Понятие о применении в паровозах пара высокого давления

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Применение пара высокого (до 60-120 атм и выше) давления имеет весьма широкие перспективы. Свойства паров высокого давления полностью не изучены, почти во всех теоретических предположениях приходится итти, применяя экстраполирование кривых, графически изображающих свойства паров. Во всяком случае твердо установлено опытами, проверено и подтверждено основное свойство паров высокого давления: скрытая теплота парообразования уменьшается по мере повышения давления. Правда, теплота жидкости (воды) при увеличении давления увеличивается, но это увеличение идет медленнее, чем падает скрытая теплота парообразования. В итоге мы имеем уменьшение теплосодержания пара при давлениях, превышающих уже

2. Понятие о применении в паровозах пара высокого давления

24- 26 атм. На рис. 16 дана зависимостьмежду теплосодержанием и давлением пара. Нижняя кривая 1_ дает величины теплоты жидкости, расположенная выше-теплосодержание пара. Рассмотре- ____ ...

ние кривых показывает, чтотеплота испарения уменьшается значительно быстрее, чем увеличивается теплота жидкости. Наибольшее теплосодержание сухого насыщенного пара (669 кал/кг) соответствует давлению 24-26 атм.

В итоге за счет большего использования тепла в период расширения мы имеем, что если часовой расход пара на 1 л. с. в наших обычных паровозах колеблется в пределах 6,5-8 кг, то в паровозах высокого давления расход пара падает до 5 и даже до 4,5 кг, при одинаковом в обоих случаях перегреве. Это дает значительную экономию топлива, достигающую

25- 30%.

Пар высокого давления уже получил большое распространение в стационарных установках. За границей имеется несколько опытных паровозов повышенного и высокого давления (Делавар-Гудзонск. ж. д. в США, Шмидта, завода Винтертур, Леффлера). В самое последнее время в США заводом Балдвина построен мощный паровоз с котлом на 60 атм.

Основные вопросы при проектировании паровозов высокого давления- устройство котла и машины. В этих паровозах большое значение приобретают воздухо- и водоподогрев.

Трудности постройки котла на большое давление, необходимость отказаться от клепаных котлов и в особенности от плоскостенной топки заставляют обращать на конструкцию самое серьезное внимание. Здесь могут быть различные решения вопроса. Наиболее жизненным является разъединение котла на две основных части: собственно котел высокого давления (цельнокованый), являющийся испарителем, и котел низкого давления, служащий как бы водо-подогревателем (экономайзером) для котла высокого давления. Такой «водоподогреватель» обеспечивает основному котлу высокого давления оптимальные условия работы, предохраняя его от загрязнения, накипи и вообще от отложений.

Систем паровозов высокого давления имеется несколько.

Одним из характерных типов является паровоз, работающий по принципу проф. Леффлера-на 120 атм давления.

Схема устройства котла, предложенного Леффлером, показана на фиг. 17. Котел А, работающий под давлением 120 атм (первоначально было принято давление в 100 атм, как обозначено на схеме), заполнен частью водой, частью паром. Пар отсасывается из котла насосом В и поступает в мощный пароперегреватель С, Непосредственно обогреваемый газами сгорания. Перегрев достигает 450-500° С. Часть пара используется в машине, вся остальная масса перегретого пара (примерно 2/3 всего количества) возвращается в котел и за счет своей теплоты испаряет воду. Опасность взрыва котла исключается. Конструктивное оформление всего паровоза сравнительно сложно, так как паровоз снабженконденсатором (испарителем), циркуляционными насосами, перегревате* лями и др. приборами.

Бюро мощных локомотивов НИСа при ЛИИЖТе1 разработало проект паровоза типа 1-4-2 с котлом на 60 атм. Проектный паровоз имеет мощность, равную мощности паровоза сер. «ИС»2.

При работе с давлением пара в 60 атм ожидается экономия расхода топлива в 30% и воды в 40% по сравнению с обычными паровозами низкого (12-15 атм) давления.

На фиг. 18 дан чертеж общего-вида паровоза (один из вариантов), а на фиг. 18а показано фото проекта паровоза.

При проектировании паровоза отдельные детали его схемы меняли несколько раз. Окончательная схема, принятая к осуществлению, показана на фиг. 1<£

Обращаем внимание на большое количество различных устройств, обслуживающих собственно котел высокого давления. Здесь нужно принимать все меры к облегчению условий работы котла в.смысле предварительной очистки и значительного подогрева воды; только при соблюдении этих условий котел высокого давления будет работать целиком по прямому назначению,-испарению воды и поднятию пара до расчетных величин.

Цикл паровоза-открытый; это сделано для получения возможно более простой котельной установки. Очистка питательной воды применена как химическая (пермутирование), так-в дополнение к ней-и термическая.

Паровая машина применена двухцилиндровая, компаунд. Для выравнивания работы обоих цилиндров запроектированы отдельные реверсы • для правой и левой сторон. Это конечно усложняет конструкцию паровоза, но является допустимым для этого чисто экспериментального первого паровоза высокого давления. Обозначения отдельных частей даны на фиг. 19. Собственно котел высокого давления образован верхним большим барабаном 7, двумя нижними боковыми барабанами 2, соединяющими ба-

2. Понятие о применении в паровозах пара высокого давления

1 Научно-исследовательский сектор при Ленинградском институте инженеров ж.-д. транспорта.

2 В ОКБ Коломенского завода проектируется мощный паровоз с прямоточным котлом на 100 атм.

2. Понятие о применении в паровозах пара высокого давления
Фиг. 19.

1- Верхний (існочной) барабан высокого давлення.

2- Нижние боковые (ар ба 'ы. 3~~Б рабан фронтового экрана. і-БарабіИ заднего экрана.

6-Финн овой экран.

6- Заании экран.

7- Боковой экран.

в-Ци куляци иные трубы фронтового экрана. 9-Среа"ий барабан.

10- Первый конвекц онный пучек.

11- Паро-іе егреваель высокого давления.

12- Вюр'й конвекционный пучек.

13- Пяроперегрева-ель низкого давления.

14- Вод н й экономайзеп.

15- К'тел низкого давления.

16- Воздушный экономайзер.

17- Дымов ія ко обка.

13-Цилиндр машины высокого давления.

19- Цилиндр мшины низкого да ления.

20- Н сое высокого дьвленич.'

21- Насос низкого давления. 23, 24-Паропр воды.

25- Регулятор.

26- Маслоотделитель, 27, 23, 29-ізр .проводы. 30-Запорный вентиль.

31- Пароотвод.

32- Форсовый конус. 43-Маслоо г делитель.

31--Паропровсд мятого пара.

36-Запорный вепиль.

37 , 38-Водоподводящче трубы.

39- Пароразборная колонка.

40- Паропро -,од.

41- Маслоотделитель.

42- Шротровод мятого пара.

43- Паропровод. ^-Маслоотделитель.

45- Паротро од мятого пара.

46 - Водоподогр?ватель низкого давления.

47-Водопод одящая труба.

43 - Водоподогреватель высокого давления.

49-Водоподводящая труба.

60 - Пчтательный колпак.

И-Клапан

02, 63-Водогодводящие трубы.

54- Запорчый вентиль.

А5-Предохранительные клапаны.

$6-Загорный рентиль.

17-Паро ая труба.

И, 39, 60, 61, 62-Вентили д..я продувки. и, 64, 63-Трубы для отвода козденсата.

* Вкратце осветим работу паровоза. Пар из котла высокого давления 7 по паропроводу 23 поступает в элементы перегревателя высокого давления 7/ и далее в перегретом виде (перегрев до 450° С) по трубе 24 и через регулятор 25 Поступает в цилиндр высокого давления 18. В цилиндре высокого давления пар расширяется с 60 до 12-18 атм и по выходе из цилиндра высокого давления проходит через маслоотделитель 26. После маслоотделителя пар по трубе 27 поступает в пароперегреватель низкого давления 13, где и перегревается до 300-350°. Небольшая часть вышедшего из цилиндра высокого давления пара посылается по трубе 28 в батарею поверхностного водоподогревателя высокого давления 48.

Выйдя из перегревателя низкого давления, пар направляется по трубе 29 к цилиндру низкого давления 19, где и расширяется до обычных 1,2-1,5 атм. Отработавший пар по трубе 31 выбрасывается в форсовый конус 32. Часть выхлопного пара по трубе 34 отбирается для водоподогревателя низкого давления 46.

Процесс питания котла водой заключается в следующем. Из тендерного водяного бака (содержащего в себе уже умягченную пермутированием воду) питательный насос низкого давления 21 по трубе 38 гонит воду в во-доподогреватель низкого давления 46 и далее в водоподогреватель высокого (относительно) давления 48. Заметим, что термины «низкое» или «высокое» давления относятся к давлениям не питательной воды, а обогревающего воду пара. Такой двухступенчатый подогрев оказывается чрезвычайно желательным не только для улучшения тепловой работы котла низкого давления, но и для получения более интенсивного отложения в последнем накипи: котел низкого давления 15, в который поступает подогретая вода, является в основном отстойником для котла высокого давления. Пар, даваемый в небольшом количестве котлом низкого давления, идет лишь на обслуживание насосов (высокого и низкого давления, а также тормозного). Другое назначение котла низкого давления- аккумулирование тепла излишнего пара, иногда находящегося в избытке в котле высокого давления из-за переменного режима работы паровоза.

Насос высокого давления 20 забирает воду по трубе 52 из котла низкого давления и по трубе 53 гонит воду в водяной экономайзер 14, где вода подогревается до температуры 210-240° С. Как видно, на подогрев и очистку воды здесь обращено самое серьезное внимание: котел высокого давления здесь освобождается от несвойственных ему функций подогрева воды. Размеры собственно котла значительно уменьшаются.

Для дальнейшего улучшения работы паровоза запроектирован и воздушный экономайзер 16, подогревающий воздух, необходимый для горения

⇐ | Основные установки || Конструкции паровозов || Пылеугольное отопление | ⇒