Устройство паровых цилиндров

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Старые типы цилиндров, приваливающихся сбоку к раме, изготовляются из плотного однородного чугуна марки ч.л.-1 (ОСТ 970) и должны удовлетворять стандарту (ОСТ 1456).

Имеются отдельные отступления в части выбора материала. Так, например, внутренние цилиндры многоцилиндровых паровозов, сер. «Л» и «М»,. которые являются одновременно междурамным креплением, отливаются из стали.

Новые типы блочных цилиндров, как правило, отливаются из мягкой стали ст.л.-1. (ОСТ 791).

Для облегчения условий работы поршневых колец стальные цилиндры всегда снабжаются запрессованными чугунными втулками.

С другой стороны, в США иногда применяют чугун для отливки блочных цилиндров, делая в последнем случае присадок к чугуну ванадия, значительно увеличивающего (наряду с увеличением твердости материала) вязкость материала,.

Цилиндры двухцилиндровых машин простого расширения конструируются таким образом, чтобы они были одинаковы для обеих сторон паровоза. Это упрощает модельное и формовочное хозяйство заводов, упрощает изготовление цилиндров, позволяет уменьшить вдвое количество запасных частей-цилиндров на паровозоремонтных заводах.

Правда, не всегда удается сделать цилиндры одинаковыми и в части станочной обработки, так как ряд поверхностей и, главное, патрубков цилиндров могут быть не парными (только на одном из цилиндров).

В современном паровозостроении объединение ответственных и сложных деталей паровозов проводится в широких масштабах везде, где к этому представляется возможность. Это объединение распространено на цилиндры паровозов сер. «ФД» и «ИС»: цилиндры и большинство их основных деталей одинаковы.

Паровой цилиндр представляет собой очень сложную, тяжелую и ответственную отливку. Цилиндры снабжаются всегда значительным количеством патрубков, фланцев и отверстий. Главнейшими из них являются:

1. Патрубок (фланец) паровпускной трубы.

2. То же выпускной трубы.

3-4. Отверстия под индикаторные пробки.

5. Отверстие под клапан беспарного хода паровоза (Рикур, «дрифтинг-вэлв», два-четыре отверстия под байпасы).

6. Фланец отбора мятого пара (подогрев воды). 7-8. Отверстия для смазки золотника.

9. Отверстия для штуцера смазки паровой струи (у некоторых мощных: паровозов).

10. Спускное отверстие золотникового цилиндра.

11-12. Два отверстия для стопорных болтов золотниковых втулок.

13. Отверстие для гильзы пирометра золотниковой коробки.

14. То же для манометра золотниковой коробки.

15. Отверстие для прогрева цилиндра (не всегда; трубка может быть присоединена к паровпускной трубе).

16. Отверстие для трубки крана парового тормоза (кран Лешателье).

17. Отверстия для смазки парового цилиндра. 18-19. Спускные отверстия парового цилиндра.

20-21. Отверстия под стопорные пробки цилиндровых втулок (при стальных цилиндрах).

22. Отверстие в выхлопной камере для трубки прогрева смазочного пресса (трубка не всегда присоединяется к цилиндру).

Старые типы цилиндров

Во всех более или менее современных паровозах золотниковая коробка располагается над цилиндром. Для удобства привода золотника, получающего, как известно, движение от пальца контр-кривошипа и от маятника (оба этих элемента не находятся в плоскости шатунного механизма и парового цилинд ра), золотниковая коробка располагается не в точности над цилиндром, а сдвигается на 120-160 мм наружу. При размещении золотниковой коробки необходимо точно проверить вписывание ее в габарит. Часто сразу так разместить золотник не удается, в особенности золотник увеличенного диаметра, и тогда приходится делать смещение (в плане) головок эксцентриковой тяги (от пальца) и других.

На фиг. 287-288 показаны паровые цилиндры старинного типа с золотниковыми коробками под плоские золотники. Это-цилиндры низкого давления паровоза сер. «Щ». Цилиндр имеет довольно большой диаметр-765 мм, вызвавший затруднения со вписыванием его в габарит. Ось золотника сдвинута наружу на 140 мм. При плоских золотниках не удается сделать коротких паровых каналов; они всегда получаются длинными, как это и видно на продольном разрезе цилиндра. Между тем объем паровых каналов является вредным пространством и должен быть наименьшим. При круглых золотниках оказывается возможным сделать большое расстояние между золотниковыми дисками, и каналы поэтому получаются значительно более короткими.

2. Устройство паровых цилиндров

Подвод свежего пара к золотниковой. коробке производится через верхний патрубок (диаметром 190 мм), ясно видимый на плане цилиндра и'других проекциях; выпуск отработавшего пара (из-под золотника)-в горизонтальный патрубок диаметром 230 мм, показанный на поперечном разрезе цилиндра.

Паровые цилиндры других паровозов с плоскими золотниками выполняются однотипно показанному.

На старых паровозах (компаунд) встречается комбинированное применение обоих типов золотников-и плоского, и цилиндрического; объясняется это тем, что при небольших давлениях в ресивере и достаточно больших размерах опорной поверхности золотника работа последнего происходит удовлетворительно (небольшой износ).

Кроме того, известным соображением в пользу постановки плоского золотника на большой цилиндр являлась и более надежная работа этого цилиндра с отжимающимся (при гидравлических ударах) золотником и потому гарантирующим отсутствие случайных повышений давления в этих цилиндрах.

На фиг. 289 показан' паровой цилиндр паровозов сер. «Э»-с круглыми золотниками. Этот цилиндр (паровозы сер. «СО» имеют такие же цилиндры) может считаться типовым и для других наших паровозов, цилиндры которых имеют круглые золотники: цилиндры других подобных паровозов (сер. «Б»,

«К», «С», «Су» и др.) отличаются от показанного лишь второстепенными деталями, расположением их, а также и своими размерами.

Паровпускной и паровыпускной патрубки ясно показаны на чертеже; расположены они в верхней части отливки цилиндра.

Длина золотника здесь сделана достаточно большой; это позволило значительно укоротить паровые каналы. Заметим, что в современных паровозах Западной Европы, а также и США, получают распространение очень длинные золотники, при которых каналы для впуска пара из золотникового цилиндра в паровой приобретают прямое вертикальное расположение. Золотниковый цилиндр в этом случае имеет значительно большую длину чем паровой.

При круглых золотниках впуск пара-внутренний (при коробчатых золотниках-всегда наружный)1; это позволяет упростить сальники золотникового штока, имеющие дело только с отработавшим паром. В золотниковый цилиндр запрессовываются втулки, имеющие паровые окна. Одним из достоинств круглого золотника является между прочим кольцевой впуск и выпуск пара; паровые окна расположены по всей окружности втулки. Для облегчения прохода пара в цилиндр через верхние окна, наиболее далеко расположенные от цилиндра, делается соответствующее уширение полости парового канала, как это видно из левой проекции, изображающей поперечный разрез цилиндра.

Сам паровой цилиндр имеет небольшие конические расточки по концам, как показано на продольном разрезе, необходимые для облегчения заведения поршня с уплотнительными пружинящими кольцами. Вставляя поршень в цилиндр, мы постепенно сжимаем уплотнительные кольца.

Конические расточки цилиндра должны быть рассчитаны таким образом, чтобы поршень в крайнем положении свешивался уплотнительным кольцом на 3-7 мм за пределы основной цилиндрической рабочей поверхности. Износ последней в этом случае будет равномерным по всей ее длине.

Укрепление цилиндра к раме должно быть очень солидным. Количество болтов, крепящих цилиндр к раме, делается в пределах 18 (у некоторых старых паровозов) до 34 («Эу») диаметром от 34 до 38 мм в гладкой части.

Тем не менее работа цилиндровых болтов всегда облегчается дополнительными устройствами, воспринимающими на себя огромные расшатывающие усилия пара, пытающегося сдвинуть цилиндр то в одну, то в другую сторону. Помимо этого для упрощения сборки паровоза (в части привалки цилиндра к раме) привалочная плита имеет сверху особый выступ-бурт, опирающийся сверху на кромку рамы. Этот бурт показан на поперечных разрезах цилиндров (фиг. 287-288 и 289). Бурт разгружает болты от действия собственного веса цилиндра.

Заметим, что у некоторых паровозов, как например, у паровозов сер. «Су», бурт привалочной плиты сделан не в верхней ее части, а на нижней половине всей плоскости-несколько ниже оси цилиндра.

Для того, чтобы разгрузить болты от срезывающих усилий за счет давления пара на переднюю и заднюю крышки цилиндров, всегда делается так называемая расклинка цилиндра. В привалочной плоскости цилиндра, примерно на уровне оси самого цилиндра (или немного выше ее), делаются два друг за другом расположенных невысоких выступа, задвигающиеся в окно, вырезанное в раме; на фиг. 290, изображающей вид на цилиндр паровоза сер. «С» со стороны привалочной плиты, ясно видны эти выступы, расположенные с боков выхлопного (среднего) патрубка.

Между этими выступами и ближайшими кромками окна рамы закладываются клинья, притягиваемые к выступам таким образом, что цилиндр оказывается с точно фиксированным расположением относительно рамы. Клин и подтягивающие его шпильки изображены на отдельной проекции справа на фиг. 289. Наклон клина делается небольшим (*-/15-г120), и поэтому клин, плотно заходя в паз, прочно удерживает цилиндр на месте, разгружая тем самым цилиндровые болты от горизонтальных срезывающих усилий.

1 Встречаются исключения, но редкие.

2. Устройство паровых цилиндров2. Устройство паровых цилиндров

Что*касается! устройства внутреннего цилиндра, т. е. расположенного между рам, то"нужно отметить, что отливка таких цилиндров значительно усложняется по сравнению с рассмотренными. Здесь приходится в одной отливке выполнять один или два паровых цилиндра с их золотниковыми коробками, все паровые каналы, привалочные плоскости к обеим рамным листам, а часто также и опору под дымовую коробку.

На фиг. 291 показан чертеж внутренних цилиндров паровоза сер. «Л». Обращаем внимание на способ отведения отработавшего пара: верхние патрубки для выпуска пара снабжены боковыми отростками для приема отработавшего пара наружных цилиндров (см. например правую верхнюю проекцию).

Заметим, что отливки, подобные этой, иногда за границей выполняли из двух частей, с вертикальной средней плоскостьюразъема. Так делалось для упрощения отливки цилиндров, но такая конструкция, при современном состоянии фасонно-сталелитейного производства, конечно, нерациональна,-увеличение станочной обработки, усложнение сборки и, главное, меньшая надежность работы такого сборного узла являются основными недостатками подобной конструкции.

2. Устройство паровых цилиндров
Фиг. 291.
2. Устройство паровых цилиндров

Блочные цилиндры

При переходе на мощное паровозостроение была учтена недостаточная надежность укрепления старых типов цилиндров. Уже в паровозах сер. «Э», «С», «Су» и других, подобных им, этот недостаток, несмотря на применение буртов и клиньев, дает себя сильно чувствовать. Недостаточна и надежность работы самой рамы, в ее передней части, где расположен целый ряд ответственных деталей.

В дальнейшем будут указаны соображения, заставившие отказаться от тонких (28-33 мм) листовых рам, и будут подробно перечислены достоинства толстых брусковых (110 - 156 мм) рам. Здесь же укажем, что листовые рамы для получения достаточно надежной работы переднего узла паровоза должны быть достаточно высоки (т. е. достаточной должна быть ширина рамного листа). Поэтому в старых типах паровозов мы всегда имеем широкий рамный лист, по одну сторону которого располагается цилиндр, по другую сторону -междуцилиндровое рамное скрепление; далее по другую сторону последнего-другой рамный лист, и еще далее-другой цилиндр. На междуцилиндровое скрепление ставится отливка передней опоры котла.

Вернемся к фиг. 289, на которой вместе с цилиндрами нанесены и междуцилиндровое рамное скрепление и другие части.

Именно у цилиндров и только у цилиндров котел жестко укрепляется на раме. Это скрепление в виду большого веса котла должно быть очень надежным и главное жестким. К этому узлу присоединяются и укрепляются в одно целое и цилиндры с их огромными расшатывающими усилиями. В итоге мы имеем крайне тяжелые условия работы этого узла, составленного, как это видно, из шести отдельных частей, соединяемых одна с другой многочисленными болтами. Такая конструкция, состоящая из целого набора деталей,-недостаточно жестка, хотя может быть и вполне прочной. Недостаточная жесткость узла вызывает частое ослабление болтов и, следовательно, еще большее ухудшение условий работы узла. Если бы в наших мощных паровозах попытаться сконструировать однотипный узел, то мы имели бы заведомо неудовлетворительное устройство. Здесь добавилось бы кроме того и отрицательное качество употребительного в наших старых цилиндрах материала-чугуна с его хрупкостью.

Эти соображения, а также и вполне положительные результаты работы блочных цилиндров на паровозах США, положительные качества брусковых рам- заставили применить в наших мощных паровозах именно такие цилиндры и рамы. Опыт работы .паровозов сер. «Е», имеющих брусковые рамы и блочные (чугунные) цилиндры, здесь также сыграл известную роль.

Блочные цилиндры позволяют уменьшить число набираемых деталей с шести до четырех, включая сюда рамы, и до двух, если их исключить (рамы здесь уже не являются элементом, связывающим цилиндры в одно жесткое целое).

Решение применить блочные цилиндры сейчас же повлекло за собой необходимость отказа от листовой рамы и применения брусковой. Действительно, если бы даже брусковые рамы и не имели преимуществ перед листовыми, их пришлось бы применить для получения достаточно прочных блочных цилиндров. Листовая рама должна иметь большую высоту по всей своей длине и в частности у цилиндров; постановка блочного цилиндра на такую раму оказывается почти невозможной.

Полотно же брусковой рамы располагается под блочным цилиндром в виде длинной небольшой высоты консоли. Большая толщина рамы обусловливает достаточную прочность этой консоли.

Типы блочных цилиндров для двухцилиндровых паровозов в США уже вполне установились. Блочные цилиндры наших мощных паровозов, и в частности паровозов сер. «ФД» и «ИС», однотипны американским, но имеют некоторые особенности, преследующие цель упрощения этой сложной отливки.

На фиг. 292 дан чертеж типовой конструкции американских блочных цилиндров-в применении к паровозу сер. «ТА». Цилиндр паровоза сер. «ТБ» одинаков с ним по размерам и по конструкции, за исключением средней части блока- опоры под котел. Устройство цилиндра достаточно ясно из чертежа; обращаем внимание на идущие внутри отливки паровыпускные каналы (см. левую половину верхней проекции); эти каналы ^начинаются у выхлопной полости золотниковой коробки и заканчиваются в центральной части блока, в центре опорной поверхности котла.

2. Устройство паровых цилиндров

* На фиг. 293 показан чертеж цилиндров (с1 ==> 670 мм, I = 770 мм) паровозов сер. «ФД» и «ИС». Отработавший в цилиндрах пар выходит наружу золотникового цилиндра и направляется по отъемной выхлопной трубе (на фиг. 293 не показана) к средней части опоры под дымовую коробку, снова входит внутрь отливки цилиндра и делает в ней простое колено, направляясь по изогнутому каналу вверх. Заметим, что в задней золотниковой крышке делается отверстие с сальником для пропуска золотникового штока.

2. Устройство паровых цилиндров

Применение стали для отливки цилиндра обусловило постановку чугунной цилиндровой втулки (см. продольный разрез), необходимой для получения долговечной работы поршневых колец(чугун по стали работает неудовлетворительно).

Как видно из этого чертежа, у каждого блочного цилиндра имеются две основных привалочных вертикальных поверхности: для укрепления к раме имеется узкая привалочная поверхность и другая большая-стыковая-для соединения с другим таким же цилиндром.

Блочные цилиндры крепятся один с другим большим количеством крупных болтов, расположенных на переднем и заднем вертикальных фланцах стыковых поверхностей (см. левую верхнюю проекцию). В нижней части этой стыковой поверхности, расположенной между цилиндрами, поставлены болты увеличенного диаметра, так как в нижней части стыковой поверхности работать им приходится с большим напряжением материала как из-за усилий пара в цилиндрах, так отчасти и из-за распора цилиндрового блока весом котла; схема усилий от распора дана на фиг. 293 а. Так, в нижней части обоих фланцев (переднего и за днего) цилиндров паровозов сер. «ТА» располагаются 3 • 2 =6 болтов диаметром 36 мм, а в верхней-9 ■ 2 = 18 болтов диаметром 30 мм, у «ТБ» соответственно б болтов диаметром 36 мм и 20 болтов диаметром 30 мм (увеличение числа болтов у паровоза сер. «ТБ» вызвано большей высотой привалочной поверхности); у цилиндров паровозов сер. «ФД» и «ИС» соответственно б болтов диаметром 36 мм (13/8") и 16 болтов диаметром 30 мм О1^")-

Привалочная плита цилиндра к раме делается узкой, и самое крепление цилиндра осуществляется всего 9-13 болтами диаметром 32.36 мм. Уменьшение размеров привалочной плиты и количества болтов объясняется как передачей части расшатывающих данный цилиндр усилий болтам, крепящим другой цилиндр к другой раме, так и очень солидной расклинкой цилиндра, показанной на фиг. 294-295.Цилиндр устанавливается в выемке рамы глубиной в 65 мм («ФД» и «ИС») и расклинивается в передней части опорного фланца клином Л, загоняемым сбоку рамы. Уклон клина делается очень малым- 1/25, и поэтому цилиндр прижимается к заднему выступу Б рамы с большим усилием. Размеры опорных поверхностей клина и выступов очень велики и у паровозов сер. «ФД»и«ИС», как видно из фиг.294-295, равны 6,5- 12,5=81,25 см2. Такие развитые размеры поверхностей обусловливают практическое отсутствие смятия опорных поверхностей, а это в свою очередь позволяет наглухо фиксировать клин, делая его не подтягивающимся: клин приваривается к фланцу цилиндра, и таким образом блочный цилиндр оказывается точно и как бы наглухо фиксированным на раме, обычно не сдвигаемым с места и при капитальном ремонте паровоза.

Что касается расположения паровых каналов внутри цилиндра, то нужно указать, что паровыпускные каналы у цилиндров американских паровозов, как указано, идут обычно внутри всей отливки блочного цилиндра и подводятся к средней части верхней кривой поверхности под дымовую коробку. В собранном блоке выхлопные отверстия оказываются расположенными рядом, и на них устанавливается колонка (основание) конуса.

2. Устройство паровых цилиндров
Фиг. 294-295.

Часто для упрощения очень сложной отливки блочного цилиндра выхлопные каналы на части своей длины выполняются в виде отъемных выхлопных труб, идущих с н а р у ж и цилиндра. Выпуск отработанного пара в этом случае производится через переднюю и заднюю крышки золотникового цилиндра. Такие цилиндры были впервые применены в США заводом Лима и известнышод этим названием. Значительное упрощение отливки цилиндра типа Лима, а также и более простая конструкция золотниковых втулок у таких цилиндров вобудили, как указано раньше, применить последние и на наших мощных каровозах сер. «ФД» и «ИС»

⇐ | Типы и расположение паровых цилиндров || Конструкции паровозов || Цилиндровые и золотниковые втулки | ⇒