Тепловоз Советский патент 1928 года по МПК B61C5/00 

Предлагаемое видоизменение тепловоза, описанного в патенте N° 2704, имеет целью упростить efo устройство 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 I, И и III его составных частей.

R) I группа основных частей состоит из наиболее экономных современных двигателей внутреннего горения, обозначенных на чертеже цыфрою 1, четное или нечетное число цилиндров которых расположено на раме тепловоза с коренным 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 I группы, атмосферного воздуха, поступающего в камеру 4 через всасывающие клапаны 46. Сжатый до 1,2-1, б 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 12°,о хода порщня, считая снизу). Продукты горения цилиндров 1 начинают уходить через продувочные каналы 50, когда поршень 5 не дошел, примерно, 15% своего хода, в общую для всех цилиндров выхлопную трубу 15. Следовательно, на 12/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 действия 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. Ь) Для искусственного охлаждения стенок цилиндров 1 и 3 двигателей внутреннего горения I и II группы путем по- I лучения 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 разрежение в кольцевом пространстве : б, вследствие чего пар 0,5 атм. давления поступает сюда из пол остей рубашек 58 и 59 по трубам 55, 56 и 57 через засасывающие клапана 61. Поршень 5, не доходя до нижнего мертвого поло- I жения, открывает отверстия 41 цилиндра, соединяя кольцевые их пространства 6 с атмосферою при помощи сеток 42. При открытии i маленьких отверстий 43 то же коль- цевое пространство 6 соединяется I с каналом 48 и резервуаром 44, : где всегда имеется запасный продувочный воздух давления 1,5 и : более атмосфер. Следовательно, | кольцевое пространство 6 сначала ; заполняется паром 0,5 атм. давления, затем атмосферным воздухом и паром, примерно, 0,9 атм. давл., которое через отверстия 43 может , быть повышено до 1 и более атм. I впуском сжатого в камерах 4 воз- j духа, служащего для продувки цилиндров 1. с) Для сжатия смеси I воздуха и пара до давления 5-8 атм. Когда ступенчатый поршень 5 закроет отверстия 41 и 43, то указанная 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. Продувочный воздух в смеси с 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 двигалелей 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 38через 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 одиночном следовании двигатели внутреннего 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 переводного 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 соединены между собою, а потому никакой работы, кроме трения, цилиндры 3 производить не будут. Паровой регуляторный клапан 21 при ПОМОШ1И регуляторного рычага 20 будет тоже закрыт. Разединены будут также трубы 30, 31, 31 от труб 45 клапаном 25, и рессиверкотел 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 соединен при помощи труб 45 непосредственно с компрессорами двигателей I группы, откуда смесь сжатого до 5-8 атм. воздуха и пара идет по трубам 45 через перекидной аппарат F в котел-рессивер 26, а через регуляторный клапан 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 золотниковой коробке при помощи большего или меньшего впуска смеси через клапан 33, точно так, как это делается 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 I 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, Ь) 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 I 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 I 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, поступаюш,ей 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. Образуюш,ийся в котле 14 пар по трубе 28 поступает в паровой колпак 18 котла 17, где также собирается пар, образующийся в котле 17 засчет 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 автоматически поступает навстречу продуктам горения, выходящим из цилиндров 3, охлаждая их и перегреваясь сам. Пар в котле 17, очевидно, должен иметь давление выше давления продуктов горения в котле 14. Охлажденные в котле 14 продукты горения, пар из котла 17 и избыток продувочной смеси воздуха и пара поступает по трубам 23 при открытом клапане 24 в котел-рессивер 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 I 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 подемах, следовательно, при меньщем 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 горения, для обогревания водяных рубашек цилиндров 1 и 3 двигателей внутреннего горения I и II групп на продолжительных стоянках в холодное время, зимою во эремя заносов и т. п. Паром этого котла можно в любое время привести в движение двигатели I 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 подемы 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, для 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 врашаться то по часовой, то обратно часовой стрелке. Передаточный рычаг 80, 80, насаженный на валик 80 внизу при помош,и 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 двуплечными 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 под нижнюю 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 щайбами, но для обратного хода.

то двигатель; .уДет ,3|ротать при зад-нем ходе тепловоза. Рама и ходовые части тепловоза остаются такие же, как и на современных паровозах.

Предмет патента.

Видоизменение охарактеризованного в патенте N° 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 продувочным окнам 49; во-вторых, что вместо применен/1я отдельных компрессоров воздух всасывается через

сетку 42 в кольцевое пространство б 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 Г в рессивер 26 и оттуда в рабочий цилиндр 7, при нормальной же работе-через 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 обш,им выхлопом через котел 14 и передает движение к ведуш,ей оси 9 без промежуточного компрессора.

фиг. 6

фиг