Определение полезно использованного тепла и к.п.д. котла

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

То тепло, которое идёт на образование насыщенного пара в паровозном котле, на осушку пара и перегрев, если котёл снабжён перегревателем, называется полезным теплом.

При одинаковом давлении пара в котле за время опытной поездки и при одном и том же уровне воды в стекле перед началом и по окончании работы количество испарённой воды будет равно расходу её из тендера при условии отсутствия утечки воды при закачках инжектором.

Обозначая расход воды через А кг, теплосодержание 1 кг пара - через ).к и питательной воды - через т, можем получить полезно использованное тепло из следующего выражения:

^ = А (Ак - т) ккал/чаСш (32^

При питании котла водой происходит её потеря через вестовые трубы инжекторов. Это необходимо учесть при определении полезно использованного тепла.

Количество пара, приготовленное котлом, не всё реализуется на работу паровой машины, так как часть пара из котла расходуется на служебные нужды; поэтому с точки зрения работы паровой машины полезно использованным теплом будет называться то тепло, которое попало в машину.

Количество пара, приготовленное котлом для работы машины, будет равно у = А-а{-)1Ь,

где а,- - потеря воды инжекторами в кг;

- Ь - сумма служебных расходов пара в кг.

Во время испытания паровоза часто бывает, что за время опытной поездки уровень воды в стекле понижается против первоначального; поэтому к расходу воды по тендеру необходимо прибавить весовое количество котловой воды, превращенной в пар, что подсчитывается по уровням воды в стекле.

Если обозначить количество воды в котле перед началом опыта через Л0 кг и в конце опыта - через Лх кг, то количество воды, превращенной в пар, будет равно к-к

Количество тепла, пошедшее на превращение 1 кг котловой воды в пар, будет равно

К - Цк и за время опыта

(Л0 - К) (К - С1К),

где Хк - теплосодержание 1 кг пара в ккал;

цк - теплосодержание 1 кг котловой воды в кал. Принимая во внимание все поправки, уравнение (32) приводим к следующему виду я _ (Л1- а, - Щ (Хк - т) + (/»„ - (X, -дк)^

При подсчётах по паспортным данным и проектировании новых паровозов полезное тепло определяется по формуле

<?1 = В* (Аа - т) + (Вк~Вм) (Хк-х), (34)

где Вм - расход пара на машину в 1 час в кг; Вк - полный часовой расход пара в кг; 1а - теплосодержание перегретого пара вккал/кг. Теплосодержание 1 кг сухого пара можно определить по формуле

Х = дк + г = 608 + 0,ЗШк , (35)

где ?к - температура пара в котле;

цк-теплота жидкости при данном давлении; Г - полная скрытая теплота парообразования. Значение г может быть определено по формуле г = 610,2 - 0,712 и. (36)

Все эти величины можно брать непосредственно из таблиц или диаграммы 1-5.

Две последние формулы справедливы только для паров температурами от 100 до 200°, т. е. вполне применимы для паровозных котлов, давление пара в которых не превышает 17 ат.

При различных подсчётах необходимо иметь в виду, что получаемый пар в котле не является сухим, а имеет определённый процент влажности, который необходимо учесть.

Сухость пара зависит от объёма парового пространства котла и от специальных устройств для осушки пара. Нормально степень сухости колеблется в пределах 0,92-^0,95; у паровоза типа 159, имеющем недостаточный объём парового пространства, степень сухости, по опытам ВНИИПТ, при форсировке котла гк = 40 кг/л*2час снижается до 0,86 (фиг. 234).

Пренебрежение степенью сухости пара может привести к неверным выводам.

Если обозначить степень сухости пара через х, то теплосодержание 1 кг влажного пара может быть определено из выражения:

К = дк + хг. (37)

Теплосодержание перегретого пара можно определять по формуле

1й=--дк + г + С0уй-1к), (38)

где Ср - средняя теплоёмкость перегретого пара; 1а - температура перегретого пара. Значения средних теплоёмкостей приведены в табл. 16.

Таблица 16

Р в кг/см2

2

4

6

8

1

ю !

12

14

16

1к в °С

119,6

142,9

158,1

169 ,6

179,1

187 ,1

194,1

200.4

'« = 140......

0,490

.-.

_

-

.-

_

_

'а-180......

0,487

0,512

0,538

0,569

-

-

-

-

<й = 200 ......

0,485

0,507

0,530

0,556

0,584

0,615

0,653

-

'и = 240 ......

0,482

0,500

0,519

0,539

0,559

0,581

0,605

0,631

'„ = 280 ......

0,480

0,496

0,512

0,527

0,544

0,562

0,579

0,597

*й-зоо......

0,480

0,495

0,510

0,524

0,539

0,555

0,570

0,585

'а = 340 ......

0,481

0,493

0,507

0,518

0,532

0,545

0,557

0,570

'и = 380 ......

0,482

0,494

0,505

0,515

0,527

0,538

0,548

0,560

*й = 400 ......

0,483

0,494

0,505

0,514

-

-

-

-

Чтобы иметь представление о температуре перегретого пара на узкоколейных паровозах, заметим, что при испытании паровоза типа 159 в 1931 г. температура пара в коллекторе была получена не выше 225°. Во время испытания этого же паровоза в 1936 г. при изменённой конусной установке температура пара в коллекторе была получена несколько выше - около 310° (фиг. 235).

На фиг. 2о6 представлена температура пара в золотниковой корооке и отношение теплосодержания'перегретого пара к нормальному в зависимости отфорсировки котла 1К кг/м*час для паровоза типа 157, топливо -- уголь.

Для нахождения теплосодержания перегретого пара в золотниковой коробке для паровоза типа 157 можно воспользоваться данными той же фиг. 236, из которой

X' - ,

где 1-и - теплосодержание 1 кг пара, приведённого к давлению 1 ат, равное 640 ккал/кг.

На фиг. 237 представлен график температур перегретого пара в коллекторе пароперегревателя (а и в золотниковой коробке ?3 в зависимости от форсировки котла 1М кг/м2 час для паровоза серии ПТ-4 по опытным данным заводской лаборатории.

Из приведённых графиков видно, что температура перегретого пара в золотниковой коробке у паровоза серии ПТ-4 по сравнению с другими паровозами выше. Снижение температуры от

коллектора пароперегревателя до золотниковой камеры колеблется в пределах 15-30°, а у паровозов типа 159 и 157 перепад температур достигает от 50 до 90°.

Из приведённых графиков температуры перегретого пара видно, что она несколько ниже, чем у ширококолейных паровозов, что указывает на несовершенство рабочего процесса пароперегревателей узкоколейных паровозов.

В практике теплотехнических расчётов пользуются двумя коэфициентами полезного действия котла: т) нетто и г\ брутто нетто Чі % = Ъ (40>

или для паровоза с перегревателем

„<" = ~ т) + (Я« - 5л,) (>■„ - т)

_ ; (-И)

= ^^-1) , (42)

Рассмотрев все тепловые потери в котле и полезно использованное тепло, можно написать тепловой баланс котла в виде уравнения: А

$о = $1 + $2 + Я'2' + Я3+Яі + Я6. (43)

По условиям нашего примера для определения полезного тепла будем иметь следующие числовые данные: Вк = 1 199 кг/час.

В» = 1 165 кг/час; 1й = 732 ккал/кг при 1а = 310°;

К = 606 ккал/кг при степени сухости х = 0,87; т = 17° (вода в тендере). 1

Полезное тепло за вычетом служебных потерь будет <?і = Вм (Ха - т) = 1 165 (732 - 17) = 833000 ккал/час.

Потеря.от химического и механического недогорания топлива, а также с уходящими газами нами определена выше :

Яг = 83 706 ккал/час; Я2 = 166 432 ккал/час; $з = 269 740 ккал/час.

Вследствие того, что определение потери тепла на внешнее охлаждение в зависимости от скорости движения не производилось, их придётся взять из паспортных данных равными 1 75% от располагаемого тепла. При этих условиях

_ 1,75<?0_ 1,75. 1 486000

- -----= 26 000 ккал/час;

ф5 = ї Ь (Ак - Т)]= (Вк - Вм) (К - т) = = (1 199 - 1 165).(606 - 17) = 20 000 ккал/час.

999

Данные теплового баланса сведены в табл. 17.

Таблица 17

Располагаемое тепло

1 486 ООО ккал/час

100%

Потери от химического недогорания . . » от механического недогорания

» с уходящими газами ......

» на внешнее охлаждение.....

Невязка теплового баланса.......

833000 ккал/час

83 706 » 166 432 » 269 740 »

26 000 »

20 000 »

87 122 »

56,05% 5,63% П.2% 18,15% 1,75% 1,35% 5,87%

Фиг. 240. Кривые г, для паровоза типа 159

На фиг. 238 представлен коэфициент полезного действия котла паровоза типа 159 по опытам 1931 г. при составе топлива, сведённом в табл. 18.

Резкое падение к. п. д. котла объясняется тем, что во время испытания паровоза вследствие плохой работы конусно;'! установки приходилось пользоваться во всё время опытов сифэном. Расход пара на сифон достигал более 20% приготовляемого котлом пара.

Таблица 18

Топливо

(в (в ч т

<

га ч о М

О.

СП

(в а щ

и

^ Углерод

Водород

а.

о

<

Кислород

Теплотворная способности ккал\кг

Донецкий

уголь марки ПС

7;П

11,22

3,65

71,485

3,67

1,15

1,71

6 692

В 1936 г. производились вторичные теплотехнические испытания этого типа паровоза, но с другой конусной установкой; при опытах

Фиг. 241. Кривые т1(£ для паровоза типа 159

к действию сифона прибегать почти не приходилось, что свело служебные потери к нормальному проценту и улучшило к. п. д. котла1 .

Коэфициенты полезного действия котла паровоза типа 159 по опытам 1936 г. на различных видах топлива приводятся на фиг. 239, 240 и 241. Рабочий состав топлива в %, на котором производились эти испытания, приводится в табл. 19.

Коэфициент полезного действия котла паровоза серии ПТ-4 выше на 5-г-7% по сравнению с паровозом типа 159.

Коэфициенты полезного действия котла паровоза типа 157 на различных видах топлива представлены на фиг. 242 и 243.

Рабочий состав топлива при испытаниях приводится в табл. 20.

Таблица 20

Вид топлива

Рабочий состав топлива в %

Содержание парафина

С

к ш

а

Ар

ср

НР

NP

°р +нр

Парафини-

стып мазут

марки Г . .

3,94

0,03

-

83,08

12,03

_

-,

0,92

5,9

9 590

Уголь

смесь 50%

марки Т +

-г 50% мар-

и ПС . . .

1,49

15,71

2,19

73,46

3,77

1,5

1,88

1

6 793

⇐ | Потери тепла с уходящими газами, на внешнее охлаждение котла и на служебные нужды | | Паровозы узкой колеи (750мм) | | Паропроизводительность котла | ⇒