Moc i siła pociągowa parowozu

Moc i siłę pociągową parowozu mierzy się na obwodzie kół napędnych lub na haku parowozu lub tendra. W tym drugim przypadku oczywiście otrzymujemy moc lub siłę pociągową po odjęciu mocy potrzebnej na poruszenie samego parowozu. Omawiane wielkości nie są stałe, zależą od prędkości z jaką porusza się parowóz. Moc i siłę pociągową parowozu określają następujące czynniki:

O mocy parowozu decyduje ten czynnik, który zapewnia najmniejszą moc, jako że nadwyżka mocy oparta na pozostałych czynnikach albo nie może być wykorzystana, albo może być wykorzystywana przez krótki czas.

Kocioł powinien wytwarzać tyle pary ile potrzebuje silnik parowy. Teoretycznie ilość pary o właściwym ciśnieniu i temperaturze odpowiada ilości ciepła wydzielonego przy spalaniu węgla, w praktyce jednak jest o wiele mniejsza z powodu tzw. strat kotłowych.

Stosunek ilości ciepła przyjętego przez 1 kg wody przy wytworzeniu z niej pary o pewnym ciśnieniu i temperaturze do wartości opałowej spalanego przy tym paliwa nazywamy sprawnością kotła. Maleje ona wraz ze wzrostem natężenia rusztu, czyli ilością paliwa spalanego na 1 m2 rusztu w ciągu godziny. Odwrotnie sprawa ma się w przypadku wydajności kotła, czyli ilości pary wytwarzanej w ciągu godziny, która rośnie przy rosnącym natężeniu rusztu.

Wszystkie czynniki wpływające na wzrost mocy silnika zwiększają zużycie pary. Zwiekszając napełnienie cylindrów, zużywamy przy każdym skoku tłoka więcej pary. Im szybciej jedzie parowóz tym częściej następuje napełnianie, i jeśli nie zmniejszy się napełnienia cylindrów, zużycie pary będzie większe od wydajności kotła i nastąpi spadek ciśnienia w kotle, a co za tym idzie - spadek mocy parowozu. Tak więc największą moc parowóz osiąga przy największym napełnieniu i przy małej prędkości.

Jak łatwo się domyślić, duża siła pociągowa oznacza zdolność parowozu do prowadzenia składów o dużej masie i do pokonywania dużego oporu ruchu, np podczas jazdy pod górkę. Siła pociągowa nie może jednak przekroczyć siły przyczepnej kół napędnych do szyn, aby nie wywołać poślizgu kół napędnych. Przyczepność można zwiększać np przez zwiększenie ciężaru przyczepnego parowozu lub przez zwiększenie współczynnika tarcia między kołami a szynami. To ostatnie jest możliwe przy zastosowaniu piasecznicy.

Siłę pociągową na haku otrzymujemy przez odjęcie od siły pociągowej na obwodzie kół napędnych siły pokonującej opór ruchu parowozu z tendrem. Opór ten zależy od:

Sprawność ogólna parowozu, czyli stosunek wykonanej pracy użytecznej do zużytej energii, jest niska i wynosi około 6 - 10%. Mają na to wpływ różne czynniki, z których najbardziej znaczącym jest strata ciepła w silniku parowym, gdzie większość ciepła zabiera para odlotowa.

Jak obliczyć moc i siłę pociągową parowozu?

Moc:

Siła F0 z którą para działa na tłok jest równa iloczynowi powierzchni roboczej jego tarczy przez przeciętne ciśnienie wypadkowe (indykowane) pi wyrażone w kG/cm2. Jeżeli d jest średnicą tłoka, a d1 średnicą trzona tłokowego to:

Podczas jednego skoku tłoka siła ta wykonuje następującą pracę (jeśli s jest skokiem tłoka w cm):

Moc indykowana otrzymana w jednym cylindrze przy n obrotack kół na minutę wynosi zatem:

Oczywiście moc przy 2, 3 lub 4 cylindrach odpowiednio wzrasta.

Siła pociągowa:

Siłę pociągową na obwodzie kół napędnych parowozu można obliczyć porównując jej pracę podczas jednego obrotu kół napędnych z pracą pary w dwóch cylindrach parowozu za pomocą tego wzoru:

Stąd otrzymujemy następującą zależność:

gdzie D jest średnicą kół napędnych.

Z powyższego wzoru wynika że siła pociągowa na obwodzie kół napędnych rośnie wraz ze wzrostem następujących wielkości:

a maleje wraz ze wzrostem średnicy kół.