Тепловоз
Иллюстрации
Реферат
Класс 20 b, а $
М 5340
HATEHT HA ИЗОБРЕТЕНИЕ
ОПИСАНИЕ тепловоза.
К дополнительному патенту И. Ф. Ядова, заявленному 9 сентября
1925 года (ваяв. свид. Хе 4328).
Основной патент на имя того же лица от 15 сентября 1924 года за М 2704.
О выдаче дополнительного патента опубликовано 31 мая 1928 года.
Действие дополнительного патента простирается на срок до 15 сентября
1939 года.
Предлагаемое видоизменение теп- 1 ловоза, описанного в патенте ¹ 2704,, имеет целью упростить его устрой-
1 ство и увеличить надежность его ( действия.
На фиг. 1 схематического чертежа изображен продольный разрез предлагаемого тепловоза и на фиг. 2— детали кулисного механизма.
Предлагаемый тепловоз состоит, из основных групп 1, П и Ш его со- ставных частей.
Й) I группа основных частей со- стоит из наиболее экономных современных двигателей внутреннего горения, обозначенных на чертеже цыфрою 1, четное или нечетное число цилиндров которых располо- 1 жено на раме тепловоза с корен- ньгм коленчатым валом, идущим вдоль продольной оси тепловоза.
Обыкновенно число таких цилиндров берется равным шести. На чертеже представлен поперечный разрез этих двигателей, повернутый на
90 . Эти двигатели, не связанные кинематически с движущими осями тепловоза, служат: а) для работы сжатия до 1,2 — 1,6 атм. в каждой замкнутой камере 4 каждого рабочего цилиндра, из которых состоит полный аггрегат двигателей внутреннего горения 1 группы, атмосферного воздуха, поступающего в камеру 4 через всасывающие клапаны 46. Сжатый до 1, 2 — 1, 6 атм. воздух через нагнетательные клапаны 47 по каналам 48 и через воздушные продувочные окна 49 поступает в цилиндр 1 перед концом хода поршня 5 вниз (примерно, около 12о, о хода поршня, считая снизу). Продукты горения цилиндров 1 начинают уходить через продувочные каналы 50, когда Il0pшень 5 не дошел, примерно, 15 /е своего хода, в общую для всех цилиндров выхлопную трубу 15. Следовательно, на 12О/о хода поршня от низа сжатый воздух продувает продукты горения по каналу 15 в поддувало 15, топку 17 и дымогарные трубы парового котла 17, в дымовую коробку ..его 16, откуда эти продукты горения под давлением продувочного воздуха и деиствия конуса 39 уходят через трубу
40 в атмосферу, отдав часть своей теплоты воде котла 17. Топливо для питания цилиндров 1 поступает через форсунки 53, управляемые распределительным механизмом 54 обычного типа. b) Для искусственного охлаждения стенок цилиндров;
1 и 3 двигателей внутреннего горения 1 и II группы путем получения в их водяных рубашках 58 и 59 достаточного разрежения и отсасывания из пространства этих рубашек водяного пара давлением ниже атмосферы (например, около, 0,5 атм.). Ступенчатый поршень 5 при движении вниз производит раз-! режение в кольцевом пространстве
6, вследствие чего пар 0,5 атм. давления поступает сюда из полостей рубашек 58 и 59 по тру- бам 55, 56 и 57 через засасывающие клапана 61. Поршень 5, не доходя до нижнего мертвого поло- жения, открывает отверстия 41 цилиндра, соединяя кольцевые их про- i странства 6 с атмосферою при по- мощи сеток 42. При открытии маленьких отверстий 43 то же коль-, цевое пространство 6 соединяется, с каналом 48 и резервуаром 44, . где всегда имеется запасный про- дувочный воздух давления 1,5 и более атмосфер. Следовательно, кольцевое пространство 6 сначала, заполняется паром 0,5 атм. давле- ния, затем атмосферным воздухом и паром, примерно, 0,9 атм. давл,, которое через отверстия 43 может, быть повышено до 1 и более атм.; впуском сжатого в камерах 4 воз- духа, служащего для продувки ци-, линдров 1. с) Для сжатия смеси воздуха и пара до давления 5 — 8 атм.
Когда ступенчатый поршень 5 за- i кроет отверстия 41 и 43, то ука-, занная выше смесь пара и воздуха с содержанием пара около 15 / сжимается до 5 — 8 атм. и подается через нагнетательные клапаны 29 и трубу 45 к перекидному распределительному аппарату F.
В) Группа II основных частей тепловоза состоит: а) из двухтактных двигателей внутреннего горения 3 высокого давления (два цилиндра) одностороннего действия или двухстороннего действия. Про- дувочный воздух в смеси с 15 /о паров воды поступает в эти цилиндры предварительно сжатым до 5 — 8 атм. двигателями внутреннего горения
I группы в кольцевых пространствах (компрессорах) 6 по трубам 45, 30 и 31, а продукты горения выходят из этих цилиндров под давлением
4,9 — 7,8 атм. и ниже вместе с избытком продувочной смеси, воздуха и пара через котел-охладитель 14, трубы 23 в котел-рессивер 26. Эти двигатели передают свою работу при посредстве штоков 10, крейцкопфов 12 и шатунов 13 движущей коленчатой оси 9. Ь) Из двигателей низкого давления 7, работающих охлажденными продуктами горения и пара с нагретым избытком продувочного воздуха и пара после предварительной их работы в двигателях 3. Конструкция этих двигателей во всем тождественна с паровыми цилиндрами паровозов, работающих высоко перегретым паром.
Впуск продуктов горения, пара и воздуха в эти цилиндры производится регуляторным клапаном 33 по трубам 35 и золотникам 36 при помощи кулисного механизма 37 (фиг. 1) и управляется из будки от руки машиниста приводом 37 и переводным винтом 37 . Выпуск указанной выше смеси производится тем же золотником 36 по трубам 38 через конус 39 и дымовую трубу 40.
Два цилиндра этих двигателей располагаются снаружи рамы и передают свою работу также при помощи штоков, крейцкопфов и шатунов, коленчатой оси 9, а при помощи спарников и всем спаренным осям тепловоза. При подходе к станции остановки, при трогании. с места, развитии скорости, во время маневров, при езде под уклон, при торможении и даже при оди- ночном следовании двигатели вну-
1 треннего горения 3 высокого давления выключаются из действия тем, что ролики 85 впуска смеси воздуха и пара в цилиндры 3 при помощи тяг 83, рычага 80, 80, 80 и пере-! водного винта 82 приводятся от руки машиниста под кулису 87, благодаря . чему клапаны 93 и 95 будут все время открыты, а форсунки 92 и, 92 будут закрыты. Следовательно, обе стороны поршней 11 будут со- единены между собою, а потому никакой работы, кроме трения, цилиндры 3 производить не будут., Паровой регуляторный клапан 21 ; при помощи регуляторного рычага
20 будет тоже закрыт. Раз единены l будут также трубы 30, 31, 31 от труб 45 клапаном 25, и рессивер- котел 26 от труб 23, 23 клапаном 24 переходного аппарата F, тоже от руки машиниста, при помощи привода 27. Следовательно, в этом случае, котел-рессивер 26 будет со- I единен при помощи труб 45 непо- средственно с компрессорами дви- гателей 1 группы, откуда смесь сжатого до 5 — 8 атм. воздуха и пара идет по трубам 45 через перекидной аппарат F в котел-ресси- вер 26, а через регуляторный кла- пан 33, управляемый от руки машиниста, приводом 34, 34, по трубам 35, в золотниковую коробку
36 двигателей 7, Работа этих машин изменяется изменением впуска (отсечек) смеси при помощи кулисного механизма 37, 37 и изменением давления смеси в золотнико-,, вой коробке при помощи большего, или меньшего впуска смеси через клапан ЗЗ, точно так, как это де- лается на паровозах. При езде под уклон клапан 33 закрывается, а кулисный механизм 37, 37 переставляется на полную выкладку., Двигатели работают вхолостую., При торможении, соответствующем контр-пару, кулисный механизм
37 — 37 переставляется на обратный ход при действии крана Лешателье,, установленном на котле 17 и при открытом клапане 33. Избыток воздуха уводится через предохранительний клапан котла-рессивера 26, установленный на давление в 3 — 6 атм. выше нормального. Двигатели 1 группы работают вхолостую (так как при повышении давления воздуха в котле-рессивере, примерно, на 3 — 6 атм. должны автоматически выключаться все шесть компрессоров 6).
С) Во время работы тепловоза в пути с поездом в работу вводится
III группа основных частей, состоящая: а) из одного или двух паровых котлов 14 для охлаждения отработавших продуктов горения двигателей высокого давления 3, b) из маленького парового котла 17 паровозного типа и с) из котла-рессивера 26.
Работа тепловоза в пути с поездами. При выходе тепловоза из депо необходимо только пустить вхолостую двигатели 1 группы, не связанные кинематически с его движущими осями, для чего на нем имеется резервуар со сжатым до
15 атм. воздухом. Если этого воздуха не окажется в резервуаре или вода в рубашках двигателей будет слишком холодна, то необходимо будет разогреть котел 17, паром которого можно прогреть воду в рубашках. Для пуска в ход двигателей паром давление пара в котле
17 нужно поднять до 10 — 15 атм.
Когда двигатели 1 группы будут приведены в действие, то при крайнем правом положении клапана 24 и 25 перекидного аппарата F, при среднем положении распределительного механизма 82 двигателей внутреннего горения 3 и при закрытом паровом регуляторе 20 и 21, тепловоз приводится в движение смесью сжатого воздуха и пара цилиндрами 7 при впуске в них смеси через клапан 33 и при управлении впуском посредством кулисного механизма 37, 37 . Сцепленный с поездом тепловоз берет его с места и развивает скорость смесью сжатого воздуха и пара, Если пара из рубашек поступает недостаточное количество, то в рессивер-котел 26 впускают через особый вентиль пар из котла 17, дабы не получить, температуру расширения воздуха в цилиндрах 7 ниже нуля. Как только будет развита скорость 10 — 15 верст в час, клапаны 24 и 25 переставляются, как показано на чертеже.
Тогда смесь сжатого воздуха и пара до 5 — 8 атм. идет по трубам 30 и 31 к цилиндрам 3 внутреннего горения высокого давления и поступает в них через клапаны 93 и 95. Здесь она сжимается снова с 5 — 8 атм. до 40 атм., после чего в эту смесь и раскаленную среду подается топливо под давлением
80 — 200 атм. особыми топливными насосами. В цилиндре 3 происходит, поэтому, работа горения и расширения продуктов горения. В конце хода продукты горения выпускаются через отверстия а в котел 14 под давлением несколько ниже 5 — 8 атм, давления сжатой смеси, поступающей в цилиндры 3 для питания их и для продувки (очищения) их от продуктов горения. В котле 14 продукты горения и избыток смеси, проходя по дымогарным трубам, охлаждаются до 350 — 400 С, отдавая тепло воде. Образующийся в котле 14 пар по трубе 28 поступает в паровой колпак 18 котла 17, где, также собирается пар, образую-, щийся в котле 17 за счет тепла отходящих газов двигателей I группы, которые поступают в котел по трубе 15 в поддувало 15 . При открытом регуляторе 21 накопившийся пар по трубам 21 через редукционный клапан 22 автомати-, чески поступает навстречу продук- там горения, выходящим из цилинд-, ров 3, охлаждая их и перегреваясь сам, Пар в котле 17, очевидно, 1 должен иметь давление выше да- вления продуктов горения в котле .
14. Охлажденные в котле 14 про- I дукты горения, пар из котла 17 и: избыток продувочной смеси воздуха и пара поступает по трубам 23 при открытом клапане 24 в котел-рес-, сивер 26, а оттуда через регулятор, 33 трубы 35 в золотниковое пространство 36 цилиндров 7. Здесь, указанная смесь паров, воздуха и продуктов горения работает в пределах давления не выше 5 — 8 атм. до 1, 2 и более. Отработавшая смесь уходит через трубу 38, конус 39 и трубу 40 в атмосферу, производя разрежение в дымовой коробке, что способствует лучшему движению продуктов горения двигателей
1 группы. Если установить, что наивыгоднейшая работа тепловоза с поездом (при избытке продувочной, смеси 5 — 8 атм. давления в
1,5 — 1,8 раз более требующейся для работы) должна быть при максимальной его скорости, то при меньших скоростях, особенно на наибольших под емах, следовательно, при меньшем числе оборотов, избыток смеси будет уже около 3 атм.
Этот избыток смеси проходит через цилиндры 3, не участвуя в его работе, в смеси с продуктами горения в цилиндры 7. Чтобы не было повышения давления в рессивере, необходимо, поэтому, увеличить отсечку в цилиндрах 7. При увеличении скорости или при проходе легких участков, чтобы не уменьшить давления в рессивере, нужно уменьшить отсечку в цилиндрах 7.
Следовательно, в пути, где нет предупреждений, тепловоз автоматически регулирует свою работу, если только держать в рессивере постоянное установленное давление, т.-е. если следить за увеличением или уменьшением отсечек в цилиндрах 7. В этом и заключается главная работа машиниста. При уменьшении скорости или работы по условиям состояния пути необходимо сначала уменьшить от руки машиниста впуск топлива в цилиндры 3 до нуля и, если потребуется дальнейшее уменьшение скорости, уменьшить впуск смеси в цилиндрах 7. В воздухопроводе 45 повысится давление смеси, что вызовет выключение части компрессоров. На уклонах двигатели 3 выключаются совсем из работы, закрытием клапана 33 прекращают доступ сжатой смеси в цилиндры 7, а кулису 37,37 ставят на полную выкладку.
Паровой котел поверхностью нагрева около 100 кв. метров служит для утилизации тепла продуктов горения двигателей внутреннего го- рения, для обогревания водяных рубашек цилиндров 1 и 3 двигателей внутреннего горения 1 и П групп на продолжительных стоянках в холодное время, зимою во время заносов и т. и. Паром этого котла можно в любое время привести в движение двигатели 1 группы, если запасный сжатый воздух утечет из резервуаров. Пар этого котла добавляется к сжатому воздуху при работе тепловоза на маневрах и при трогании с места, чтобы температура воздуха в конце расширения не была ниже нуля, При торможении (контр-пар) пар с водою поступает из этого же котла в цилиндры 7 через кран Лешателье.
При порче двигателя внутреннего горения поезд можно, хотя бы по частям, довести до ближайшей станции, работая паром в цилиндрах 7, Крутые единичные под емы тепловоза при увеличении работы цилиндров 7 впуском пара из котла могут свободно проводить тяжелые поезда без подталкиваний, так что, в этом случае, паровой котел заменяет собою подталкивающие локомотивы, что увеличивает провозную их способность. Котел должен иметь самостоятельное отопление.
Совершенно самостоятельным является распределительный механизм для двигателей высокого давления, связанных кинематически с осями тепловоза, дпя прямого и обратного
его хода. Он состоит из двух валиков 67 и 68 с насаженными на них шайбами для впуска в соответственные моменты продувочного воздуха топлива и пара. На валике 67 шайбы насажены для работы тепловоза передним ходом, а на валике
68 для работы задним ходом. Валики имеют кривошипы 69, 69, 70, 70, насаженные на них под углом 90 .
Эти кривошипы соединены между собой спарниками 71 и 72, а эксцентриковыми спарниками 78 и 79 с эксцентриковыми шайбами или кривошипами передней спаренной оси тепловоза. Таким образом, в зависимости от движения тепловоза, валики 67 и 68 могут вращаться то по часовой, то обратно часовой стрелке. Передаточный рычаг 80, 80, насаженный на валик 80 внизу при помощи поперечного вала 80, шарнирно соединяется с тремя тягами
83, 83 и 83. Каждая из этих тяг снабжена на другом конце роликами 84, 84 и 84, 85, 85 и 85 и 86, 86 и 86.
Валики роликов 86, 86 и 86 шарнирно соединены с дву плеч ными рычагами, свободно вращающимися на общем для них валике 89 при помощи тяг 88, 88 и 88. Следовательно, получаются кинематические цепи: 1) 80, 83, 86, 88, 89, 90, 91, 93, 94 и 95 (для регулирования впуска в цилиндр высокого давления сжатого до 5 — 7 атм. и выше смеси воздуха и пара); 2) 80, 83, 86, 88, 89, 92 и 92 для впуска топлива (при помощи двойного переводного винта 37 можно установить его гайку 82 в двух крайних и одном среднем положении). Когда рычаг
82, 82, 82 будет поставлен в среднее положение, то ролик 86 воздушного клапана подойдет поднижнюю часть кулисы 87 и при помощи тяги 88 рычага 90, 89, 91 откроет клапан для впуска воздуха.
Клапан 92 для впуска топлива будет закрыт. Такое положение будет соответствовать езде под уклон, работе при маневрах и трогании с места, когда двигатели высокого давления совершенно исключаются из работы. Когда ролики 84, 84, 84 при перемещении гайки 82 в крайнее левое положение поместятся под валиком 67 с распределительными шайбами, то двигатель высокого давления будет работать при переднем ходе тепловоза; когда ролики 85, 85, 85 при перемещении гайки 82 в крайнее правое положение поместятся под валиком 68 с такими же распределительными шайбами, но для обратного хода, фиг
Е. С.
Типо-иитография «Красный Печатник», Ленинград, Ыеждународпый, 75. то двигатель,,б Щт рйфотать при заднем ходе: теплсйо3а ..рама и ходовые части тепловоза остаются такие же, как и на современных паровозах.
Л редмет патента.
Видоизменение охарактеризованного в патенте № 2704 тепловоза, отличающееся тем, во-первых, что вместо отдельного продувочного насоса в качестве такового использована кривошипная камера 4 двигателя 1, в которую воздух всасывается через клапаны 46 и нагнетается через клапаны 47 к проду-, вочным окнам 49; во-вторых, что вместо применен я отдельных компрессоров воздух всасывается через сетку 42 в кольцевое пространство
6 дифференциального поршня двигателя 1, куда всасывается. через клапан 61 по трубам 55, 56 и 57 водяной пар из рубашек двигателей 1 и 3, каковая смесь пара и воздуха нагнетается при трогании с места, маневрах и т. п, через перекидной аппарат F в рессивер 26 и оттуда в рабочий цилиндр 7, при нормальной же работе †чер аппарат F по трубам 30 и 31 в рабочий цилиндр 3 для продувки его, и, в-третьих, что рабочий цилиндр
3 работает с обеих сторон как двигатель внутреннего горения с общим выхлопом через котел 14 и передает движение к ведущей оси 9 без промежуточного компрессора.