Средства, улучшающие качество пара

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Котлы паровозов питаются водой из рек, озёр, артезианских •скважин и искусственных водохранилищ. Воды этих источников содержат разнообразные примеси (частицы глины, песка, газы и растворённые соли). В среднем одна тонна природной воды содержит 300—500 г примесей.

Состав и количество этих примесей неодинаковы для источников водоснабжения различных районов. Так, например, воды Донбасса особенно богаты солями, а воды многих источников водоснабжения Северного Кавказа отличаются присутствием в них большого количества щелочей. Органические вещества преобладают в водоёмах, питающихся болотными торфяными водами.

Если питательная вода не подвергается специальной обработке, то, попадая в котёл паровоза, она приносите собой много различных примесей в растворённом виде или в виде взвешенных частиц. При испарении воды в котле количество примесей возрастает в несколько -раз.

Если котловая вода загрязнена незначительно, то пузырьки пара, образующиеся при кипении, достигая её поверхности, мгновенно лопаются. Если же котловая вода сильно загрязнена, то парообразование ухудшается, так как процесс разрушения пузырьков пара при выходе их в паровой объём замедляется. Это происходит потому, что примеси, содержащиеся в воде, делают плёнку пузырьков более прочной.

«Срок жизни» пузырьков пара в этом случае удлиняется. Это приводит к тому, что поступающие на поверхность воды новые пузырьки наслаиваются на пузырьки, не успевшие разорваться. Многослойная масса пузырьков представляет собой пену, которая накапливается под свободной поверхностью воды и поднимает эту поверхность. При этом объём парового пространства уменьшается и пар, захватывая с собой пену, загрязняется солями, механическими примесями, делается более влажным.

Для вод с высоким содержанием солей, наряду со вспениванием, »в котле наблюдаются и случаи бросания, заключающиеся в мгновенных выбросах значительного количества воды вместе с паромв пароперегреватель и даже в паровую машину. Это явление большей частью имеет место при резком открытии регулятора.

На фиг. 48 изображён «бросок» воды в котле при резком открыта» регулятора. При «броске» воды влажность пара может увеличиться: во много раз.

Выше указывалось, что унос влаги из котла снижает температуру перегрева пара. Падение температуры перегретого пара на 10е вызывает пережог топлива паровозом примерно на 1%, что снижает его экономичность и приводит к перерасходу до 1,5% воды.

Но это не всё. При испарении влаги в пароперегревателе примеси,, содержащиеся в ней, осаждаются на стенках трубок элементов. От*

9. Средства, улучшающие качество пара

Фиг. 48. «Бросок» воды в котле при резком открытии регулятораэтого сечение трубок уменьшается; передача тепла от стенок трубок к пару ухудшается, а стенки трубок перегреваются и прогорают. Ещё недавно только из-за накипи, образующейся в трубках элементов, потери топлива на сети дорог достигали 600 тыс. твгод. Из этого видно, как сильно влияет унос влаги из котла на расхож топлива.

Часть примесей в виде мелких частиц уносится паровым потоком в цилиндры паровой машины, что приводит к усиленному износу трущихся частей и образованию твёрдого нагара.

Во время работы котла примеси осаждаются на стенках топки,, жаровых и дымогарных труб в виде накипи или шлама. Теплопроводность стенок, покрытых накипью, уменьшается. От этого парообразование ухудшается.

Таким образом, нормальная эксплуатация паровоза при плохом качестве пара сильно осложняется, а в отдельных случаях может произойти поломка деталей движущего и парораспределительного механизмов.

Вопросы борьбы за качество пара, которое зависит от его влажности и содержания солей, уносимых из котловой воды в процессе парообразования, приобрели особое значение при вожденийтяжеловесных поездов на высоких скоростях, когда съём пара ■с каждого квадратного метра поверхности нагрева значительно возрастает.

До последнего времени самым распространённым способом борьбы с влажностью пара был способ механического отделения влаги от парового потока на его пути к пароперегревателю.

Для этого применялся простой прибор, известный под названием паросушителя. Устройство его основано на использовании лабиринта перегородок, через которые пропускался пар ■(фиг. 49). При резких поворотах (на 180°) капельки воды, обладающие значительно большим весом по сравнению с частицами пара, отбрасываются силами инерции на стенки прибора и возвращаются в котёл. Такие паросушители называются инерционными.

9. Средства, улучшающие качество пара

Фиг. 49. Схема работы механического паросушителя

Аналогично работают и так называемые центробежные паросушители. Разница лишь в том, что в центробежных приборах пар проходит не сквозь лабиринт перегородок, а между изогнутыми лопатками особого диска (сепаратора).

Механический способ очистки пара от влаги по идее является наиболее простым и поэтому весьма заманчив. Однако среди предложенных многочисленных механических паросушителей в настоящее время нет ни одной надёжной конструкции. Техническая мысль много лет работала над идеей замены механического паросушителя.

На фиг. 50 показана схема газового паросушителя конструкции инженеров Н. С. Череватого, Л. М. Майзеля, Н. А. Турика. Они предложили поместить в дымовой коробке специальный барабан •с большим количеством вертикальных трубок.

Топочные газы проходят внутри этих трубок сверху вниз (чёрные стрелки), а насыщенный пар из котла омывает трубки снаружи (белые стрелки). Благодаря этому уходящие газы охлаждаются, а пар подсушивается и подогревается. По выходе из камеры газы направляются в дымовую трубу, "а подсушенный и слегка подогретый пар — в камеру насыщенного пара коллектора и далее, как обычно, через элементы к цилиндрам машины. От этого работа пароперегревателя и всего паровоза становится эффективнее.

Такие газовые паросушители установлены пока на опытных па ровозах. Основной их недостаток — громоздкость и большой вес {более 2 т).

Эффективным средством борьбы с пенообразованием является химический пеногаситель. В отличие от паросушителей он не только снижает капельный унос воды, но и предотвращает её бросание.

9. Средства, улучшающие качество пара

Фиг. 50. Газовый паросушитель

Пеногасителем называют специальное химическое вещество, обладающее свойством распределяться по всей толще котловой воды и разрушать пузырьки.

Выше указывалось, что под влиянием загрязнения котловой воды примесями процесс лопания пузырьков, достигших поверхности воды, сильно замедляется. Это происходит потому, что прочность плёнки пузырьков пара при наличии примесей возрастает.

Чтобы уменьшить пенообразование, надо прежде всего снизить прочность плёнки пузырьков, образующих пену.

Химический пеногаситель, проникая в плёнку пузырьков, ослабляет их прочность, чем способствует более быстрому разрушению пузырьков и более свободному выходу пара в паровое пространство.

Разрушая мелкие пузырьки, сокращая как бы «срок жизни» их, пеногаситель не даёт им возможности скопиться и образовать пену,

благодаря этому общий уровень кипящей в котле воды остаётся нормальным.

Таким образом, введение в котёл нескольких граммов высокоэффективного пеногасителя (в среднем 0,2—0,3 г на 1 т испаряемой воды в зависимости от её качества) предотвращает вспенивание и унос котловой воды с паром, а значит, улучшает парообразование в течение нескольких часов работы паровоза.

Пеногаситель периодически вводится в котёл паровоза перед отправлением поезда, а в некоторых случаях и перед вступлением его на затяжной подъём.

Химический пеногаситель — новее средство борьбы за качество пара—применяется почти на всех железных дорогах нашей страны.

Фиг. 51. Сажесдуватель

9. Средства, улучшающие качество пара

Сажесдуватель. Во время работы паровозного котла, особенно при высокой форсировке, в дымогарные и жаровые трубы заносятся мелкие несгоревшие частицы твёрдого топлива. Оседая на стенках труб, они понижают их теплопроводность и, как следствие, ухудшают парообразование и перегрев пара. Поэтому содержание труб в чистоте имеет очень важнее значение для экономичной работы паровоза.

Положительные результаты даёт применение сажесдувателей, которые устанавливаются по бокам кожуха топки.

Действие сажесдувателя основано на использовании энергии котлового пара, струя которого вытекает из сопла в направлении трубчатой решётки и выдувает частицы угля и сажи, попавшие в трубы. Из схемы, приведённой на фиг. 51, видно, что при продувке труб сопло сажесдувателя выдвигается в пространство топки, а после продувки убирается в простенок между огневой коробкой и его кожухом..

Это позволяет продлить срок службы сопла, так как в период между продувками труб оно не подвергается действию высоких температур топочных газов и поэтому не обгорает. Сажесдуватель с выдвигающимся соплом состоит из цилиндра с поршнем, шток которого соединён с соплом. Когда машинист откроет доступ пару в правую полость цилиндра, поршень передвинется и выдвинет сопло, пар к которому будет поступать через канал в штоке.

*

Подводя итог всему сказанному, мы можем сделать заключение, что внутри котла паровоза происходят сложные превращения энергии, которые можно разделить на две группы:

1) сжигание топлива — превращение химической энергии топлива в тепловую энергию газов;

2) образование пара повышенного давления (сначала насыщенного, потом перегретого) — превращение тепловой энергии газов в потенциальную энергию пара.

Потенциальную энергию пара можно сравнить, например, с энергией мощного молота, хотя на первый взгляд кажется, что здесь нет ничего общего.

Поднимем бабу (биток) молота на некоторую высоту и будем удерживать её так посторонней силой. На поднятие бабы нам пришлось затратить работу, которую нетрудно подсчитать, если вес бабы умножить на высоту подъёма.

Пока баба находится на весу, она обладает запасом потенциальной энергии, накопленной по мере того, как бабу поднимали. Если теперь отпустить бабу, то, падая с высоты, она произведёт работу: деформирует металл на наковальне.

К моменту удара о наковальню вся потенциальная энергия (энергия покоя) перейдёт в кинетическую (энергию движения). Подобно падающей бабе пар, если дать ему выход, способен произвести работу.

Итак, котёл паровоза совместно с пароперегревателем обеспечивает в потребном количестве получение перегретого пара определённого давления и температуры.

В этом состоит главное назначение котла паровоза, как, впрочем, и любого другого парового котла.

Глава III. ОБРАЗОВАНИЕ ТЯГИ ГАЗОВ

⇐ | 8. Устройство пароперегревателя | | Как устроен и работает паровоз | | 1. Как создаётся тяга газов | ⇒