Арматура котла

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Тепловые процессы, связанные с образованием пара, протекают внутри котла. Между тем паровозная бригада должна наблюдать за уровнем воды в котле и знать давление пара в нём. Для этого в будке машиниста на лобовом листе кожуха топки (фиг. 66) устанавливаются контрольно-измерительные приборы, которые и относятся к арматуре котла.

Одни из приборов — водоуказательные стёкла или водопробные краники — служат для контроля уровня воды в котле; другие — манометры — для контроля давления пара.

К арматуре котла относятся также предохранительные клапаны, водоуспокоительная колонка, пирометр, вентили, краны и др.

Водоукаватеяьиые (водомерные) стёкла

При спокойном состоянии воды её уровень в котле паровоза, как и в любом сосуде, всегда остаётся горизонтальным (фиг. 67,а). Но с увеличением угла наклона сосуда слой воды становится больше на одной стороне сосуда и меньше на другой. А если в сосуде мало воды и его сильно наклонить, то дно сосуда частично обнажится.

Паровозу приходится двигаться по разнообразному профилю пути.

Когда паровоз идёт по спуску, а также при резком торможении, вода в котле перемещается вперёд и слой воды в передней части котла увеличивается (фиг. 67,6). Наоборот, в задней части котла, как раз там, где расположен потолок огневой коробки, слой воды при этом уменьшается и может случиться так, что какой-то участок потолка обнажится. В этом случае он быстро перегреется, т. е. его температура станет значительно выше, чем та, которую имел потолочный лист при нормальном уровне воды.

В результате перегрева металла может произойти расстройство соединений потолочного листа с анкерными болтами, разрыв этого листа и взрыв котла.

Поэтому потолки огневых коробок всех паровозов располагают не горизонтально, а с некоторым уклоном (фиг. 67,в).

На паровозе серии Л, например, передняя часть потолка расположена выше задней на 75 мм. По своей относительной величине уклон потолка обычно несколько превосходит самые крутые спуски железных дорог.

4. Арматура котла

Уклон увеличивает слой воды над задней частью огневой коробки по сравнению с передней.

Если паровоз с площадки перейдёт на спуск, то хотя вода в котле и устремится вперёд, но потолок топки не обнажится, так как на спуске он сам будет приближаться к горизонтальному положению. Благодаря этому слой воды над потолком огневой коробки будет ровным.

В котле необходимо всегда поддерживать определённый запас воды. Иначе не только на спуске, но даже и на площадке возникнет опасность обнажения потолка огневой коробки.

4. Арматура котла

Фиг. 67. Толщина слоя воды над задней частью огневой' коробки (пунктиром обозначен уровень воды в котле, стрелками — толщина слоя воды над задней частью котла)

Передняя часть потолка огневой коробки является самой высокой частью котла, обогреваемой непосредственно пламенем. Это самая высокая точка потолка, обозначенная табличкой «Нёбо топки» (фиг. 68 и 69). Уровень воды в котле измеряют именно от этой наивысшей точки.

Пока над огневой коробкой находится достаточное количество воды, она отнимает от металла потолка избыточное тепло и предохраняет его от перегрева.

После снижения уровня воды ниже предельного допускаемого происходит выплавление контрольных пробок (см. ниже), и если не будет произведено немедленного прекращения горения в топке, то при интенсивной работе топки достаточно нескольких минут, чтобы обнажённый от воды потолочный лист перегрелся до температуры 500—550°.

При такой температуре прочность металла снижается более чем в четыре раза.

Потолочный лист под давлением пара выпучивается, значительно вытягиваясь и нарушая тем самым соединение его с потолочными связями; в результате может произойти разрыв листа.

4. Арматура котла

Фиг. 68. «Нёбо топки» и потолок огневой коробки

Быстрое, почти мгновенное при разрыве листа снижение давления пара в котле вызывает бурное вскипание всей массы воды в котле, так как котловая вода имеет обычно температуру около 200°, а в условиях ^атмосферного давления кипение происходит при 100°.

4. Арматура котла

Фиг. 69. Схема установки цилиндрического водоуказательного стекла

Мгновенно образовавшийся поток громадного количества пара вызывает взрыв котла с разрушением всех его частей. Вот почему необходимо, чтобы толщина слоя воды над «Нёбом топки» была не менее 100 мм. Это — минимально допустимый уровень воды в,котле, при котором потолок огневой коробки будет ещё застрахован от обнажения и перегрева.

Интересно отметить, что при уровне воды 100 мм над потолком топки в котле паровозов серий ФД и ИС имеется около 13,5 т воды.

Наблюдая положение уровня воды в стекле по отношению к указателю низшего уровня, паровозная бригада регулирует ^питание котла водой.

Чем же и как измеряется уровень воды в котле?

Одним из приборов, с помощью которого паровозная бригада наблюдает за изменением уровня воды в котле, является водо-указательное (водомерное) стекло.

Принцип действия водоуказателы-юго стекла основан' на законе сообщающихся сосудов, уровень воды в которых (при одинаковом давлении в обоих сосудах) остаётся всегда одинаковым независимо от формы и размеров каждого из сосудов. Этим законом физики и воспользовались конструкторы паровых котлов. Посредством штуцеров и уплотнительных сальников водоуказательное стекло верхним концом сообщается с паровым пространством котла, а нижним— с водяным (см. фиг. 69). Поэтому уровень воды в котле и водоуказа-тельном стекле будет одинаковым.

Нижний штуцер размещён на одном уровне с «Нёбом топки», т. е. с самой верхней точкой потолка огневой коробки.

На лобовом листе котла каждого паровоза, вблизи водоуказа-тельного стекла, прикрепляется пластина с указателем и надписью «Низший уровень воды в котле».

Паровозная бригада ни в коем случае и ни при каких условиях не должна допускать снижения уровня воды в котле ниже отметки «Низший уровень воды».

В настоящее время новаторы транспорта и инженеры-конструкторы работают над созданием приборов, которые могли бы в случае понижения уровня воды в котле ниже допускаемого автоматически сигнализировать машинисту об опасности обнажения потолка огневой коробки.

Водоуказательное стекло действует исправно, если каналы, соединяющие его с котлом, не засорены. Если каналы засорились, стекло даёт неверные показания. Чтобы показания водомерного стекла были правильными, его необходимо периодически продувать, для чего оба штуцера снабжаются вентилями и специальным продувательным краном.

При открытии продувательного крана и одного из вентилей сильная струя пара устремляется в атмосферу, выталкивая накипь и грязь, скопившиеся в канале, который соединяет водоуказательное стекло с котлом. Если стеклянная трубка разобьётся, то, перекрывая вентили, её можно разобщить с котлом и заменить новой. Чтобы осколки стекла не причинили вреда паровозной бригаде, на водоуказательное стекло надевают ещё одно толстое предохранительное стекло, внутрь которого заделана металлическая сетка.

На котле современного паровоза нет ни цилиндрического стекла, ни предохранительного футляра. Однако уровень воды в котле отчётливо виден и наблюдать за ним безопасно. Достигается это с по мощью специального плоского стекла (фиг. 70),' отлитого в форме толстого бруска. Это стекло вставляется на прокладках в металлический корпус (обойму) и плотно прижимается к нему. С паровым и водяным пространством котла плоское стекло (вернее, обойма.

4. Арматура котла

Фиг. 70. Схема установки"" плоского водоуказательного стекла на водоуспокоительной колонкеего) сообщается так же, как и цилиндрическое, посредством штуцеров и вентилей.

Часть плоского стекла, заполненная водой, кажется тёмной,,, а часть стекла, заполненная паром, остаётся светлой.

Почему же вода кажется окрашенной?

Потому что задняя стенка стекла снабжена вертикальными призматическими рёбрами. Благодаря ребристой поверхности лучи света, падающие на стекло, преломляются, отчего вода и кажется тёмной. .Это позволяет отчётливо видеть уровень воды в стекле, а значит, и в котле.

На современных мощных паровозах устанавливается два водо-указательиых стекла: одно непосредственно на котле (левое), второе (см. фиг. 70) на водоуспококтельиой колонке (правое).

Водоуспокоительная колодка

Огневая коробка, как нам уже известно, снабжена несколькими циркуляционными трубами, которые при интенсивной работе паровоза создают возле лобового листа (т. е. как раз там, где размещено водоуказательное стекло) бурный выброс воды вверх (см. фиг. 68). Из-за этого видимый уровень воды искусственно повышается, хотя на самом деле её в котле не прибавилось.

Если малоопытный машинист примет кажущийся уровень воды за действительный, над огневой коробкой может не оказаться минимального слоя воды.

Чтобы знать действительный уровень воды в котле, водоуказательное стекло применяется в комбинации с так называемой водо-успокоительной колонкой (см. фиг. 70), устанавливаемой с правой •стороны лобового листа. Водоуспокоительная колонка как бы успокаивает, приводит в равновесие колебания уровня воды в котле.

Колонка имеет форму цилиндра, поставленного вертикально и сообщающегося вверху с паровым пространством котла, а внизу — с водяным. Диаметр колонки намного больше диаметра нижнего штуцера, подводящего воду, поэтому колебания воды в котле поглощаются столбом воды в колонке. Кроме того, нижний штуцер колонки введён в котёл ниже выхода передних концов циркуляционных труб. А так как водоуказательное стекло установлено как раз на колонке, то показания его всегда, даже при наличии циркуляционных труб, соответствуют действительному уровню воды в котле.

Водопробиые краники

Каналы штуцеров для присоединения водоуказательного стекла к котлу могут засоряться (если их не прочищать во время ремонта) накипью или мелкими твёрдыми частицами, содержащимися в воде и паре.

Чтобы неисправности водоуказательных стёкол даже изредка не могли причинять неприятностей, соблюдается ещё одна предосторожность: котёл снабжают водопробными краниками (вентилями).

Если имеется водоуспокоительная колонка, то краники размещают на ней (см. фиг. 70), если колонки нет— непосредственно на лобовом листе кожуха топки. В том и другом случае устраиваются три краника, которые размещаются друг от друга на равном рас стоянии (70—75 мм по вертикали). При этом нижний краник устанавливается точно против отметки «Низший уровень воды в котле». Открывая время от времени тот или иной краник и сравнивая его показания с показаниями водомерного стекла, можно проверить исправность последнего.

Таким образом, котёл каждого паровоза должен иметь не менее двух приборов для указания уровня воды в котле, причём один из. них в виде водопробных краников, а другой — в виде водоуказа-тельных стёкол.

Водоуказательные стёкла и водопробные краники являются, независимыми друг от друга приборами. Каждый из них контролирует показания другого.

Контрольные пробки

В потолке огневой коробки всех паровозов (см. фиг. 68) делаются два, иногда три сквозных отверстия, в каждое из которых ввёртывается так называемая контрольная пробка (фиг. 71), имеющая внутри сравнительно небольшой сквозной канал. Верхняя половина канала заливается свинцовисто-оловянистым сплавом,

который обладает низкой температурой плавления (около 270—280°).»

4. Арматура котла

Пробки обычно располагаются на продольной оси потолка огневой коробки.

Обнажение потолка огневой коробки или резкое уменьшение толщины слоя воды над потолком сопровождается очень быстрым перегревом металла потолка. При этом сплав свинца с оловом расплавляется и вытекает из канала, в результате чего пар с водой через освобождённый канал пробки с шумом устремляется в огневую коробку, обращая внимание паровозной бригады на недопустимое снижение уровня воды над огневой коробкой.

4. Арматура котла

В последнее время широко внедряются пробки со специальными вставками (фиг. 72). Вставка устанавливается в верхнюю часть сквозного канала. Её диаметр меньше диаметра канала пробки; удерживается вставка легкоплавким сплавом, который заливается в канал.

По сравнению с обычной контрольной пробкой у пробки, снабжённой вставкой, становится возможным увеличить сечение внутреннего канала. Поэтому при выплавлении такой контрольной пробки в огневую коробку устремляется большее количество паро-водяной смеси, а значит, гашение огня в топке должно быть эффективнее. Вставки в пробках применяются также с целью экономии цветных металлов.

Даже незначительное подплавление любой из контрольных пробок расценивается как недопустимое отношение паровозной бригады к своим обязанностям, и каждый такой случай расследуется.

В случае выплавления пробки паровозная бригада обязана принять экстренные меры к гашению огня в топке, для чего горящий уголь проваливается в зольник (через опрокидывающую плиту-колосник), или колосниковая решётка забрасывается^слоем сырого угля, закрывается сифон и клапаны зольника.

Паровой манометр

При проектировании паровозов конструкторы рассчитывают детали котла так, чтобы они были прочны и могли служить длительный срок, не разрушаясь при определённом давлении пара в котле.

Повышение давления сверх расчётного может привести к расстройству соединений котла и даже к взрыву. Вот почему для безопасной работы паровоза надо всегда знать величину давления пара в котле. Прибор, который указывает это давление, называется манометром (фиг. 73 и 74). Правильность и чувствительность показаний этого важнейшего прибора во многом предопределяет действия паровозной бригады по управлению паровозом.

Механизм манометра заключён в металлический корпус, закрытый циферблатом.

Каждое, даже самое незначительное изменение давления пара в котле, немедленно передаётся указательной стрелке на циферблате манометра, установленного на лобовом листе кожуха топки (см. фиг. 66).

Основной частью манометра является упругая, овального сечения полая трубка, изогнутая в виде буквы С (см. фиг. 73). Один конец трубки запаян, другой сообщается с паровым пространством котла, в котором требуется измерить давление.

Такая трубка, наполненная паром (или конденсатом), представляет собой нечто вроде пружины: при повышении давления в котле она стремится выпрямиться, а при понижении— вернуться в первоначальное положение. Эта деформация трубки-пружины передаётся указательной стрелке, соединённой при помощи несложной си стемы рычагов, зубчатого сектора и шестерёнки с запаянным концом трубки. Отклоняясь, стрелка показывает на шкале манометра величину давления. Промежуток между большими чёрточками шкалы равен одной атмосфере. Цифры против делений позволяют прочесть показания манометра.

На современных паровозах для удобства наблюдения паровой манометр делается двусторонним, т. е. снабжается двумя циферблатами, один из которых обращен в сторону машиниста, а другой — в сторону его помощника (см. фиг. 74).

4. Арматура котла

4 На шкале манометра наносится красная черта, указывающая предельно допускаемое давление пара в котле.

Переступив красную черту — границу наивысшего допускаемого давления, стрелка манометра будет показывать, что работа котла небезопасна.

Манометр должен быть запломбирован и иметь отметку о времени проверки.

Машинист никогда не должен допускать превышения установленного давления. Но если почему-либо он не заметит, как давление превысит допустимое, автоматически начинают действовать предохранительные клапаны, выпускающие избыток пара из котла.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны служат для предохранения котла от взрыва, когда давление пара в нём превысит нормальное.

Какова бы ни была причина чрезмерного увеличения давления (это возможно, например, когда паровая машина потребляет пара меньше, чем вырабатывает котёл), предохранительные клапаны автоматически открываются, выпуская из котла часть пара, и тем самымснижают давление.

На чём же основана работа предохранительного клапана? Наглядное пояснение этому даёт упрощённая схема действия клапана, изображённая на фиг. 75, а.

4. Арматура котла

Пар из котлафиг. 75. Схема и устройство предохранительного клапана

Спиральная пружина, надетая на стержень, верхним концом упирается в шайбу, а нижним через другую шайбу — в тарелку клапана.

Таким образом, сверху на клапан действует усилие пружины, рассчитанное на рабочее котловое давление, а снизу — давление пара в котле.

Пока давление пара меньше усилия, создаваемого пружиной (или равно ему), клапан закрыт. Но как только давление в котле возрастёт сверх предельно установленного, клапан моментально поднимается и пар с шумом вырывается через отверстия наружу, в атмосферу. Когда избыток пара выйдет из котла и давление в нём снизится, клапан снова закроется.

Предохранительные автоматические клапаны устанавливают на верхней части кожуха топки, сухопарника или барабанов цилиндрической части котла. Котёл паровоза должен иметь не менеедвух предохранительных клапанов; обычно их бывает три. Каждый из предохранительных клапанов отрегулирован на определённое давление. Регулировка производится затягиванием или ослаблением пружины.

Если давление пара в котле увеличится на 0,2 ат сверх нормального, автоматически открывается и начинает выпускать излишний пар из котла только один из предохранительных клапанов. Этим обеспечивается наименьшая потеря пара. Если же стрелка манометра перейдёт за красную черту ещё на 0,2 ат, в действие приходят второй и третий клапаны.

Наличие нескольких клапанов, отрегулированных на разное давление, позволяет быстро снизить давление пара в котле до нормального при наименьшем расходе пара, выпускаемого в атмосферу.

Сработав, клапан прекращает выпуск пара только после того, как давление в котле упадёт несколько ниже нормального.

Выход пара через предохранительные клапаны сопровождается резким шумом, который привлекает внимание паровозной бригады. Услышав предупреждающий сигнал, паровозная бригада немедленно должна принять меры к снижению давления в котле.

Чтобы снизить давление, надо остановить углеподатчик, т. е. прекратить подачу угля в топку, и включить инжектор, т. е. качать сравнительно холодную воду в котёл. При этом температура воды в котле понизится и парообразование уменьшится. Кроме того, часть пара будет расходоваться на работу инжектора.

Итак, предохранительные клапаны срабатывают при заранее заданном давлении. Изменить нагрузку на клапаны паровозная бригада не может: они запломбированы и снабжены приспособлениями, не допускающими изменения нагрузки.

Пирометр

Обычно температуру перегретого пара в коллекторе пароперегревателя или золотниковой коробке парового цилиндра определяют прибором, называемым пирометром.

Известно, что если две различные по составу проволоки спаять (сварить) и в месте спая нагреть, то в проволоках возникнет электродвижущая сила. Чем выше температура нагрева, тем больше будет электродвижущая сила.

По величине электродвижущей силы можно судить о температуре той среды, в которую помещены концы двух проволок (концы термопары).

На этом принципе и построен пирометр. Он состоит из термопары (фиг. 76), к верхним концам которой присоединены так называемые компенсационные провода, в свою очередь соединённые с тряскоустойчивым магнитоэлектрическим прибором — милливольтметром.

\ Шкала милливольтметра, устанавливаемого в будке машиниста, разделена на градусы (от 0 до 450 — 500°С).

7 в. А. Дробикский

Положение1 стрелки милливольтметра показывает температуру, измеряемую термопарой, в коллекторе или золотниковой коообке.

4. Арматура котла

•Фиг. 76. Схема включения пирометра (слева показан циферблат гальванометра со шкалой, разделённой на градусы)

Свисток

Каждый, конечно, слышал свисток паровоза то отрывистый, то протяжный, но всегда громкий, пронзительный; его слышнона расстоянии 7 — 10 км.

Свистком машинист или его помощник оповещает людей о приближении или отправлении поезда, даёт условные сигналы персоналу, обслуживающему поезд; этот маленький прибор несёт большую службу.

По Правилам технической эксплуатации железных дорог СССР паровоз запрещается выпускать под поезд с испорченным свистком.

Современный свисток (фиг. 77) состоит из трёх частей: корпуса, колпака (который сверху навинчивается на корпус) и клапана. Действие свистка основано на создании колебательных движений в колпаке.

Корпус свистка сообщается с паровым пространством котла. Внутри корпуса помещён клапан, который прижимается к своему седлу давлением пара из котла. Свисток приводится в действие воздушным или ручным приводом из будки машиниста.

Колпак (резонатор) — это пустотелая часть свистка. В простейшем виде он напоминает опрокинутый вверх дном стакан. Свистки с одним колпаком применялись на старых паровозах. Когда

4. Арматура котла

машинист нажимал на рукоятку, пар из котла ударялся о кромку колпака (резонатора), заставляя при этом его колебаться. Колебания резонатора сопровождались появлением звуковой волны. Свистки с одним резонатором дают гудок высокого тона (пронзительный).

На современных паровозах колпак состоит из пяти звуковых резонаторов, закрытых сверху. Резонаторы имеют различную высоту (см. фиг. 77). Благодаря этому они создают различное число колебаний в секунду, что придаёт звуку каждого резонатора своеобразный тембр (тон). Размеры резонаторов подбираются так, чтобы общий звук получался возможно более приятным (гармоничным).

4. Арматура котла

Смягчение звука гудков паровоза, проходящего вблизи жилых и общественных зданий, имеет важное значение. Поэтому, наряду с паровыми свистками, дополнительно ставятся воздушные свистки (тифоны).

В отличие от парового воздушный свисток даёт возможность получить более мягкий и одновременно достаточно сильный звук.

Этот свисток устроен просто (фиг. 78). В узкой части трубы (рупора) расположена мембрана, посередине которой укреплён клапан. Клапан и мембрана закрывают собой конец трубы.

Под действием сжатого воздуха, впуск которого производит машинист, мембрана прогибается; воздух, обладающий давлением 6—8 ат, врывается в зазор между клапаном и трубой воздушного свистка. Возникающий при этом звук (воздушные волны) отличается значительной мягкостью тона и хорошей слышимостью.

Глава V. КАК ПОСТУПАЕТ ПАР ИЗ КОТЛА В ПАРОВУЮ МАШИНУ

⇐ | 3. Углеподатчик | | Как устроен и работает паровоз | | 1. Регулятор | ⇒