Глава 8 ПИТАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Для пополнения расхода воды в котле, идущей на приготовление пара, на паровозах установлены питательные приборы. Котел каждого паровоза должен иметь не менее двух независимых приборов для подачи воды, из которых каждый должен обеспечивать полную подачу воды при максимальной форсировке котла (Правила ЦТ, ЦВ/2146, § 63).

На современных паровозах для питания котла применяют инжекторы и насосы. Инжекторы разделяют на работающие свежим и мятым (отработавшим) паром, а насосы — на поршневые и центробежные. Кроме того, инжекторы свежего пара могут быть всасывающими и невсасывающими, а по своему расположению— вертикальными или горизонтальными.

Преимущественное применение на паровозах имеют инжекторы, которые просты в управлении и надежны в работе. На паровозе обычно установлено два инжектора. На некоторых сериях паровозов установлен один инжектор и один насос. Инжектор представляет собой пароструйный прибор, действие которого основано на превращении части тепловой энергии пара в кинетическую энергию движения, передаче паром своей кинетической и тепловой энергии воде и, наконец, на превращении кинетической энергии струи воды в потенциальную энергию давления, которая заставляет воду поступать в котел, преодолевая котловое давление.

Принципиальная схема инжектора свежего пара представлена на рис. 81. В корпусе 1 инжектора установлены центральное паровое сопло 3, кольцевое паровое сопло 2, через которые пар из котла подается в инжектор, конденсационно-водяное (смесительное) сопло 4, где происходит смешение пара с поступающей из тендера водой, и нагнетательное сопло 6, в котором энергия движения превращается в энергию давления. Сопла образуют в корпусе инжектора паровую камеру А, водяную камеру Б, камеру смешения В и нагнетательную камеру Г. Для впуска пара в паровое сопло в камере А имеется паровпускной (закачивающий) клапан 13; для удаления воздуха из корпуса и слива воды во время пуска инжектора в камере смешения имеется вестовой клапан 5. На выходе воды из нагнетательной камеры Г поста*влен питательный клапан 7, через который вода по трубе 5 поступает в котел. Водяная камера при помощи водоприемной трубы 12 и рукава 10 соединена с тендерным баком 11.

Процесс работы всасывающего инжектора можно разделить на две стадии: всасывание воды из тендерного бака в инжектор и нагнетание воды в котел. Работа инжектора происходит следующим образом. Открыв на небольшую величину паровпускной" (закачивающий) клапан 13 (рис. 81, а), впускают струю пара в кольцевое паровое сопло 2. Пар, выходя из сопла, вначале выталкивает воздух из конденсационно-водяного сопла 4 (через имеющиеся в нем кольцевые прорези) и вместе с воздухом, приподняв вестовой клапан 5, уходит через вестовую трубу 9 в атмосферу. Струя пара, образовавшаяся в камере Б, захватывает окружающий ее воздух и увлекает его также в вестовую трубу.

В камере Бив водоприемной трубе 12 создается разрежение. В результате чего вода под действием атмосферного давления в тендерном баке поднимается по водоприемной трубе и заполняет камеру Б инжектора.

Струя пара, вытекающая из кольцевого парового сопла, сталкиваясь с поступившей в инжектор водой, быстро конденсируется и в камере смешения В возникает разрежение. Тогда под давлением атмосферного воздуха вестовой клапан на короткое время закроется, при этом посадка клапана на место сопровождается характерным звуком (щелчком). Вслед за этим под напором воды, увлекаемой паром, вестовой клапан снова откроется и вода через вестовую трубу будет выходить наружу. Так происходит всасывание и заполнение инжектора водой.

Как только инжектор присосал воду, что можно определить по щелчку в корпусе и по выходу воды из вестовой трубы, открывают полностью закачивающий клапан 13 (рис. 81, б) и дают доступ пару в центральное паровое сопло 3. Через сопло 3 проходит в среднем в 10 раз больше пара, чем через кольцевое, и поэтому кинетическая энергия струи будет во столько же раз больше.

Вышедший из парового сопла пар смешивается в конденсационно-водяном сопле с водой, конденсируется и отдает свою тепловую и кинетическую энергию воде. Из конденсационно-водяного сопла струя воды, обладающая достаточной кинетической энергией и нагретая до температуры 60—65°С, с большой скоростью проходит в нагнетательное сопло. Попадая в расширяющееся нагнетательное сопло, скорость воды уменьшается, а давление ее увеличивается. При выходе из нагнетательного сопла и в нагнетательной камере давление воды, как это установлено опытами, становится выше давления пара в котле на 1,0—1,5 кГ/см². Вода, преодолевая котловое давление, поднимает питательный клапан 7 и по питательной трубе 8 проходит в котел.

Во время работы инжектора вследствие эжекции в водяной камере Б постоянно образуется разрежение, и поэтому вода из тендера непрерывно поступает в инжектор.

Выше описана работа всасывающего инжектора свежего пара, который установлен в будке машиниста выше уровня воды в тендерном баке. Разница в уровнях инжектора и воды в баке может доходить до 1,5—1,8 м. Невсасывающий инжектор установлен ниже минимального уровня воды в тендерном баке и вода самотеком заполняет его.

Особенностью работы такого инжектора является то, что он может забирать и качать воду с температурой не выше 40°С. Это объясняется тем, что слишком горячая вода при наличии разрежения в водяной камере инжектора превращается в пар, в результате чего давление в водоприемной трубе не снижается, и инжектор не подсасывает воду из тендера.

Для работы инжектора используется свежий пар, расход которого составляет 7—15% от количества подаваемой в котел воды. Инжекторы свежего пара применяют следующих типов: всасывающий В-170, всасывающий В-250 и невсасывающий Н-400 (табл. 5).

На паровозах применяют также модернизированный инжектор В-250, у которого благодаря увеличению диаметра конусов производительность повышена до 300 л/мин, а температура подаваемой в котел воды достигает 70—75°С.

Унифицированный вертикальный всасывающий инжектор типа В-250 (рис. 82), установленный на большинстве паровозов средней и большой мощности, укреплен на лобовом листе кожуха топки в будке машиниста. Корпус 10 инжектора представляет собой сложную бронзовую отливку. В нем расположены сопла: центральное паровое 13, кольцевое паровое И, конденсационно-водяное 9, промежуточное 8 и нагнетательное 7. Сверху в корпусе ввернут штуцер 3 с сальниковым уплотнением, который служит направлением для паровпускного (закачивающего) клапана 2. Для открытия паровпускного клапана имеется рукоятка 1. В вестовом отростке корпуса установлен вестовой клапан 4 и его запорный шпиндель 5.

В приливе корпуса, который соединен с водоприемной трубой, расположена водяная пробка 18 с сеткой 17, предохраняющей сопла от засорения, и рукояткой для регулирования подачи воды. Водяная пробка закрыта крышкой 19 и прижата пружиной. В нагнетательной камере корпуса размещен питательный клапан 15, хвостовик которого входит в направляющую втулку 14, и горизонтально расположенный запорный клапан 20, который удерживается на резьбе в штуцере 21, имеющем сальниковое уплотнение. В небольшой камере установлен клапан дополнительного питания 12. Пространство над клапаном соединено со сливной камерой, а под клапаном — с полостью водяной пробки. Снизу инжектор закрыт колпаком 6. Для присоединения пожарного рукава имеется отросток с пожарной гайкой 16.

К инжектору сверху присоединена паровая труба диаметром 51 мм, идущая от пароразборной колонки, внизу к вестовому отростку — вестовая труба диаметром 60 мм. При помощи патрубка, расположенного за запорным клапаном, и фланца инжектор на четырех шпильках прикреплен к котлу против отверстия к питательной трубе.

Основные моменты работы инжектора В-250 можно уяснить по рис. 83, имеющему те же обозначения, что и рис. 82. При незначительном подъеме клапана 2 при помощи рукоятки 1 (первый момент закачки) открываются только четыре отверстия, просверленные в центральном паровом сопле 13, и пар проходит по кольцевому зазору между соплами 11 и 13 в конденсационно-водяное сопло 9. Эта струя пара вытесняет воздух из конденсационно-водяного сопла, затем захватывает воздух, находящийся в корпусе инжектора и водоприемной трубе, приподнимает вестовой клапан 4 (шпиндель 5 должен быть вывернут) и выходит через вестовую трубу в атмосферу.

Вследствие создавшегося разрежения вода по водоприемной трубе через водяную пробку 18 и водяную камеру Б инжектора проходит в сопло 9, камеру смешения В, вестовой отросток и выходит наружу (второй момент закачки). Выход воды через вестовую трубу является сигналом того, что инжектор присосал воду. После этого закачивающий клапан 2 открывают полностью до упора его заплечика в штуцер 3 (см. инжектор в работе), при этом откроется центральное отверстие в паровом сопле 13. Сильная струя пара устремится в паровое сопло, а затем в конденсационно-водяное сопло и промежуточное сопло 8 Здесь произойдет смешение пара с водой и конденсация пара, как это описано в схеме работы инжектора. Затем горячая вода проходит через нагнетательное сопло 7, делает поворот у колпака 6 и проходит в нагнетательную камеру Г, поднимает питательный клапан 15 и далее, минуя запорный клапан (он должен быть открыт), по горизонтальному патрубку проходит в котел.

После установления нормальной работы инжектора в камере смешения В создается разрежение Чтобы использовать это разрежение, которое не оказывает влияния на работу инжектора, и ввести в инжектор дополнительную порцию воды, от водяной пробки к камере смешения сделан канал, на пути которого поставлен клапан дополнительного питания 12. Через этот канал, благодаря наличию разрежения в камере смешения, из полости водяной пробки 18 в конденсационно-водяное сопло через его прорези проходит дополнительное количество воды Питательный клапан не дает возможности воде пройти из котла в инжектор. Запорный клапан служит для разобщения инжектора с коглом на случай осмотра инжектора на горячем паровозе

Внутри котла вдоль его оси от инжектора проходит питательная труба диаметром 57 мм, имеющая выходное отверстие в передней части котла (рис. 84). Это делается для того, чтобы питательная вода, имеющая сравнительно низкую температуру (60—65°С), не охлаждала резко и не расстраивала соединения котла (связи и трубы) в области топки, где температура стенок наиболее высокая Задний конец питательной трубы приваривают к фланцу, который, в свою очередь, приваривают к лобовой стенке кожуха (см. узел А, рис. 84). В котле питательные трубы прикрепляют к стенкам скобами.

Прежде чем привести инжектор в действие, необходимо открыть запорный клапан на пароразборной колонке, запорный клапан от котла в инжекторе, повернуть водяную пробку в открытое положение и отвернуть шпиндель вестового клапана. Должен быть также открыт водозапорный клапан на тендере.

Большинство деталей инжектора, в том числе корпус и сопла, изготовлены из бронзы марки ОЦС 3-12-5, а клапаны — паровпускной, питательный, запорный и дополнительного питания — из нержавеющей стали марки 2X13. В унифицированном инжекторе все резьбовые соединения имеют стандартную метрическую, резьбу, за исключением пожарного отростка, имеющего специальную резьбу.
Унифицированный горизонтальный инжектор В-170 установлен на маломощных паровозах. По своему принципиальному устройству и действию этот инжектор не отличается от инжектора В-250, но конструкция отдельных узлов инжектора В-170 отличается от инжектора В-250 отчасти и потому, что он расположен горизонтально. Вследствие того, что производительность этого инжектора ниже, размеры его деталей (сопел, клапанов, проходных каналов и т. д.) меньше, чем у инжектора В-250. Например, диаметр наиболее суженной части нагнетательного сопла, определяющий производительность, равен 9 мм у инжектора В-170 и 11 мм — у инжектора В-250. Укрепляется инжектор В-170 при помощи фланца к кронштейну, установленному на кожухе топки сбоку в будке машиниста.

Невсасывающий инжектор типа Н-400, имеющий производительность свыше 400 л/мин, установлен на паровозах ФД, для которых производительность инжектора В-250 недостаточна. На этих паровозах справа поставлен инжектор Н-400, а слева — инжектор В-250. Расположен инжектор Н-400 под будкой машиниста на специальном кронштейне (рис. 85). Трубой диаметром 70 мм инжектор 4 соединен с паровым пусковым клапаном 1, установленным в будке паровоза. От инжектора вдоль котла идет трубопровод также диаметром 70 лыс к питательному клапану, который установлен на цилиндрической части котла. С тендерным баком инжектор соединен водоприемным рукавом.

Общий вид невсасывающего инжектора Н-400 представлен на рис. 86. Процесс работы его мало отличается от работы инжекторов В-250 и В-170. В связи с повышенной производительностью размеры деталей инжектора Н-400 увеличены по сравнению с инжектором В-250. В корпусе 3 инжектора размещены сопла: центральное паровое 1, кольцевое паровое 8, водяное 7 и нагнетательное 6. Впуск пара в паровую камеру А инжектора производится по трубе путем открытия парового пускового клапана 1 (см. рис. 85). Для впуска воды в водяную камеру Б (см. рис. 86) имеется водозапорный клапан 9, привод к которому выведен в будку паровоза. Стержень водозапорного клапана на резьбе установлен в штуцере 10, имеющем уплотняющий сальник. Камера смешения В при помощи внутреннего вестового клапана 2 соединена с камерой верхней части водяного сопла 7, а через наружный вестовой клапан 11 и вестовую трубу сообщена с атмосферой. Наружный вестовой клапан также имеет привод в будку машиниста. Нагнетательная камера Г от напорного трубопровода отделяется питательным клапаном 4, который закрывается крышкой 5 с направлением для хвостовика клапана.

Чтобы пустить инжектор в работу, нужно открыть водозапорный клапан 9 и наружный вестовой клапан 11. тогда вода заполнит инжектор и станет выходить через вестовой клапан наружу. После. этого открывают паровой пусковой клапан, установленный в будке машиниста, и пар попадает в паровую камеру А. Пар проходит паровые сопла 1 и 5, затем поступает в водяное сопло 7, где смешивается с водой, конденсируется и нагревает воду. Горячая вода через нагнетательное сопло 6 проходит в нагнетательную камеру, поднимает питательный клапан 4 и попадает в питательный трубопровод. Прежде чем попасть в котел, вода проходит второй питательный клапан, установленный на котле.

Внутренний вестовой клапан 2 установлен на случай, когда вода в тендерном баке перегрета и пар, поступающий из парового сопла, плохо конденсируется. Тогда струей ’пара вода будег выбрасываться из окон верхней части водяного сопла 7 и накапливаться в камере смешения В. Если наружный вестовой клапан закрыть, то накопившаяся вода будет снова засосана в сопла инжектора. От камеры смешения инжектора в будку паровоза проведена сигнальная трубка 2 (см. рис. 85), которая в случае вытекания из нее воды сигнализирует бригаде о том, что вода через вестовой клапан выливается наружу.

Недостатком расположения инжектора Н-400 под будкой машиниста является опасность его замораживания в зимнее время. Для спуска воды во избежание замораживания в нижней части корпуса поставлены краник и спускная пробка. Длинный наружный питательный трубопровод также подвержен охлаждению, а при невнимательном уходе может быть заморожен. В связи с этим в виде опыта на ряде паровозов ФД питательный трубопровод проведен внутри котла.

Паровой пусковой клапан (рис. 87) имеет стальной литой корпус 5, в котором запрессована чугунная втулка 4 с окнами. На притирочную поверхность втулки садится большой клапан 6, направляющие которого входят во втулку 4. На большом клапане помещен малый разгрузочный клапан 2. Через отверстие в большом клапане проходит стержень 3, соединенный с малым клапаном. Сверху корпус закрывается крышкой 1. Пар, поступающий из котла, заполняет камеры над клапаном.

Для открытия клапана поднимают при помощи рукоятки стержень, который в свою очередь поднимает вначале малый клапан, и пар проходит из верхней камеры по кольцевому каналу в пространство под большим клапаном, разгружая его таким образом от давления сверху. При дальнейшем подъеме стержня он своим заплечиком упирается в большой клапан, поднимает его, и пар из верхней камеры проходит в нижнюю и далее в инжектор.

Питательный клапан (рис. 88), установленный на котле, имеет стальной корпус 2 с запрессованной втулкой 4. Во втулке расположен бронзовый клапан 3. Крышка 1, закрывающая корпус сверху, имеет выступающий внутрь прилив, который является ограничителем подъема клапана. Помимо клапана 3, в корпусе установлен запорный клапан 5, при помощи которого при необходимости питательный клапан и трубопровод отключаются от котла. Под напором воды из инжектора питательный клапан поднимается и пропускает воду в котел, а при выключении инжектора садится в гнездо.и не дает выхода воде из котла.

Питательные приборы всегда должны быть в исправном состоянии и обеспечивать подачу в котел необходимого количества воды. Запрещается выпускать под поезда паровозы, у которых имеется хотя бы один питательный прибор.

Для надежного действия инжектора нужно, чтобы все клапаны его находились в исправном состоянии. Паровпускной (закачивающий) и питательный клапаны не должны иметь пропуска пара и горячей воды, так как это вызовет прогрев водоприемной трубы и инжектора и затруднит пуск его в действие. Чтобы избежать этого, нужно повернуть водяную пробку и закрыть канал, сообщающий водяную камеру инжектора с водоприемной трубой. Сетку водяной пробки следует периодически очищать между промывками. Сопла инжектора также должны быть в хорошем состоянии, не иметь поврежденных стенок и их следует своевременно очищать от накипи.
После прекращения подачи воды невсасывающим инжектором Н-400 необходимо каждый раз плотно закрывать водяной запорный клапан, чтобы вода из бака тендера через вестовой кран не выходила наружу.

Для обеспечения надежного действия инжектора нужно следить, чтобы все соединения труб инжектора были герметичными и прочно закреплены. При неплотности соединений водоприемных труб нс будет обеспечиваться необходимое разрежение и засасывание воды в инжектор.

При расслоении или повреждении гибкого водоприемного рукава он должен быть заменен новым. Сетку водозапорного клапана на тендере следует очищать на каждой промывке. Зарастание накипью питательных труб создает дополнительное сопротивление для воды, нагнетаемой в котел, и уменьшает производительность инжектора, поэтому их также следует периодически очищать при ремонте. Для предупреждения вредного воздействия на котел холодной воды подачу се инжектором производят небольшими порциями поочередно обоими приборами. Не следует качать воду в котел при открытых топочных дверцах, при прокачивании колосников и при плохом огне в топке. Несоблюдение этих условий и подача большой массы холодной воды может вызвать течь труб и связей котла.

Употребляемая для питания паровозных котлов вода всегда содержит некоторое количество примесей (растворенных солей, органических и взвешенных веществ). При работе котла концентрация солей в котловой воде все увеличивается и раствор становится перенасыщенным. Слои, концентрация которых достигает предела растворимости, выпадают из воды в виде накипи на стенки котла и в виде шлама в толще котловой воды.

Отложение накипи на поверхности нагрева котла, ухудшая теплопередачу и парообразование в котле, приводит к пережогу топлива и может вызвать недостаток пара при работе паровоза. Кроме 'Того, большой слой накипи влечет перегрев стенок огневой коробки, вследствие чего могут появиться течь труб и связей, а также выпучины и трещины стенок.

При большом насыщении котловой воды солями и наличии в ней большого количества шлама во время открытия регулятора происходят явления вспенивания и уноса воды с паром в элементы пароперегревателя. Это вызывает отложение в элементах солей, которые ухудшают теплопередачу, влекут перегрев элементов и их прогорание. В результате ухудшения теплопередачи снижается температура перегрева пара.

Существуют нормы качества котловых вод, которые определяются допустимым предельным содержанием в воде солей, шлама, щелочи и других примесей. При соблюдении этих норм в котле не отлагается накипь и не происходит вспенивание, коррозия металла, котел обеспечивает хорошее парообразование и работает экономично.

Одним из главных показателей качества котловой воды является жесткость. Жесткостью воды называется содержание в ней растворимых солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на литр воды. Один миллиграмм-эквивалент жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л кальция пли 12,16 мг/л магния (ГОСТ 6055—51).

Важными характеристиками качества котловой воды, кроме жесткости, являются сухой остаток и щелочность. Сухой остаток представляет собой общее количество растворенных в воде минеральных и органических веществ, остающихся после полного испарения профильтрованной воды и высушивания остатка при температуре 105—110°С. Сухой остаток измеряется в миллиграммах на литр воды. Общая щелочность воды определяется суммарным содержанием в ней анионов и измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр воды.

Нормы качества котловых вод (для участков с водами наиболее распространенного среднего качества) установлены инструкцией ЦТ МПС по обработке воды внутри котла. Так, для паровозов Л, ФД, Е^а и Е^м сухой остаток должен быть не более 2500 мг/л, общая щелочность — не более 9 мг-экв/л и жесткость котловой воды — не выше 0,2 мл-экв!л. Для других вод, в том числе щелочных, с большим содержанием солей нормы качества котловых вод определяют в каждом депо путем проведения эксплуатационных испытаний.

Воду, идущую для питания паровозных котлов, предварительно очищают от механических примесей и умягчают. Для этого в пунктах водоснабжения применяют отстойники, осветлители и фильтры. Чтобы предотвратить накипеобразование, коррозию котельного металла и унос воды из котла, производят внутрикотло-вую обработку воды. Для этого в питательную воду вводят щелочи if органические вещества, которые, вступая во взаимодействие с накипеобразователями в котловой воде, вызывают выпадание их 'в виде шлама, удаляемого затем из котла при продувках и промывках.

Для внутрикотловой обработки воды применяют специальные химические вещества — антииакипины. В качестве составных частей антинакипинов используют щелочи, фосфаты и органические коллоиды. Из щелочей применяют: каустическую соду в твердом и жидком виде, кальцинированную соду и едкий калий; из фосфатов: тринатрийфосфат и динатрпйфосфат; из коллоидов: дубовый экстракт и сульфитцеллюлозные щелочи.

Наиболее эффективным антипакипином является четверная смесь, состоящая из каустической и кальцинированной соды, тринатрийфосфата п органического коллоида. Антинакипин применяют в жидком и твердом виде. Как жидкую антинакипную смесь, так и брикетированный антинакипин вводят в водяной бак тендера перед набором воды.

Дозировку вводимых в котел антинакипинов, т. е. количество их составных частей в граммах на 1 т набираемой паровозом 'воды, устанавливают лабораторным анализом в зависимости от качества питательных и котловых вод.

Для борьбы со вспениванием и уносом котловой воды и а участках дорог, где для питания котлов применяется вода с большим солесодержанием или наличием природной щелочности, применяют химический пеногаситель, представляющий собой тонко измельченный порошок — органическое вещество диамид, который приготовляют путем химического взаимодействия стеарина с гексамети-лендиампном.

Применение химического пеногасителя для вод, склонных к вспениванию и уносу, дает возможность поддерживать в котле достаточно высокий уровень воды и должное качество пара при требуемой форсировке котла. Применяют химический пеногаситель для внутрикотловой обработки самостоятельно, независимо от состава и норм дозировок антинакипных смесей.

Химический пеногаситель вводят в котел в основном и оборотном депо через специальный прибор (рис. 89), который устанавливают на инжекторе. Этот прибор состоит из крана с рукояткой и (воронки с крышкой. Установленное количество пеногасителя предварительно разводят в 0,1—0,2 л холодной воды и заливают в воронку. Во время работы инжектора открывают кран воронки, раствор пеногасителя попадает в инжектор, смешивается с водой и нагнетается в котел. Вместо воронки иногда применяют трубку, загнутую вниз, через которую всасывается в инжектор пеногаситель.

Дозировку химического пеногасителя устанавливают в среднем 0,2 г на 1 т испаренной котлом воды. Эту дозировку в дальнейшем корректируют испытаниями.