Принцип работы конусной дымовытяжной установки

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Конусное дымовытяжное устройство состоит из двух взаимосвязанных частей: конуса постоянного сечения и дымовой трубы, которая устанавливается над конусом на одной вертикальной оси с ним (фиг. 52).

Паровозный конус простейшего вида (фиг. 53) напоминает обычный тройник, в верхней части которого расположен насадок (сопло).

К двум нижним отверстиям конуса присоединяются паровыхлопные трубы паровых цилиндров.

2. Принцип работы конусной дымовытяжной установки

Действие дымовытяжных устройств основано на использовании энергии отработавшего в машине пара.

После расширения в паровой машине пар, совершивший полезную работу, обладает ещё значительным запасом энергии. Это объясняется, главным образом, неполным расширением пара в цилиндрах машины, имеющих ограниченный объём. Энергия отработавшего пара используется в конусно-вытяжном устройстве в виде кинетической энергии паровой струи.

После выхода из конуса в дымовую коробку струя пара, обладая большой скоростью, на своём пути смешивается с уходящими газами и увлекает их в дымовую трубу, а через неё — в атмосферу.

При удалении частиц газа из дымовой коробки давление в ней снижается, т. е. возникает разрежение. Чем больше параудаляется через конус и чем выше его скорость, тем большая масса газов увлекается паровой струёй и тем больше разрежение в дымовой коробке. Так как дымовая коробка соединена с топкой жаровыми и дымогарными трубами, то разрежение постепенно создаётся на всём пути (тракте) от дымовой до огневой коробки.

В результате давление воздуха перед входом в топку превысит давление газов сгорания внутри газовытяжного тракта паровозного котла от топки до дымовой коробки включительно. Поэтому через открытые клапаны зольника и щелевидные отверстия в колосниковой решётке в топку будет энергично засасываться необходимый для сгорания воздух.

Образующиеся при сгорании топлива всё новые и новые порции топочных газов благодаря создаваемой на ходу паровоза тяге выбрасываются в атмосферу.

Известно, что скорость истечения любого газа и, в том числе пара, зависит от разности давлений в области, откуда течёт газ, по сравнению с областью, в которую он втекает. С другой стороны, известно также, что чем меньше сечение отверстия, через которое удаляется определённое количество пара, тем выше должно быть давление перед ним и, следовательно, скорость истечения пара.

Насадок паровозного конуса именно и является таким отверстием, которое определяет величину скорости паровой струи.

В самом деле, уменьшая размеры выхлопного отверстия, мы как бы прикрываем «заслонку» на пути пара. Чем больше прикрыта «заслонка», тем больше увеличивается подпор перед ней, т. е. давление пара, и тем больше увеличивается скорость паровой струи. Вместе с тем это повышение давления перед конусом можно обеспечить лишь за счёт дополнительного усилия на поршень машины в процессе выталкивания пара. Таким образом, даже при незначительном уменьшении выхлопного сечения конуса, с одной стороны, увеличивается скорость пара и тяга газов в котле, но, с другой стороны, возникает дополнительный подпор (противодавление) на нерабочую сторону поршня, уменьшающий полезную мощность паровоза. Установлено, например, что на паровозе серии Эм при уменьшении диаметра конуса с 67 до 61 мм потеря силы тяги составляет 390 кг.

Увеличение диаметра выхлопного отверстия, хотя и снижает противодавление в машине, но уменьшает тягу газов.

Если пар из обоих цилиндров удаляется через общую головку конуса, т. е. при подходе к выходному отверстию оба потока пара объединяются в один общий поток (конус с общим выхлопом), то наблюдается ещё одно отрицательное явление, а именно — выхлоп пара из одной машины отрицательно влияет на экономичность другой машины. Это явление заключается в том, что пар. удаляемый из одной машины в начальный момент выхлопа,, имеет очень высокое давление и встречается в конусе с паром,, вытолкнутым из другой машины при обратном ходе поршня и име--

ющим значительно меньшее давление, в результате чего возникает противодавление на нерабочую сторону второй машины.

Если в конусе вместо одного общего канала для выпуска пара из ' обоих цилиндров устроить для каждого цилиндра свои собственные каналы, изолированные друг от друга, два для правого цилиндра и два для левого (фиг. 54), то отрицательное влияние выхлопа правого цилиндра на левый (и наоборот) уменьшится. Такой конус называется четырёхдырным конусом с раздельным выхлопом пара.

Опыт показывает, что при чрезвычайной простоте устройства конуса его работа сопровождается сложными явлениями. Не вдаваясь в детали этого вопроса, ограничимся лишь рассмотрением некоторых особенностей работы конусного устройства.

2. Принцип работы конусной дымовытяжной установки

Фиг. 54. Конус постоянного сечеиия с раздельным выхлопом пара

Любопытно отметить, что конусная дымовытяжная установка, ее имеющая ни одной движущейся или вращающейся детали, теоретически может развивать мощность, равную мощности паровоза старого типа, т. е. более 1 ООО л. с.

Однако энергия, которой располагает паровая струя перед выходом из конуса, в значительной степени теряется при смешении с газовым потоком вследствие трения и ударов частиц пара и газа.

Лишь незначительная часть энергии паровой струи (около 10%) преобразуется в полезную работу — создание тяги газов. Вот почему машинисты-новаторы в содружестве с научными работниками производят расчёты и опыты, отыскивая пути уменьшения этих потерь, ведут борьбу за экономию топлива.

Машинист-рационализатор К. Я. Золотарёв и кандидат технических наук А. С. Гордеев в поисках более эффективных средств борьбы с потерями пошли по пути усовершенствования дымовой трубы. Они сумели определить то наивыгоднейшее расстояние, на которое следует приблизить дымовую трубу к конусу, чтобы сохранить интенсивную тягу при, увеличенном диаметре конусногонасадка, а значит, и при меньшем противодавлении в паровой машине.

Практика показала, что предложение К. Я. Золотарёва и А. С. Гордеева обеспечивает дополнительную экономию топлива. В связи с этим улучшенная дымовытяжная система получает всё более широкое распространение на паровозах.

Изучая работу конусной установки, машинисты-новаторы и учёные пришли к выводу, что её экономичность в большей степени зависит от размеров и формы дымовой трубы, чем от формы конуса.

Правильное очертание нижней части трубы (раструба) и её расположение над конусом способствуют усилению тяги газов, так как в этом случае достигается хорошее вписывание в трубу поднимающейся кверху паро-газовой смеси (см. фиг. 52).

Итак, мы создали разрежение в дымовой коробке, обеспечив нужную нам тягу газов. Это значит, что паро-газовая смесь, попадающая в дымовую трубу, имеет давление меньшее, чем давление атмосферного воздуха.

Дальнейшая задача заключается в том, чтобы придать парогазовому потоку определённый напор, с помощью которого можно было бы преодолеть противодавление наружного воздуха. Это достигается тем, что дымовую трубу делают слегка расширяющейся кверху и возможно большей высоты.

При расширении паро-газового потока в трубе происходит уменьшение его скорости и возрастание давления до атмосферного.

Ещё об одном замечательном свойстве конусно-вытяжной установки— автоматичности регулирования тяги газов, а следовательно, и подвода воздуха в топку в зависимости от условий работы паровоза — мы узнаем позже (см. главу VIII), когда познакомимся с особенностями работы паровой машины.

Конус переменного сечения

Основной недостаток конуса постоянного сечения обусловливается непостоянством режима работы паровоза и его котла, особенно в связи с изменением веса состава и качества углей, загружаемых в топку.

Чтобы работа конусной дымовытяжной установки отвечала часто меняющемуся режиму работы паровоза и его котла, нужно конус постоянного сечения заменить конусом переменного сечения, позволяющим машинисту на ходу поезда регулировать площадь паровыхлопного сечения.

Было предложено большое количество конусов переменного сечения, однако ни одна из конструкций не получила практического применения (быстрый износ, дополнительное сопротивление).

В большинстве предложенных конструкций изменение выхлопного сечения конуса достигается рассечением струи пара так называемыми рассекателями, которые размещаются в паровыхлоп-ных каналах конуса.

Рассекатели управляются из будки машиниста при помощи пневматического или механического привода.

В простейшем виде рассекатель напоминает грушу.

Устройство и схема работы конуса переменного сечения с рассекателем грушеобразной формы становятся понятными при рассмотрении фиг. 55.

2. Принцип работы конусной дымовытяжной установки

Фиг. 55. Конус переменного сечения

В настоящее время ряд паровозов оборудован опытными конструкциями конусов переменного сечения с пневматическим приводом.

⇐ | 1. Как создаётся тяга газов | | Как устроен и работает паровоз | | 3. Сифон | ⇒