Работа паровой машины

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Тепловой баланс паровозной паровой машины можно написать в виде следующего уравнения:

<?0 = <?! + <?2 + <?3 + С?4 + $5, (46)

где (?0 - располагаемое тепло, заключённое в паре, поступившем в цилиндр, в ккал/час;

Я1 - тепло, превращенное в полезную работу, в ккал/час;

ф2 - потеря тепла вследствие теплообмена между паром и стенками цилиндра в ккал/час;

<33 - потеря тепла с мятым паром, уносимым в трубу, в ккал/час;

(?4 - потеря тепла на наружное охлаждение в ккал/час; (?5 - потеря вследствие утечек пара через неплотности поршневых и золотниковых колец и сальников в ккал/час. Количество тепла, поступающего в машину, может быть выражено следующим образом:

. <50 = вм 1',

где 1.' - теплосодержание пара в золотниковой коробке в ккал/кг.

Потеря тепла на внешнее охлаждение (?4 при хорошей изоляции редко превышает 1% от располагаемого тепла; поэтому её обычно считают равной нулю.

Величина (<>5 характеризует степень исправности машины и ухода за ней; поэтому для получения данных о термических достоинствах машины располагаемое тепло должно быть равным:

Для анализа работы паровой машины удобнее относить все величины, входящие в уравнение тепла, не к 1 часу работы, а к одному ходу поршня; тогда располагаемое тепло может быть выражено, как

?о = Ш', (47)

где и - расход пара на один ход поршня в кг;

X'- теплосодержание 1 кг пара в золотниковой коробке.

Расход пара на один ход поршня определяется из отношения часового расхода пара к числу ходов поршня в 1 час, т. е. для двухцилиндровой машины простого действия:

' и = ^~. п

Количество ходов поршня в 1 час равно

1/1000

где V - скорость движения поезда в км/час; Э - диаметр колёс в м\

х - число ходов поршня за один оборот движущих колёс (для двухцилиндровой машины х - 4). Полезное тепло, превращенное в индикаторную работу, равно

Яі = АЦ, (48)

где Е1- индикаторная работа за один ход поршня в кгм;

Л -тепловой эквивалент работы, равный ■

Индикаторная работа за один ход поршня может быть выражена:

и = Р1, (49)

где 1 - ход поршня в м;

Р - среднее усилие на поршень в кг, равное

0=^.^ 10 000, (50)

где (І - диаметр цилиндра в м;

Рі-среднее ^индикаторное давление в цилиндрах за один оборот колеса в кг/см1.

Из приведённых выводов полезно использованное тепло будет равно

()1 = А ~-Р, Ю000. (51)

С другой стороны, известно, что из тепла, поступившего в машину ВЛХ' ккал, превращается в работу только число калорий, соответствующее работе N1 л. с.

Известно также, что 1 л. с. равна 75 кгм/сек, или 75-3 600= == 270 000 кгм/час. Механический эквивалент тепла Е == 427. Следовательно, полезно использованное тепло будет равно д1 = ^^.-21°^ = 632^.

Зная располагаемое и полезно использованное тепло, можно определить к.п.д. машины

Q1 632- N. 632 1

Следовательно, расход пара на 1 л. с.-ч характеризует степень совершенства машины.

Для паровоза типа 157 расход перегретого пара на индикаторную и касательную силу в 1 час в зависимости от скорости и отсечки приведён на фиг. 248 и 249, а для паровоза серии ПТ-4 на касательную силу в 1 час - на фиг. 250.

Из приведенных кривых видно, что расход пара на 1 и. л. с.-ч у паровоза типа 157 доходит до 8 кг. У паповоза типа 159 ятот пягход при отсечке 0,4 доходит до 12,3 кг. Последняя цифра указывает на сравнительную неэкономичность работы паровоза типа 159. Тепловой к. п. д. машины у современных ширококолейных паровозов достигает 14-15%, если же обратиться к паровозам типа 157 и 159, то у них этот коэфициент при наименьшем расходе пара на 1 и. л. с.-ч соответственно будет 10, 5 и 7,55%.

На основании специальной обработки опытных данных по ширококолейным паровозам акад. С. П.Сыромятниковым 1 приводятся следующие данные о потерях Q2 на теплообмен между паром и стенками цилиндров в зависимости от скорости движения:

а) для паровозов с машиной однократного расширения, работающей насыщенным паром, - от 26 до 40% от располагаемого тепла; первое значение относится к большой скорости, второе к малой;

б) для паровозов с машиной однократного расширения со средним перегревом (степень перегрева в золотниковой коробке 70°) - от 14 до 30%;

в) для машины с однократным расширением пара с высоким перегревом (180°) - от 7 до 20%.

Установлено, что эти потери уменьшаются с увеличением скорости, отсечки (до определённого предела) и температуры перегретого пара. Следовательно, чтобы уменьшить эти потери, более выгодно ездить с большими скоростями, высокими форсировками и высокой температурой перегрева.

Анализ этих потерь для узкоколейных паровозов не производился, поэтому трудно сказать об их величине.

Потери от утечек пара Q5 достигают также большой величины. На основании опытов установлено, что с увеличением форсировки котла эти потери уменьшаются; следовательно, гораздо целесообразнее ездить на высоких форсировках. При внимательном уходе за машиной потери от утечек пара могут быть доведены до величины менее 5%.

Потери пара от утечек по опытным данным 1936 г.2 на паровозе типа 159 достигали до 65 кг в час, что соответствует форсировке котла ZK = 2 кг/м2час.

Потери с отработавшим паром ф3 являются основными потерями и достигают иногда 50-60% и даже больше.

После рассмотрения отдельных потерь можно перейти к оценке паровоза с точки зрения экономичности его рабочего процесса.

Ранее было определено, что к.п.д. котла равен

^нетто _ Вм^-й

ВиЯн

Здесь сделано предположение, что температура воды в тендере 1 = 0°.

Коэфициент полезного действия паровозной машины (индикаторный)

- 632 -Ч-

г1т 1' г>

Коэфициент, учитывающий падение теплосодержания пара при прохождении по трубам от коллектора до золотниковой камеры, может быть выражен отношением

_ У

Механический к.п.д. машины равен отношению касательной мощности к индикаторной:

ГШ- ^

Подсчитав отдельные коэфициенты, можно определить общий коэфициент полезного действия паровоза в целом как теплосиловой установки в таком виде:

ВпЧн

В числителе этого выражения мы имеем полезно использованное тепло, а в знаменателе - располагаемое, что и должно быть по самому определению понятия к. п. д.

Полный к. п. д. паровоза, по опытным данным, для паровоза типа 157 Коломенского завода колеблется в пределах от 2,6 до 5,9%, Сормовского завода-от 3,8 до 6,5%; для паровоза типа 159 - от 2,2 до 5,5%.

⇐ | Паропроизводительность котла | | Паровозы узкой колеи (750мм) | | Сила тяги паровоза | ⇒