Глава 24 ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЬ

Паровозный водоподогреватель является важным средством экономии топлива и повышения экономичности паровоза. Подогрев питательной воды перед ее поступлением в котел осуществляется за счет отдачи тепла отработавшим в машине пара.

Потери с отработавшим паром составляют 35—55% тепла от сжигаемого в топке паровоза топлива. Частично отработавший пар используют для подогрева воды. Полностью использовать для подогрева воды отработавший пар не представляется возможным, так как он расходуется в конусно-вытяжном устройстве паровоза для создания тяги.

Применение паровозного водоподогревателя дает следующие выгоды:

• достигается 6—8% экономии топлива; часть отработавшего пара возвращается в котел в виде конденсата, что на 10—12% сокращает расход воды;
• при нагревании воды в водоподогревателе происходит выделение из нее кислорода и углекислоты и выпадение солей временной жесткости, вредно влияющих на стенки котла;
• достигается возможность питать котел нагретой водой небольшими порциями, что не вызывает резкого падения котлового давления и уменьшает температурные напряжения котла.

В результате проведенных опытов было установлено, что наиболее экономичными являются водоподогреватели типа смещения. В 1948 г. Брянский паровозостроительный завод изготовил и испытал первый образец водоподогревателя типа смещения (рис. 262). Такой водоподогреватель установлен на паровозах П36, ЛВ и Е^м. В порядке модернизации им также оборудованы паровозы Е^а, СО, ФД и О. Этот водоподогреватель имеет следующие основные части: смесительную камеру (подогреватель) 9, питательный поршневой насос 14 и турбонасос 31.

Подогрев питательной воды производится отработавшим паром, отбираемым от конуса или паровыпускных труб паровой машины и от питательного поршневого насоса. Пар по трубе 8 через обратные клапаны 1 поступает в смесительную камеру 9. Одновременно в смесительную камеру турбонасосом 31 по трубе 22 подается холодная вода из тендерного бака. В смесительной камере через клапан 6 вода разбрызгивается, смешивается с отработавшим паром и таким образом подогревается. Горячая вода из смесительной камеры по трубке 12 самотеком идет к водяному цилиндру питательного поршневого насоса 14, который по трубе 13 через питательный клапан 10 подает воду в котел.

Питательный поршневой насос и турбонасос приводятся в действие свежим паром, который через пусковой вентиль 23 пароразборной колонки 25 по трубе 26 подводится к парораспределительной головке питательного насоса. Отсюда часть пара по трубе 18 направляется к регулирующему золотнику 2, установленному на смесительной камере, и затем по трубопроводу 4 идет к турбонасосу.

Регулирующий золотник связан с поплавком 5, установленным в камере, и регулирует впуск свежего пара в турбонасос, изменяя таким образом подачу холодной воды турбонасосом в смесительную камеру. Отработавший пар из поршневого насоса по трубе 15, через маслоотделитель 16 подается в смесительную камеру и также используется для подогрева воды. Из турбонасоса отработавший пар через водоотделитель 21 выпускается в атмосферу. Смазывание поршневого насоса осуществляется из масленки 19, установленной на трубе 26.

Для удаления из камеры смешения воздуха и газов, выделяющихся при подогреве воды, имеется сепарирующее устройство и отводная труба 3. Скапливающийся конденсат удаляется по дренажной трубе 7. Эта труба на конце имеет муфту и гайку с калиброванным отверстием, величина которого изменяется в зависимости от времени года. Температура подогретой воды, подаваемой в котел, определяется по аэротермометру 11, установленному в кабине машиниста.

Наблюдение за давлением воды в нагнетательном трубопроводе, идущем от турбонасоса к смесительной камере, ведется по манометру 28. На этом трубопроводе помещен вентиль с обратным клапаном 30, предотвращающий попадание пара из смесительной камеры в водяную часть турбонасоса и обратный сток воды. Подача воды турбонасосом проверяется еще контрольным краном 29. Манометры 17 и 20 установлены на трубопроводах свежего пара, первый — перед регулирующим золотником 2, а второй — около турбонасоса. Манометр 28 является режимным: с увеличением подачи горячей воды насосом манометр показывает повышенное давление, а с уменьшением подачи воды его показания понижаются.

Чтобы избежать замораживания системы водоподогревателя в зимнее время, предусмотрены прогревательные и циркуляционные трубки. От вентиля 24 на пароразборной колонке идет паропровод 27 к турбонасосу. Пар через шайбу с калиброванным отверстием поступает в водяную часть турбонасоса, прогревая водоприемный рукав и трубопровод между насосом и тендером. От паропровода пар подводится через шайбу с калиброванными отверстиями также к нагнетательной трубе 22 холодной воды в двух местах: за вентилем с обратным клапаном 30 и выше него.

На рис. 263 показана установка водоподогревателя на паровозе ЛВ. Камера смешения 9 установлена в верхней части дымовой камеры. Насос горячей воды 16 располагается с левой стороны паровоза под боковой площадкой. Нагнетательный трубопровод 4 от насоса горячей воды подведен к питательному клапану 5, установленному на цилиндрической части котла. Турбонасос 13 помещен под будкой паровоза с левой стороны ниже дна тендерного бака, чтобы вода самотеком поступала в турбонасос.

Смесительная камера-подогреватель (рис. 264) имеет следующее устройство. В корпусе 11 подогревателя отлита камера А, куда через патрубок Б поступает отработавший пар. Чтобы предотвратить попадание воды в камеру А и далее в цилиндры паровой машины; в верхней части ее на седлах 10, запрессованных в корпус, установлены девять обратных клапанов 9, подъем которых ограничен плитой 8. Под давлением пара клапаны поднимаются, и пар из камеры А поступает в камеру В.

Камера В представляет собой самостоятельную отливку, вставленную в корпус подогревателя и прикрепленную к нему шпильками. К корпусу камеры В прикреплен поплавковый механизм 12, который соединен с золотником 6, регулирующим доступ свежего пара в турбонасос. Золотник помещен во втулке, которая запрессована в корпус 7, прикрепленный к крышке 5.

На крышке 3, закрывающей сверху корпус смесительной камеры, поставлена вторая крышка 5, к которой присоединена труба от турбонасоса. По этой трубе из турбонасоса поступает холодная вода, которая попадает на разбрызгивающий клапан 1, установленный в седле 2 и прижимаемый к нему пружиной 4. Нагнетаемая турбонасосом вода преодолевает усилие пружины, отжимает клапан и через кольцевой зазор между клапаном и седлом тонкой конусообразной струей поступает в камеру В. Здесь вода смешивается с паром, поступившим из камеры А, конденсируется и нагревается.

Нагретая вода стекает в нижнюю часть корпуса Г, откуда через отверстие Д по трубе поступает к насосу горячей воды. Камеры В и Г трубкой 13 соединены с поплавковой камерой £, где помещен шаровой поплавок. При переполнении поплавковой камеры водой поплавок поднимается, что вызывает перемещение вниз связанного с ним регулирующего золотника 6. При перемещении золотника вниз перекрывается часть окон во втулке, в которой установлен золотник, и уменьшается поступление свежего пара в турбонасос. Вследствие этого турбонасос сокращает подачу холодной воды в смесительную камеру до тех пор, пока поплавок и золотник не придут в нормальное положение.

Водоподогреватель нагревает воду до 95—100°С и имеет производительность 18—24 т/ч.
Инжекторы свежего пара, как уже отмечено, могут присасывать воду с температурой не выше 40°С. В водоподогревателях же, установленных на паровозах, питательная вода имеет температуру до 100°С. Поэтому подача в котел такой воды может производиться поршневыми или центробежными насосами. Преимуществом поршневого насоса является возможность широкой регулировки подачи воды, что отсутствует в инжекторах и турбонасосах (центробежных насосах).

Питательный насос горячей воды (рис. 265) поршневой, двойного действия, горизонтальный, работает свежим насыщенным паром. Он состоит из парового цилиндра 10, заодно с которым отлитг парораспределительная камера, и водяного цилиндра 6 с промежуточной частью, служащей соединением с паровым цилиндром. Цилиндры отлиты из чугуна СЧ21-40. В цилиндр водяного насоса запрессована сменная втулка 5, изготовленная из нержавеющей стали 2X13. На общей скалке 7, изготовленной также из нержавеющей стали, насажены чугунный поршень 8 парового цилиндра и бронзовый поршень 4 водяного цилиндра, которые закреплены на скалке корончатыми гайками 9. На диске каждого поршня имеется по два уплотнительных кольца 3. В паровом цилиндре уплотнительные кольца изготовлены из специального чугуна, в водяном — эбонитовые или текстолитовые.

Скалка поршня уплотняется двумя сальниками 13, установленными в промежуточной части насоса. Уплотнительные кольца сальников изготовляют из прорезиненного и прографиченного асбеста.

Водяной цилиндр имеет клапанную камеру, где расположены всасывающие клапаны 1 и нагнетательные клапаны 2, прижимаемые пружинами к запрессованным в камеру втулкам. Клапаны и втулки изготовлены из нержавеющей стали, а пружины — из мо-нель-металла. Для удаления воды из клапанной камеры и водяного насоса имеется спускной люк 14. Для спуска воды из водяной части и конденсата из паровой части насоса поставлено также несколько вентилей и краников.

Регулирование подачи пара в полости цилиндра насоса осуществляется автоматически действующим ходопеременным цилиндрическим золотником 12 разъемного типа. Золотник имеет большой и малый диски, изготовленные из стали 50ХН. Золотник работает в чугунной втулке 11, запрессованной в парораспределительную камеру.

Ввиду того что диски золотника сделаны разного диаметра, золотник не может занимать среднее положение и поэтому свежий пар не может одновременно попасть в обе полости цилиндра. При впуске пара золотник обязательно сдвинется в одно из своих крайних положений.

Парораспределение происходит следующим образом. Когда поршень парового цилиндра находится, например, в крайнем левом положении, золотник в это время занимает крайнее правое положение, и свежий пар из левой части парораспределительной камеры по соответствующему каналу поступает в левую полость и перемещает поршень вправо. Из правой полости цилиндра в это время отработавший пар уходит в выпускной канал. При подходе к своему крайнему, правому положению поршень открывает канал, который сообщает левую рабочую полость цилиндра с правой частью парораспределительной камеры, вследствие чего золотник переместится влево. В результате перемещения золотника откроется канал, по которому пар поступит в правую полость парового цилиндра и заставит поршень перемещаться влево. Как поршень, так и парораспределительный золотник во время работы насоса никогда не доходят до упора в крышку благодаря созданию в крайних положениях паровых подушек.

Питательный насос обеспечивает подачу горячей воды в котел с температурой до 100°С без эжектора ввиду того, что водоподогреватель расположен значительно выше насоса, и горячая вода поступает в насос самотеком без всасывания.

Турбонасос представляет собой сочетание паровой турбины с центробежным водяным насосом. Колесо паровой турбины, приводимое в движение свежим паром от котла, вращает насаженное на той же оси водяное колесо насоса, которое подает воду в водоподогреватель. Регулирование количества подаваемой воды достигается изменением числа оборотов турбонасоса. Преимущество турбонасоса по сравнению с поршневым состоит в том, что он более прост по конструкции, занимает меньше места и мало весит.

Турбонасос для подачи холодной воды, установленный на паровозах, оборудованных водоподогревателем, изображен на рис. 266. В корпусе 7 насоса на шариковых подшипниках 4 и 6 установлен вал ротора 5, на одном конце которого насажено рабочее колесо 12 паровой турбины с лопатками, а на другом — водяное колесо 9. Слева корпус закрыт крышкой, в которой имеется отверстие для впуска свежего пара и установлено сопло. Рядом с рабочим колесом на валу насажен фрикционный диск 11 тормоза, который помещен в барабане 2. Корпус (улитка) 10 водяного колеса прикреплен к корпусу насоса болтами и имеет водоприемную камеру с сеткой и люком.

К лопаткам 14 рабочего колеса пар подводится соплом 13. Пройдя лопатки, пар в направляющем аппарате 15 разделяется на два потока и снова поступает на лопатки, а затем уходит в атмосферу.

Оригинальной конструкции сделан фрикционный тормоз. Тормозной диск имеет четыре сегмента, образованных надрезом диска. Диск устанавливают в тормозном барабане с зазором 0,8 мм. При достижении турбонасосом предельного числа оборотов сегменты тормозного диска под действием центробежной силы расходятся, прижимаются к стенкам барабана и производят торможение.

Прежде чем пустить в работу водоподогреватель, нужно заполнить маслом картер турбонасоса и масленку на трубе свежего пара к насосу горячей воды. Затем открыть водозапорный клапан на тендере, спускные краники турбонасоса, на трубе холодной воды и воздушный краник в кабине мишиниста, чтобы поступающая из тендера вода вытеснила воздух. После того, когда в краниках появится вода, закрыть их. Также нужно проверить открытие запорного вентиля питательного клапана на котле.
При необходимости работоспособность насосов проверяют пуском водоподогревателя во время стоянки паровоза. Для этого отвертывают пожарную гайку на нагнетательной трубе, подающей горячую воду к питательному клапану. По напору и количеству выходящей наружу воды можно судить о работоспособности обоих насосов.

Чтобы ограничить попадание масла в котел, пресс-масленку, подающую смазку в машину паровоза, следует отрегулировать на минимальную подачу.

Подачу воды в котел водоподогревателем производят только при движении паровоза с открытым регулятором, когда имеется отработавший пар. В зимнее время вентиль прогрева всасывающего и нагнетательного трубопроводов холодной воды должен быть всегда открыт. Его закрывают лишь перед пуском водоподогревателя, а когда насос начнет подавать воду, снова открывают.
Пуск в действие водоподогревателя производят открытием на полоборота пускового вентиля в кабине паровоза. После того как пульсирующий манометр, установленный на трубопроводе холодной воды от турбонасоса к смесительной камере покажет давление, работу насоса нужно отрегулировать в соответствии с интенсивностью работы котла. При нормальной работе водоподогревателя стрелка манометра должна перемещаться плавно и давление должно быть не более 1,0—1,5 кГ)см2. Нарастание звука турбонасоса также должно быть плавным.

Следует также следить за тем, чтобы давление свежего пара, подаваемого к турбонасосу, не превышало 6—7 кГ1см2, особенно в момент запуска водоподогревателя. Иначе турбонасос разовьет большое число оборотов, что приведет к включению фрикционного тормозного диска. Так как производительность насосов превышает наибольший расход воды котлом, рекомендуется при следовании по подъему создавать водоподогревателем запас воды в котле, чтобы при закрытом регуляторе меньше пользоваться менее экономичным инжектором. При длительном следовании паровоза в холодное время года с закрытым регулятором, а также при длительных стоянках следует пусковой вентиль водоподогревателя держать открытым так, чтобы давление пара перед насосом горячей воды было в пределах 2,5—3,5 кГ/см².

При длительной стоянке для лучшего прогрева водоприемных рукавов и воды в тендере лучше закрывать вентиль с обратным клапаном, расположенный за турбонасосом. Если после этого турбонасос откажет в подаче воды из-за перегрева насоса и водоприемного рукава, нужно открыть краник, установленный в кабине машиниста, и выпустить оттуда скопившийся пар. После этого насос придет в действие. Необходимо также при длительных стоянках зимой периодически спускать конденсат из насоса горячей воды и турбонасоса.
Во время промывочного ремонта осматривают и очищают сетки вентиля водоприемного рукава, водоприемного патрубка турбонасоса, сетки-фильтры на паропроводах к турбонасосу и регулирующему золотнику смесительной камеры. На второй или третьей промывке промывают смесительную камеру водой, нагретой до температуры 80—90°С с добавлением 3—5% соляной кислоты. На промывке также уплотняют сальники обоих насосов, заменяют масло в турбонасосе, проверяют показания манометров и аэротермометра.