Евгений Лосев - Турбовозы. История, теория, конструкция

Конструктор реактивных турбин может этого усложнения избежать в том случае, когда турбина при средних скоростях даёт высокий коэффициент полезного действия, при малых скоростях она работает ещё в хороших пределах, зато при высоких скоростях достигается чрезвычайно высокий коэффициент полезного действия, который изменяется чрезвычайно мало.

Сила тяги при трогании с места, величина которой при постройке турболокомотивов не была известна, так как не имелось никакого опыта, оказывается значительно выше силы тяги по сцеплению.

Непосредственная передача мощности турбины на сцепные колёса неосуществима; точно так же и простая зубчатая передача, в виде комбинации цилиндрических и конических колёс, могла быть осуществлённой лишь в турболокомотиве Рейда-Маклауда при его малой мощности (около 1000 л.с.). За исключением электрической передачи в локомотиве Рэмси в остальных турболокомотивах конструкторы предпочли передачу с помощью отбойного вала, заимствованную у электрических локомотивов. При этом частота вращения турбины через двойную зубчатую передачу понижается до частоты вращения сцепных колёс, которые получают движение от отбойного вала с помощью ведущих спарников.

Надёжность зубчатой передачи в настоящее время бесспорна. Но что касается вoпроса о реверсировании, то последний не вполне решён. Юнгстрем включает для этой цели одно лишнее зубчатое колесо, что встречает ряд возражений. Крупп и Цёлли применяют реверсивную турбину, что годится, однако, лишь для маневровой службы.

Передача силы тяги при трогании с места при сцепной массе 60 т 2 2 При коэффициенте сцепления колеса с рельсом 1 / 5 это соответствует силе тяги по сцеплению, равной 12000 кгс. Примечание А. А. Чиркова. , также как и передача мощности 2500 л.с. при скорости 120 км/ч с помощью одного отбойного вала, обуславливает появление в редукторе весьма высоких напряжений.

Расположение и соразмерность передаточных органов и изменение направления действующих сил в передаточном механизме и локомотивной раме потребовали подробного специального изучения, так как на упругие деформации изгиба и кручения оказывают влияние такие явления, как тепловые напряжения, игра буксовых подшипников и т. д.

Опыт показал, что передача желаемой мощности вполне возможна, причём открываются перспективы постройки экономичных турболокомотивов с двумя турбинами и двумя отбойными валами на мощности порядка 4000—5000 л.с., т. е. такого, которого требует современный мировой рынок.

При зубчатой передаче проблема обратного хода может быть разрешена двояко: во-первых, путём постановки специальной турбины обратного хода 3 3 При работе турбины переднего хода вращение турбины обратного хода в вакууме вогнутостям лопаток вперёд вызывает громадную потерю мощности от трения диска о пар и вентиляции (несколько сот лошадиных сил), что заметно понижает относительный коэффициент полезного действия турбины. При заднем ходе однодисковая турбина заднего хода (обычно колесо Кёртиса), вообще имеющая невысокий относительный коэффициент полезного действия, должна проделывать работу трения и вентиляции, вызываемую вращением главной турбины в вакууме. Вполне понятно, что экономичность езды задним ходом весьма низка. По указанию проф. Нордманна расход пара турболокомотивом Круппа при заднем ходе был равен 23 кг/э.л.с.ч. (Z, d.s V. D. I.1030 г. №6. seite 176). Однако конструктивные затруднения с осуществлением зубчатого переключения настолько велики, что большинство строителей турболокомотивов предпочитали всё же первое решение вопроса, мирясь с значительным понижением экономичности. Примечание А. А. Чиркова. и, во-вторых, путём приспособления для переключения зубчатой передачи.

Большей частью конструкторы решались на турбину обратного хода, которая, будучи помещена на одном валу с турбиной переднего хода при работе последней, вращается в вакууме. Только Юнгстрем в своих постройках использовал переключение зубчатых колёс, которое при постоянном направлении вращения главной турбины позволяло изменять направление вращения отбойного вала.

Отвод тепла пара в окружающую среду в турболокомотиве является самой серьёзной проблемой, ибо в локомотиве, находящимся в движении, в качестве охлаждающей среды, в неограниченном количестве, имеется только воздух. Однако воздух против воды невыгоден не только из-за своей малой удельной теплоты и следовательно плохой теплопередачи, но кроме того и тем, что его начальная температура подвержена сильным колебаниям.

Воздушный поверхностный конденсатор, который выбрал Юнгстрем, сравнительно с водяным поверхностным конденсатором требует повышенной мощности и большей величины охлаждающей поверхности, причём вакуум в значительной мере зависит от наружной температуры 4 4 Мощность вентиляторной установки в турболокомотиве Юнгстрем Байер около 300 л.с., в то время как у турболокомотива Маффей постройки 1924 г. при оросительном обратном холодильнике она равна ~30 л.с . Примечание А. А. Чиркова. .

Очень часто употребляемая форма теплообмена от пара к воде в нормальных поверхностных конденсаторах, с последующим повторным охлаждением охлаждающей воды в оросительном холодильнике, имеет то преимущество, что при небольшой затрате энергии уменьшается зависимость вакуума от внешней температуры и кроме того обеспечивается надёжная плотность конденсатора.

Недостатком такого устройства является расход охлаждающей воды, почему набор воды, необходимый при локомотивах повышенной мощности, сохраняется и при турболокомотивах 5 5 Применено в турболокомотивах Цёлли, Круппа, Маффея (1924). Примечание А. А. Чиркова. .

Третьей формой обмена тепла является испарительный конденсатор (оросительный поверхностный воздушный конденсатор), который особо предпочитался конструкторами; при этом турбина мятого пара или низкого давления должна быть, как указывал К. Имфельд в статье «Турбина на локомотиве», помещена вместе с конденсатором на одном экипаже (раме) 6 6 Применено в турболокомотивах Геншель, Рейд-Маклауд и Рэмси; кроме того, этот же принцип применён, хотя и в несколько другом виде, в холодильниках советских тепловозов. Однако относительно расположения турбины и конденсатора указание К. Имфельда не совсем точно, так как при холодильниках всех трёх систем обязательно расположение конденсатора и турбины низкого давления на одном экипаже. Это диктуется тем, что создать гибкое соединение между главным экипажем и тендером для отработанного пара при его больших удельных объёмах невозможно. При поверхностных водяных конденсаторах, как это осуществлено в турболокомотивах Цёлли, Kpyппа и др., турбина и конденсатор располагаются на экипаже самого локомотива, а обратный холодильник на тендере, так как устройство гибкого соединения между паровозом и тендером для охлаждающей воды вполне возможно. В турболокомотиве Юнгстрема и др. турбина и поверхностный воздушный конденсатор расположены на тендере. Примечание А. А. Чиркова. .