Паровозыжелезнодорожный транспорт

Конус постоянного сечения Конусное дымовытяжное устройство состоит из двух взаимосвязанных частей: конуса постоянного сечения и дымовой трубы, которая устанавливается над конусом на одной вертикальной оси с ним (фиг. 52). Паровозный конус простейшего вида (фиг. 53) напоминает обычный тройник, в верхней части которого расположен насадок (сопло). К двум нижним отвер->0сь до/мобой стиям конуса присоеди- трубы няются паровыхлопные трубы паровых цилиндров. Фиг. 53. Конус простейшего вида Действие дымовытяжных устройств основано на использовании энергии отработавшего в машине пара. После расширения в паровой машине пар, совершивший полезную работу, обладает ещё значительным запасом энергии. Это объясняется, главным образом, неполным расширением пара в цилиндрах машины, имеющих ограниченный объём. Энергия отработавшего пара используется в конусно-вытяжном устройстве в виде кинетической энергии паровой струи. После выхода из конуса в дымовую коробку струя пара, обладая большой скоростью, на своём пути смешивается с уходящими газами и увлекает их в дымовую трубу, а через неё — в атмосферу. При удалении частиц газа из дымовой коробки давление в ней снижается, т. е. возникает разрежение. Чем больше пара

удаляется через конус и чем выше его скорость, тем большая масса газов увлекается паровой струёй и тем больше разрежение в дымовой коробке. Так как дымовая коробка соединена с топкой жаровыми и дымогарными трубами, то разрежение постепенно создаётся на всём пути (тракте) от дымовой до огневой коробки. В результате давление воздуха перед входом в топку превысит давление газов сгорания внутри газовытяжного тракта паровозного котла от топки до дымовой коробки включительно. Поэтому через открытые клапаны зольника и гделевидные отверстия в колосниковой решётке в топку будет энергично засасываться необходимый для сгорания воздух. Образующиеся при сгорании топлива всё новые и новые порции топочных газов благодаря создаваемой на ходу паровоза тяге выбрасываются в атмосферу. Известно, что скорость истечения любого газа и, в том числе пара, зависит от разности давлений в области, откуда течёт газ, по сравнению с областью, в которую он втекает. С другой стороны, известно также, что чем меньше сечение отверстия, через которое удаляется определённое количество пара, тем выше должно быть давление перед ним и, следовательно, скорость истечения пара. Насадок паровозного конуса именно и является таким отверстием, которое определяет величину скорости паровой струи. В самом деле, уменьшая размеры выхлопного отверстия, мы как бы прикрываем «заслонку» на пути пара. Чем больше прикрыта «заслонка», тем больше увеличивается подпор перед ней, т. е. давление пара, и тем больше увеличивается скорость паровой струи. Вместе с тем это повышение давления перед конусом можно обеспечить лишь за счёт дополнительного усилия на поршень машины в процессе выталкивания пара. Таким образом, даже при незначительном уменьшении выхлопного сечения конуса, с одной стороны, увеличивается скорость пара и тяга газов в котле, но, с другой стороны, возникает дополнительный подпор (противодавление) на нерабочую сторону поршня, уменьшающий полезную мощность паровоза. Установлено, например, что на паровозе серии Эм при уменьшении диаметра конуса с 67 до 61 мм потеря силы тяги составляет 390 кг. Увеличение диаметра выхлопного отверстия, хотя и снижает противодавление в машине, но уменьшает тягу газов. Если пар из обоих цилиндров удаляется через общую головку конуса, т. е. при подходе к выходному отверстию оба потока пара объединяются в один общий поток (конус с общим выхлопом), то наблюдается ещё одно отрицательное явление, а именно — выхлоп пара из одной машины отрицательно влияет на экономичность другой машины. Это явление заключается в том, что пар. удаляемый из одной машины в начальный момент выхлопа,, имеет очень высокое давление и встречается в конусе с паром,, вытолкнутым из другой машины при обратном ходе поршня и имеющим значительно меньшее давление, в результате чего возникает противодавление на нерабочую сторону второй машины. Если в конусе вместо одного общего канала для выпуска пара из ‘ обоих цилиндров устроить для каждого цилиндра свои собственные каналы, изолированные друг от друга, два для правого цилиндра и два для левого (фиг. 54), то отрицательное влияние выхлопа правого цилиндра на левый (и наоборот) уменьшится. Такой конус
назыв

Когда поезд идёт, например, по длинному спуску, нет нужды подавать пар в паровую машину паровоза, потому что и без пара он будет двигаться под действием составляющей силы тяжести, толкающей поезд вперёд. Для экономии пара машинист иногда закрывает регулятор и в других случаях. Чтобы при езде с закрытым регулятором, а также на стоянках можно было создать интенсивную тягу газов, в дымовой коробке размещается ещё один прибор, называемый сифоном. Сифон (фиг. 56) — это трубчатое кольцо, укрепляемое на’конусе на уровне верхней плоскости конусного насадка. По средней окружности кольца симметрично расположено несколько сопел с расширяющимися в сторону дымовой трубы каналами. Если через сифонное кольцо пропустить пар, то он устремится с большой скоростью сразу из всех сопел. Отдельные струи пара, соединяясь в один общий поток, заполняют дымовую трубу. Пар, вылетающий из сифона так же, как из конуса, увлекает за собой в атмосферу топочные газы, создавая разрежение в дымовой коробке и топке. Разница в работе конуса и сифона состоит в том, что конус действует отработавшим паром только при открытом регуляторе, тогда как сифон— паром, подводимым непосредственно из котла.

Фиг. 56. Сифон Для включения и выключения сифона в будке машиниста установлен специальный вентиль или рычаг. Сифонами машинисты пользуются не только во время стоянки паровоза, но и при езде с открытым регулятором. При малой скорости движения выхлопы отработавшего пара через конус очень редки. Поэтому тяга газов получается пульсирующей: то резко возрастает, то уменьшается. Если в этом случае пустить в действие сифон, то он будет способствовать выравниванию тяги газов, что особенно важно при отоплении слабоспекающимися углями и при тонком слое угля на колосниковой решётке. Совместное размещение конуса, сифона и дымовой трубы на паровозе видно на фиг. 12 (стр. 18).

Для создания тяги и отвода газов сгорания в промышленных котельных установках нередко сооружаются дымовые трубы высотой в несколько десятков метров. В таких трубах тяга создаётся естественным путём вследствие разности давлений окружающего атмосферного воздуха и нагретых газов. Пока котёл не работает, т. е. топливо в топке не сжигается, дымовая труба, так же как и топочное пространство, будет заполнена атмосферным воздухом. Поэтому давления в 1 am со стороны трубы и со стороны топки будут уравновешивать друг друга. Иное положение мы получим, если топка работает. В этом случае при высокой температуре (250—300°) уходящие газы становятся значительно легче атмосферного воздуха. Поэтому давление столба газов, заполняющих дымовую трубу, оказывается меньше давления воздуха, окружающего эту трубу. В результате разности этих давлений у основания дымовой трубы создаётся естественная тяга, которая обеспечивает поступление в топку воздуха, необходимого для горения топлива, последующее вытеснение продуктов сгорания по газоходам и, наконец, удаление их в атмосферу. Таким образом, естественная тяга будет тем больше, чем выше дымовая труба, чем ниже температура атмосферного воздуха и чем выше температура уходящих газов. Однако по ряду причин нельзя значительно повышать температуру уходящих газов, а следовательно, трудно создать естественную тягу достаточной силы; увеличение температуры уходящих газов привело бы к большим потерям тепла. Ясно также, что на паровозах нельзя применять чрезмерно высокие и тяжёлые трубы. На современных паровозах с их высокими котлами габарит подвижного состава позволяет устанавливать трубы (и то углублённые в дымовую коробку) высотой не более 2 м. Но такая маленькая по высоте труба, конечно, может создать очень небольшую естественную тягу, которая не в состоянии будет обеспечить достаточной интенсивности горения топлива на колосниковой решётке. Поэтому тяга газов в паровозе создаётся не естественным путём, а искусственным, т. е. при помощи специальных ды-мовытяжных установок. Образование тяги газов 46 Искусственную тягу разделяют на струйную—конусную и механическую — вентиляторную. Все паровозы, за исключением паровозов с конденсацией пара (см. главу XI), оборудованы конусным дымовытяжным устройством, поэтому мы в дальнейшем будем рассматривать этот основной вид дымовытяжных установок.

Если не принять надлежащей предосторожности против уноса в дымовую трубу раскалённых частиц твёрдого топлива (искр), то часть их размером до 8 мм, а иногда и больше, подхваченная ветром, может подняться на значительную высоту (до 50 м) и в горящем состоянии опуститься в радиусе более чем 15 м. Такоеискро-падение может быть причиной пожаров, так как температура крупных искр достигает почти 900°. Вот почему в Правилах технической эксплуатации железных дорог записано: «На каждом паровозе с дровяным или угольным топливом должны быть вполне исправные искроуловительные или искрогасительные приборы». Простейшее устройство для улавливания крупных искр выполняется в виде искроудерживающей сетки, устанавливаемой в дымовой коробке между Вертикальный сплошной шт и дымовой конусом трубой. Газы сгорания не могут попасть в дымовую трубу иначе, как через сетку, препятствующую проходу крупных искр. В результате удара о сетку часть искр отскакивает от неё, дробится и скапливается на дне дымовой коробки. Однако при таком устройстве приходится часто очищать дымовую коробку от изгари; сетки быстро перегорают и угольки. На современных мощных паровозах, в топках которых сжигается в единицу времени большое количество топлива, ставятся так называемые щитковые приборы. Эти приборы не только улавливают искры, но и частично дробят и измельчают их до размеров менее 1 мм, при которых искры не опасны в пожарном отношении. Хорошо ли это? И да, и нет. Хорошо, потому что отпадает надобность производить очистку дымовой коробки. Плохо, потому что в трубу безвозвратно вылетает много изгари, т. е. теряется значительное количество тепла. А ведь при смешении с углём собранную изгарь можно снова использовать для отопления паровозов. Рассмотрим устройство щиткового (дефлекторного) искрогасителя паровоза серии Л. Он состоит из вертикального и горизонтального щитов, соединённых между собой под прямым углом (фиг. 57). К горизонтальному сплошному щиту прикрепляется плохо задерживают крупные горящие
с наклоном искроудерживающая сетка, а на их стыке щиток-отражатель, который отклоняет газовый поток книзу. Таким образом, поток газов, выходя из жаровых и дымогарных труб, на своём пути огибает ряд щитов — фронтонный лист, щиток – отражатель и, наконец, через сетку устремляется к струе пара, выходящей из конуса. Этот прибор значительно повышает сопротивление газового тракта и в то же время не обе спечивает полностью искрогашения. Несмотря на кажущуюся простоту надёжная конструкция прибора для борьбы с искрами до сих пор ещё не создана, хотя предложений по этому вопросу имеется много. Некоторые из приборов находятся сейчас в стадии испытаний: например, знакомый нам газовый паросу-шитель (см. фиг. 50), который не только осушает насыщенный пар, но и «по совместительству» гасит искры. Посмотрим теперь, как конструкторы борются с дымом. Смесь дыма с паром, вылетающая из дымовой трубы,— нежелательный, но, к сожалению, почти постоянный спутник паровоза. Застилая окна будки машиниста, дым ухудшает видимость пути и путевых сигналов. Избавиться от дыма нельзя, зато можно прекратить или, во всяком случае, ослабить задымление окон будки машиниста. Делаются попытки поднять дым над паровозом силой встречного ветра. Для этого с боков дымовой коробки ставят вертикальные дымоотбойные щиты (фиг. 58). При таком расположении щитов поток встречного воздуха на быстром ходу паровоза двигается кверху, увлекая за собой дым, вылетающий из трубы.