Формы топок и кожухов

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Плоскостенная топочная коробка, стенки которой работают в очень тяжелых температурных условиях, является наиболее ответственной частью всякого паровозного котла.

Потолок топки в свою очередь является наиболее ответственной частью топки, так как, во-первых, потолочный лист подвергается непосредственному удару оги бающих свод горячих газов, и, во-вторых, накипь на потолке, образующаяся в больших количествах, в основной своей массе так и остается лежать на нем, обусловливая значительный нагрев потолка,-больший, чем боковых топочных стенок.

Необходимость получения более надежной конструкции потолка, в особенности для мощных паровозов, побудила применить у топок последних выпуклые потолки, очерченные радиусом порядка 3 ООО-3 500 мм. Такой «радиальный» потолок значительно прочнее и надежнее плоского. Расчет на прочность радиального потолка ведется как плоской стенки. В работе радиальный потолок очень надежен, так как его можно рассматривать как свод.

Радиальные потолки топок мощных паровозов вполне себя зарекомендовали с положительной стороны. Все вновь строящиеся товарные и пассажирские паровозы, в том числе и паровозы нормальной мощности, теперь выпускаются паровозостроительными заводами также с радиальными потолками топок.

Радиальный потолок, подобно плоскому, укрепляется анкерными болтами, при чем разбивка болтов делается однотипной в обоих случаях (плоский и радиальный потолки).

Боковые стенки топки обычно делаются плоскими-вертикальными или наклонными,-в зависимости от ширины колосниковой решетки и условий разбивки жаровых и дымогарных труб. У старых паровозов топка помещалась между рамами, и в этом случае наибольшая возможная ширина колосниковой решетки:

A = M - 2N, (1)

где М-расстояние между рамами (в свету), а N-толщина нижнего обвязочного кольца, плюс толщина листа кожуха, плюс толщина листа топки, плюс необходимый зазор между кожухом и рамой.

При ширине колеи в 1 524 мм расстояние в свету между бандажами, согласно 189 ПТЭ, равно 1440 мм; по условиям размещения букс и буксовых направляющих расстояние между рамными листами выходит обыкновенно 1 230-1 280 мм. Если учесть, что ширина обвязочной рамы плюс толщина листа кожуха и топки равны минимум 100 мм, то наибольшая ширина колосниковой решетки получается равной:

1 280-2 * 100 = 1080 мм.

Обыкновенно и этот размер полностью неосуществим из-за необходимости дать некоторые зазоры между кожухом топки и рамой паровоза. Наши старые типы паровозов, сер. «А», «Б», «Г», «3», «О», «Р», «У», «Щ», имеют ширину колосниковой решетки 1020-ЮбОлш. На фиг. 30 показан схематический поперечный разрез котла по топке. Построить более или менее мощный котел с топкой, опущенной между рам, невозможно, так как при наибольшей еще возможной для ручного обслуживания длине решетки в ЗОООлш площадь решетки не может быть получена больше 1,06 • 3 ^ 3,2 мг.

Для возможности разместить несколько более широкую решетку иногда применяют топки, расположенные между колесами, но не опущенные между рам, как это показано на фиг. 31. Ширина колосниковой решетки получается несколько большей, чем в первом случае,-1 150-1 180 мм. Такое расположение колосниковой решетки применено, например, в паровозах сер. «К» и «Ку». Площадь колосниковой решетки здесь может быть получена до 1,18 • 3=3,54 л(2. (у «Ку»-3,14 л2).

По условиям размещения дымогарных и жаровых труб часто приходилось стенки (боковые) кожуха делать наклонными, как показано наносным пунктиром на фиг. 31. Ив том и в другом случае площадь колосниковой решетки получается сравнительно небольшой. Предъявление к паровозу больших требований по паропроизводительности котла заставило вынести колосниковую решетку за пределы рамы и колес, размещая топку над ними. Здесь ширина колосниковой решетки практически ограничена лишь габаритом подвижного состава. Уже ряд наших старых паровозов имеет топку, расположенную над колесами,-это паровозы сер. «Е», «Л», «М», «С», «Су», «Ф» (Фламм), «Ь1»,«Э», «9», «V». У мощных современных паровозов топки и подавно размещаются над колесами. Площадь колосниковой решетки, расположенной над колесами, прак тически осуществляется от 2,55 (сер. «Ы») до 8 (сер. «ТА») и даже до 17 м2 (в США). Если площадь решетки по расчету получается больше чем 5-5,5 м2, необходимо применение стокера, и в этом случае указанная длина решетки 3 м может быть значительно увеличена. Заметим, что у мощных котлов при стокерном отоплении отношение длины решетки к ее ширине делается обычно в пределах 1,65-1,35.

1. Формы топок и кожухов

На фиг. 32 показано типовое расположение топки у мощных паровозов.

В рассмотренных трех видах топок потолки кожуха показаны круглые полуцилиндрические. Для увеличения парового пространства над интенсивно работающей топочной поверхностью нагрева за последние 20-25 лет на наших более или менее современных типах паровозов получили большое распространение плоские потолки кожуха сист. Бельпера, как это показано на фиг. 33. В этом случае объем парового пространства над топкой несколько увеличивается, что обусловливает некоторое уменьшение влажности пара. Потолки Бельпера применены у котлов паровозов сер. «Б», «Л», «М», «С», «Су», «У», «Щ», «Э», «0», «Vе».

1. Формы топок и кожухов

Плоские стенки верхней части кожуха при потолках Бельпера являются слабым местом котла. Для укрепления этого потолка применяются анкерные болты, наклонные связи, а иногда контрфорсы (в передней части потолка), утяжеляющие и удорожающие котел.

В котлах крупных паровозов, где помимо повышенного до 15-17 атм давления пара все плоские стенки получают значительно увеличенные размеры, потолки Бельпера перестали применяться, и конструкторы вернулись к старым формам полуцилиндрических потолков кожуха (как это и показано на фиг. 34), несмотря на то, что анкерные болты, соединяющие потолок топки с потолком кожуха, получаются разной длины, а не одинаковыми для всей площади потолка, как это имеет место при потолках Бельпера.

Полукруглый потолок кожуха представляет собой|естественное продолжение цилиндрической части котла. Хотя паровое про-

1. Формы топок и кожухов1. Формы топок и кожухов
Фиг. 34.

странство над топкой здесь уменьшается и анкерные болты должны делаться разной длины, такие потолки для мощных паровозов-единственно рациональны, так как они упрощают и облегчают котел, уменьшают количество деталей укрепления стенок, связей (что очень важно при промывке котла) и позволяют обойтись без сложной и дорогой штамповки смычного листа. Потолки Бельпера с их большим количеством всевозможных связей, тяжей и др. деталей, затрудняющих естественные упругие деформации котла и вызывающих тем самым местные перенапряжения материала стенок, следует считать мало рациональными.

Высота парового пространства, т. е. расстояние от потолка кожуха или высшей точки барабанов до уровня воды, не должно быть меньше определенной, опытом установленной величины. Уменьшение высоты парового пространства вызывает значительное увеличение влажности пара и в связи с этим общ°.е ухудшение работы котла. Считается, что при наинизшем уровне воды в котле (100- 120 мм над потолком топки) высоту парового пространства (см. фиг. 34) необходимо делать:

Н =---Д., (2)

4,3-ь4,5 4

где Иц-внутренний диаметр барабана, расположенного в непосредственной близости к передней части потолка топки (наивысшей точке потолка).

Отличающиеся большой влажностью пара паровозы «ТА» имеют недостаточно развитое паровое пространство. Необходимость испытания подобных паровозов с нормальным паровым пространством побудила перепроектировать котел этого паровоза в сторону увеличения парового пространства. Проект переделки осуществлен для одного паровоза «ТА», имеющего разрушенную взрывом (в октябре 1933 г.) топку.

Боковые стенки топки и кожуха делаются, в зависимости от ширины колосниковой решетки, вертикальными или наклонными в ту или другую сторону. Для

> облегчения выхода пузырьков пара расстояние между стенками топки и кожуха кверху всегда несколько увеличивается.

Что касается расположения нижней части передней стенки топки (задней решетки котла) и ухватного (смычного) листа кожуха, то здесь могут быть два случая: вертикальное расположение (или близкое к нему), как показано на фиг. 35, а и в, или же наклонное положение, как показано на фиг. 35, б.

Проще в изготовлении и несколько надежнее в работе вертикальные ухватные листы, и, где только можно, их и применяют, но целый ряд паровозов, как, например, сер. «Л», «С», «Су», не говоря уже о всех мощных паровозах, имеет все же наклонные листы. Объясняется это весовыми соображениями, когда но условиям развески паровоза оказывается невозможным подвинуть котел назад и разместить кожух топки сзади движущихся колесных пар. На фиг. 35, б, пунктиром показано расположение заднего движущего колеса. Зазор необходимо делать таким, чтобы котел не ударился о реборду колеса даже при поломке рессоры. Например, в паровозах сер. «Су» при исправном рессорном подвешивании этот зазор (радиальный) равен всего 80 мм (рабочее состояние котла).

У более или менее современных товарных паровозов, когда топка располагается над сцепными колесами, обычно котел имеет вертикальные решеточный и ухватный листы (паровозы сер. «Э», «Ы» и «в»).

Заметим, что наклон нижней части решеточного листа несколько неблагоприятно отражается на парообразовании в этом месте котла: паровые пузырьки, образовавшиеся на этой горячей поверхности, бегут вверх, все время касаясь стенки и тем самым уменьшая ее охлаждение водой; при этом температура листа повышается.

Расположение шуровочного листа топки и лобового листа кожуха также бывает различно. Если решеточный и ухватный листы расположены вертикально, то часто и шуровочный и лобовой листы ставятся также вертикально, как показано на фиг. 35, а. Иногда же для размещения большой колосниковой решетки последние листы делают наклонными, как показано на фиг. 35, в.

Если же ухватный лист сделан изогнутым (наклонным в нижней части), то для возможности выемки топочной коробки без расклепки кожуха приходится делать и лобовый и шуровочный листы также наклонными, как показано на фиг. 35, б.

В отношении постановки и выемки топок наши старые котлы, с их узкими решетками, нерациональны, так как для этих операций обычно приходится расклепывать кожух.

Если шуровочный лист делается всегда плоским (как наклонным, так и вертикальным), то лобовой лист у некоторых наших паровозов (сер. «С», «Су», «Л» и др.) делается изогнутым, как показано на фиг. 35, б.

Котлы современных мощных паровозов имеют лобовые листы прямые наклонные, как наиболее простые по конструкции; эти листы показаны на фиг. 35, в, при чем у последних и ухватные листы имеют наклон-как показано пунктиром на фиг. 35, в.

Изгиб лобовых листов, показанный на фиг. 35, б, прежде делали для более удобного укрепления их (от выпучивания котловым давлением), а также и для более удобной постановки арматуры. Штамповка гнутых лобовых листов сложнее прямых.

Заметим, что наклон шуровочного и лобового листов оказывается желательным еще по целому ряду причин. Во-первых, наклон этих листов дает уменьшение веса котла в его хвостовой части, что очень существенно, так как тяжелая топка вызывает большие затруднения с развеской паровоза, при чем очень часто задние поддерживающие оси оказываются перегруженными. Например, паровозы сер. «Су» первых выпусков (1925 г.) имели значительно перегруженные задние поддерживающие колесные пары: нагрузка на них была не меньше нагрузки движущих колесных пар. Если бы попытаться применить для котла паровоза сер. «Су» вертикальные шуровочный и лобовый листы, то нагрузка на поддерживающие оси была бы больше, чем на движущие. Во-вторых, при наклонном лобовом листе установленная на нем арматура не так загромождает будку машиниста, как при вертикальном. В-третьих, при наклонном шуровочномлисте облегчается отделение пузырьков пара. Образовавшийся пар поднимается вертикально и тотчас же отрывается от горячей стенки, как это показано на фиг. 36, а. Стенка лучше омывается водой, парообразование увеличивается, температура стенки падает; последнее благоприятно отражается на сроке службы листа. Для сравнения на фиг. 36, б показано парообразование на вертикальном листе.

Наклонный шуровочный лист несколько уменьшает поверхность нагрева топки, которую, вообще говоря, нужно стремиться развивать. Но в данном случае уменьшение поверхности нагрева топки не ухудшает сколько-нибудь заметно процесс теплоотдачи, так как верхний задний угол топки при вертикальном шуровочном листе не омывается топочными газами. Фиг. 37 иллюстрирует это; на рисунке штриховкой показан этот неэффективно работающий угол топки. Конечно и эта часть топки дает определенное парообразование за счет прямой отдачи тепла (лучеиспусканием), но поступиться этой поверхностью оказывается безусловно рациональным, учитывая другие положительные качества наклонных шуровочных листов.

1. Формы топок и кожухов

Шуровочное отверстие может быть изготовлено целым рядом различных способов. На фиг. 38 показаны пять наиболее характерных способов. Первый способ был распространен на старинных паровозах с узкой колосниковой решеткой, когда вынимать или вставлять топку в кожух можно было лишь расклепывая последний. Переход на широкие топки заставил применить второй способ,-с прокладным кольцом, наличие которого объясняется необходимостью заведения топки в кожух снизу. Этот способ благодаря простоте и дешевизне в свое время получил большое распространение на целом ряде паровозов, в том числе и на паровозах сер. «С», «Су», «Э» и «Эу». Большим недостатком такого шуровочного отверстия являются значительная жесткость его и ухудшение условий работы шуровочного листа. Последний наглухо заклепан у топочной (обвязочной) рамы и у шуровочного отверстия с лобовым листом кожуха и поэтому не имеет свободы температурных деформаций. Нагрев и, следовательно, деформации шуровочного листа вызывают течь заклепок у прокладного кольца; в листе появляются трещины. Первый способ значительно лучше второго, так как здесь шуровочный лист эластично соединен с лобовым.

Третий способ применен на некоторых паровозах сер. «Эу» и «Эм». Здесь топка заводится снизу, при чем горловина шуровочного листа выполнена штампованной, соединяющейся с дополнительной обичайкой, приклепываемой (верхняя половина фиг. 38, III) или привариваемой встык (нижняя половина) к шуро-вочному листу. Горловина в лобовом листе при этом способе делается значительно большей, чем обичайка,-для возможности заклепать внутренний шов обичайки. Кольцевая щель между обичайкой и горловиной лобового листа закрывается узким прокладным кольцом. Третий способ обеспечивает хорошую эластичность соединения, позволяет обойтись без глубокой штамповки горловин, но сложен, громоздок и дорог.

Четвертый способ является дальнейшим развитием конструкции отверстия. Здесь две горловины сварены встык. Эластичность и простота устройства побудили применить такой способ для паровозов сер. «ФД», «ИС», а также и для «3м» с цельносварными топками. Небольшим дефектом такого способа является не-

1. Формы топок и кожухов
Фиг. 38,
1. Формы топок и кожухов

обходимость очень аккуратной сборки топки и кожуха; даже и при соблюдении этого условия почти у всех толок приходится дополнительно прилаживать горловины, делая предварительно мгстные нагревы нефтяной или какой-либо иной горелкой.

Наиболее совершенным способом образования шуровочного отверстия должно считать показанный на эскизе V; здесь шуровочный лист имеет глубокую _ . горловину, очерченную большим ради-

~~ усом, обеспечивающим наибольшуюэластичность соединения листов. Это шуровочное кольцо, называемое «коль-цем О'Конора», вполне заслуженно получило за последние годы в США большое распространение на вновь строящихся паровозах. Паровозы сер. «ТА» и «ТБ» имеют такие же кольца. Для паровозостроительных заводов выполнение этого способа затруднительно по чисто технологическим соображениям, - глубокая штамповка тонкостенного шуровочного листа.

Что касается формы самого отверстия, то наиболее целесообразной,в особенности при штампованных горловинах, является эллиптическая или круглая. При ручном обслуживании топки высота и ширина отверстия должны быть около 35 х 50 см, чтобы через отверстие можно было попасть в топку для ее осмотра и ремонта. При стокере с верхней подачей (через шуровочное отверстие) отверстие приближается к прямоугольному (квадратному), нижняя часть которого занята стокерной головкой, а верхняя является собственно шуровочным отверстием. На фиг. 39 показано шуровочное отверстие котла паровозов сер. «ФД» и «ИС».

В заключение укажем, что предохранительные щитки шуровочного отверстия (фиг. 38, III), служащие для защиты кромок шуровочного листа от механического износа от ударов и трения резаков и лопат, являются необходимыми при ручном отоплении, а также и при стокере с нижней подачей; при стокере с верхней подачей щитки не нужны, так как их роль здесь выполняет заходящая внутрь топки распределительная плита головки.

⇐ | Глава II. Составные части котла || Конструкции паровозов || Конструкции топок и кожухов | ⇒