Колосниковая решетка

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Колосниковая решетка размещается в топке в плоскости, параллельной обвязочной раме, таким образом, чтобы верхняя плоскость колосников была на 60-90 мм выше верхней кромки обвязочной рамы. Это расстояние нужно всегда соблюдать, иначе случайные завалы накипи на обвязочной раме (например, при неправильном пользовании антинакипинами) вызовут накаливание нижних участков топочных листов.

Колосниковая решетка составляется из ряда отдельных колосников, имеющих между собой зазоры для прохода воздуха. За последние годы на устройство колосниковой решетки стали обращать в особенности серьезное внимание, так как здесь могут заключаться источники больших тепловых потерь котла, ухудшение использования котла и паровоза в целом.

Если в прежнее "время зазоры между колосниками делались очень большими для обеспечения свободного прохода воздуха и якобы для лучшего охлаждения колосников, то за ряд последних лег наблюдается определенная и вполне оправданная теорией и эксплуатацией паровозов тенденция к уменьшению зазоров.

Живым сечением колосниковой решетки называется сумма площадей всех отверстий (щелей) для прохода воздуха. Обычно живое сечение измеряется не в абсолютных единицах, а в процентах от общей площади колосниковой решетки. В прежнее время живое сечение решетки во многих, не оправдывающих себя случаях, достигало 50-60%. Вообще надо считать наиболее целесообразной величиной живого сечения 40-45°/о Для многозольных нешлакующихся углей;

угли шлакующиеся, или с большим содержанием летучих, требуют 15-20% жи_ вого сечения; антрациты и тощие угли, сжигаемые на шлаковой подушке" наиболее рационально используются на решетках «малого живого сечения», дости-1 гающего как крайний предел (опытные паровозы) 8-12%. Все вновь строящиеся паровозы, в том числе и мощные, имеют решетки живого сечения порядка 12-20%.

При уменьшении (в допустимых пределах) живого сечения решетки нагревание самих колосников уменьшается, а не увеличивается, как полагали прежде. Сказанное иллюстрируется фиг. 144, схематически изображающей два типа колосниковой решетки,-с большим и малым живыми сечениями. Волнистой линией обозначена поверхность слоя, во всех своих участках получающего воздух.

2. Колосниковая решетка
Фиг. 144.

Рассматривая эти две схемы, мы видим, что во втором случае воздух проходит через прозоры колосников с большей скоростью. Непосредственно над каждым колосником находится слой топлива и шлака, не получающий нужного количества воздуха и потому почти не принимающий участия в горении. Поэтому температура колосников не достигает тех больших значений, которые имели место в первом случае. Наконец некоторое охлаждение колосников получается за счет быстро движущихся струй воздуха, омывающих колосник снизу и с боков. В первом случае это охлаждение почти не имеет места как из-за незначительных скоростей движения воздуха, так и из-за прохода основных масс воздуха через центральные участки каждой щели, т. е. вовсе без соприкосновения с горячим колосником. Еще одним достоинством колосников малого живого сечения является невозможность прорывания воздуха в топку даже при уменьшенной толщине слоя. Наконец достоинством является и некоторое повышение температуры в топке из-за уменьшения избытка воздуха.

Заметим, что при решетках малого живого сечения должно быть несколько увеличено разрежение в топке, так как воздух приходится «засасывать» в топку через узкие щели; форсовый конус должен поэтому иметь несколько суженное выхлопное отверстие. Сужение это в общем незначительно и не оказывает заметного влияния на работу паровой машины в смысле увеличения противодавления пара (на нерабочую сторону поршня), тем более, что за последнее время получили огромное распространение новые конструкции конусов, значительно увеличивающие разрежение в дымовой коробке при одновременном уменьшении противодавления в цилиндре.

По мере уменьшения живого сечения колосниковой решетки"оказывается все более'и более рациональным соединять в одно целое два, три и больше отдельных колосника, это облегчает получение нужных небольших зазоров. Обычно ширина зазоров колеблется в пределах 4-20 мм; большая величина, естественно, относится к решеткам е большим живым сечением.

Материал, из которого отливаются колосники, твердый чугун, марки ч. л.-4 (ОСТ 970). Чугунные колосники при нагревании имеют минимальные коробления. В США кодосники для получения большой прочности часто льют из стали с большим содержанием углерода, приближающейся по своему химическому составу к чугунам.

На фиг. 145 показана колосниковая решетка малого живого сечения некоторых паровозов «Эм». Она составлена из 207 одинарных «балочных» колосников; часть их, посредине решетки, сделана опрокидывающейся, что необходимо для очистки топки. Откидной люк, составленный тройными колосниками, имеет винтовой ручной привод для откидывания люка с площадки паровоза. Для укрепления самых колосников в топке котла имеются колосниковые балки, прикрепленные к нижней обвязочной раме (одновременно и к листу топки). Длина колосников очень не велика,-всего 443 мм; увеличить эту длину не представляется желательным именно из-за опасения коробления колосников. На паровозах сер. «Э» и «Эу», где применялись решетки .большого живого сечения, длина колосников вдвое больше-880 мм, и вся решетка имеет поэтому более простое оформление, как это частью показано на фиг. 146. t"} Общее расположение колосников и колосники с уменьшенным живым сечением в настоящее время стандартизированы (ОСТ/НКПС 69 и 100).

2. Колосниковая решетка

При решетках малого живого сечения оказываются весьма рациональными качающиеся или встряхивающиеся колосники. Здесь уже вся решетка составляется из подвижных колосников, привод к которым идет в будку машиниста. Такие качающиеся колосники чрезвычайно удачно разрешают вопрос о режиме работы решетки малого живого сечения. Обычно вся решетка разбивается на четыре-шесть отдельных секций с идущими в будку машиниста приводами; помощник имеет^возможность встряхнуть отдель-^ ные^ участки решетки, сломать и частично протолкнуть шлак в зольник и затем возобновить нормальную работу решетки. Подчеркнем, что качающиеся колосники при сжигании на них тощих углей или антрацитов прокачивать ни в коем случае не следует, иначе шлаковая подушка будет разрушена и в работе топки получатся перебои. При чистке же топки качающиеся колосники и здесь оказываются вполне рациональными.

Такие качающиеся колосники получили широкое распространение на всех наших мощных паровозах сер. «ФД», «ИС», «ТБ», «ТА»; ими же оборудуются и паровозы сер. «Эм» и «СО».

На фиг. 147 показана схема типичной конструкции качающегося колосника. Колосник представляет собой целую плиту, почему и называется плитчатым качающимся колосником. Такая плита позволяет значительно упростить привод к решетке, так как сравнительно небольшое количество колосников позволяет ограничиться и небольшим количеством отдельных серег, тяг, валиков и т. д.

Подвижность колосника осуществляется тем, что плита своими концевыми отверстиями навешивается на шипы колосниковых балок» Для возможности навески колосника (на установленные в топке балки) отверстия в колоснике делаются неодинаковыми: с одной стороны имеется обычное круглое гнездо, как и показано на основном эскизе фиг. 147, а с другой стороны-вилкообразное углубление, как показано на дополнительном эскизе фиг. 147.

Качающиеся плитчатые колосники располагаются непременно поперек топки, как показано на фиг. 148, изображающей собранную колосниковую решетку одного из американских паровозов (площадь решетки-10,9 м2). Только поперечное расположение плитчатых колосников позволяет сконструировать сравнительно простой привод к ним.

2. Колосниковая решетка
Фиг. 146.

Что касается расположения щелей на колосниковой плите, то последние должны итти поперек плиты, т. е. вдоль топки. Делались попытки расположения щелей вдоль колосниковой плиты, т. е. поперек топки, но по условиям очистки топки (работы резаком) это себя не оправдало.

В США иногда применяют дырчатые плиты, т. е. колосниковые плиты с круглыми отверстиями для прохода воздуха. Такие колосниковые плиты обеспечивают сохранение нужных «прозоров» для прохода воздуха вне зависимости от величины коробления самой плиты. Однако очистка таких колосников неудобна. Поэтому в СССР такие колосники распространения не получили и, вероятно, не получат; применены они были только на паровозах сер. «ТА».

На фиг. 148 показана колосниковая решетка, состоящая из шести секций колосников, имеющих каждая свой привод. Нижние отростки колосников (см. также фиг. 147) шарнирно соединяются длинными серьгами с отростками соседних колосников, и с какой-либо точкой этих длинных серег шарнирно соединяются тяги, идущие к будке машиниста.

2. Колосниковая решетка
Фиг. 147.

Решетка по фиг. 148 разделена мощной поперечной колосниковой балкой на две половины-переднюю и заднюю; каждая из этих половин в свою очередь разделена на три продольно расположенных участка; следовательно, перечень колосниковых балок следующий:

1. Основная поперечная балка-вынесена на отдельную проекцию справа.

2. Четыре средних продольных колосниковых балки, опирающихся одним концом на основную поперечную балку, а другим-на кронштейны, привернутые к нижней топочной раме.

3. Четыре боковых продольных колосниковых балки, укрепленных к внутренним граням боковых участков нижней топочной рамы.

Такое расположение колосниковых балок для мощных паровозов может считаться типовым. Для решеток меньших размеров, например, 7-8 м, лучшим оказывается разделение всей решетки вдоль-одной средней хребтовой балкой; решетка здесь разделяется на две половины-правую и левую. Колосники укладываются на боковые продольные балки и эту хребтовую. Именно такое расположение колосников применено в паровозах сер. «ИС» и «ФД». Средняя балка имеет значительную длину-свыше 3 м. Для получения наибольшей прочности при минимальном весе этой балке придана форма тела равного сопротивления, изгибу, как это видно по верхней проекции фиг. 149, изображающей детали колосниковой решетки паровозов сер. «ФД» и «ИС». Хребтовая балка для дальнейшего облегчения сделана полой и трехгранного сечения.

Для того, чтобы избежать слишком сильного нагревания и коробления хребтовой балки, по условиям прочности всегда изготовляемой из литой стали, полезно несколько понижать балку относительно верхней плоскости самыхколосников. Если оалка расположена вдоль топки, то она, естественно, снабжается шипами (см. правую верхнюю проекцию фиг. 149) для навески колосников, и, таким образом, удалить ее от слоя невозможно. В этом заключается недоста*

2. Колосниковая решетка

ток (правда, несущественный) такой продольной балки, принятой для паровозов сер «ФД» и «ИС». На фиг. 148 показано более рациональное расположение хребтовом поперечной балки. Рассматривая этот рисунок, 'мы видим, что балка здесь опущена вниз и располагается под решеткой. Нагревание ее и короб-ленке почти устранены. 1

' Колосниковая решетка паровозов сер. отдельных секции. В будку машиниста идут четыре ь , л0. ЯЖЯИ ^стиТсл^ето^реЕы кроимы для 0П„Р

2. Колосниковая решетка

этих рычагов. Нижние концы рычагов соединяются с задними концами тяг колосников.

Вернемся к фиг. 148; мы видим, что крайний правый рычаг (верхний на нижней проекции-плане решетки) обслуживает пять передних колосников правой части решетки, второй справа-пять задних колосников правой части, тре тий справа-четыре передних колосника средней части решетки, четвертый справа (показан в самом низу плана решетки)-три средних колосника средней части. Левая часть решетки, обслуживаемая пятым и шестым рычагами,-симметрична с правой частью решетки; поэтому на фиг. 148 эта часть и обслуживающие ее тяги не показаны.

Далее мы замечаем, что в средней продольной части решетки остается не обслуженный тягами задний участок решетки, расположенный непосредственно под шуровочным отверстием. Этот участок вовсе не имеет колосников и предназначен для постановки здесь стокерного «стола» (головки) н и ж н е й подачи, т. е. подачи угля в топку не через шуровочное отверстие («верхняя подача»), как это практикуется на всех без исключения наших мощных паровозах, а через отверстие в самой колосниковой решетке. Ниже будут указаны положительные и отрицательные качества обоих способов подачи, здесь же обращаем внимание, что при нижней подаче часть решетки непроизводительно теряется для непосредственного сжигания топлива.

Сравнивая фиг. 148 и 149, мы замечаем, что на первой отсутствуют люки (опрокидывающиеся колосники) для очистки топки; на фиг. 149 (паровозы сер. «ФД» и «ИС») они имеются. Здесь нужно указать, что при отсутствии крупных кусков шлака очистка топки может быть произведена простой постановкой качающихся колосников в крайнее положение, когда между их верхними плоскостями образуются достаточной ширины просветы. При наличии специальных люков ширина колосниковых плит может быть взята сравнительно небольшой- 170-200 мм; если же люков нет, то ширину плит приходится увеличивать до 250-300 мм. Широкие плиты уступают узким в эксплуатационном отношении, так как, ломая шлак между смежными плитами, мы не трогаем шлака, образовавшегося на самой плите. Американцы все же часто применяют широкие плиты, так как это уменьшает общее количество колосников, соответственно упрощает привод и позволяет обойтись без опрокидывающихся колосников.

Перед покачиванием какой-либо секции нужно сгрести с нее горящие куски угля на соседние участки топки. Покачав колосники и установив рычаги'в среднее положение, сгребают уголь обратно с соседних участков на очищенный и тем самым восстанавливают процесс горения на всей решетке.

Работа по покачиванию колосников тяжела, в особенности при тугоплавком шлаке или если бригада допустит зашлакование. Для облегчения работы по покачиванию колосников на выступающие из-под пола будки машиниста концы рычагов надевается длинная труба, нижний конец которой обжат по профилю сечения рычага. Надевая трубу, помощник машиниста значительно увеличивает верхнее плечо рычага и тем самым облегчает свою работу.

Такая съемная труба позволяет ограничиться очень небольшой высотой верхнего плеча самих рычагов; последние не загромождают будки, заканчиваясь почти на уровне пола будки.

В мощных американских паровозах за последние годы получил некоторое распространение паровой сервомотор для покачивания колосников, не исключающий конечно возможности и ручного покачивания. На фиг. 150 показано общее расположение такого устройства. Здесь покачивание колосников осуществляется простым повертыванием рычажка, расположенного в будке под рукой у помощника, в два крайние (передние и задние) положения.

Трехходовой кран (см. слева наверху фиг. 150) впускает пар в верхнюю или нижнюю полость вертикального цилиндра, расположенного под полом будки машиниста у лобового листа. Цилиндр показан на фиг. 150; здесь виден способ передачи движения от поршня к квадратному валу, проходящему поперек лобового листа под полом будки. При перемещении поршня вверх и вниз вал покачивается на нужный угол. На этом валу насажены рычаги, управляющие движением колосников. Для того, чтобы можно было осуществить покачивание одного нужного рычага и чтобы остальные оставались в покое, отверстия в рычагах сделаны не квадратными, а круглыми; на вал в том месте, где будет расположен рычаг, предварительно надевается шайба, обточенная по окружности, равной диаметру отверстия в рычаге, а отверстие в шайбе продолблено квадратным, соответствующим профилю вала. Таким образом, чтобы пока чать рычаг, необходимо «сцепить» его с квадратным валом. Это сцепление осуществляется щеколдами, поставленными на рядом расположенные дополнительные рычаги, уже жестко соединенные с квадратным валом. Число щеколд соответствует числу рычагов привода, т. е. числу секций. Накинув щеколду на нижний рычаг и пустив затем в работу цилиндр сервомотора, мы и осуществляем покачивание нужной секции.

Фиксирование колосников в среднем, нормальном, положении производится здесь другими щеколдами, ось вращения которых укреплена неподвижно на кронштейне, несущем на себе и опоры основного вала. Такое уст-1 ройство накидных щеколд позволяет: 1) обойтись одним комп-*- лектом трехходового клапана и цилиндра для любого Количе-

УЗ

me и три секциий-

2. Колосниковая решетка
Фиг. 151.

3) удобно обслуживать решетку и вручную, надевая на концы рычагов вместощеколды трубу-рычаг.

В заключение этого параграфа нужно сказать, что рассмотренные здесь конструкции колосников являются типовыми и наиболее распространенными. Стремление улучшить работу решетки не сразу привело к выбору и установлению таких конструкций.

Наиболее серьезным в части обслуживания решетки с малым живым сечением нужно признать вопрос о рациональной конструкции колосника малого живого сечения. Много сторонников имеется у так называемых «гребенчатых» качающихся колосников, показанных на фиг. 151. Зубья одного колосника входят в интервалы смежного, и, таким образом, при покачивании обоих шлак ломается. Такие колосники применены на некоторых наших паровозах и, между прочим, на многих паровозах сер. «Е». Дефектами являются, во-первых, невозможность осуществления решетки с достаточно малым живым сечением, во-вторых, значительное увеличение усилий для покачивания колосников. Для того, чтобы покачать их, нужно сломать шлак по длинной зигзагообразной линии, а не по короткой прямой. В-третьих, недостатком является большое коробление, при чем покоробившиеся колосники невозможно поставить в исходное положение, и дело кончается быстрым сгоранием выступающих зубьев не вставших на .место колосников.

⇐ | Общие сведения || Конструкции паровозов || Свод | ⇒