Zawory bezpieczeństwa

Para w kotle powstaje również wówczas, gdy parowóz stoi (np. oczekując na odjazd ze stacji), lecz nie jest wówczas zużywana przez silnik parowy i zbiera się w kotle powodując wzrost ciśnienia. Jak wiadomo, kocioł parowozowy ma ograniczoną wytrzymałość na nadciśnienie pary w swoim wnętrzu. Przekroczenie dopuszczalnego ciśnienia może spowodować uszkodzenie kotła, a nawet jego eksplozję grożącą całkowitym zniszczeniem parowozu oraz śmiercią osób znajdujących się w pobliżu. Zadaniem zaworów bezpieczeństwa jest zapobieganie powstaniu niebezpiecznego ciśnienia pary przez wypuszczanie jej nadmiaru do atmosfery - niezależnie od tego jakie w danym momencie jest jej zużycie przez parowóz.

Zawory bezpieczeństwa mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa obsługi parowozu i ruchu kolejowego w ogóle, tak więc po regulacji są one zaplombowane. Wszelkie próby ich unieruchamiania lub samowolnej zmiany regulacji (np. celem uzyskania większego ciśnienia pary a tym samym podniesienia mocy parowozu) są zabronione i surowo karane.

Budowa zaworów bezpieczeństwa

Zasadniczo zawór bezpieczeństwa składa się z umieszczonego w otworze wypuszczającym parę grzybka, który jest dociskany za pomocą sprężyny. Siłę, z jaką grzybek jest dociskany do otworu można regulować, w zależności od tego, jakie ciśnienie może panować w kotle, na którym został umieszczony. Poniżej są opisane trzy najpowszechniej stosowane na parowozach typy zaworów bezpieczeństwa.

Zawór drążkowy

Zawór drążkowyW zaworze tego typu grzybek był dociskany do otworu za pomocą sprężyny spiralnej działającej na rozciąganie. Do sprężyny było umocowane długie ramię drążka, który o wiele krótszym ramieniem dociskał grzybek (vide rysunek). Dzięki długości drążka siła napięcia sprężyny mogła być o znacznie mniejsza niż siła nadciśnienia pary działająca na grzybek od dołu.

Napięcie sprężyny było regulowane przez dokręcanie nakrętki umieszczonej na drążku, która "wciągała" w siebie nagwintowany pręt połączony ze sprężyną. Po wyregulowaniu zaworu pomiędzy drążkiem a pochwą sprężyny umieszczano odpowiedniej długości rurkę kontrolującą, która uniemożliwiała mocniejsze przykęcenie nakrętki, a tym samym przeciążenie zaworu. Nakrętka była zabezbieczona przed samowolnym zdjęciem za pomocą plomby umieszczonej w górnej części nagwintowanego pręta, tuż nad nakrętką.

Wadą tej konstrukcji zaworu był fakt, że nawet przy nieznacznym uniesieniu grzybka bardzo wzrastał opór sprężyny (która stawia większy opór im bardziej jest rozciągana). Umożliwiało to nawet znaczne przekroczenie dopuszczalnego nadciśnienia pary, jako że zawór ten nie otwierał się wystarczająco szeroko, by wypuścić odpowiednią ilość pary, dlatego też zaniechano stosowania tego typu zaworów.

Zawór Ramsbottoma

Zawór RamsbottomaAby wyeliminować problemy wynikające z konstrukcji zaworu drążkowego, należało skonstruować zawór, w którym opór sprężyny rósłby znacznie wolniej umożliwiając szersze otwarcie zaworu. Można było osiągnąć ten efekt budując zawór, w którym skok sprężyny byłby równy skokowi grzybka. Założenia te spełnia właśnie zawór Ramsbottoma.

Zasadniczą cechą budowy tego zaworu są dwa poziome, krzyżujące się wahacze, połączone środkami za pomocą pionowego pręta. Jeden wahacz opiera się oboma końcami na dwóch podpórkach, z których każda umocowana jest na jednym grzybku. Drugi wahacz każdym końcem połączony jest z działającą na rozciąganie sprężyną. W ten sposób grzybki i sprężyny umieszczone są na końcach krzyża słożonego z wahaczy, dzięki czemu oba grzybki dociskane są z tą samą siłą i obie sprężyny mają równy skok.

Wahacz połączony z grzybkami jest przedłużony do wnętrza budki, co umożliwia ręczne upuszczenie pary lub sprawdzenie czułości zaworu poprzez uniesienie lub naciśnięcie wahacza.

Regulacja tego zaworu odbywa się przez dokręcanie nakrętki umieszczonej na pręcie łączącym środki wahaczy. Zabezpiecznie przed samowolnym przeciążeniem zaworu zrealizowane jest podobnie jak w przypadku zaworów drążkowych.

Zawór Ramsbottoma działa zdecydowanie sprawniej niż zawór drążkowy, jednakże problem wynikające z działania sprężyn na rozciąganie został w jego przypadku zredukowany a nie wyeliminowany. Zawór ten dobrze działa przy małym lub średnim skoku grzybków, jednak gdy potrzebne jest jego szersze otwarcie - sprężyny stawiają zbyt wielki opór umożliwiając przekroczenie dozwolonego ciśnienia.

Zawór Ramsbottoma można zobaczyć np. na parowozie Tr5-65 stacjonującym w Wolsztynie.

Zawór systemu Coale

Zawór CoaleKonstrukcja tego zaworu różni się od pozostałych w sposób radykalny. Tutaj bowiem sprężyna przytrzymująca grzybek działa na ściskanie, dzięki czemu wyaliminowany został problem oporu rosnącego wraz ze skokiem grzybka. Umożliwia do wypuszczenie całego, nawet znacznego nadmiaru pary. W tym zaworze para nie ulatuje bezpośrednio do atmosfery, ale jej energia jest wykorzystana dodatkowo do przezwyciężenia oporu sprężyny, dzięki zaopatrzeniu grzybka w kołnierz, na który działa ciśnienie ulatującej pary. Siła nacisku pary na grzybek po otwarciu zaworu jest jest większa niż przed otwarciem, ponieważ to samo ciśnienie działa wówczas na większą powierzchnię. Powoduje to mocniejsze ściśnięcie sprężyny i wyższe uniesienie grzybka - tak więc ułatwia ulatywanie nadmiaru pary. Para wydostając się przez zawór przepływa dodatkowo przez urządzenie tłumiące jej szum.

Zaleta zaworu Coale jest jednocześnie jego wadą: ponieważ sprężynę reguluje się tak, by równoważyła siłę nacisku ciśnienia "tabliczkowego" na powierzchnię grzybka umieszczoną w otworze czyli mniejszą od całkowitej jego powierzchni o powierzchnię kołnierza, tak więc grzybek wraca do położenia wyjściowego dopiero wówczas, gdy ciśnienie spadnie nieco poniżej "tabliczkowego". Strata ta nie jest jednak zbyt duża. Istnieje jednak niebezppieczeństwo uszkodzenia zaworu jeśli spadek ciśnienia pary nastąpi zbyt gwałtownie - może wówczas dojść do zbyt mocnego uderzenia grzybka o gniazdo.

Budowa zaworu typu Coale jest niezwykle prosta: sprężyna dociskająca grzybek do otworu jest umieszczona bezpośrednio na nim. Przez całą długość sprężyny przebiega pręt, na którym ponad sprężyną umieszczona jest nakrętka. Dokręcanie jej powoduje zwiększenie napięcia sprężyny. Nakrętka jest przykryta pokrywą, która zabezpieczona jest plombą. Zawór można z budki ręcznie lekko uchylić za pomocą specjalnej przekładni.