SU272A1 - Паровоз с приспособлением дл автоматического регулировани подвода и распределени топлива в его топке - Google Patents

Description

Исход  из соображений, что иде  современной автоматической топки еще не разрешена удовлетворительно, и что существующие приспособлени  в услови х топки с высокими те мпературами действует ненадежно, автор предлагает паровоз с приспособлением, имеющим целью удовлетворительное осуществление этой цели, разрешив три задачи: топливо в топке должно распределитьс  равномерным слоем по всей решетке ; без особых механизмов; подача топлива должна производитьс  автоматически простым элеватором; регулирование подачи топлива должно находитьс  в зависимости от напр жени  котла.

На фиг. 1 и 2 изображены продоль- ный и поперечный разрезы приспособлени  на паровозе и тендере; на фиг. 3 - вид сверху на колосниковую . решетку; на фиг. 4 - топка в перепек- i тивном виде; на фиг. 5 - нарошение тендера дл  помещени  топлива; на фиг. 6-св зь конвейерного винта и кожуха; на фиг. 7-двигатель дл  приведени  в движение ковшевого элеватора ;

и конвейера; на фиг. 8 - регул тор; на фиг. 9-подвод топлива; на фиг. 10- заслонка; на фиг. 11 - паровой цилиндр дл  заслонки; на фиг. 12 - устройство дл  подачи торфа и древесины.

Дл  решени  первой задачи (распределени  равномерным слоем) колосниковой решетке придаетс  вид двускатной крыши с наклоненными коньками (фиг. 1, 2 и 3), так что попавшее в топку на вершину гребн  топливо будет скатыватьс  и распредел тьс  по решетке равномерно. Угол гребн  с горизонтом и угол колосниковой плиты с горизонтальной плоскостью должны быть подобраны с таким расчетом, чтобы лини  сползани  топлива образовала с горизонтом угол, равный углу естественного откоса раскаленного топлива при тр ске, соответствующей тр ске паровоза. Из фиг. 4 видно, что лини  сползани  топлива АВ-АВ перпендикул рна к линии пересечени  наклонных колосниковых плит 7 с горизонтальной плитой 3. При забросе топлива , оно скатываетс  по указанным лини м до стенки топки, возле которой образуетс  бугор. Дальнейшее заполнение решетки топливом идет по кривым лини м, как примерно показано на фиг. 4. В виду того, что приток свежего топлива находитс  в верху гребн , оно будет менее накаленным и менее плотным, чем нижележащий слой топлива. Последний получает добавочное уплотнение от давлени  верхней части. В результате сопротивление проходу воздуха в нижней части топки будет больше , чем верхней. С целью урегулировани  сопротивлени  сло , нижн   часть колосниковой решетки сделана горизонтальной . Переход от колосниковых плит / к плите 3 сделан при помощи плит 2, имеющих меньший угол наклона гребн . При таком устройстве получитс  к концу решетки уменьшение толщины сло  топлива, а, следовательно , и уменьшение сопротивлени  протоку воздуха. Соответствующим подбором ширины колосниковой плиты 3 должно получитьс  вполне равномерное сопротивление сло . Угол естественного откоса различный дл  разного вида топлива. Подобранный вполне правильно, угол сползани  дл  одного вида топлива будет недостаточным дл  другого. Поэтому должно получитьс  некоторое утолщение сло  по направлению к гребню решетки. Принима  во внимание относительно малые размеры топки и малую разницу в углах естественного откоса топлива при тр ске паровоза, такое утолщение будет незначительным и не имеющим практического значени  при процессе сгорани . Плиты типа /, 2 и 3 должны быть чугунными. Отверсти  в них дл  прохода воздуха делаютс  в зависимости от вида топлива, как и в плитах дл  стационарных котлов. Нормальна  колосникова  решетка дл  длиннопламенного топлива, дающего малое сопротивление сло , должна быть выполнена с щелевидными отверсти ми большого живого сечени  с целью уменьшени  сопротивлени  протоку воздуха и лучшего удалени  сыпучей несплавившейс  золы. После прохода через такую решетку , воздух встретит большую поверхность окислени  топлива, и горение произойдет на верхней плоскости колосниковых плит. Дл  антрацитов и углей с малым выходом летучих веществ зону интенсивного горени  необходимо отнести от поверхности колосниковых плит, что достигаетс  круглыми отверсти ми диаметром около 12 м.м., расположенными равномерно по решетке на рассто нии 40 - 50 м.м. друг от друга. Во избежание забивани  воздушных отверстий шлаком, необходимо дать им возможно сильное уширение книзу. Такие же отверсти  можно примен ть и дл  подмосковного угл . С целью возможно простого удалени  шлаков из топки, колосникова  плита 3 сделана опрокидывающейс  около оси 4, при чем ее поворачивание достигаетс  давлением шлаков, т. е. без больших физических усилий. Провалившийс  в поддувало щлак выбрасываетс  наружу при открывании двухстворчатой дверки 5. Колосникова  плита 3 и дверки 5 при помощи рычагов и т г соединены с т гами б, руко тки которых выведены над площадкой паровоза, где расположены руко тки рычагов дверец поддувала. Как известно, дл  всех видов топл}1ва, дающих большой выход летучих веществ, требуетс  уменьшение пр мой отдачи тепла топлива лучеиспусканием . Лучиста  теплота, пада  на металлические стенки топлива, сравнительно холодные, поглощаетс  этими стенками, вследствие чего температура топки понижаетс , выделившиес  из топки летучие вещества сгорают слишком медленно, а в некоторых случа х могут и совсем не сгореть, если пространство топки по пути пламени недостаточно , или же температура топки падает ниже температуры воспламенени  летучих веществ. С целью повышени  температуры топки устраивают свод 7 из огнеупорного кирпича. Дл  топлив влажных и с большим выходом летучих веществ необходимо увеличить теплоемкость топки, 80 избежание резких колебаний температуры при забросе свежего топлива. Достигаетс  это футеровкой 9 боков и передней стенки огнеупорным кирпичем. Часть поверхности нагрева при этом работает с меньшей интенсивностью, но улучшение процесса сгорани  позвол ет лучше использовать теплоту остальной поверхности

нагрева котла. Футеровка стенок, помимо основного своего назначени , предохран ет также гор щие, но еще не вполне сгоревшие, летучие вещества от соприкосновени  с холодными стенками топки. Температура стенок топки колеблетс  от 200 - 300° С. и только в исключительных случа х, при больщом наслоении накипи, достигает 500° С. Температура же воспламенени  летучих веществ значительно выще температуры стенок топки. Так, водород (Н) загораетс  при температуре 550 С., метан (CHi) и окись углерода (СО) - около 650 С. Температура воспламенени  углерода (С) находитс  в этих пределах . Следовательно, если стенка не изолирована, то образовавщиес  возле нее газы улетают не сгоревщими в дымогарные трубы и оттуда в дымовую трубу. Футеровка стенок уменьшает площадь колосниковой решетки, но последн   увеличиваетс  за счет наклонного расположени  колосниковых плит; поэтому, даже при футеровке, площадь колосниковой решетки получитс  увеличенной , и только в паровозах с малой топкой площадь колосниковой решетки остаетс  такой же, как и в существующих паровозах. Загоревшиес  газы требуют дл  полного своего сгорани  определенного времени. Если на пути своем они встречают холодную стенку, то могут затухнуть, и процесс сгорани  останетс  не законченным. Дл  устранени  этого  влени  служит сводик в один кирпич 8. Он отводит струю пламени от задней стенки топки и предохран ет ее от потухани . Между сводом 7 и передней стенкой топки оставлен небольшой зазор. Назначение его--дать возможность очищать во врем  иромывок верхнюю поверхность свода от осевщей золы. Зола образуетс  за счет сгорани  частиц твердого топлива, увлеченных потоком газов и осевших, как указано на чертеже, вследствие уменьшени  скорости газов к концу свода. Осеви1а  зола  вл етс  изолирующим слоем, мещающим раскаленному своду передавать свою лучистую теплоту небу и верхним част м стенок топки, т. е. ухудшает теплопоглощение стенок топки и в то же врем  повышает температуру свода до плавлени  кирпича.

Таким образом, самораспредел юща  топка должна, по мнению автора, вносить облегчение в отоплении паровозов, даже вручную.

Дл  решени  второй задачи (автоматическа  подача топлива), подготовленное в более мелких кусках твердое топливо может быть подано в топку элеватором, как на фиг. 1-3.

Все виды топлива с малой теплоплотностью требуют нарощени  тендера дл  помещени  определенного требуемого количества тепловой энергии. Нарощение может быть как дерев нное, так и металлическое с открывающимис  люками /7 (фиг. 1 и 5). От передней стенки будки тендера идет во всю ширину наклонный лист 10. Под ним расположен ковшевой элеватор 17, зачерпывающий топливо из лотка, примыкающего к наклонной плоскости 10, как показано на фиг. 1. Ковц1ами топливо подаетс  в раструб 12 и отсюда винтовым конвейером 73 через трубу 14 в топку паровоза. Винт конвейера получает вращение при помощи черв чного колеса, сид щего на верхней оси элеватора. Лист 16 служит дл  регулировки притока топлива к ковщам элеватора. По мере забора топлива ковщами элеватора, оно будет постепенно оседать, выдавливатьс  в лоток , и, таким образом, элеватор будет в состо нии выбрать почти весь объем тендера. Остаток, .лежащий на задней части бака тендера в его боках, ограниченный поверхностью естественного откоса топлива, нужно сбрасывать в среднюю часть тендера вручную во врем  сто нок на станци х. Лист 18, положенный под углом естественного откоса топлива, способствует более правильному притоку топлива к элеватору. Как видно из фиг. 1 и 5, постановка элеватора не должна вызывать никаких переделок тендеров, в средней части которых нет вод ной части бака. В тех же тендерах, где эга часть имеетс , дл  увеличени  количества забираемого элеватором топлива, необходима переделка с уничтожением передней части вод ного пространства, как изображено на фиг. 1. Но можно обойтись и без переделки, если элеватор 11 сделать короче, т. е. довести его до верхней

грани средней части вод ного бака. При этом уменьшаетс  количество топлива , забираемого элеватором, как это отмечено на чертеже наклонной линией. При постройке новых тендеров полезно придавать внутренним очертани м вод ных баков угол естественного откоса топлива, и, таким образом, все топливо, наход щеес  на тендере, будет забиратьс  элеватором. В вИду того, что тендер в пути имеет самосто тельную тр ску, не зависимую от тр ски паровоза , необходимо винту и кожуху, как св зывающим звень  элеватора 77 и трубы 74, дать свободу перемещени  во всех направлени х. Достигаетс  это тем, что концы оси винта поко тс  в шарообразных подшипниках и получают поступательное и одновременно вращательное движение, видное из фиг. 6. Точно такое же движение получает и правый конец кожуха 73. Левый же конец, переход щий в раструб 72, покоитс  на верхней оси элеватора 77 в подобных подшипниках. При таком устройстве различные колебани  тендера и паровоза не должны преп тствовать правильной работе элеватора и винтового конвейера. Элеватор может приводитьс  в движение машиной производительного типа, воздействующей на концы верхнего вала элеватора. Однако , услови  работы на паровозе, при напр женном внимании машиниста и его помощника, требуют от машины простоты конструкции и надежности действи . Пример подобной машины приведен на фиг. 7. Машина может работать паром или сжатым воздухом. В цилиндре 7 вставлена втулка 2 с прорезами 3-4 дл  BitycKa и 5 дл  выпуска пара или воздуха. Во втулке движетс  поршенек 6. На чертеже он представлен в среднем положении. Когда поршенек находитс  в одном из крайних положений , например, в нижнем, то отверстие 3 открываетс . Пар или воздух проходит через нижний канал 3-4 и давит на поршенек, передвига  его вверх. Приток пара или воздуха возможен до тех пор, пока поршенек не закроет отверсти  3. При дальнейшем движении поршенька произойдет отсечка; пар или воздух начнет работать расширением , пока поршенек не откроет выпускного отверсти  5. При крайнем верхнем положении порщенька откроетс  верхний паровпускной канал 3-4,   поршенек начнет двигатьс  вниз. От верхней части поршенька идет шток, передающий давление пара или воздуха через крейцкопф и шатун кривошипу 7, сид щему на верхнем валу элеватора. Дл  того, чтобы возможно было приводить в действие элеватор в любой момент, необходимо поставить две такие машины, действующие на кривошипы вала, расположенные под углом в 90°.

Дл  решени  третьей задачи (регулирование подачи топлива), работа выщеприведенной машины может регулироватьс  м тием пара или воздуха. Если на пароприводной трубе поставить обыкновенный вентиль, то, регулиру  его открытие от руки, получим возможность давать переменное число оборотов поршней , а в зависимости от этого и переменную подачу топлива в топку. Дл  работы с хорошим коэфициентом полезного действи  такое регулирование требует от помощника машиниста посто нного наблюдени  за слоем топлива, напр женного внимани  и понимани  процесса сгорани . Поэтому, крайне желательно св зать подачу топлива с напр жением котла. Чем большее количество пара расходуетс  котлом, тем интенсивнее должно идти горение топлива, и тем больша  должна быть подача его в топку. Интенсивность горени  зависит от количества воздуха, прошедшего через слой топлива, который должен иметь наивыгоднейшую посто нную толщину и одинаковое по всей колосниковой решетке сопротивление . Количество воздуха, прососанного через слой топлива, находитс  в тесной зависимости от разр жени  в дымовой коробке . Последнее создаетс  почти исключительно работой корпуса, наход щейс  в зависимости от отсечки, скорости поезда и величины открыти  регул тора при посто нном сечении конуса. С уменьшением каждого из этих трех факторов мен етс  расход пара машиной паровоза. Работа же конуса и производимое им разр жение в дымовой коробке, при данном весе выпускаемого пара, в единицу времени остаетс  почти одинаковой , происходит ли это при малой скорости , но большой отсечке, или же при большой скорости с малой отсечкой. Таким образом, работа конуса, обусловленна  создаваемым в нем давлением пара, находитс  в пр мой зависимости от расхода пара машиной. Отсюда следует , что, дл  создани  хороших условий процесса сгорани , необходимо св зать работу элеватора с работой конуса , при чем необходимо иметь возможность регулировать подачу топлива от руки. Достигаетс  это при помощи регул тора, изображенного на фиг. 8. Регул тор состоит из цилиндра 7, в котором движетс  поршень 2, нагруженный пружиной 3. Пространство под поршнем соедин етс  каналом и трубкой 8 с конусом паровоза. Пор1иень 2 имеет стержень 5, оканчиваюшийс  клапаном , закрывающим отверстие в пластинке 6. Последн   раздел ет камеру, сообщенную каналом и трубкой 9 с паровым пространством котла, от камеры, сообщенной трубкой 7 с паровой машиной элеватора. При работе паровоза пар из конуса давит на поршень 2, отодвига  его вверх. Вследствие этого, стержень с клапаном 5 открывает отверстие в пластинке 6 и устанавливает сообщение между паровым котлом и машиной элеватора. Последний начинает работать и приводит в действие элеватор. С изменением давлени  в конусе поршенек 2 будет передвигатьс  и соответственно прикроет или откроет отверстие пластинки 6. Количество пара, протекающего в машину, измен етс , а вместе с тем будет измен тьс  и скорость вращени  вала элеватора машиной. Следовательно, подача топлива в топку будет соответствовать напр женности работы котла. Если подачу топлива отрегулировать при помощи винта 4 так, чтобы слой топлива в топке поддерживалс  посто нным при наивыгоднейшем содержании СО2 в газах, то получим хороший процесс сгорани  при различных напр жени х котла. Расход топлива паровозом при одном и том же напр жении котла зависит от количества теплоты, содержащейс  в единице объема топлива - от его теплоплотности . Чем меньше теплоплотность топлива, тем больший объем в единицу

времени должен подать элеватор в топку и тем быстрее должна работать машина. Каждый вид топлива, следовательно, требует вполне определенного положени  винта 4.. Если это положение нанести на рейку 77, то будем иметь возможность вести отопление паровоза наивыгоднейшим способом на различных видах топлива, при чем помощнику машиниста нет надобности приноравливатьс  к новому топливу. Он должен ставить руко тку винта против того давлени  рейки 77, которое соответствует сжигаемому паровозом топливу. На сто нках и при растопке паровоза, когда имеетс  давление пара около 2-х атмосфер, отопление можно вести всегда также автоматически, переключа  трехходовой кран регул тора и устанавлива  сообщение пространства под поршнем 2 с паровым котлом при помощи трубки 10. Начальна  растопка холодного паровоза должна вестись вручную через шуровочное отверстие.

Подача топлива в новых паровозах осуществл етс  просто, и топочную камеру можно построить с таким расчетом , чтобы постановка самораспредел ющейс  топки дл  всех видов топлива не встречала затруднений. Кроме торфа, как топлива дл  паровозов, в самораспредел ющей топке можно сжигать и дрова, распиленные на более мелкие куски, примерно, около /4 аршина в поперечном размере и такой же длины. Устройство подачи кусков древесины ничем не отличаетс  от изображенного на фиг. 12. Вопрос о применении в отоплении паровозов древесины в более мелких кусках, чем полень , можно разрещить, если распиловку вести в момент заготовки леса.

В существующих паровозах, примерно, в месте входа трубы Т4 в лобовой лист котла, помещаетс  регул тор. Подвод же топлива об зательно должен быть на вертикальной центровой линии топки. Наиболее просто осуществл етс  этот подвод, если в дверке шуровочного отверсти  сделать дыру и подвести к ней часть трубы 14 (фиг. 9). Дл  возможности открывани  дверки необходимо колено 14 сделать отдельно от трубы 14. С целью задержки топлива в трубе 14 в момент открыти  дверки,

на конце трубы поставлена заслонка 79 ; (фиг. 10), на оси которой сидит рычаг 20. На рычаг действует шток I поршн  21 парового цилиндра 22 (фиг. 11). Поршень отжимаетс  пружиной 23. Цилиндр сообщаетс  труб- ; кой 24 с пароприводной трубкой машины элеватора (фиг. 7). В период работы машины заслонка держитс  в положении , изображенном на фиг. 10. Перед открытием дверки топки необходимо машину остановить. Пар в пароприводной трубе будет отсутствовать, и, следовательно, поршень 21 будет находитьс  под действием пружины 23. : Последн   поднимет поршень вверх, i при чем повернетс , примерно, на угол 90°, и заслонка 19 (фиг. 10). Таким образом, все топливо, наход шеес  ; в трубе 14, задержитс  от выпадени . Часть же топлива, наход ш,а с  в ко- : лене 14, должна постепенно опуститьс  в топку по мере его выгорани . В виду малого объема топлива, заключающегос  в колене 14, продолжительность периода опоражнивани  колена, а, следовательно , и задержка в открытии дверки, практического значени  иметь не может. Труба 14 и винтовой конвейер 13 : весьма, по мнению автора, удобны дл  кускового топлива с размером кусков до 2, т. е. дл  всех видов каменного угл , антрацитов и торф ной мелочи. Дл  топлива же, куски которого больше 2, напр., торфа, наиболее целесообраз- , ное устройство подвод щего рукава 14 изображено на фиг. 12. Куски торфа | непосредственно из ковшей элеватора попадают в трубу 14, нижн   часть которой 74 вставлена в дыру дверки шуровочного отверсти . Перед откры- i тием дверки топки, необходимо остано- вить машину, привод щую в действие элеватор, и выждать момент опускани  топлива из трубы 14-14, ввод  в щель ; между трубой 14 и ее нижней частью 141 заслонку. Верхний уровень топли- ; ва зависит от шуровочного отверсти , т. е. плиты колосниковой решетки должны располагатьс  настолько ниже I

шуровочного отверсти , чтобы толщина сло  была вполне достаточной, примерно , около 350 - 400 м.м. дл  кускового торфа. По мнению автора, осуществление этой толщины невозможно в некоторых существующих паровозах, топки которых расположены над рамой; дл  других же видов топлива осуществление топки больщею частью возможно в существующих паровозах.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Паровоз с приспособлением дл  автоматического регулировани  подвода и распределени  топлива в его топке, характеризующийс  совокупным применением: а) воздушного или парового двигател  дл  приведени  в движение ковшевого элеватора 77 и конвейера 13 (фиг. 1) или одного элеватора 77 (фиг. 12), подающего топливо в приемную трубу 14 топки, в каковом двигателе в цилиндр 7 (фиг. 7) вставлена втулка 2, образующа  камеры 7,7 дл  впуска через каналы 3 н 4 к камеру 2 дл  выпуска каналами 5; б) приспособлени  дл  регулировани  подвода топлива , в коем между трубкой 9 (фиг. 8) из котла и трубкой 7, ведущей в двигатель , установлен клапан, наход щийс  с одной стороны под давлением в конусе по трубке 8 к а другой - под давлением регулируемой пружины 3; в) заслонки 79 (фиг. 9, 10), автоматически прекращающей доступ воздуха, под давлением пружины 23 (фиг. 11) на порщекь 21 цилиндра 22 при отсутствии давлени  в трубке 24, соединенной с трубой, питающей элеваторный двигатель; г) паровозной топки, снабженной колосниковой решеткою 1, 2, 3 (фиг. 1, 2, 3, 4) в виде наклонной двускатной крыши 7,7, переход щей при посредстве плиток 2,2 в горизонтальную площадку 3, и двум  сводиками 7,8, из коих первый доходит до передней стенки топки, а второй помещен вверху задней части топки. L 2: