RailUnion.net

В принципе, это продолжение темы о паротурбовозе. Но, поскольку там больше затронуты общие вопросы конструирования, то я решил создать новую тему. Надеюсь, модераторы на меня не осерчают.
Итак, представляю предварительные результаты по второму варианту локомотива. Условия расчета:
Род службы - маневровый, поездной.
Касательная мощность - 1600 л.с.
Осевая нагрузка - до 23 т.
Максимальная сила тяги при трогании - 500 кН
Скорость на руководящем подъеме - 14,5 км/ч.
Максимальная скорость - 80 км/ч.
К проектированию был принят следующий вариант локомотива:
Параметры пара - 60 атм, 450 град
Котел - водотрубный с естественной циркуляцией, экранный, 6500 кг/ч пара
Машина - трехцилиндровая, двойного расширения
Топка - слоевая, типа ПМЗ - РПК, 2.7 м2
Конденсатор - пароводяной
Назначение - замена тепловозов ЧМЭ3 на поездной работе.
И вот что получилось ( чертеж). Прошу не ругать сильно за качество, это компоновочный чертеж - черновик. Просто не терпелось выложить .Масштаб 1:50.
Краткое описание конструкции. Топливо подается в топку с помощью шнека стокерного типа с электроприводом. Шнек дробит уголь и подает его к ротору забрасывателя топки. Забрасыватель пневмомеханический, типа ПМЗ - РПК, размещен под полом будки машиниста. Мощность электродвигателя забрасывателя 1 кВт. Уголь сжигается на стандартной колосниковой решетке РПК размером 1100 на 2550 мм, колосниковая решетка находится между листами рамы паровоза. Сжигание угля выполнено по полугазовой схеме : под решетку подведено 30% воздуха, необходимого для горения, остальной воздух подводится через фурмы над слоем. Это обеспечивает полноту горения и отсутствие потерь с уносом топлива. Температура факела в топке до 1700 град. При таких условиях тепловосприятие экранов чрезвычайно велико и позволяет испарять всю воду в экранах. Температура питательной воды 150 град, воздуха 175 - 200 град. Площадь нагрева топки 18 кв.м, воздухоподогревателя 125 кв.м. Пар перегревается до температуры в 450 град (по условиям смазывания) в пароперегревателе с поверхностью нагрева 80 кв. м. расположенным за фестоном топки в зоне высоких температур. Регулирование температуры в топке осуществляется автоматически в зависимости от расхода пара машиной. Паровая машина локомотива двойного расширения, с одним ЦВД диаметром 210 мм и двумя ЦНД диаметром 450 мм. Парораспределительный механизм - Вальсхарта. Угол между кривошипами 120 град, что создает спокойный ход машины. Из ресивера между ЦВД и ЦНД осуществлен отбор 15% (около 975 кг/ч) пара в ПВД, ПВД поверхностного типа, вертикальный. В ПНД отбирается 17% пара между ЦНД и турбиной собственных нужд (ТСН), ПНД смешивающего типа по типу обычных паровозных подогревателей. Пар, идущий в подогреватели, предварительно обезмасливается. В конденсатор поступает 68% пара.
Не могу больше печатать. Остальное позже.

А с динамической составляющей от несбалансированности машины какая нагрузка на ось получается, если статическая 120?

Не лучше ли его сделать типа Climax?
http://www.gearedsteam.com/climax/images/class-c.jpg

Да, пожалуй, машину лучше вынести в отдельный моноблок вроде стокерной машины, а паровоз поставить на две трёхосные тележки. Спереди для этого всё пляшет, а сзади придётся конструкцию зольника и рамы изменить. Кстати 3 сцепных оси - не мало для такой машины?

Там у него четыре сцепных оси.

Сейчас конкурировать надо уже не с ЧМЭ3, а с ТЭМ21, а у него 30,5 тонн тяги в длительном режиме, так что четырех осей мало.

Если использовать две трехосные тележки, то тогда можно сделать что-то вроде танк-паровоза по системе Маллета. Тогда можно снизить нагрузку на ось где-то до 20-21 тс.

По классической схеме Маллета когда ЦВД на одной телеге а ЦНД - на другой -тоже плохо. Машину или придётся всё равно оставлять вне тележек (между ними) а усилие передавать через карданы, или располагать на каждой тележке и ЦНД и ЦВД что тоже не лучшее решение - работают они всё-таки по-разному. Чем тут плох компаунд - придётся приборы отправления ставить.

Значит, оптимальное решение выглядит примерно так:

Только, конечно, посовременнее. Тележки и карданы можно по образцу ТГМ6 сделать...

Не лучше ли его сделать типа Climax?

Зубчатые передачи значительно снизят механический КПД, да и веса добавят.

можно сделать что-то вроде танк-паровоза по системе Маллета.

Вот это мне нравится уже значительно больше. И цилиндры лучше разместить как на некоторых паровозах Фита. Кстати, один из вариантов предусматривал установку под дымовой коробкой четырехступенчатой паровой турбины мятого пара с гидромеханической передачей на первую сцепную ось. Эта же турбина напрямую приводит генератор собственных нужд. Кстати, кто что думает по поводу ЭТОГО. В общем понятно, но вопросов море. Конденсировался ли весь пар? Сколько мощности съедали компрессоры? а то вроде "дешево и сердито", но больно уж непонятно.

ФД21-3128м писал(а): Зубчатые передачи значительно снизят механический КПД, да и веса добавят.

Да не так уж и значительно. Никто же не заставляет делать их открытыми.

У передач тепловозов с ГП кпд следующий:
пара цилиндрических колес - 0,98-0,995
конических 0,95-0,98
карданная передача 0,98-0,99.

Более того, это частично компенсируется повышением к.п.д. за счет снижения боковой составляющей скольжения набегающих колес в кривых.

Однозначные плюсы:
Полное использование веса паровоза для сцепления.
Хорошая динамика.
Возможность повышения к.п.д. машины за счет применения двухрежимного редуктора (маневровый и поездной режим)

Еще у меня такой вопрос. Если отопление пылеугольное, то какой будет пылесистема- с мельницей на паровозе или с мельницей в депо? В первом варианте усложняется эксплуатация, но паровоз не зависит от оборудования депо и может эксплуатироватся везде, где есть топливо. во втором варианте паровоз проще, но становится "привязанным" к определенному месту работы. А про цикл со сжатием пара никто ничего не знает? А то больно уж заманчиво, особенно при блокировке компрессора с ТСН.

А не лучше ли сделать так.
1. Первичный двигатель - газовая турбина, работающая на тяжёлом топливе (типа мазута).
2. Она соединена с компрессором, который накачивает воздух в резервуар (напр. цилиндрический котёл).
3. Резервуар питает пневматический двигатель (напоминающий классическую паровую машину), связанный с ведущими колёсами системой дышл.
4. Запас жидкого топлива размещается на тендере.

Турбина включается периодически для подкачки воздуха в резервуар. А пневматический двигатель (хорошо адаптированный к маневровой работе) расходует воздух по мере надобности.

А смысл? КПД будет слишком низким. Сжатый воздух не обладает теми полезными качествами, которыми обладает пар.

ФД21-3128м писал(а): Еще у меня такой вопрос. Если отопление пылеугольное, то какой будет пылесистема- с мельницей на паровозе или с мельницей в депо? В первом варианте усложняется эксплуатация, но паровоз не зависит от оборудования депо и может эксплуатироватся везде, где есть топливо. во втором варианте паровоз проще, но становится "привязанным" к определенному месту работы. А про цикл со сжатием пара никто ничего не знает? А то больно уж заманчиво, особенно при блокировке компрессора с ТСН.

ИМХО - с вспомогательной мельницей небольшой мощности на локомотиве, для работы вдали от депо

ФД21-3128м писал(а): Параметры пара - 60 атм, 450 град
Котел - водотрубный с естественной циркуляцией, экранный, 6500 кг/ч пара

Я так понимаю, это котел высокого давления? В классической паровозной котельной компоновке с трубами реализовать такой проект чрезвычайно сложно (и опасно).

Пар перегревается до температуры в 450 град (по условиям смазывания) в пароперегревателе с поверхностью нагрева 80 кв. м.

Каковы будет температура перегретого пара, выяснится опытным путем, и скорее всего пароперегревателя может не оказаться. При давлении 60 очков, вода будет только закипать при такой температуре.
Насчет стокера и угледробилки. В паровозах с небольшой площадью топки, удельный расход пара на стокер непропорционально растет. А в куче с угледробилкой (тоже паровой, как я понимаю), он вырастет еще больше.
Все вышесказанное, всего лишь мое ИМХО, если неправ - поправьте.

? В классической паровозной котельной компоновке с трубами реализовать такой проект чрезвычайно сложно (и опасно).

Котёл, как написано, водотрубный а не жаротрубный, так что опасности меньше.
На паровозах с небольшой площадью топки, то есть с небольшой мощностью котла, допустимо применение стокера - ведь работать ему нужно меньше чем на больших паровозах, соответственно относительный расход пара не достигнет запредельных величин. Угледробилку, вероятно, ставить бессмысленно на любой паровоз, а если и ставить то скорее механическую а не пароструйную. Только вот производительность у неё будет ничтожная. Невыгодность приготовления пыли на паровозе доказана на испытаниях в 30-е годы (на паровозе Эу или Эм - забыл). А проще всего решается эта проблема созданием сети оборотных депо со стационарными дробилками. В случае если паровоз часто передаётся из одного депо в другое - можно дробилку с электро или другим приводом смонтировать на базе вагона-платформы, это будет удобно пока в оборотных депо монтируется стационарное оборудование.

Kulibin писал(а): Котёл, как написано, водотрубный а не жаротрубный, так что опасности меньше.

Тогда рисунок требует объяснения, где-что. Процесс водоподвода, пароотвода не описан. На чертежике вроде сухопарник нарисован (при давлении 60 Атм). И потом, давайте подумаем, почему водотрубные котлы, известные с позапрошлого века, на паровозах особо нигде не применялись. Все заканчивалось экспериментами.