Сухопарник

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Сухопарник (паровой колпак) ставится на всякий паровозный котел. Размеры сухопарника вообще должны быть возможно большие. Старинные паровозы имели очень большие сухопарники, как это, например, показано на фиг. 108, изображающей котел паровоза сер. «Ов». В руководствах по паровозному делу давалась даже «зависимость» объема сухопарного колпака от объема паровых цилиндров, т. е. сухопарный колпак должен был аккумулировать некоторый, хотя бы минимальный, запас более или менее осушенного пара.

По мере увеличения размеров котла и повышения оси последнего над головкой рельса паровые колпаки имеют все меньшую и меньшую высоту. Если колпаки котлов паровоза сер. «Ов», «Н» и многих других старинных паровозов имеют высоту 1 м и больше, то сухопарники паровозов сер. «Э» имеют высоту 900 мм, сер. «Су»-690 мм, а паровозы сер. «ФД» и «ИС»-всего 560 мм. У крупнейших американских котлов по ограничению габаритом высота колпака уменьшается до 300 и даже 250 мм. Конечно при невысоких колпаках делается несколько большим их диаметр, но все же их объем оказывается значительно меньшим, чем у старых паровозов. Поэтому на сухопарник приходится смотреть как на некоторое несколько приподнятое над паровым пространством помещение, в котором устанавливаются как паросушитель, так и регулятор (старые типы паровозов) или главный парозапорный вентиль (мощные паровозы). Величина же самого объема сухопарника отходит на второй план: при постановке достаточно активных паросушителей нужное отделение воды от пара может быть произведено и в невысоких колпаках.

Расположение сухопарного колпака на цилиндрической части котла бы вает двояким. Наши паровозы, как указывалось, имеют колпак, расположенный в самой передней части котла, американские же, наоборот, почти всегда посредине котла, на втором и даже третьем (т. е. ближайшем к камере догорания) барабане.

В прежних условиях эксплуатации паровозов и при нашем основном равнинном профиле конечно имело смысл ставить колпак ближе к передней решетке; при этом влажность пара, поступающего в колпак, уменьшается.

Располагая колпак посредине длинного котла, американцы имеют в этом «центре колебаний» воды минимальные изменения высоты ее уровня по отношению к колпаку. Заметим, что кривоносовские методы работы, когда мы берем от паровоза все, что он может дать, должны внести коррективы и в данный как будто «узкотехнический» вопрос расположения сухопарника на котле. Все дело в том, что теперь паровоз часто идет «под паром» и при езде по небольшим и незатяжным спускам, или же по перевалистому профилю (см. 430 ПТЭ). Естественно, что у идущего по спуску паровоза паровое пространство в передней части котла уменьшается, и тем самым облегчается возможность бросания воды, если здесь расположен сухопарник. Считаем необходимым пересмотреть вопрос о расположении сухопарника на вновь строящихся паровозах.

Американские паровозы сер. «ТА» и«ТБ» имеют колпаки, расположенные посредине котла (у паровозов сер, «ТА» колпак расположен на расстоянии лишь 1,8 м от камеры догорания, у сер. «ТБ»-на 1,9 м).

Но есть случаи, когда и у наших паровозов колпаки размещаются не в самой передней части котла, а именно: при постановке питательного колпака сухопарный колпак должен быть расположен сзади первого.

Старые типы больших сухопарных колпаков предусматривали наборные их конструкции, как показано на фиг. 4 и 108. Колпаки паровозов сер. «О8»' и других, оборудованных плоскими регуляторными золотниками, для удобства доступа к плоскому регулятору сделаны с разъемом в горизонтальной плоскости (см. фиг. 108) таким образом, что при съеме верхней части колпака головка регулятора оказывается выступающей наружу колпака и вполне доступной для осмотра и ремонта.

Колпак паровозов сер. «Эу» показан на фиг. 113. Конструкция достаточно ясна из чертежа. Седалище и барабан изготовлены из стали марки ст.-2 (ОСТ4133), верхний фланец и крышка-из ст. л.-1 (ОСТ 791), нажимное кольцо крышки- ст.-З (ОСТ 4125).

Эта конструкция колпака может считаться типовой для всех более или менее современных паровозов. Как варианты конструкции могут быть, например, барабаны без отверстия для пропуска регуляторного колена (см. фиг. 4) при внутренней регуляторной трубе; крышки могут укрепляться не на шпильках, а на болтах с Т-образными головками, что позволяет обойтись без особого нажимного кольца крышки. Заметим кстати, что это кольцо при укреплении шпильками должно ставиться не для более равномерного нажатия крышки на опорный фланец, как это ошибочно часто указывается в учебной паровозной литературе, а исключительно для возможности повторных притирок крышки к фланцу без вывертывания шпилек. Если бы крышку сделать цельной, т. е. без нажимного кольца, повторные притирки (при ремонте) были бы крайне затруднены вывертыванием и последующей постановкой десятков крупных шпилек.

Показанные на фиг. 4.и 113 крышки ставятся на притирке. Если регулятора в колпаке нет (паровозы сер. «ФД» и «ИС»), то постановка крышки может быть осуществлена и на кольце из медной проволоки (красная медь).

Применение сварки значительно улучшает и удешевляет конструкцию су-хопарного колпака. Уже ряд лет паровозы сер. «Эм> и «Су» выпускались со сварными колпаками. Сварка заменяет клепку продольного шва барабана колпака и клепку поперечных швов между седалищем и барабаном и между барабаном и верхним фланцем. Наконец, отказавшись от самого типа наборного клепаного колпака, Харьковский завод разработал цельносварной колпак, изображенный на фиг. 114. Барабан колпака (диаметр 712 мм, толщина стенки 10 мм) сварен в стык (шов-см. фиг. 115) и приварен непосредственно к барабану котла, причем для усиления крепления колпака к котлу поставлено восемь косынок. На плане колпака показаны прерывистые швы внутренних подкладок.

Невысокие колпаки могут быть изготовлены штамповкой из одного листа. Такие цельноштампованные колпаки пользуются значительным распространением на американских паровозах; применены они и у нас на паровозах сер. «ФД» и «ИС» Основные достоинства цельноштампованных колпаков-их легкость и надежность, а при серийном выпуске колпаков-и несколько меньшая стоимость, так как основной операцией по изготовлению колпака является штамповка на

2. Сухопарник
Фиг. 113.

ПреССХ.;

> Процесс штамповки производится достаточно быстро. Усилие пресса должно быть очень значительным, так как здесь происходит глубокая вытяжка материала. Диаметр круга листа (заготовки) доходит до 1,9-2,0 м (у паровозов сер. «ФД> и «ИС»-1,9 м); толщина листа должна быть большой как из-за повышенного давления и большего диаметра колпака, так и' главное, вследствие большой вытяжки материала. Например, у паровозов сер. «ФД» и «ИС» толщина листа-28 мм, а при штамповке, производящейся в несколько приемов, эта толщина в верхней части барабана уменьшается до 19-20 мм (у нижнего фланца колпака-25 мм).

2. Сухопарник 2. Сухопарник

На фиг. 116 показан цельноштампованный сухопарник паровозов сер. «ФД» и «ИС». Крепление крышки здесь осуществлено отличным от наших старых паровозов способом: здесь крышка укреплена шпильками, ввернутыми непосредственно в горизонтальный верхний фланец колпака. Уплотнение крышки достигается постановкой кольца из медной проволоки. Кольцо из проволоки делается с запайкой стыка. Постановка кольца дала удовлетворительный результат.

Детали крепления крышки на проволоке показаны на той же фиг. 116.

Вырез в барабане котла (под колпаком) значительно уменьшает прочность последнего. Для восстановления необходимого запаса прочности котла и получения нужной жесткости укрепления самого сухопарника барабан котла всегда снабжается соответствующей подклепкой. Эта подклепка имеет форму широкого кольца и укрепляется на место или заклепками (фиг. 108 и 113) или приваркой (фиг. 114). Последний способ укрепления заставляет подкладку выполнять не в виде одного широкого кольца, а в виде двух-трех узких колец, привариваемых прерывистым швом. На фиг. 114 показаны два кольца. Разделение широкого кольца на два-три узких необходимо для увеличения числа точек, где подкладки и барабаны котла соединяются в одно жесткое целое. При наличии одной, хотя бы и широкой, подкладки соединение ее с барабаном может быть произведено только по кромкам, и средние участки по ширине кольца не будут соединены с котлом в одно монолитное целое; швы в последнем случае оказываются перегруженными.

При объединении подклепки сухопарника с внутренней подклепкой продольного шва барабана (фиг. 44) соединение осуществляют клепкой, а не сваркой, так как самое объединение этих двух деталей в одну только тогда дает положительный результат, когда вся такая фасонная подкладка соединяется по всей своей поверхности с барабаном котла.

Расчет частей сухопарника на прочность распадается на расчеты самого барабана, укрепления крышки, укрепления барабана и подклепки. Расчет самой крышки обычно не производится, и толщина ее берется на основании опытных данных. Действительно, выпуклость крышки значительно уменьшает напряжение на изгиб, при чем по мере увеличения выпуклости напряжение на изгиб уменьшается; наличие некоторой упругости в месте соединения крышки с барабаном не позволяет пользоваться полуэмпирическими формулами Баха для расчета крышек, тем более, что Бах рассматривал только простейшие плоские крышки. Наши паровозы сер. «Э», «Эу», «Эм», «С», «Су», «М», «Л» и др. имеют литые крышки толщиной 25-32 мм при диаметрах колпаков около 700 мм', наличие штампованной крышки у мощных котлов позволяет несколько уменьшить толщину или выпуклость при прочих равных условиях. Крышки сухопарников паровозов сер. «ФД» и «ИС» имеют толщину 30 мм при значительно меньшей выпуклости; правда, и диаметр крышки (560 по кольцу медной проволоки) здесь меньше, но давление пара несколько больше, чем у перечисленных выше паровозов.

Толщина стенки клепаного барабана сухопарника рассчитывается по уже известной нам формуле (39). Отметим, что шов делается двухрядным внахлестку, в связи с чем и берется (р =0,66-^0,72; С принимают равным нулю. При сварной конструкции колпака по формуле (40) С также принимается равным нулю.

Заметим, что применение сварки барабанов вместо клепки позволило, например, уменьшить толщину стенки сварных колпаков паровозов сер. «Эм» до 10 мм вместо 12 мм у клепаных колпаков паровозов сер. «Эу» при одновременном увеличении котлового давления на 2 атм (14 атм у паровоза сер. «Эм» и 12 атм у паровоза сер. «Эу»).

Расчет поперечных швов барабана сухопарника производится обычными методами и с обычными напряжениями в листах и заклепках.

Расчет укрепления седалищной части колпака производится на разрыв заклепок.

2. Сухопарник

Приварка барабана сухопарника производится усиленным швом изнутри и снаружи барабана. В виду того, что напряжение в шве, укрепляющем колпак к котлу, получается заведомо больше обычно допускаемого, оказывается совершенно необходимым устанавливать по окружности колпака ряд косынок, размеры которых подбираются так, что приварка самого барабана, а также и всех косынок позволили реализовать общее сечение наплавляемого металла:

2. Сухопарник

(41)

где Б-наружный диаметр барабана колпака, /?а<250 кг/см2.

Расчет подкладок под сухопарник предусматривает сохранение нужной прочности самого барабана котла.

Сечение укрепляющего вырез кольца должно быть равно сечению выброшенного (вырезанного) участка барабана котла. На фиг. 117 дана схема подкладки. Если подкладка приварная, то, в предположении одинаковых напряжений на разрыв в листе и подкладке:

откуда, задавшись шириной подкладки Ь, имеем:

Здесь:

бн - толщина подкладки;

йх - диаметр выреза (или вообще длина выреза по образующей барабана при некруглых вырезах);

Зк- толщина стенки барабана.

В случае приклепываемой подкладки (подклепки) расчет производится тем же способом, но учитывается ослабление самой подкладки отверстиями для заклепок; найденную ширину подклепки нужно увеличить в соответствии с количеством и диаметром заклепок, расположенных по расчетному сечению А-Б подкладки (см. фиг. 117).

Обычно толщина подклепки выбирается несколько больше (на 20-25%) толщины листов.

Наконец крепление крышки к корпусу сухопарника рассчитывается на разрыв шпилек (болтов) силой пара. Расчетным уравнением является:

2. Сухопарник
Фиг. 117.
2. Сухопарник

(42;

где:

Б-расчетный диаметр крышки в см при уплотнении крышки посредством постановки кольца из проволоки; в формулу подставляется диаметр этого кольца; при уплотнении притиркой-средний диаметр притирочного кольца {обозначен буквой Д на разрезе в верхней левой части фиг. 113);

к= 1,25-учитывает предварительную затяжку шпилек, необходимую для герметичности соединения. Говоря другими словами, шпильки рассчитывают на силу, большую на 25% против действительной. Такая затяжка объясняется необходимостью очень крепко нажать друг на друга притертые поверхности крышки и корпуса или обмять проволоку, вдавив медь в шероховатости соединяемых стальных плоскостей;

(і1-внутренний диаметр нарезки шпильки или болта;

п-число шпилек или болтов.

Напряжение в шпильках или болтах на разрыв:

Я,^700 кг/см2

с учетом затяжки. Сравнительно небольшое напряжение в шпильках объясняется необходимостью иметь полную герметичность соединения и при испытательном давлении котла, которое, как мы уже знаем, на 5 атм больше рабочего.

В этом расчете обычно задаются диаметром шпилек или болтов (22ч-26 мм) и находят их количество, хотя можно конечно итти и обратным путем. Последнее менее удобно, так как количество «градаций» диаметров шпилек или болтов не велико (в пределах ОСТ).

На постановку шпилек, ввернутых непосредственно в горизонтальный верхний борт штампованного колпака, нужно обращать самое серьезное внимание. Шпильки ставятся «под пар», т. е. нарезка нижнего хвостовика шпильки делается на конус (1/]2)> и> кроме того, нарезка имеет конический переход к целому не нарезанному месту шпильки. Точная резьба и завертывание шпильки до остановки являются гарантией герметичной постановки самой шпильки.

⇐ | Барабаны котла || Конструкции паровозов || Лаз | ⇒