Паровоз — огневая коробка

Тут уже много раз разбирали паровозы как любимую игрушку попаданца. Сейчас время заглянуть в топку, а точнее — поинтересоваться соединением топки и парового котла…

Собственно, вопрос сводится к «а как это работает и не взрывается»?
Для этого обратимся к книге В. Дробинского «Как устроен и работает паровоз», 1955 год. Далее все цитаты — из этой книги.
В реальности у каждой паровой машины топка и котел это единая конструкция. Разделены они только в учебных роликах и моделях паровиков, запускаемых от таблетки сухого спирта. Даже в паровике Джеймса Уатта это была единая конструкция, пусть даже объединенная кирпичной кладкой (проще говоря, оно и было кирпичной печкой). Но как делали топку на движущихся паровиках — на паровозах, пароходах и тому подобное?

На самом деле — ничего сверхъестественного не было. Вот иллюстрация из книги, для лучшего понимания я раскрасил — где вода, а где огонь.

А теперь читаем книгу «Во время работы котла все его стенки испытывают усилие  пара, измеряемое тысячами тонн. Только на стенки огневой коробки паровоза серии ФД, общая поверхность которой составляет примерно 300 см2, действует сила превышающая 4500 т (при давлении пара 15 кг/см2). Эта сила почти в 18 раз больше веса самого паровоза серии ФД с тендером».
Тут надо сразу сказать — попаданцу не светят паровозы такого давления. Если получится раза в три меньше, то это будет чистая победа. Тем не менее, даже 3 атмосферы, как у первых паровозов это совсем немало.
И совсем неудивительно, что при плохом прокате стали (а, вообще, у попаданца прокат будет?) котлы любили взрываться. И ладно если сам котел, его можно сделать цилиндрической формы и стянуть дополнительными полосами (как все всегда и делали), но что делать с топкой?
Как мы видим — топка это часть котла, и ее форма отрабатывалась десятилетиями. К примеру — наклон свода подбирался по пол-градуса, как наклон конического плеча гильзы. Сложно было это без компьютера, смоделировать не получалось только методом тыка.

Тем не менее, как же получалось удерживать давление? Причем паровозы серии ФД это не вершина, были паровозы с давлением в несколько раз больше.

Обращаем внимание на лес черточек в верхней части. Это не просто черточки, это — жесткие связки.

Опять цитата «Связи, расположенные горизонтальными и вертикальными рядами, удалены друг от друга в среднем на расстояние около 100 мм. Всего на укрепление топки идёт более 2000 боковых и потолочных связей. Например, топка паровоза серии ФД имеет 2512 связей; из общий вес достигает 3.2 т»

Тут нас интересует то, что названо «контрольное отверстие».
Дело в том, что эти связи были жестко приварены электросваркой к стенкам топки (рассматриваемые паровозы начала 40-х годов). Ранее они, понятно расклепывались. Но с торцов связи было просверлено отверстие. Зачем? Если где-то жесткая связь ломалась (а ломалась она внутри котла и, как гооворит сопромат, у мест ее крепления), то через это отверстие начинал сочиться пар — и было видно, что жесткая связка внутри поломана.

Поэтому когда в фильмах показано, как в котле поднимают давление выше пределов, из котла выстреливают заклепки и начинают бить струи пара… то это НЕ заклепки. И они не разлетаются, поражая все живое.
Я, вообще, плохо представляю какое должно быть давление, чтобы выдавило крошечную заклепку и при этом не разорвало сам котел. Это же паровоз, а не второй контур атомной станции.
Все проще — жесткая связь внутри ломается, стенка топки хоть и выгибается, но заметить это без инструментальных методов невозможно. А вот струйка пара сигнализирует — связки рвутся, скоро все взлетит.

Но если попаданцу мало трудностей, то напомню — топка штука теплонагруженная и что хуже всего, теплонагруженная неравномерно. То есть металл топки расширяется от температуры неравномерно и каждый раз в других местах. В зависимости от кучи условий какие-то жесткие связи могут быть не нагруженные совсем, а каким-то придется держать давление за всех одновременно.

Что делать в таком случае? Делать не жесткую, а подвижную связь.
Тут уже задача посложнее. Тут один конец делают с шарообразным утолщением, на лист приваривают втулку с резьбой, которая закрывается резьбовым колпачком. Если посмотреть на реальную топку, то это выглядит как ряды болтов на пустом месте. Но эти болты не держат конструкцию внутри топки, а просто закрывают крепление подвижной связи. Даже не представляю — требуют ли они ухода или состоянием подвижной связи не интересуются.

Ну как, легко ли сделать паровоз? Легко? Тогда как вишенку на торте, могу добавить — в котле есть еще третий тип связей, «тяжами». Их используют в углах огневой коробки и прочих неудобных местах.
«Тяж одним концом прикрепляется к потолку кожуха топки, а другим, имеющим форму вилки, соединяется с угольником на лобовом листе».

Поэтому совет попаданцу: прежде чем мастерить паровоз или пароход, проверьте — не магический ли мир? Если магический, то пробуйте, а вдруг гномы что дошаманят. Если нет — не пытайтесь!

Источник: