Боковые распорные связи

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Боковыми, или распорными, связями укрепляются участки стенок топки и кожуха, расположенные в непосредственной близости один к другому: 1) боковые листы, 2) лобовой и шуровочный и 3) подрешеточная часть переднего листа и ухватный лист кожуха, или при наличии камеры догорания-ухватные листы топки и кожуха. При полуцилиндрическом потолке кожуха и радиальном потолке топки боковые топочные связи постепенно переходят в анкерные болты (называемые иногда анкерными связями). Наиболее целесообразно можно определить границу между распорными связями и анкерными болтами, проведя ра диусы через середину переходной кривой, как показано на фиг. 68а. Все связи, расположенные вниз от середины закругления, считать распорными и расположенные вверх-радиальными.

Боковые связи работают в тяжелых условиях. Кроме растяжения котловым давлением, они испытывают еще и значительные изгибающие усилия за счет большего температурного расширения стенки топки по сравнению с расширением листа кожуха, как это показано на фиг. 69 в утрированном виде. Такая деформация связи объясняется тем, что листы топки и кожуха склепаны жестко один с другим в своей нижней части по обвязочной раме. Необходимость облегчить изгиб связей и уменьшить опасность их обрыва при этих изгибах заставляет применять для изготовления связей самые мягкие сорта стали (мягкое железо), марки ст.-1 (ОСТ 4130). В настоящее время разрабатывается стандарт на изготовление специальной связевой стали. ;

1. Боковые распорные связи1. Боковые распорные связи
Фиг. 68а.
Фиг. 69*

Боковая связь представляет собой кусок круглой стали с проточенной средней частью и нарезанными концами. Нарезка выбирается обычно 12 ниток на 1 дюйм. Несмотря на кажущуюся простоту этой детали, на нее нужно обращать самое серьезное внимание, так как обрыв каж-Гon fia дой связи вызывает передачу соответствующего добавочного усилия соседним связям, работающим и без того с большим напряжением. Обрывы связей-до сих пор целиком еще не изжитое явление в эксплуатации паровозов, и лишь за самые последние годы наметились вполне здоровые тенденции по улучшению конструкции и способов постановки связей.

На фиг. 70 показаны опасные места связи, дающие наибольшие количества обрывов; одно из этих мест А находится у листа кожуха, возле начала нарезанной части связи; другое место Б-у топки. В сечении А обрывы наиболее часты, так как здесь изгибающий момент имеет наибольшее значение. В сечении Б обрывы реже, так как этот конец связи заделан в тонкий топочный лист, который часть температурной деформации принимает на себя.

Для того, чтобы обнаружить обрывы связей, последние всегда снабжаются контрольными глухими отверстиями (каналами) диаметром 5-6 мм, просверленными с торцов. Глубина этих глухих контрольных отверстий должна быть на 8-10 мм больше длины нарезанной части связи, и, таким образом, эти отверстия заканчиваются за пределами нарезки, в гладкой части связи.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 70.

Некоторые распорные связи, например те, головки которых, входящие в топку, закрыты кирпичами свода, снабжаются сквозными контрольными отверстиями. Самым слабым местом всей связи как из-за перехода гладкой части связи в нарезанную, так и из-за ослабления связи контрольным отверстием оказываются сечения А-А и Б-Б на фиг. 71. Связи рвутся по этим сечениям, что сейчас же и покажут выходящие в отверстие пар и вода.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 71.

На фиг. 71 в виде примера показана боковая топочная связь паровозов сер. «ФД» и «ИС». По этому же типу изготовляются боковые связи ^котлов и других наших паровозов.

Постановка распорных связей производится со стороны кожуха. Отверстия в кожухе и топке должны быть нарезаны специальным длинным метчиком: только в этом случае обе нитки нарезки связи будут совпадать с обеими нитками резьбы отверстия. Нарезка должна быть выполнена очень точно, так как иначе связь будет течь. Для того, чтобы не повредить резьбы в отверстии кожуха, диаметр этого отверстия (и резьбы) обычно делается на 0,5 мм больше диаметра отверстия в самой топке. Такая же разница в диаметрах имеется и у самой связи.

Постановка связей производится специальным ключом, охватывающим нарезанную наружную часть. После постановки связь расклепывается обычнос обеих сторон. Непременным условием является расклепка со стороны огня; расклепка с наружной стороны, со стороны кожуха, необязательна, хотя также обычно практикуется заводами для достижения полной герметичности.

1. Боковые распорные связи

Расклепка производится обычно ударами воздушного молотка в торец связи. Контрольное отверстие предохраняется от забивания специальным пуансоном

Фиг. 72. или же восстанавливается бородкомпосле расклепки.

Если уже не говорить об обрывах связей, то течь связей оказывается более частым явлением в эксплуатации паровоза, в особенности при неумелом или небрежном уходе за котлом (резкое охлаждение). Фиг. 69 и 70 показывают, что соединение связи и стенки работает в очень тяжелых условиях-на расшатывание. Это обусловливает ослабление с течением времени ниток нарезки.

Завод Геншель (Германия) завертывает связи сравнительно свободно, но потом раздает их особым бородком, заводящимся в контрольное отверстие. При очень тщательном изготовлении нарезки связей и отверстий по предельным калибрам такой способ дает вполне надежные результаты, так как нитка на резки связи плотно вдавливается в канавку резьбы отверстия и герметичность оказывается достаточной. Но при менее тщательном изготовлении резьбы раздача бородком не достигает цели, так как, во-первых, вдоль винтовой нитки остается канавка (фиг. 72), пропускающая воду, и, во-вторых, нажатые друг на друга узкие поверхности при расшатывании связи быстро обминаются, и течь является неизменным спутником постановки связей по этому способу. Одно время наши заводы выпускали вновь строившиеся паровозы с такими связями; течь последних побудила отказаться от этого способа их постановки.

НКПС предложил нашим заводам опытные стандарты связей двух типов: 1) ставящихся с натягом (резьба с избытком) и 2) свободно ввертывающихся (небольшим воротком), с последующей раздачей специальными шипами.

/ ОСТ \

Первый опытный стандарт связи, ставящейся с натягом (^проект нкпс 97д ) ,

показан на фиг. 731. Особенность связи заключается в том, что в" границах установленных допусков диаметр нарезки связи всегда больше нарезки отверстия. Рассматривая допуски, указанные на фиг. 73, замечаем, что во всяком случае связь имеет в нарезанной части больший диаметр, чем отверстие.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 73.

Диаметр связей по ОСТу-19 мм, общая длина берется из условий расчерчивания разрезов собранных топки и кожуха. Длина нарезанных концов связи а1 и а2 зависит от толщины укрепляемых связью листов; остальные размеры даны на чертеже. Конец связи со стороны кожуха может быть оставлен без расклепки..

Ввертывание связи производится при помощи торцевого патрона.

Нужно отметить, что, учитывая опыт постановки связей по целому ряду способов как у нас, так и за границей (США и Германия), такой способ «тугой» постановки связи едва ли привьется, так как даже при самом тщательном изготовлении (по калибрам) нарезки резьбовыми гребенками и шлифованными метчиками все же при ввертывании связи возможны будут задиры соприкасающихся поверхностей (мягкая сталь по мягкой стали), и сорванные частицы металла, во-первых, будут значительно затруднять самую постановку и, во-вторых, будут обусловливать все-таки неплотное соединение связи и листа.

Другой опытный способ постановки связи, предложенный НКПС, пока-

(СТ 98 \ ЦТ-4Л)' 3дбСЬ Уплотнение Достигается раздачей концов связиспециальными параболическими шипами (обточенными по параболе). При ремонте 3 паровоза шипы употребляются соответственно большего диаметра, градации шипов-через 0,5 мм. На столько же увеличивает внутреннее отверстие каждый заведенный в него шип. Резьба связей по обоим стандартам_

60 ниток на 127 мм (12 ниток на 1 дм.).

Стандарт связей этого типа утвержден с некоторыми изменениями-см. СТ - -~ ■ Стандарт связейдля ремонта см. ..._Л_ .

ЦТ 3/3

Стандарт связей этога типа для ремонта - - - °- .

Металл стандартных связей-ст.-1 норм. (ОСТ 4130), временно, до установления стандарта на специальную связевую сталь.

Как уже упомянуто выше, применение сварки позволяет значительно упростить и удешевить постановку связей и получить вполне прочное и герметичное соединение связи с листом.

Связи, ставящиеся на заварке, или «вварные» связи, представляют собой кусок круглой стали с контрольными отверстиями, свободно вставляемый в отверстия листов и привариваемый снаружи к кожуху и со стороны огня к топочному листу.

1. Боковые распорные связи

Станочная обработка связи почти отпадает, сокращаясь во много раз. На фиг. 75 показан один из достаточно рациональных способов постановки ввар-ных связей; котельные листы с обоих концов связи имеют раззенковку.

Уже построено несколько паровозов с вварными связями, сейчас за ними установлено тщательное наблюдение.

Основные достоинства вварных связей:

1) крайне простой технологический процесс их изготовления, делающий ненужным, например, целый связевой пролет механического цеха нового Воро-шиловградского завода; отсюда значительное снижение стоимости паровогекотла, увеличение пропускной способности котельносборочных площадей;

2) отсутствие течи;

3) увеличение надежности работы связей, так как здесь отсутствуют резкие переходы сечения связи (в нарезке);

4) уменьшение отложения накипи на гладкой поверхности связи, не имеющей резьбы по концам. На резьбе, выступающей в водяное пространство котла, отлагается большое количество накипи, ухудшающей не только условия промывки, но также и условия охлаждения конца (головки) связи, выступающего внутрь топки.'

Заметим все же, что безусловно необходимое внедрение вварных связей должно быть проведено с максимальным вниманием к сварочным операциям. В последнее время НИИЖТом предложена еще одна рациональная конструкция вварных связей. Для опытов этими связями оборудуются несколько паровозов сер. «СО».

Подвижные связи

Для того, чтобы облегчить работу связей в тех участках топки, где имеют место наибольшие взаимные перемещения укрепляемых стенок, за последние 15-20 лет (и в особенности на мощных паровозах) большое распространение получают подвижные связи. Из нескольких типов подвижных связей оказались жизненными только связи, предложенные американским мастеромкотельщиком Тэтой и названные по его имени. Эти связи имеют шарнирным лишь один конец,-со стороны кожуха. Другой, заделываемый в лист топки, остается жестким. Опыт показывает, что обычные связи рвутся чаще всего у кожуха, где большая жесткость листа заставляет связь всю температурную деформацию топки брать на себя.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 75.

Подвижная связь на одном конце имеет сферическую головку, располагающуюся снаружи листа кожуха, и с другого конца связи делается резьба, обычно 60 ниток на 127 мм.

Подвижная связь Тэта в ее простейшем конструктивном оформлении показана на фиг. 76. В листе кожуха расфрезеровывается сферическое гнездо для головки связи. Связь ввертывается снаружи с помощью специальной ' ' отвертки, прорез для которой виден на сферической головке. Выступающая головка покрывается штампованным колпачком, который и приваривается по окружности к листу кожуха, 1 как показано на эскизе. Сам по себе такой способ постановки подвижных связей очень дешев, но большого распространения не получил из-за ухудшения условий работы листа кожуха: непосредственно на этот лист опирается головка и постепенно изнашивает его (ремонт), а также из-за неудобства контроля работы связей; показанный^на фиг. 76 сквозной контрольный канал обходится очень дорого, а попытки выполнить связи без него заставляют периодически срезать колпачки только для осмотра связей.

I Значительно более совершенной и получившей распространение как на американских, так и на наших современных паровозах является связь Тэта с при-

1. Боковые распорные связи1. Боковые распорные связи
Фиг. 77.

варной втулкой, показанная на фиг. 77. Этот рисунок изображает связь Тэта в применении к паровозам сер. «ФД» и «ИС». Совершенно однотипны связи паровозов сер. «ТА », «ТБ » и очень многих других американских. ■ •

Здесь диаметр отверстия в кожухе берется значительно больше диаметра связи, и с наружной стороны отверстие раззенковывается (расфрезеровывается) под втулку, которая и приваривается по окружности, как показано на чертеже. Еще в недавнее время.(паровозы сер. «Е»,«ЭМ», «Су») эти втулки ввертывались на резьбе в лист кожуха, что конечно значительно повышало стоимость изготовления и сборки связей и кроме того не могло гарантировать плотности соединения.

Втулка, расточенная по шару, закрывается ввертным колпачком, при чем уплотнение колпачка достигается постановкой прокладной шайбы из красной меди.

В связях такой конструкции можно обойтись без сквозного контрольного отверстия; необходимо лишь периодически осматривать связи, отвертывая колпачки; остукивая сферические головки, по звуку нетрудно определить лопнувшие связи. Отметим, что диаметр сферической головки выбран достаточно большим как для того, чтобы объединить этот размер также и у анкерных болтов, выполняющихся, как дальше будет указано, несколько большего диаметра, чем распорные связи, а также и для возможности сделать конический переход от стержня связи к головке. Этот конический переход значительно увеличивает прочность наиболее опасного места связи у самой головки, что и позволяет обойтись без очень глубокого сверления контрольного канала.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 78.

В виду того, что камера догорания по всей боковой поверхности укрепляется подвижными связями, задние ряды их попадают в шов ухватного листа кожуха и заднего барабана. В этом случае приходится втулку делать длинной, укрепленной на резьбе в обоих листах.

Разбивка заклепок и связей по этому шву должна быть произведена так, чтобы головки связей оказывались между заклепками. Ввертывая длинные втулки в оба листа, мы создаем добавочное скрепление листов друг' с другом. Герметичность постановки втулки достигается как конической резьбой (конусность Vie)- так и большой длиной нарезки, проходящей через два наиболее толстых котельных листа.

Иногда не удается разместить на листе кожуха нормальную втулку и колпачок связи Тэта. Например, у паровоза сер. «Эм» один вертикальный, ряд боковых связей оказывается расположенным как раз в том месте, где к котлу прилегает передняя (фронтовая) стенка будки машиниста; у паровоза сер. «ФД» задние концы рессор пятой сцепной колесной пары близко подходят к ухватному листу кожуха топки. В таких случаях применяют утопленные в лист кожуха втулки связей Тэта, как показано на фиг. 79.,

В каком количестве и в каких местах нужно ставить связи Тэта? Стоимость их изготовления значительно выше, чем обычных жестких. Поэтому подвижные связи нужно применять только там, где обычные жесткие связи дают наиболее частые обрывы.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 79.

Посмотрим, где перемещения листов топки относительно листов кожуха достигают своих наибольших значений. У нижней обвязочной рамы эти перемещения равны нулю, и поэтому здесь нет смысла ставить подвижные связи.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 80.

Чем дальше мы отходим вверх от топочной рамы, тем больше перемещения и тем нужнее становятся подвижные связи. Кроме расширения листов топки вверх, имеют место и горизонтальные перемещения расширяющихся листов. В углах топки эти перемещения, естественно, получают наибольшие значения.

Рассмотрим боковую стенку топки, показанную схематически на фиг. 80, лит. а. Заштриховываем участки с наибольшими перемещениями; эти участки и укрепляются подвижными связями. Заметим, что жесткие связи распространяются на довольно большом протяжении вверх в средней части длины бокового |Листа, так как от этих средних участков горизонтальные температурные деформации распространяются в обе стороны,-вперед и назад топки. Этимже объясняется и наклон линий 7-2 и 3-4, ограничивающих участки применения подвижных связей в углах топки.

На отдельной проекции фиг. 80, лит. б, штриховкой показано размещение связей Тэта на шуровочном листе. Здесь, начиная со второго горизонтального ряда, подвижными необходимо делать 2-3 ряда связей по всему контуру листа.

На проекции фиг. 80, лит. в, показано размещение связей Тэта на ухватном листе топки. Лист этот работает в тяжелых условиях в части деформаций, верхняя часть его снабжается бортом под камеру догорания или плоской частью-решеткой; поэтому на облегчение деформации этого листа нужно обращать особое внимание. Кроме одного-двух нижних горизонтальных рядов связей, все остальные связи делаются подвижными.

Связи Тэта у нас вполне себя зарекомендовали. Уже на паровозах сер. «Эм» ставятся по 300-312 подвижных распорных и анкерных связей. Паровозы с более мощными котлами имеют значительно большее количество подвижных связей, так как, чем больше топка, тем больше абсолютные величины перемещений листов и тем больший процент связей должен быть выполнен в виде подвижных. Например котел паровозов сер. «ФД» и «ИС» имеет примерно половину всего количества связей подвижными, а именно-886 штук, а жестких-926. У крупнейших американских котлов процент подвижных связей поднимается до 75. Заметим, что за последнее время замечается тенденция увеличить процент подвижных связей и у паровозов сер. «ФД», чтобы облегчить работу связей и самой топки.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 81.

В заключение укажем, что такое большое количество связей вызывает значительное удорожание топочной части котла. Необходимость снизить стоимость изготовления побуждает перейти на методы массового производства связей и их деталей. Вопрос о массовом изготовлении колпачков и втулок разрешается переходом на штамповку их из круглой или квадратной сортовой заготовки. Эти штампованные части связей требуют минимальной станочной обработки, а именно: нарезки и подрезки колпачков, расточки и подрезки втулок.

* Головки связей изготовляются у нас двумя способами: первый-несовершенный и дорогой-обточка осаженной (на «Аякс'8») головки на токарном станке (по шаровому приспособлению), второй-более рациональный-«обштамповка» осаженной (на «Аяксе») головки на легком быстроходном (обычно воздушном) молоте. Предварительно осаженная головка в нагретом виде остукивается частыми и легкими ударами молота в штампах. Схематический вид нижней половины штампа показан на фиг. 81; верхняя половина имеет аналогичное устройство. Заложив между штампами заготовку связи, штамповщик пускает молот, который через несколько десятков частых ударов дает гладкую поверхность. Окалина сдувается при самой штамповке. Такой способ впервые у нас был применен заводом «Красное Сормово» и оказался удачным, так как головка может быть оставлена без всякой дальнейшей станочной обработки. Получившаяся твердая корочка сферической головки обусловливает значительно меньшее разъедание шаровой поверхности котельной водой и накипью.

Разбивка связей

Разбивкой связей преследуется цель наиболее равномерного их размещения на котельных стенках. Наиболее желательные типы разбивки-квадрат или прямоугольник, близкий к квадрату. Если лист, подлежащий укреплению связями, имеет прямоугольную форму, то обычно удается выполнить всю разбивку по квадрату или прямоугольнику. Заметим, что для улучшения прохода пузырьков пара необходимо две противоположные стороны прямоугольника или квадрата располагать непременно вертикально. Все иные способы разбивки связей, иногда встречающиеся на старинных паровозах, неудовлетворительны, так как несоблюдение указанного условия, в особенности в верхних участках листов, где через промежутки между связями проходит большое количество пара, вызывает значительные затруднения для хорошего парообразования. Поэтому разбивка верхних участков боковых связей паровоза сер. «Су» (см. фиг. 42) должна быть признана неудовлетворительной, хотя является и простой для заводского изготовления шаблона.

Если укрепляемая связями площадь листа имеет форму трапеции или вообще неправильного четырехугольника, или наконец пятиугольника, как это показано, например, на фиг. 80, лит. а (контур АБВГД), то приходится отступать от этого рационального способа разбивки связей и применять комбинированную разбивку. Примеры такой разбивки показаны на фиг. 40, 42 и 46.

Для боковых стенок уже из-за одного наклона колосниковой решетки всегда приходится применять такую «комбинированную» разбивку. Верхняя часть листа имеет обычную разбивку по вертикали, а в нижней части «сбивают» шаг разбивки и применяют ступенчатую разбивку, как показано на чертежах. Чем больше ступеней (у паровоза сер.«Эм»-три, у паровоза сер. «Су»-два и у паровозов сер. «ФД» и «ИС»-два и кроме того частично сбиты связи в переднем нижнем углу бокового листа), тем легче сохранить нужное расчетное расстояние между связями.

Разбивка связей на боковом и других листах достаточно выявляется из перечисленных чертежей. Заметим, что перед началом разбивки нужно условной линией очертить всю площадь, подлежащую укреплению связями. При определении границ этой площади контурные линии нужно располагать таким образом, чтобы головки связей были целиком расположены на плоских участках листа,-до начала закругления борта.

Расчет боковых связей

Выше мы указали, что боковые связи работают как на растяжение, так и на изгиб. Условия работы связей на изгиб неопределенны, так как простой расчет температурных деформаций листов, заставляющих связи изгибаться на определенную величину, не дает нужных результатов и не позволяет даже написать уравнения упругой линии изогнутой связи: мы не знаем степени жесткости защемления связи в листах. Кроме того оба листа, в особенности топочный, сами деформируются под влиянием изгибаемой связи. Поэтому расчет связей производится всегда только на растяжение силой котлового давления, но при этом расчете принимается пониженное допускаемое напряжение на разрыв. Этим понижением напряжения как бы и учитывается имеющий место в действительности некоторый изгиб связей.

Расчет связей на разрыв производится всегда одновременно с выяснением их расположения, т. е. их равбивки. Можно задаться стороной квадрата разбивки и рассчитать диаметр связи. Для упрощения связевого хозяйства на дорогах лучше поступать наоборот, т. е., задаваясь диаметром связи, находить нужные стороны квадрата. Исходя из последних соображений, за стандартный диаметр распорной связи НКПС и принял 19 мм, хотя на наших паровозах сер. «ФД> и «ИС» применен диаметр в 20 мм, а на паровозах сер. «ТА»-даже 22 мм. Последние паровозы, напомним, имеют давление пара 17 атм. изб.

1. Боковые распорные связи
Фиг. 82-

Задаваясь диаметром связи, определяем величину площади листа, ею «укрепляемой». Эта площадь на фиг. 82, /, очерчена жирным пунктиром. Нетрудно видеть, что площадь прямоугольника разбивки:

а---=^, (13)

т. е. равна площади, укрепляемой одной связью. Это так называемая «грузовая площадь» связи.

Сила, действующая на связь:

5 = Р;р ■ рк, где рк-давление в котле в кг/см2.

Расчет, связей на разрыв производится элементарным способом, указываемым в курсе сопротивления материалов. При расчете следует учитывать ослабление сечения связи контрольным отверстием. Допускаемое напряжение наразрыв согласно ---9-

ЦТ 3/2

Я, = 600 кг/см2

для ст.-1 норм.

Для данных напряжений Яг= 600 кг/см2 и диаметра связи 19 мм (согласно стандарту) кривая грузовых площадей дана на фиг. 83. Для любого дав-

'ления пара в пределах 10-18 атм можно, пользуясь этой кривой, быстро определять расчетные грузовые площади.

Заметим, что во всех расчетах связей, как впрочем и других деталей крепления плоских стенок, принимается за расчетное рабочее давление в котле, а не испытательное, равное:

Р«сп = Рк+5 атм, (14) так как испытательное давление в котле имеет место при холодных стенках (гидравлическое испытание), когда отсутствуют температурные деформации стенок и связей.

1. Боковые распорные связи

В тех случаях, когда разбивка связей производится по неправильному четырехугольнику, необходимо определить участок стенки, укрепляемый каждой рассматриваемой связью, и подсчитать напряжение в связи. В этих случаях лучше не доводить напряжение до наибольшего допускаемого и ограничиваться 90-95% его. В случае разбивки связей по вершинам параллелограма, как показано на фиг. 82, //:

1. Боковые распорные связи

(15)

Если смежные четыре связи расположены по вершинам трапеции, как показано на фиг. 82, III, то

(16)

1. Боковые распорные связи

(17)

В наших старых паровозах напряжение стальных связей не превосходит 250-450 кг/см2. Такое небольшое напряжение объясняется излишне большой надежностью, положенной в основу при конструировании котлов, и отсутствием (в свое время) надежных подвижных устройств связей.

⇐ | Вопрос о расчете стенок циркуляционных труб и термосифонов || Конструкции паровозов || Анкерные болты | ⇒