскор, що вилітали з труби паровоза, а тому в місцях, де поруч з колією могло відкритим способом зберігатись вугілля (тобто десь поблизу залізничної станції), їхати з відкритим сифоном було пожежонебезпечно, сифон треба було закрити.
Сифонне кільце – це зігнута сталева трубка з низкою отворів у верхній частині, вона з’єднується паропроводом з паророзбірною колонкою. Також в конструкціях деяких паровозів був додатковий регульований отвір повітрозабірника (піддувало), і звідти могла вилітати розпечена сажа і іскри. Рекомендувалось при проїзді по мостах, естакадах закривати піддувало.
Парова машина
Парова машина паровоза складається з циліндрів із золотниковими коробками, механізму для передачі зусилля на рушійні колеса (кривошипно-шатунний механізм) і паророзподільного механізму. На паровозі буває два і більше циліндрів. Фази руху правого і лівого циліндрів зміщені одна відносно іншої на 90°, щоб поршні в циліндрах не були одночасно в передній чи задній мертвій точці. Найчастіше застосовувались машини одноразового розширення пари, прості за конструкцією і надійні. На деяких конструкціях паровозів, крім основної парової машини, застосовувалась допоміжна, вона передавала зусилля на підтримувальні осі паровоза при рушанні з місця чи на підйомах.
Як в автомобілі є педаль газу, на паровозах є регулятор, за його допомогою регулюється випуск пари з котла в золотникові камери циліндрів парової машини. Це регулятор поточної потужності паровоза, а значить, його швидкості. Машиніст ручкою регулятора керує потужністю парової машини, а ручкою реверса задає напрям руху, вперед чи назад.
Гальмова система
За замовчуванням, гальмова система паровоза є пневматичною, вона на залізниці досі є пневматичною. Додаткова ручна гальмова система є допоміжним, або резервним засобом гальмування. При обертанні ручного гальма необхідне зусилля на гальмівні колодки передається через тяги і важелі. При звичайній, не аварійній ситуації ручне гальмо є лише стояночним.
Пневматичне гальмо забезпечує гальмування за командою машиніста (відкривання гальмового крана) або при розриві чи роз’єднанні гальмового повітропровода. Ця досягається шляхом зміни тиску в гальмовому повітропроводі (магістралі), що проходить вздовж поїзда. Підвищення в ньому тиску веде до ослаблення або припинення гальмування, а зниження тиску, навпаки, викликає або підсилює гальмування. Паровоз і вагони мають запасні резервуари, де здійснюється накопичення запасу стисненого повітря (заряджання гальма). Заряджання гальма проводиться через кран машиніста з головного резервуара, де запас стисненого повітря створюється пароповітряним насосом. При падінні тиску в магістралі (яке може бути викликане як відкриттям гальмового крана з кабіни машиніста, так і розривом магістралі) стиснене повітря надходить у гальмовий циліндр і діє на поршень, який переміщує шток і важіль, притискаючи гальмові колодки до коліс.
Екіпаж
Екіпажна, або рамно-ходова частина паровоза, складається з рами, на якій встановлюються котел і циліндри, колісні пари з буксами, ресори з балансирами і візок.
Рама — металева несуча конструкція, до якої кріпляться інші частини паровоза.
Передній візок — конструкція, що допомагає паровозу вписуватися в повороти.
Ведуча колісна пара. На цю пару через шток поршня і поршневе дишло діє парова машина.
Зчіпні колісні пари. Ці колеса отримують крутний момент від ведучої пари через зчіпні дишла.
НЕ ПАРОВОЗОМ ЄДИНИМ
До паровоза потрібні ще й люди, це машиніст, помічник машиніста і кочегар.
Кочегар забезпечує необхідну кількість вугілля безпосередньо біля топки, він потрохи перевантажує це вугілля з тендера, і потрохи, по необхідності, кидає вугілля в топку. Іноді цю роботу виконує помічник машиніста, а кочегара немає, найчастіше це на невеликих маневрових паровозах.
Помічник машиніста слідкує за купою параметрів і робить необхідні дії, щоб підтримувати ці параметри в нормі. Треба слідкувати за температурою в топці, тиском пари, рівнем води в котлі і ще, не сумнівайтесь, за багатьма різними параметрами. Маючи вільні хвилини, він біля лівого паровозного вікна в будці контролює ситуацію на залізничному полотні і біля нього.
Машиніст їде, його не повинно цікавити, де який параметр на паровозі, за це відповідає помічник. Машиніст зобов’язаний контролювати все, що стосується руху поїзда: чи вільна колія, що показують світлофори, і ще багато цікавого. Що йому видно з правого паровозного вікна ? Та майже нічого, якщо дивитись вперед, і краще видно, якщо дивитись в бокове віконце. Якщо він не дивиться в переднє вікно, він повідомляє помічнику: “відволікаюсь” і на цей час помічник контролює ситуацію з рухом поїзда.
Колись була така загадка: яка відстань від лівого паровозного вікна до правого ? Відповідь: 11000 км (хоча з цифрами я можу помилятись). Саме таку відстань мав проїхати помічник машиніста, щоб претендувати на посаду машиніста.
Пам’ятаю ще одну загадку: вогню наївся, води напився, на рейки став і засвистав. Відповідь ви знаєте.
Чи був на паровозі туалет ? Ні, паровоз не може їздити на великі відстані (він дуже неекономний), тому вважалось, що туалет не потрібен. Ну, а туалет “по-маленькому”, мабуть, не був для екіпажу великою проблемою, якщо відкрити двері.
А чи є туалет на тепловозах, чи електровозах ? Так, є. На деяких моделях тепловозів в СРСР була навіть передбачена дірка в підлозі, яка навіть закривалась люком.
Чи був в будці паровоза обігрів ? Так, паровоз більше стояв, ніж їхав, і обігрів будки був потрібен. Котел паровоза остигав кілька днів, тому не було проблеми, де брати тепло для обігріву.
Якого кольору був паровоз ? Пам’ятаю, що не завжди чорний, іноді паровоз справді був пофарбований зеленим кольором, найчастіше це були паровози для пасажирських поїздів, менш потужні і більш швидкісні, і їхні рушійні колеса були трохи більші, ніж у паровозів для грузових поїздів.
Чи використовувались в СРСР німецькі трофейні паровози після війни ? Так, після війни в Німеччині було виготовлено для СРСР більше 400 вузькоколійних паровозів на машинобудівному заводі «Maschinenbau und Bahnbedarf AG Orenstein & Koppel» в Бабельсбергу, який був перейменований на завод імені Карла Маркса («VEB Lokomotivbau Karl Marx Babelsberg»). Ці паровози мали маркування ГР (германский репарационный).
Чи був на паровозі радіозв’язок ? Формально, в 1947 році в СРСР була розроблена радіостанція для залізниці ЖР-1, але розповлюдження її по всій залізниці СРСР було таким повільним, що паровози почали виводитись із експлуатації значно швидше. Навіть в цивілізованих країнах (не в СРСР) радіозв’язок на залізниці починав з’являтись лише з 50-х років 20-го століття. На деяких фотографіях паровозів (не в СРСР) можна побачити над будками машиністів антени для радіозв’язку із станційними диспетчерами. А тепловози і електровози були вже всюди із встановленими локомотивними радіостанціями.
Який же зв’язок був у машиніста паровоза ? Доки паровоз їде по дистанції (дистанція – це територія між сусідніми залізничними станціями) чи по перегону (це коли не дві колії на дистанції “туди і сюди”, а лише одна колія), у машиніста зв’язку немає, лише світлофори, а подекуди ще семафори, а не сучасніші світлофори.
Але на самій станції у машиніста зв’язок дуже навіть є. Робітник маневрової бригади на станції подає машиністу команду своїм свистком, чергуванням довгих і коротких посвистувань, код строгий для всіх станцій, а машиніст, почувши команду, дублює її паровозним свистком, а тоді виконує.
Я написав на початку статті, що колись, в далекій молодості, їздив поїздами, які тягнув справжній, ще працюючий паровоз. Конкою я не їздив, я для цього занадто молодий. Конка – це такий трамвай, який тягнуть коні. Давню інформацію іноді корисно зберегти.
Які ж вони були, ті паровози ? Зараз побачимо. Ці фотографії можна перелистувати стрілочками вліво і вправо.
