Техника — молодёжи 1936-09, страница 49

Приходилось ли читателю когда-нибудь проехать на паровозе? Много интересного можно наблюдать здесь. Вот, например, работа топильщика. Эту обязанность обычно выполняет помощник машиниста, а иногда его сменяет кочегар. Открыв дверцу топки, он захватывает широкой’ лопатой уголь с тендерного лотка и бросает его в ослепительно белое пламя топки.

Присмотритесь, и вы увидите, что топильщик бросает уголь не как попало, а метит и определенные места: то дальше, то ближе, то правее, то левее. Лопата гремит, ударяясь о железный порог топки. Наконец, последнюю лопату ‘он опрокидывает, рассыпает тут же у порога и захлопывает дверцу, чтобы через несколько минут опять взяться за лопату. Хорошо и правильно топить котел—это вещь непростая, своего рода искусство: хороший топильщик умеет применяться к разным сортам угля и знает, как топить в том или ином случае, т. е. какой толщины держать слой в топке, больше ли бросать к стенкам или к середине, можно ли трогать уголь резаком или нет и т. д. Далеко не все помощники машиниста умеют хорошо топить, а если топильщик плохой, то и паровоз плохо работа ;т: топлива тратится много, а пара нехватает, и можно совсем застрять («растянуться») на перегоне между станциями. Тогда машинисту приходится самому браться за лопату.

Сколько же угля в час может человек средней силы перекидать в топку? Такие наблюдения были сделаны много раз, и оказалось, что в час можно бросить до 2 000 кг угля, а самое большее — 2 220 кг. Чем сильнее паровоз, тем больше у него топка и тем больше он требует топлива. Поэтому i|a более мощных паровозах топят по очереди двое: помощник машиниста и кочегар, да и то трудно приходится.

Посмотрим, как можно облегчить труд человека на паровозе.

Если паровоз имеет нефтяное отопление, то жидкое топливо, т. е. мазут (нефтяные остатки), вдувается в топку при помощи пара, распыляется на мелкие брызги и сгорает в виде фа-кгла, давая мало дыма и много тепла. Однако, мазут нужен нашей промышленности, и жечь его на паровозах невыгодно,—вот почему на железных дорогах нашего Союза за последние годы большинство паровозов, работавших раньше на мазуте, переделаны на топку каменным углем, а уголь идет на паровозы только среднего и низкого качества, так Как хорошие сорта угля также нужны промышленности.

С 1931 г. наши советские инженеры начали проектировать новый мощный паровоз «Феликс Дзержинский» для товарных поездов, а вскоре после этого такой же сильный и большой пасса, жирский паровоз — «Иосиф Сталин». Эти машины, работающие теперь на многих железных дорогах нашего Союза, имеют топки таких размеров, что их уже вручную топить никак нельзя, так как никто не сможет забросить 3 000—3 500 кг угля в час. Поэтому, по примеру американских па ровозов, наши паровозы серии «ФД» и «ИС» имеют особый механизм, называемый стокером, иначе говоря, это механический кочегар. Уголь по обыкновению грузится в тендер, а оттуда подается к топке особым винтом, который работает совершенно так же, как винт мясорубки; только винт стокера тяжелый и длинный, в несколько метров, а приводится он в действие отдельной небольшой паоовой машиной. Этим винтом куски угля проталкиваются по широкой трубе, вываливаются в топку и разбрасываются по ней струйками пара. Если помощник машиниста умело наладит работу стокера, уголь ложится ровным слоем.

Конечно, такой механизм усложняет паровоз, но иного выхода при отоплении углем мощного паровоза нет.

Весь ли. уголь без остатка сгорает в топке? Конечно, нет. Не существует такой идеальной печи, где сгорание было бы полное; так и в паровозной топке всегда имеются значительные потери: часть угольной мелочи проваливается в зольник, часть уносится в трубу паровоза, результатом чего является известный черный дым («паровоз пустил медведя»). Цели топить умело, то дыма немного, и вообще потерн уменьшаются. Сгорание улучшается, если частицы топлива как следует перемешать с воздухом, а это возможно тогда, когда частицы топлива по возможности мелки, Вот почему мы распыляем нефть, и вот почему желательно от кускового угля перейти к угольной пыли.

Первые опыты с пылеугольным отоплением паровозов были сделаны в Северной Америке и в некоторых других странах. Наиболее серьезно к этому отнеслись германские заводы и достигли хороших результатов. Так как и наши советские инженеры стремятся усовершенствовать паровоз и сделать его более сильным и экономичным, то и на наших железных дорогах появились паровозы с пылеугольным отоплением. Первый из них был испытан в 1934 г.

В чем же состоит особенность этого паровоза?

Понятно, что мелкую угольную пыль нельзя бросать в топку лопатой: пыль разлетится во все стороны, часть ее провалится сквозь решетку в зольник, а часть улетит через трубу на воздух, не успев сгореть. Очевидно, для такого отопления нужно какое-то особое устройство. Действительно. на тендере поставлен большой железный ящик в виде бака, закрытый сверху; сюда через верхние люки насыпается мелко размолотая угольная пыль. Винт, подобный стокерному, только меньше и легче, прояви, гает пыль из ящика в трубу, по которой она выдувается в топку сильной струей воздуха; дутье дает паровой вентилятор, поставленный возле угольного бака. Этот механизм также можно регулировать, так как винт вращается небольшой паровой машиной, которую можно пускать быстрее или медленнее, также можно усилить или ослабить воздушное дутье. Работа человека облегчена, но пылеуголь-ное отопление имеет и другие ценны г свойства: более полное сгорание (как сказано выше) и возможность прекрасно использовать самые плохие сорта угля, например подмосковный, который в обычном виде, т. t кусками, горит очень плохо. Конечно, тщательный размол угля и сложное устройство на паровозах стоит недешево, но расходы эти во всяком случае оправдываются.

Для большей ясности приведем следующий пример, показывающий выгоды пылеугольного отопления: слецнч-

Паровоз с нефтяным отоплением

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Часть паровозов работает на нефтяном, или, как часто говорят, мазутном, отоплении. Для отопления паровозов в этом случае применяют нефтяные остатки (мазут), которые получают при переработке сырой нефти. Для сжигания нефтетоплива на паровозе должно быть установлено следующее основное оборудование:

а) бак для хранения нефтетоплива со сборником (отстойником), питательным кувшином и подогревателями, устанавливаемыми на тендере;

б) две нефтяные форсунки, устанавливаемые в задней стенке зольника;

в) нефтепроводы, соединяющие питательный кувшин с форсунками;

г) паропроводы, подводящие парк к форсункам, подогревателям и для продувки нефтепровода;

д) кирпичная кладка и свод топки котла;

е) заправочный штуцер для заправки холодного паровоза паром от другого источника;

ж) заслонка на дымовой трубе.

Для горения мазута в топке паровоза необходимо обеспечить тонкое его распыление, подвод в топку достаточного количества воздуха, хорошее смешение распыленного мазута с воздухом и поддержание в топке высокой температуры, при которой будет быстрое и полное сгорание топлива. Установлено, что для полного сгорания 1 кг мазута теоретически необходимо 13,2 кг воздуха. Однако в реальных условиях для полного сгорания мазута теоретически необходимого количества воздуха недостаточно, поэтому в паровозную топку нужно вводить некоторое количество избыточного воздуха. Опыт показал, что для нормального горения мазута коэффициент избытка воздуха должен быть равен 1,3. Это значит, что в топку подводится воздуха на 30% больше, чем это требуется теоретически. Следовательно, в топку должно быть введено: 13,2 ■ 1,3 = 17,16 кг воздуха на 1 кг сжигаемого топлива, или при массе 1 м3 воздуха 1,2 кг (при температуре 20° С) — 17,16 : 1,2 = 14,3 м3 на 1 кг топлива. Исходя из потребного количества воздуха для сжигания 1 кг топлива и количества сжи-

гаемого в 1 ч мазута определяют необходимое проходное сечение клапанов зольника для подвода воздуха в топку паровоза.

При неправильном процессе горения топлива имеют место большие потери тепла от химической неполноты сгорания, неудовлетворительное парообразование, отложение кокса на стенках топки, быстрый выход из строя кирпичного свода и кладки.

Для сжигания мазута топка паровозного котла должна быть специально приспособлена. Хорошее смешение распыленного мазута с воздухом и полное сгорание его достигаются удлинением пути горючей смеси в топке и увеличением объема топки. В этих целях на паровозах, переводимых с твердого на жидкое топливо, удаляют колосниковую решетку, зольник частично используют как камеру горения, а в топке устанавливают кирпичный свод.

Стенки топки и зольника обмуровывают огнеупорным кирпичом, что предохраняет их от действия высокой температуры, способствует созданию в топочном пространстве температуры до 1600° С. Кирпичная кладка предохраняет также стенки топки от резкого охлаждения после прекращения отопления.

Свод является самой ответственной частью топочной кладки. Длина свода при нефтяном отоплении должна быть такой, чтобы он на 60 — 65% перекрывал площадь, ранее занятую колосниковой решеткой.

На рис. 45 изображено оборудование топки паровоза Л при нефтяном отоплении. Часть топки и зольника выложена огнеупорным- так называемым шамотным кирпичом 1, при этом применяют прямой и в некоторых местах фасонный кирпич Свод топки выкладывают из клинового шамотного кирпича 2 в виде арки. Перед укладкой кирпичей стенки зольника обмуровывают слоем асбеста толщиной 25 — 30 мм.

Длина свода, считая от трубной решетки топки, равна 1570 мм, а у паровозов Эр и СО •- 1600 мм и у паровозов Су — 1730 мм. Свод должен идти от трубной решетки к задней стенке топки под углом к горизонтальной плоскости около 8°. В передней части у трубной решетки свод проходит под нижними дымогарными трубами. Укладку кирпича в задней части топки за пределами свода производят не выше 250- 300 мм от топочной рамы. Свод топки разрешается также укладывать на циркуляционных (кипятильных) трубах из фасонного кирпича. Для удержания обмуровки на уровне топочной рамы устанавливают на месте балок колосниковой решетки поперечные 3 и продольные 5 балки, а в зольнике приваривают угольники 4. Бковые клапаны зольника закрывают кирпичом и обмуровывают асбестом. Доступ воздуха в топку осуществляется через нижние клапаны бункеров зольника и через окна в кладке.

Форсунки основная 6 и вспомогательная малой производительности 12 пропущены через отверстия в гибкой опоре котла и установлены в окне, сделанном в задней стенке зольника и кладке. Форсунка 6 при помощи фланца 7, кронштейна 8 и болтов прикреплена к хвостовику топочной рамы. Основная форсунка установлена на вертикальной оси котла, а форсунка малой производительности 12 расположена рядом с основной форсункой 6 (в горизонтальной плоскости) и при-

креплена к ней посредством приваренных к форсункам кронштейнов 14 и 15 и болтов.

Мазут к форсунке 6 подается от питательного кувшина на тендере по нефтепроводу 16, через запорный вентиль 17 и по нефтепроводу 10. К вспомогательной форсунке 12 мазут идет по тому же нефтепроводу 16, затем по ответвлению 21, через вентиль 20 и по нефтепроводу 13. Вентиль 17 на нефтепроводе к основной форсунке и вентиль 20 на нефтепроводе к вспомогательной форсунке имеют приводы. 18 и 19 с маховиками, которые выведены в будку машиниста и служат для регулировки подачи мазута.

Подача мазута к форсункам от специальной пароразборной колонки, установленной в будке машиниста и связанной паропроводом с главной пароразборной колонкой котла, осуществляется: к основной форсунке-по паропроводу 9 и к вспомогательной форсунке-по паропроводу 11.

Пароразборная колонка для нефтяного отопления представляет собой трубчатую камеру сварной конструкции, которая после сварки подвергается гидравлическому испытанию давлением 30 кгс/см2. К колонке, укрепленной на лобовом листе кожуха топки, приварены бонки, на которых установлены четыре вентиля (справа налево): к основной форсунке, к вспомогательной форсунке, для продувки нефтепровода и для прогрева мазута. Слева с торца колонки имеется отверстие, в которое на резьбе поставлена пробка-заглушка. Это

Рис. 45. Устройство топки при

а — кирпичная кладка; б — установка форсунок; в — нефтепроводы речная; 4 — угольник; 5 — балка продольная; 6 — форсунка основная; сунке; 10 — нефтепровод к основной форсунке;» /1 — паропровод к форсунке нефтепровод к форсунке малой производительности; 16 — нефтепровод с вентиля основной форсунки; 19 — привод вентиля форсунки малой произво-тельности; 21 — ответвление нефтепровода

нефтяном отоплении паровоза Л:

форсунок; 1 — кирпич прямой; 2 — кирпич клиновой; 3 — балка попе-7 — фланец; 8, 14, 15 — кронштейны; 9 — паропровод к основной фор-малой производительности; 12 — форсунка малой производительности; 13 — тендера; 17 — вентиль на нефтепроводе к основной форсунке; 18 — привод дительности; 20 — вентиль на нефтепроводе к форсунке малой производи-

отверстие может быть использовано для присоединения заправочного штуцера. На некоторых паровозах пароразборная колонка имеет пятый вентиль. При помощи вентилей на пароразборной колонке регулируют подачу пара к основной и вспомогательной форсункам. Паропровод от колонки для продувки присоединен к нефтепроводу 16 перед регулирующим вентилем 17. Продувки производят при загу-стевании мазута в нефтепроводе и при засорении форсунок.

На паровозах применяют круглую сварной конструкции эжек-ционную форсунку с внутренним распылением системы Данилина (рис. 46, а). Она отличается высокой производительностью и экономичностью, простотой конструкции и надежностью в работе. Форсунка имеет изготовленный из стальной трубы корпус 7, на который в передней части навинчено сопло И, закрепленное контргайкой 12. Внутреннее проходное сечение сопла имеет диаметр 18 мм, а расширяющаяся часть сопла заканчивается диаметром 25 мм. В задней части к корпусу приварен наконечник 5 для укрепления штуцера 3, центрирующего внутреннюю часть форсунки.

Внутри корпуса вставлена центральная трубка 8, к которой в передней части при помощи муфты 9 присоединен паровой конус 10. Проходное сечение парового конуса 5 мм. Муфта 9, имеющая три опор-

Рис. 46. Эжекционная форсунка системы Данилина (а) и форсунка малой производительности (б):

1, 3 — штуцера; 2 — гайка; 4 — прокладка; 5 — наконечник; 6 — фланец; 7 — корпус форсунки; 8 — центральная трубка; 9 — муфта; 10 — паровой конус, /1 — сопло; 12 — контргайка; 13 — наружная трубка

ных ребра, одновременно центрирует трубку 8 в корпусе 7. К другому концу трубки 8 приварен штуцер 3, который плотно прикреплен к наконечнику 5 при помощи прокладки 4 и гайки 2. К корпусу форсунки приварен штуцер 1, куда присоединяют нефтепровод. Для укрепления форсунки в месте установки к корпусу приварен фланец 6.

Форсунка работает следующим образом. По паропроводу, присоединенном к штуцеру 3, пар поступает в центральную трубку 8 и паровой конус 10 с расширяющимся соплом Л аваля, которое увеличивает скорость выхода пара. Мазут по нефтепроводу через штуцер 1 заполняет кольцевую полость между корпусом 7 и трубкой 8 форсунки. Пар, выходящий с большой скоростью из парового конуса, захватывает мазут, находящийся в кольцевой полости форсунки, и выбрасывает его в виде мельчайших брызг в топку, т. е. производит пульверизацию.

Особое внимание должно быть обращено на центровку парового конуса с геометрической осью выходного отверстия сопла форсунки. Отклонение оси парового конуса относительно сопла корпуса допускается не более 0,3 мм.

Большое значение для нормального процесса горения имеет правильная установка форсунки. Она должна быть установлена так, чтобы ее ось была направлена по вертикали — несколько ниже середины расстояния между сводом и подом топки, а по горизонтали — точно в центральную часть передней стенки топки.Факел форсунки при этом свободно вписывается под сводом и не ударяется в свод, боковые стенки и под топки. Смещение факела форсунки в сторону ухудшает горение и повышает расход топлива. Чтобы проверить правильность установки форсунки, пользуются световым лучом. С этой целью отворачивают гайку от штуцера Зик отверстию его подносят электрическую лампу, в результате чего на передней стенке топки образуется световое пятно. Установку форсунки регулируют таким образом, чтобы световое пятно попало в желаемую точку на стенке.

Для отопления паровоза на стоянках, при езде с закрытым регулятором и на малых форсировках, чтобы избежать нарушения факела, устанавливают вспомогательную форсунку малой производительности. Ее расположение в топке показано на рис. 45. Форсунка малой производительности (рис. 46, б) сварная и по конструкции похожа на основную, большую форсунку, отличаясь от последней главным образом размерами.

На наружную трубку 13 форсунки в передней части навинчено сопло И, имеющее проходное сечение 8 мм. К внутренней центральной трубке 8 впереди приварена муфта 9, имеющая три ребра, которыми она опирается на внутренние стенки наружной трубки. В центральное отверстие муфты ввернут паровой конус 10 с проходным сечением 2,5 мм и расходящимся соплом Л аваля.

С другой стороны к центральной трубке 8 приварен штуцер 3, который при помощи гайки 2 и прокладки 4 плотно прижат к наконечнику 5, приваренному в свою очередь к наружной трубке 13. Штуцер, центральная трубка, муфта и паровой конус образуют в форсунке единый канал, через который проходит паровая струя. Подача мазута в форсунку осуществляется через штуцер 1 и кольцевую полость

между наружной и центральной трубками. Вспомогательная форсунка работает по такому же принципу, как и основная.

Чтобы обеспечить хорошую пульверизацию топлива, локомотивная бригада должна подогревать его до соответствующей температуры (см. главу 21) и регулировать подачу пара в форсунку в зависимости от поступления мазута. Удовлетворительная регулировка и достаточная пульверизация топлива обеспечивают чистый факел и сильное, не отрывающееся от форсунки пламя. При этом из дымовой трубы будет выходить светло-серый, едва заметный дым. При избытке мазута будет происходить неполное сгорание, пламя получается темное, вытянутое, мазут сгорает с копотью и из трубы выходит темный или черный дым.

Мазут должен подаваться в топку в точном соответствии с режимом работы паровой машины паровоза и потребным количеством пара. При уменьшении расхода пара машиной нужно своевременно умен-шить подачу мазута, а при закрытии регулятора перейти на форсунку малой производительности, чтобы предотвратить образование сажи и потерю топлива. Нормальный процесс горения мазута в топке и подвод достаточного количества воздуха регулируются при помощи клапанов зольника и сифоном. Однако излишек воздуха будет вызывать охлаждение топки и потери от неполноты сгорания. При избытке воздуха пламя в топке будет жидкое, прозрачное, а из дымовой тру^ бы совсем не будет видно дыма.

Для наблюдения за факелом в топке котла в топочных дверцах делают смотровое отверстие диаметром 16 мм. Нельзя допускать перерыва факела, так как это приведет к резкому изменению температурного режима топки. Перерыв факела может произойти при медленном зажигании форсунки и при большом открытии сифона.

При передвижении паровоза собственным паром по станционным и деповским путям форсунка должна быть обязательно включена. Нельзя питать котел водой при погашенной форсунке, и нужно прекращать подачу воды в котел за несколько минут до потушки форсунки. Чтобы дольше сохранить свод и футеровку топки, не следует допускать форсированную работу форсунки после длительных стоянок, когда свод и кладка значительно охладились. При длительных стоянках паровоза в теплое время года в целях экономии топлива форсунку гасят и плотно закрывают заслонкой дымовую трубу, а также клапаны для подвода воздуха, чтобы предотвратить резкое охлаждение топки.

Для повышения форсировки котла и обеспечения устойчивого парообразования при переменном топливном режиме на паровозах с угольным отоплением применяют комбинированное угленефтяное отопление. При этом угольное отопление является основным, а мазут подается в топку только на трудных участках профиля пути не более 10% расхода угля. Оборудование для угленефтяного отопле-гия состоит из бака емкостью от 1,0 до 3,5 м3 для мазута, располагаемого на тендере, системы нефтепроводов, паропроводов и форсунки, устанавливаемой в топке.

На паровозах с механическим отоплением форсунку ставят на головке углеподатчика так, чтобы часть форсунки входила в топочное пространство. На паровозах с ручным способом отопления форсунку

размещают в нижней части топочного отверстия, для чего в топочных дверцах делают вырез. Форсунка должна быть направлена на середину топочного свода. При небольших форсировках котла паровоза, а также при езде с закрытым регулятором и на стоянках отопление мазутом не допускается. Нефтяное оборудование, устанавливаемое на паровозе с углемазутным отоплением, должно удовлетворять тем же требованиям, что и оборудование чисто нефтяного отопления.