ГЛАВА /

ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ЛОКОМОБИЛЬНЫХ котлов
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАРОВЫХ КОТЛАХ И ИХ УСТРОЙСТВЕ

Паровыми котлами или, более правильно, котельными установками (котлоагрегатами) называются устройства, служащие для получения опре­деленного количества пара с заданными параметрами, т. е. давлением и температурой. Пар предназначается для выработки механической энергии в паровом двигателе (паровой машине локомобиля), а также широко используется для производственных, бытовых и других целей.

Современная локомобильная котельная установка состоит из следую­щих основных частей: парового котла, пароперегревателя, топочного

устройства, арматуры и гарнитуры, питательных устройств, парового водоподогревателя, к которым в некоторых случаях добавляется газо­вый водоподогреватель (водяной экономайзер) или воздухоподогреватель.

Каждая котельная установка характеризуется количеством и пара­метрами вырабатываемого пара, т. е. его давлением и температурой. Паропроизводительность котла выражается в кг/час или т/час.

В зависимости от тина и конструкции котельная установка характе­ризуется величиной поверхности нагрева и размерами топочного устрой­ства, т. е. площадью колосниковой решетки, на которой происходит сгорание топлива, и объемом топочного пространства.

Поверхностью нагрева котельной установки называется площадь всех поверхностей металлических стенок котельной установки, омывае­мых с одной стороны горячими газами, а с другой — рабочим телом, т. е. водой, паром или воздухом, направляемым в топку. Поверхности нагрева служат для передачи тепла от горячих газов рабочему телу; раз­меры их определяются по стороне, омываемой газами, и измеряются в м%.

Поверхность нагрева, воспринимающая тепло от газов в основном путем соприкосновения, называется конвективной. Поверхность на­грева, получающая тепло от газов за счет излучения пламени или горя­щего слоя топлива, называется радиационной. Конечно, и радиа­ционная поверхность нагрева часть тепла, правда незначительную, по­лучает от соприкосновения с газами.

Рапиационные части поверхности нагрева, размещенные по стенкам топки и служащие одновременно для защиты обмуровки от нагрева ее до чрезмерно высокой температуры, называются экранами.

Рабочим давлением пара в котельной установке называется такое наибольшее давление, величина которого назначается исходя из усло­вия безопасной работы всех подверженных этому давлению частей установки и с которым котел должен постоянно работать. Установленное рабочее давление для котла указывается на манометре красной чертой.

Рассмотрим отдельные части котельной установки.

Паровым котлом в собственном смысле этого слова называется основная часть котельной установки, служащая для получения насы­щенного пара из воды, нагретой до температуры кипения.

Паровой котел изготовляется из стальных листов, свернутых боль­шей частью в виде барабанов и труб, которые способны выдержать высокое внутреннее давление.

Часть внутреннего объема котла, занятая во время работы водой, называется водяным пространством котла. Паровым про­странством котла считается остальная часть внутреннего объема, заполненная паром. Зеркало испарения — это поверхность, отде­ляющая водяное пространство котла от парового.

Металлические стенки испаряющих поверхностей нагрева, чтобы не перегреваться, должны непрерывно и быстро передавать воде все тепло, полученное ими от излучения и соприкосновения продуктов сгорания. Однако интенсивная передача тепла возможна лишь в том случае, когда вода или паро-водяная смесь непрерывно двигается вдоль стенок поверх­ности нагрева. Такое движение воды называется циркуляцией.

По способу создания циркуляции различают: 1) паровые котлы с естественной циркуляцией и 2) паровые котлы с прину­дительной циркуляцией.

Движение воды и паро-водяной смеси в котлах с естественной циркуляцией происходит за счет разности весов более легкой паро­водяной смеси около сильно обогреваемых частей поверхности нагрева и более тяжелой (воды) в слабо обогреваемых частях котла.

Движение воды и паро-водяной смеси в котлах с принудительной циркуляцией вызывается работой специальных циркуляционных насосов.

Котлы с принудительной циркуляцией, в которых вода подается в отдельные элементы поверхности нагрева (каждый элемент предста­вляет собой непрерывный одноходовой змеевик) питательным насосом в количестве, соответствующем количеству образующегося в них пара, называются прямоточными котлами.

Во всех локомобильных котлах, а также в котлах легких паросило­вых установок (за исключением прямоточных) осуществляется естествен­ная циркуляция.

Пароперегреватель — система трубчатых змеевиков, не соединенная с водяным пространством котла и омываемая газами, служит для перегрева насыщенного пара, протекающего по трубам, до требуемой температуры.

Топочное устройство котельной установки размещается внутри или вне котла и служит для сжигания топлива в слое на колосниковой решетке или по способу факельного сжигания в топочной камере.

При внутреннем расположении топочного устройства в локомобиль­ном котле топочное пространство окружено со всех сторон тепловое -

принимающими поверхностями нагрева. В этом случае тепло, излучаемое слоем топлива, сильно поглощается поверхностями нагрева, и температура в топочном пространстве понижается. Размеры топочного пространства при внутреннем расположении топки получаются ограниченными. Внутрен­ние топочные устройства из-за сильного поглощения тепла стенками не дают возможности сжигать топливо с большой влажностью и зольностью.

При расположении топочных устройств вне котла топочный объем может быть выполнен достаточных размеров для экономичного сжигания даже влажных и многозольных видов топлива. Топочное пространство окружено большей частью огнеупорной обмуровкой, поглощающей мало тепла, и сгорание топлива происходит при более высоких температурах.

Арматурой и гарнитурой котельной установки называются приспо­собления для ее обслуживания.

К арматуре относятся манометр, водоуказательные приборы, водо­пробные краны, спускные и продувные клапаны, запорные вентили и предохранительные клапаны. Число предохранительных клапанов по правилам Инспекции Котлонадзора должно быть не менее двух.

К гарнитуре относятся крышки люков и лазов, дверки топочные и в обмуровке, заслонки для регулирования тяги, опоры котла, рабочий инструмент кочегара и др.

Для питания водой каждый котел должен иметь не менее двух не­зависимых друг от друга питательных приборов. Производительность каждого из них должна быть не менее 120°/0 максимально длительной производительности котла. На локомобильных котлах в качестве питатель­ных приборов обычно установлены инжектор и плунжерный насос с приводом от вала машины локомобиля. Иногда вместо инжектора ставится ручной насос.

Паровой подогреватель питательной воды представляет собой змее­вик, по которому вода поступает из питательного насоса в котел и который снаружи омывается паром, выходящим из машины. Отрабо­тавший пар, частично конденсируясь, отдает свое тепло питательной воде.

Иногда на крупных локомобильных теплосиловых станциях уста­навливают специальные водяные экономайзеры и воздухоподогрева­тели, которые служат для дальнейшего подогрева питательной воды или для подогрева воздуха, поступающего в топочное пространство, за счет теплоты горячих газов. Горячие газы в них омывают систему труб, по которым протекают вода или воздух.

На фиг. 37 представлена схема котельной установки стационарного локомобиля. Она состоит из цилиндрического котла 1 и примыкающей к нему дымовой коробки 7. Топочное устройство для слоевого сжига­ния твердого топлива, состоящее из колосниковой решетки 3 и выло­женного огнеупорным кирпичом порога 4, помещено в пространство 2 внутри жаровой трубы. Топочное пространство 2 соединено посредством дымогарных труб 5 с дымовой коробкой, внутри которой размещен пароперегреватель в виде змеевика 6.

Сгорание топлива происходит на колосниковой решетке. Слой топлива и продукты сгорания — горячие газы путем излучения интенсивно отдают тепло внутренним стенкам жаровой трубы, и поэтому температура газов в топочном пространстве не поднимается выше 900—1200°. Газы из топки с температурой порядка 600 — 900° поступают в дымогарные трубы 5. где продолжают отдавать тепло в основном уже путем соприкосновения и с температурой 300—600° выходят в дымовую коробку. Отдав тепло для перегрева пара, газы с температурой 250—500° уходят через газо­ход (боров) 9 в дымовую трубу.

На схеме хорошо видно водяное и паровое пространство котла. Вода из парового подогревателя (на схеме не указан) поступает в котел с температурой 35—42°, если отработавший пар конденсируется, и 70—90°, если пар имеет давление выше атмосферного. В котле вода при рабочем давлении нагревается до температуры кипения и превра-

тцается в насыщенный пар. На котле установлен сухопарник 8, где собирается наиболее сухой пар. Насыщенный пар из сухопарника про­ходит через пароперегреватель, перегреваясь до 300—400°, и уже перегретым поступает в машину.

Существует много типов стационарных паровых котлов, но очень ограниченное число их используется в локомобилестроении.

До последнего времени локомобильные котлы выпускались в основ­ном следующих типов: горизонтальные паровозного типа с дымогар­ными трубами и коробчатой огневой коробкой — в основном для пере­движных локомобилей (классов А, Д, типа П и др.) и горизонтальные цилиндрические котлы с выдвижной трубной системой, состоящей из жаровой трубы и дымогарных труб, для стационарных локомобилей классов ДМ, ЛМ и типов СК, СТК, СТ и др.

Гораздо реже встречаются локомобили, имеющие вертикальные цилиндрические котлы с жаротрубной топкой и дымогарными или кипя­тильными трубами (по типу котлов Шухова).

В последнее время в локомобилестроении начинают применять верти­кально-водотрубные котлы и даже котлы прямоточные.

Применение водотрубных котлов позволит перейти к повышенным давлениям пара (20 — 40 ати). В прямоточных котлах давление пара достигает 100 ати. Переходим к описанию локомобильных котлов раз­личных типов.