Дымогарные и жаровые трубы

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Общие сведения

Основная поверхность нагрева (испаряющая) котла составляется, кроме топки, наружной поверхностью жаровых и дымогарных труб. Тяжелые условия работы труб заставляют применять для их изготовления мягкую мартеновскую

1 Практика показала что сварные контрфорсы работают неудовлетворительно и «отому от дальнейшего их применения НКПС отказался.-Ред.

сталь согласно ОСТ 4735, по своим свойствам близкую к ст.-2. Старинные паровозы, не имеющие перегревателей, снабжены 190 (паровозы сер. «Ов»)-272 (паровозы сер. «Щ») дымогарными трубами. Постановка жаровых труб взамен части дымогарных на всех более или менее современных паровозах уменьшает испаряющую поверхность нагрева котла, так как вместо мелких дымогарных труб в котле ставятся крупные жаровые. После того, как в начале этого столетия перегреватели завоевали себе прочное место,число дымогарных труб стало уменьшаться, несмотря на постройку все более и более крупных котлов, число же жаровых относительно увеличивается. Так,. старые паровозы с перегревателями сер. «Б», «Гп», «3», «И», «К», «Нп», «С», «Св», «Уу», «Щп», «О4» имели 18-24 жаровых трубы, снабженные элементами; у этих паровозов число дымогарных труб было еще относительно велико. Необходимость дальнейшего повышения температуры перегретого пара стала очевидна вскоре после введения в эксплуатацию паровозов с перегревом. Поэтому паровозы сер. «Э» были запроектированы еще в 1911 г. с 27 жаровыми трубами. Правда, две трубы, расположенные по верхним углам решетки, были в дальнейшем при постройке новых паровозов выброшены (заменены дымогарными), так как слишком близкое их расположение к загибу листа не позволяло получить надежную развальцовку. Эти трубы постоянно текли, и б. Луганскому заводу вскоре пришлось перейти на выпуск паровозов сер. «Э» с 25 жаровыми трубами.

По мере увеличения мощности паровозов происходит дальнейшее «вытеснение» дымогарных труб жаровыми, так как некоторое уменьшение испаряющей поверхности нагрева и связанное с этим уменьшение количества даваемого котлом насыщенного пара с избытком компенсируются более высоким перегревом. Этот более высокий перегрев не только «восстанавливает» мощность котла, но> и увеличивает ее, поднимая кроме того кпд паровоза. Поэтому при увеличении мощности существующих типов паровозов, когда пересматривались все чертежи паровозов, последние подвергаются переработке в первую очередь в части поверхности перегрева. Поясним это примерами переделки паровозов сер. «К», («Ку»), «С» («Су»), «Э» («Эу»), приведенными в таблице 3.

Таблица 3

«К»

«Ку»

«С»

«СУ»

«Э»

«ЭУ»

Испаряющая поверхность кот-Поверхность перегрева в м~. . . Общая поверхность нагрева ко-

164,2 40,0

204,2

180,8

47,4

228,2

207,2 51,5

258,7

196,56 72,98

269,14

208,0 49,7

257,7

197,5 66,4

263,9

Отношение:

Поверхность перегрева Испаряющая поверхность нагрева

| 0,243

0,257

0,248

0,369

0,239

0,337

Рассматривая цифры этой таблицы, мы видим, что перегревающая поверхность увеличивается в двух последних случаях (у паровозов сер. «С» и «Э») даже за счет испаряющей. В паровозах сер. «К» и «Ку»это не имеет места, так как паровоз сер. «Ку» был спроектирован еще до выявления перегревателями всех своих положительных качеств.

В мощных паровозах, оборудованных перегревателями Элеско, отношение перегревающей поверхности к испаряющей делает дальнейший резкий скачок в сторону увеличения. Правда, эти перегреватели не дают той же температуры перегрева, которую могут дать перегреватели Шмидта и Чусова. Объясняется это тем, что перегревающая поверхность элементов Элеско в большей степени чем у других систем перегревателей экранируется стенками жаровых труб, и поэтому температура перегрева, даваемая этими элементами, не высока. В экс плуатации паровозов элементы Элеско имеют то достоинство, что они просты, надежны и долговечны и, главное, не требуют жаровых труб того большого диаметра, какой необходим для элементов Шмидта и Чусова. Так, наиболее распространенными стандартными диаметрами жаровых труб для перегревателей Шмидта и Чусова являются 125/133 и. 143/152 мм (меньший диаметр-для расстояния между решетками до 5,55 м, больший-для расстояния от 5,55 до 7 м).

Жаровые трубы для элементов Элеско у паровозов сер. «ФД» и «ИС» применены размером 82,5/89 мм (расстояние между решетками-5,97 м). При перегревателе Элеско почти вся решетка занята этими небольшого диаметра жаровыми трубами (см. таблицу 1, перегреватели паровозов сер. «ФД», «ИС», «ТА». 2-6-1 и др.).

Размеры-диаметр и длина дымогарных и жаровых труб-определяются при тепловом расчете котла.

Большое количество жаровых и дымогарных труб, условия ремонта и замена их побудили стандартизировать не только диаметры тех и других труб, но и конфигурацию обсаженного заднего и розданного переднего концов. Общесоюзные стандарты дымогарных (ОСТ 2607) и жаровых (ОСТ 2608) труб, в свое время разработанные для труб, ставящихся в медную топочную решетку, уже пересмотрены в сторону большего приближения их к современным запросам паровозостроения и ремонта паровозов.

НКПС стандартизирует размеры дымогарных труб-46/51 мм-как существующий в настоящее время размер труб почти на всех советских паровозах и ОСТ

51/57 мм шт- пп,,-г -для более мощных паровозов, с большим расстоя-НК11С УО/1-2

нием между решетками. Для жаровых труб устанавливаются, в зависимости от диаметров элементных труб и от расстояния между решетками, четыре размера

ОСТ

труб (см. фиг. 122), приведенные в табл. 4

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 122.

НКПС 91/2

Таблица 4

Наружный Диам. в мм

Виут ренн.

диам.

Диам. раздачи

Диам. первой подкатки

Диам. | оожатого!Толщина конца | стенки

Вес'1 пог м в кг

Расст. между решетками

Dt + 26

Dx

D,

D3

D,

д

12! 333 140

152 1

113 125 131 143

124 136 143 155

108 113 118

125 1

!

96 96 104 112

4,0 4,0 4,5

4,5 1

11,5 12,7 15,0 16,4

Меньше 4500

4 500-5-5 500

5 550 ~ 7 000

6 000^- 7000

Рассматривая жаровую трубу, показанную на фиг. 122, а также и другие, изображенные в дальнейшем, мы видим, что задний конец всех труб, входящий в огневую решетку, делается с обсадкой (обжатием), передний-с раздачей. Обсадка (30-40 мм по диаметру) необходима для того, чтобы, во-первых, иметь более прочную огневую решетку (работающую в очень тяжелых условиях), во вторых, иметь достаточный запас на рассверловку отверстий при ремонте паровозов без большого ослабления решетки и, в-третьих, для облегчения прохода паровых пузырьков необходимо иметь большие промежутки между жаровыми и дымогарными трубами именно у задней решетки. Эти промежутки пропускают пар, образующийся в большом количестве и за счет работы задних участков самых труб и за счет интенсивного парообразования стенкой решетки.

Передний конец, наоборот, раздается для облегчения выемки труб. Обычно раздача делается в 2 мм по диаметру для дымогарных труб и 2 ч- 3 мм для жаровых. Конечно увеличенный диаметр концов, заходящих в переднюю решетку, несколько ослабляет ее. Это ослабление здесь вполне допустимо, так как передняя решетка работает в значительно более благоприятных температурных условиях, чем задняя. Правда, для сохранения нужных расстояний между отверстиями в передней решетке (мостиков) разбивка труб в ней производится несколько иначе, чем в задней.

Рассматривая жаровую трубу, мы замечаем, что, кроме обсадки заднего конца, заходящего в решетку, на трубе имеется и другая обсадка,-путем подкатки на расстоянии 400 мм от заднего конца трубы. Это сужение диаметра возможно потому, что перегревательные элементы не доходят до задней решетки на 350-450 мм. Для того, чтобы живое сечение трубы было примерно одинаковым по всей ее длине, а также для того, чтобы обеспечить свободный проход большим массам пара возле верхней части решетки, и делается эта обсадка.

О постановке труб сказано ниже; здесь же заметим, что укрепление дымогарных и жаровых труб в стальной решетке развальцовкой непосредственно в листе не дает долговечной герметичности. Поэтому в стальных решетках предварительно развальцовываются тонкостенные втулки красной меди, изображенные на фиг. 123. На этом эскизе толщина решетки обозначена 5,, длина цилиндрической части втулки-я, диаметр отверстия втулки-й0. В этой втулке и развальцовывается труба. Эти втулки употребляются для постановки как дымогарных, так и жаровых труб.

6. Дымогарные и жаровые трубы

Наши мощные паровозы сер. «ФД» и «ИХ» и тем более паровозы сер. «ТА» и «ТБ» пока имеют нестандартные дымогарные и жаровые трубы.

Самый тип труб паровозов сер. «ФД» и «ИС», величины обсадок и раздачи, переходы от номинального диаметра трубы к обжатому концу заимствованы из американской практики. При проектировании котлов этих первых мощных паровозов был естественно учтен большой опыт США в части конструктивного выполнения труб.

На фиг. 124 показана дымогарная и на фиг. 125-жаровая труба паровозов сер. «ФД» и «ИС». Обращаем внимание на развальцовку труб со стороны топки в медных втулках. Переход к суженному концу у задней решетки выполнен коническим, а не посредством двух радиусов, как это обычно делалось у нас. Конический переход несколько сложнее для осуществления, но течение газов в трубе с таким переходом происходит в несколько более спокойных условиях.

Постановка труб

До недавнего времени мы не имели рациональных способов постановки труб. Если течь труб даже в медных решетках у старых паровозов была частым явлением в эксплуатации паровозов, то течь труб в стальных решетках оказывалась еще более частой и еще труднее устранимой.

Дымогарные и жаровые трубы никогда не удлиняются в одинаковой степени. Больше того, и отдельные трубы, получая больше тепла, расширяются больше других, и концы их стремятся выйти в топку. Конечно котловое давление выпучивает при этом и соответствующий участок решетки, но это выпучивание получается меньшим, и, таким образом, конец трубы перемещается относительно решетки. В особенности это явление может иметь место при растопке холодного паровоза. Развальцовка при этом нарушается, так как сущность ее заключается как раз во вдавливании неровностей трубы в материал решетки (или втулки) и обратно. Сдвинувшись и затем вернувшись в нормальное положение, труба может дать течь в месте развальцовки. Поэтому, кроме обычного бурта со стороны огня («внешнего» бурта), за последние годы на мощных паровозах стали применять «внутреннюю» развальцовку, или проссеровку, со стороны воды, как показано на фиг. 124 и 125. Вальцовка осуществляется фасонными конусами вальцовки; внутренний борт должен быть расположен у самой решетки (со стороны воды). Вальцовка со стороны воды оказалась вполне целесообразным мероприятием, улучшающим укрепление заднего конца трубы в решетке.

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 125.

Наконец за последнее время получила исключительное распространение обварка буртов труб со стороны огня. Эта обварка для создания надежной и долговечной герметичности производится у развальцованных и разбуртованных труб только после испытания котла. Такой способ позволяет проверить качество самой развальцовки и разбуртовки. Наплавленный металл должен быть плотным (водонепроницаемым).

Обварка буртов настолько увеличила надежность работы дымогарных и жаровых труб, что производится теперь в обязательном порядке как для вновь строящихся, так и ремонтируемых паровозов.

На фиг. 126 показан процесс постановки трубы. Здесь 7 показывает предварительную подготовку отверстия; 2-поставлена на место втулка красной меди; 3- втулка развальцована; 4-втулка разбуртована (со стороны воды); 5-вставленаи развальцована дымогарная "труба; б-труба роздана (предварительная раздача); 7_труба разбуртована со стороны воды; 5-труба окончательно разбуртована со стороны огня; 9-обварен бурт.

В передней решетке трубы развальцовываются без всяких медных подкладок. Передняя решетка, как указано выше, работает в более благоприятных условиях, и, главное, значительно больший диаметр вальцуемой части трубы обеспечивает значительно большую прочность укрепления этого конца. Кроме того и сила, стремящаяся сдвинуть решетку с трубы (котловое давление), действует здесь на меньшую площадь, чем в задней решетке. Поэтому в передней решетке нет смысла обваривать трубы.

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 126.

Для увеличения надежности укрепления самой решетки на передних концах дымогарных труб делается раздача или разбуртовка выступающих концов, как показано на фиг. 124 и 125.

Заметим, что у мощных паровозов часть дымогарных труб также должна иметь разбуртовку переднего конца (у паровозов сер. «ФД» и«ИС»-8 труб из 44), нужную для надежного укрепления решетки во всех ее участках. Все жаровые трубы разбуртовываются в передней решетке котлов паровозов сер. «ФД» и «ИС».

Противники постановки медных втулок утверждают, что нужные герметичность и прочность соединения труб с решеткой вполне достижимы с помощью заварки. Однако, по нашему мнению, еще преждевременно отказываться от описанного выше способа постановки труб. Метод этот в достаточной мере оправдан повседневной практикой и дает достаточную гарантию бесперебойной работы паровоза, а это-одно из основных требований эксплуатации. Конечно не исключена возможность изыскания в будущем более простого и не менее надежного способа укрепления труб в огневой решетке.

Расположение труб в цилиндрической части котла

6. Дымогарные и жаровые трубы

Цилиндрическая часть котла должна быть заполнена дымогарными и жаровыми трубами настолько, чтобы оставались только нужные достаточно свободные промежутки между ними для прохода пузырьков пара и решетки не были бы чрезмерно ослаблены отверстиями. Выше было указано, что и самый диаметр цилиндрической части определяется как описывающая жаровые и дымогарные трубы окружность.

Трубы в цилиндрической части располагаются не горизонтально, а ■с небольшим подъемом (в среднем 7юо) вперед. Подъем этот необходим как для облегчения размещения труб в котле, так и для свободного выхода, газов сгорания из самых труб при отсутствии разрежения в дымовой коробке.

Для того, чтобы не итти по пути значительного уменьшения перешейков (мостиков) между отверстиями труб в передней решетке из-за раздачи передних концов, почти всегда применяют веерообразное расположение труб, в утрированном виде показанное на верхней проекции •схематической фиг. 127. Подъем верхних рядов труб, таким образом, увеличивается и достигает х/50-г\т.

Американцы иногда располагают трубы параллельно друг другу с одинаковым для всех труб небольшим подъемом (1/юо-7120)' уменьшая тем самым опасность оголенияот воды передних концов труб при езде на подъемы. В США часто на водомерном "стекле делают пометки низшего уровня воды для езды по различным подъемам. Пометки наносятся, исходя из возможности оголения от воды передних концов труб.

В наших мощных паровозах хотя и применена веерообразная расстановка труб, но наклон верхних рядов все же сделан сравнительно с нашими старыми паровозами небольшим (около -Д00 ПРИ 1/120 У нижних труб).

Что касается расположения труб в плане, то здесь также применяется веерообразная расстановка, в особенности, если котел не имеет конических барабанов, значительно уменьшающих площадь передней решетки. Типичная для наших старых ^паровозов расстановка труб в плане показана на нижней проекции •фиг. 127, изображающей сечение котла горизонтальной плоскостью. Как видно, за счет размещения топки с боков задних участков труб имеется значительный неиспользуемый для работы (заштрихованный) объем воды. Для уменьшения этого объема и, главное, для более свободного размещения труб в задней решетке и .делали уширенный кожух (например, у паровозов сер. «С», «Су» и «Л»), показанный на средней проекции той же фиг. 127. В этом случае трубы расположены почти параллельно, мостики в задней решетке увеличиваются, хотя значительно

Фиг. 127.

большая сложность кожуха и в особенности его сборки, а также и меньшая прочность фасонного смычного листа являются слабым местом конструкции.

Наклон оси (в горизонтальной плоскости) крайних труб к вертикальной средней плоскости паровоза осуществляется в пределах 780-1/150.

Разбивка труб

Разбивка труб в задней и передней решетках должна быть осуществлена таким образом, чтобы избежать значительного ослабления решеток, сохранить свободный проход пара между трубами и в то же время использовать наиболее полно площадь решеток, на которых возможно произвести укрепление труб.

Площадь решетки, могущая быть использованной под постановку труб, определяется так, чтобы от кромки бурта крайней дымогарной трубы до начала закругления борта сохранилось расстояние в 1-2 мм. Некоторые старинные паровозы имеют крайние трубы, слишком близко подходящие к борту; в этом случае надежно развальцевать трубы затруднительно, так как раздаваемая вальцовкой труба не будет вдавливаться в материал решетки, а будет отодвигать ближайшую к борту часть решеточного листа.

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 128.

Для жаровых труб перегревателя Элеско расстояние от кромки бурта до начала закругления должно быть равно 2-3 мм и для крупных жаровых труб (перегреватели Шмидта и Чусова)-5-6 мм. Вообще, чем крупнее труба, тем большие развиваются при ее развальцовке абсолютные усилия, тем больше должна быть ширина плоского места листа до начала закругления борта.

Если требуется произвести оценку качества уже имеющейся разбивки, очерчивают на основании изложенного контур площади, на которой может быть выполнена разбивка труб, и проверяют, не выступают ли кромки буртов отдельных труб за эту контурную «габаритную» линию.

При разбивке труб нужно учитывать не только ширину мостиков в решетках между отверстиями, о чем и будет сейчас итти речь, но и нужные промежутки между самыми дымогарными и жаровыми трубами. Последнее обстоятельство, как показали последние опыты, имеет чрезвычайно большое значение, прежде несколько недооценивавшееся. Стремление «вписать» в данную цилиндрическую часть наибольшее количество дымогарных и жаровых труб обусловливало уменьшение водяных промежутков между смежными трубами. Сужение промежутков вызывало значительные затруднения для прохода образующихся масс пара. Пар как бы застаивался в трубчатой части котла, работа котла ухудшалась, температура стенок труб поднималась, и, следовательно, срок их службы сокращался.

Можно с уверенностью сказать, что обычные водяные промежутки между трубами в 17-20 мм для воды среднего и тем более низкого качества (жесткой) недостаточны. Полагаем, что эти промежутки следует делать не меньше 19-21 мм.. Уменьшение количества дымогарных труб вследствие увеличения зазоров между ними (при сохранении размеров самых решеток) с избытком компенсируется улучшением парообразования и облегчением промывки котла. Большие форси-ровки котла с своей стороны требуют увеличения зазоров между трубами для облегчения прохода больших масс пара.

Самое расположение труб в решетках может быть выполнено двумя рациональными способами: по вершинам квадрата, две стороны которого вертикальны, и по вершинам ромба, две стороны которого также вертикальны. Ромб можно разбить на два треугольника и формулировать второе условие по-иному, называя такую разбивку «по вершинам треугольника, одна сторона которого вертикальна». Эти два способа разбивки труб обозначены на фиг. 128 лит. а и б. На некоторых отживающих и уже отживших старых паровозах применялись и другие способы разбивки труб, обозначенные на фиг. 128 лит. в (квадрат с вертикальной и горизонтальной диагоналями) и г треугольник с горизонтальной стороной). Если разбивка по способу в неудовлетворительна в смысле пропускания пузырьков пара (стрелками показано извилистое движение его) и при этом недостаточно полно используется площадь решетки, то способ г в особенности неудовлетворителен из-за наибольшей затрудненности прохода пара:.извилистое движение паровых пузырьков между трубами здесь, в особенности затрудняет парообразование. В обоих последних случаях паровые пузырьки при проходе вверх, как показано стрелками, ударяются о нижние стенки труб и только после этого удара, задержавшись немного, обходят трубу сбоку и идут вверх, чтобы сейчас же снова удариться о следующую трубу.

Рассматривая разбивку по квадрату с вертикальной и горизонтальной сторонами (способ а), мы видим, что проход пара здесь ничем не стеснен, имеются сквозные вертикальные «коридоры» через всю массу труб. Недостатком такого способа является нерациональное использование площади решетки, так как в центре между четырьмя смежными трубами остаются заведомо неиспользуемые площади, обозначенные на эскизе лит. а знаком X. Поэтому такой способ разбивки применяется только для крупных жаровых труб, при чем эти средние участки используются под постановку мелких (дымогарных) труб. Правда, здесь пар получает извилистое движение, и особых достоинств такая разбивка на первый взгляд как будто не имеет. Если же учесть, что разбивка жаровых труб по квадрату уменьшает количество различных размеров перегревательных элементов (различная длина соединительных труб элементов) по сравнению со всеми другими типами разбивки, то преимущество такой разбивки по квадрату в указанных случаях (перегреватели Шмидта и Чусова) будет налицо. Все, без исключения, наши старые типы паровозов с перегревателями, а также и новые мощные, оборудованные перегревателями Чусова и Шмидта (например, четыре паровоза серии «ФД», выпущенные в 1936 г. в виде опыта с перегревателями Чусова), имеют и будут иметь разбивку жаровых труб, выполненную по способу лит. а.

Способ б, т. е. способ ромба (или треугольника) с вертикальной стороной является вполне удовлетворительным как в части прохода паровых пузырьков (извилистость движения здесь незначительна), так ив особенности в части полного использования площади решетки. Этот способ несравненно лучше способов е и г и получил широкое распространение. Дымогарные трубы всех наших более или менее современных паровозов, а также и дымогарные и жаровые трубы наших мощных паровозов сер. «ФД», «ИС», «ТА» и «ТБ» имеют разбивку по этому способу. Перегреватели перечисленных мощных паровозов составлены из элементов Элеско, вставляемых сразу в четыре смежных трубы («ромб»), и поэтому вопрос об увеличении номенклатуры (ассортимента) элементов из-за разбивки не по квадрату отпадает.

На фиг. 129а и 1296 показана разбивка труб в решетках паровоза сер. «Эм» и на фиг. 129 в-паровоза сер. «ТБ». Расположение труб паровозов сер. «ФД» и «ИС» дано на фиг. 44.

Рассматривая эти чертежи, мы видим, что способ разбивки дымогарных труб у этих паровозов однотипен; что касается жаровых труб, то разбивка их по квадрату выполнена лишь у паровоза сер. «Эм».

Размеры мостиков устанавливаются как по условиям прочности развальцовки и прочности самых решеток, так и по условиям свободного прохода пара. Последнее позволяет несколько уменьшить вертикальные мостики, назначая размеры их только по условиям прочности решеток и развальцовки.

Размеры мостиков должны быть примерно следующие:

1 Дымогарные трубы (46/51-51/57):

а) в задней решетке 27-32 мм (первая цифра для вертикальных мостиков, вторая-для наклонных);

б) в передней решетке 14-18 мм соответственно для вертикальных и наклонных мостиксв.

2. Жаровые трубы:

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 129а.

а)"мелкие жаровые трубы 82,5/89 и ближайшие по сортаменту-в задней решетке соответственно 27-32 мм и в передней решетке 17-21 мм; б) крупные жаровые трубы (125/133, 131/140):

[ вертикальные мостики -■ 45 - 50 мм в задней решетке {

( горизонтальные » - 50 - 60 »

( вертикальные » - 32 - 36 » в передней решетке }

\ горизонтальные » - 36 - 38 »

По поводу этих рекомендуемых нами размеров укажем, что здесь получило отражение стремление обеспечить свободный выход пузырьков пара посредством увеличения промежутков между вертикальными рядами труб. Наши старые паровозы в своем большинстве (не все) имеют вертикальные мостики недостаточ ные. Горизонтальные мостики желательно увеличить, как показано, хотя бы для этого увеличения пришлось пойти на уменьшение (на 6-8%) числа дымогарных труб.

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 1296.

Условия работы и расчет на прочность дымогарных и жаровых труб

Рассматривая условия работы жаровых и дымогарных труб, мы видим, что основной нагрузкой является котловое давление, нагружающее стенки труб на сжатие (наружное давление), затем усилия, разрывающие трубу по ее длине, за счет давления пара на решетки. В некоторых условиях трубы могут работать и на продольный изгиб-под влиянием их нагревания.

Тяжелые условия работы труб, разъедание их стенок как снаружи (вода), так и изнутри (топочные газы) заставляют значительно, раза в 2,5-3,5, увеличивать расчетную толщину стенки.

Здесь мы должны отметить, что во всех без исключения руководствах по паровозному делу, в том числе и иностранных, переоценивается ухудшение условий работы труб и их закрепления в решетках за счет изгиба трубы собственным весом. Иногда в котлы с длинными трубами ставились даже поперечные перегородки посредине длины труб, имевшие целью поддержать трубыот провисания. Постановка этих перегородок основана на недоразумении: во-первых, они вообще не нужны, так как «провисание» труб при работе паровоза, как мы сейчас увидим, почти отсутствует, и, во-вторых, эти перегородки приносят огромный вред для общей работы котла, прекращая естественную циркуляцию воды в котле; в особенности перегородки оказываются неудобными при ремонте котла, так как они не позволяют вынуть покрытые накипью трубы без того, чтобы не измять эту перегородку и тем самым еще больше затруднить выемку смежных труб.

Повсеместно распространенное мнение о дрожании труб на ходу и расстройстве в связи с этим дрожанием укрепления их в решетках основано на значительном преувеличении этого явления.

Расстройство вальцовки получается главным образом за счет продольных деформаций труб. Действительно, всегда забывают, что трубы находятся в водяном пространстве котла.

При движении холодного паровоза, с опорожненным котлом, дрожание труб имеет место, но расстройства вальцовки при этом конечно не получается, так как отсутствует котловое давление, да и передвижение холодного паровоза имеет место крайне редко.

Если предположить, что трубы имеют например износ до 20% по весу (что можно считать как бы средним износом находящихся в эксплуатации труб), то подсчет покажет, что наши дымогарные трубы 46/51 мм, находясь в воде, нагружены совершенно ничтожным собственным весом (закон Архимеда),-около 0,5 кг на 1 пог. м длины, т. е. всего около 2,3 кг на всю трубу паровоза сер. «Э»; трубы несколько большего диаметра, 51/57 мм-0,7 кг на 1 пог. м, а большие жаровые трубы, например диаметра 125/133 мм, оказываются даже несколько легче воды и нагружаются давлением снизу вверх силой около 3,6 кг на 1 пог. м.. Правда, вес элементов, находящихся в жаровых трубах, парализует эту силу. Грубо говоря, трубы в рабочем состоянии котла находятся примерно в равновесии. Не менее показательны данные и других мощных паровозов с их большим расстоянием между решетками, и, казалось бы, с наибольшей опасностью дрожания и провисания труб. Заметим, что размер (диаметр) жаровых труб должен быть увязан с примененным на паровозе типом пароперегревателя-количеством и диаметром элементных трубок, размещаемых в жаровых трубах.

Подвергая критике распространенное мнение о провисании длинных труб, мы отнюдь не против установления опытной зависимости между диаметром дымогарной трубы и длиной ее.

Наиболее простой и удачной формулой для определения зависимости между длиной дымогарной трубы и ее диаметрами считаем формулу:

- =?100. (44^ й

Здесь:

/-расстояние между решетками;

й-наружный диаметр дымогарной трубы.

Пользуясь этой формулой, еще при тепловом расчете котла можно грубо ориентировочно наметить длину трубы, задавшись ее диаметром (по ОСТу),или, наоборот, для выбранного расстояния между решетками подобрать наиболее подходящий диаметр труб.

Эта формула дает хорошие результаты именно в тепловом отношении, ибо при средних и больших форсировках котла при таком отношении длины трубы, к диаметру тепла газов сгорания оказывается достаточно для обогревания всей длины трубы, в частности последних участков по длине, когда температура газов достигает своего минимума.

Значительное несоответствие этой зависимости выбранных элементов трубы и в частности слишком большая длина трубы вызовут настолько большое охлаждение газов, движущихся по такой трубе, что последние участки ее будут являться заведомо неактивно работающей поверхностью нагрева, и во всяком случае котел будет слишком громоздким, тяжелым и относительно мало работоспособным.

6. Дымогарные и жаровые трубы
Фиг. 160.
6. Дымогарные и жаровые трубы

Ориентировочный расчет труб на прочность против сплющивания ведется по формуле Баха (для наружного давления):

Я*

- Здесь:

6'-теоретическая толщина стенки в см; гшр-' внешний радиус трубы в см;

Я, = 600 кг/см\

Определив теоретическую толщину стенки с?', прибавляем С = 0,15-:--^0,20 см на износ и получаем:

6 = о" + С = г^^- + (о,15-ч- 0,20) см. (46) Я*

Полученный результат увязываем с ОСТом, изменяя в указанных пределах запас на износ.

Найденную толщину стенки желательно проверить по другой формуле Баха, составленной им, правда, для крупных жаровых труб стационарных жаротрубных котлов, но с достаточной степенью точности отвечающей и ларовозной практике:

6=*Е*1*ж 1+1/ 1 + ----- \+С =

4*« v Г й i

= 1 +-1/ 1+А--1- ) + с. (47)

Здесь:

i - длина трубы между решетками в см; й'- наружный диаметр трубы;

а-коэфициент, величина которого зависит от точности изготовления трубы, т. е. отступления сечения от правильной окружности и неравномерной толщины стенки в сечении трубы. Для наших цельнотянутых труб:

а = 80 85.

Небольшие размеры (диаметры) наших дымогарных и даже жаровых труб, а также и назначаемые большие запасы на износ позволяют с достаточной степенью точности вести расчет не на наружное давление, а на внутреннее. Заметим, что трубы испытываются (гидравлическое испытание) как раз на сопротивление внутреннему давлению. Для употребительных в паровозостроении труб можно пользоваться формулой для. тонкостенных сосудов:

<5 = !*' а'«чт. + с, (48)

принимая здесь /?^>600 кг/см2. Величины запаса на износ те же, что и раньше. Подчеркиваем, что доминирующим моментом при определении 6 является величина С = 0,15-Ю,20 см, учитывающая значительное разъедание стенок труб газами и котельной водой.

Проверка укрепления труб в решетках, т. е. проверка на вырывание трубы, производится, исходя из величины участка решетки, удерживаемого на месте каждой дымогарной или жаровой трубой. Расчет ведется по элементарно выводимой формуле Баха:

б = Рк' 1 кг/см. (49)

Здесь:

б - напряжение вырывания на каждом пог. см длины окружности трубы;

йнар - наружный диаметр завальцованной части трубы;

/ - площадь участка решетки, обслуживаемого одной трубой. На фиг. 130 (разбивка труб по ромбу) эта площадь заштрихована. Рассматривая левую часть фиг. 130, пишем:

,_2 а Ь ш1-

2 ' 2 4 '

Это значение / и надо вставлять в формулу (49).

В случае разбивки труб по квадрату, когда между четырьмя смежными жаровыми трубами расположена одна дымогарная:

а = р*' Ь . (50)

Здесь:

йх - диаметр дымогарной трубы; й2 - диаметр жаровой трубы;

}х - участок решетки, «обслуживаемый» одной дымогарной и одной жаровой трубой, заштрихованный на фиг. 130 (см. правую часть).

6. Дымогарные и жаровые трубы

Эти напряжения на вырывание труб должны быть:

б ^> 30 кг/см для дымогарных труб в задней решетке. Заметим, что иногда: в старых паровозах, отличающихся течью труб, величина б допускалась до 32 кг/см;

б^>28 кг/см для дымогарных труб в передней решетке. Некоторое уменьшение напряжения в передней решетке объясняется обычным отсутствием буртов у труб в передней решетке. При наличии буртов б 32 кг/см;

б^>40 кг/см для жаровых и дымогарных труб, работающих совместно, в задней решетке; т^>35 кг/см-то же для передней решетки.

Изложенный расчет труб на вырывание частично потерял свою актуальность для огневых решеток в связи с внедрением обварки буртов, когда труба и решетка сращиваются в одно монолитное целое. При проверке прочности укрепления труб рекомендуем все же производить этот расчет для того, чтобы обеспечить разгрузку бурта и наплавленного металла от внешних усилий, гарантировав тем самым наиболее надежную работу этого ответственного соединения.

ГЛАВА VII

ДЫМОВАЯ КОРОБКА

⇐ | Передняя решетка и ее укрепление || Конструкции паровозов || Барабан дымовой коробки | ⇒