Сергей Григорьев - Паровоз

Поэтому пар расширяется , продолжая толкать поршень в левую сторону. Работа паровой машины продолжается, хотя золотник и закрыл паровое отверстие. Надо заметить, что давление в цилиндре в конце впуска несколько падает от того, что отсечка не бывает мгновенной — золотник движется плавно и, сужая ход пару, мнет его. Откуда теперь после отсечки машина черпает силу? За счет чего совершается работа? Чтобы ясно ответить на эти вопросы, надо изучить те изменения, какие происходят с перегретым паром при расширении. Главнее всего то, что при расширении пар теряет свой нагрев , — охлаждается, температура его падает. Затем, если бы мы наблюдали изменение перегретого пара через прозрачное, например, закрытое стеклом окно, то мы увидали бы следующее. Перегретый пар совершенно прозрачен, подобно ясному воздуху. При расширении пар мутнеет, в нем появляется туман . Отсюда можно заключить, что пар стал влажным. Действительно, более близкое изучение пара показывает, что, теряя тепло при расширении, перегретый пар делается сначала похожим на пар из сухопарника, т.-е. превращается в сухой пар, а затем во влажный. При этом перегретый пар теряет свою текучесть и становится более теплопроводен, т.-е. более способен отдавать тепло изнутри себя окружающим его телам — например, стенкам цилиндра, поршню и т. д. В то время, когда поршень достигнет в цилиндре положения, отмеченного цифрой III, давление пара в правой части цилиндра будет, примерно, 3 атмосферы, а температура около 134°. В этом месте кончается период расширения, хотя мы могли бы, если не менять положения золотника, продолжать расширение до тех пор, пока поршень не достигнет левого крайнего положения в цилиндре. Но этого не делают, потому что поршень и все связанные с ним движущие части машины, придя в крайние положения, должны возвращаться обратно. Такое движение называют возвратно поступательным . Раз у нас поршень двигается «возвратно-поступательно», наилучше уменьшить во избежание вредных толчков скорость его движения в конце хода.

В. Чтобы уменьшить скорость хода поршня, мы должны уменьшить давление пара, движущего поршень. Это и достигается золотником, который, двигаясь все в ту же сторону, открывает, наконец, внешней кромкой своего правого поршенька выход пара из цилиндра через правый канал Dв правую камеру золотниковой коробки, из нее же в выхлопную трубу паровоза. Пар устремляется туда. Давление в правой половине цилиндра быстро падает и движение поршня замедляется. Так начинается предварительный выпуск пара. Называем мы его «предварительным» потому, что он предваряет , опережает обратный ход поршня, а при обратном ходе поршня, это теперь вам должно быть понятно, пар, или точнее почти весь пар, должен быть выпущен изнутри правой стороны цилиндра. Предварительным выпуском достигается и еще одна цель — уменьшить противодавление пара в начале обратного хода поршня, которое затруднило бы выхлоп пара. Предваряя выпуск, мы даем потоку пара время повернуть в обратную сторону.

Г. Пар из правой половины цилиндра вылетает через конус и трубу «на волю», между тем как поршень, замедляя ход, достигает крайнего положения, отмеченного на рисунке 9 цифрою четыре. В это время паровпускное отверстие правой части цилиндра открыто. Поставив так, как следует, золотник на нашем подвижном чертеже, мы заметим, что раз открыт выхлоп из правой части цилиндра, то золотник внутренней кромкой своего левого поршенька приоткрыл уже впуск пара через левый впускной канал в левую на рисунке половину цилиндра, отчего поршень, достигнув крайнего положения влево, начинает двигаться возвратно вправо.

Надо в этом месте хорошенько заметить, что все, что мы говорили, наблюдая движение поршня справа налево, теперь мы можем повторить о левой стороне цилиндра. А то, что мы будем говорить сейчас о возвратном движении поршня в правое крайнее положение, можно было сказать ранее о левой части цилиндра. В ней, при движении поршня влево, происходило уже то, что теперь будет сказано о правой части цилиндра.

Д. Итак, поршень нашей машины под давлением пара, наполняющего левую часть цилиндра, движется вправо, вытесняя через правую камеру золотниковой коробки пар на волю. Выпуск продолжается не до конца движения поршня, а до положения, примерно около отмеченного на рисунке 9-м цифрой V. Около этого положения золотник закрывает выпуск пара внешней кромкой своего правого поршенька, двигаясь вправо. Лишенный теперь выхода пар в правой части цилиндра сжимается под давлением поршня. При сжатии пара давление его в правой части цилиндра увеличивается, и к концу хода поршня «вредное» пространство цилиндра оказывается наполненным паром более высокого давления, чем было бы, если б мы выпускали пар на волю до конца. От этого получается выгода: в период впуска, который затем последует, потребуется меньше свежего перегретого пара. Надо сказать, что при сжатии пара попутно с повышением его давления он нагревается и согревает стенки цилиндра, поршень и шток, охлажденные выпуском пара.

Если бы этого не делать, не прекращать загодя выпуск пара, то происходила бы, как говорят, «вступительная конденсация» пара.

Конденсация — значит сгущение . Вступая в охлажденный цилиндр, пар так сильно охлаждается, что сгущается в сырой туман. Это вредно не только в смысле потери тепла. Когда паровозы работали до изобретения пароперегревателя сухим по названию, а на деле всегда несколько влажным паром, он, вступая в охлажденный цилиндр, сгущался в воду — и бывали случаи, что воды скоплялось в цилиндре по обе стороны поршня довольно много. Вода почти не сжимаема. И если «вредное» пространство заполнялось водой, то получались сильные гидравлические удары, которые разбивали или выбивали крышки цилиндров. Перегретый пар и в этом отношении выгоднее, так как он дальше по своей температуре от сгущения. Для предупреждения скопления воды в цилиндрах, по концам их внизу устроены краны, которые машинист открывает из своей будки — это так называемые продувные (продувательные) краны. Хотя наш паровоз работает перегретым паром, но продувные краны поставлены и на его цилиндрах. Когда паровоз долго стоит без движения, особенно зимою, цилиндры сильно охлаждаются, и вступительная конденсация пара дает себя чувствовать и при перегретом паре. Вот почему после начала движения паровоза вы всегда видите, что из-под его цилиндров вырываются с шипением клубы пара: это машинист открыл краны, чтобы продуть цилиндры, — удалить из них воду, если случилась вступительная конденсация. Нам остается еще сказать о периоде сжатия, что повышение давления в конце хода поршня влияет на плавный переход поршня через крайнее его положение — образуется упругая «паровая подушка».