ПАРОВЫЕ КОТЛЫ


§ 5. ПАРОВЫЕ КОТЛЫ

' Для приведения в действие паровой машины необходим паровой котел, который обращал бы воду в пар. В паровом котле теплота сгорающего топлива, передаваясь стенкам котла, передается, в свою очередь, воде, находящейся в котле. .Горя-чиє газы, отдав свою теплоту, по дымовой трубе уходят в атмосферу. Вода же, наполняющая котел, постепенно и непрерывно переходит в парообразное состояние* По мере образования пара давление его внутри котла повышается. Какое бы топливо не сжигалось в паровом котле, нужно стремиться, чтобы выделяемое тепло не расходовалось напрасно.

Топка парового котла, в которой сжигается топливо, должна быть достаточно емкой, иметь нужный для горения приток воздуха, а также хорошую, но не излишнюю тягу. Котел должен иметь достаточную прочность, хорошо выдерживать трехкратное рабочее давление и вмещать нужное количество воды. Кроме того, котел должен обладать большой поверхностью-иагрева.

Очень полезно, чтобы вода в котле имела возможность свободно перемешиваться: нагретая, как более легкая, подниматься вверх, холодная — подходить к горячим поверхностям;: это увеличивает паропроизводительность котла,

Паропроизводительность котла в большой мере зависит от площади иагрева: чем она больше, тем больше и паропроизводительность. .Отношение паропроизводительности котла к площади нагрева в квадратных метрах определяет паропроизводительность одного квадратного метра поверхности нагрева.

ВИД СБОКУ

Рас. 282. Схема устройства простейшего парового котла с пароперегревателем

Поверхностью нагрева котла называется та плошадь его поверхности, которая соприкасается с огнем или горячими газами и омывается водой внутри котла.

Паропроизводительностью котла называется количество пара, образуемого котлом в единицу времени, например в час.

— 280 — ,

В котлах для моделей производительность пара с одного квадратного метра поверхности нагрева колеблется от 5 до 10 кг пара в час.

Простейший паровой котел схематически показан на рис. 282.. Котел заполняется водой на /3 его высоты; пространство, заполненное водой, называется водяным пространством; верхняя часть котла предназначена для пара и называется паровым

Таблица 32

Таблица насыщенных паров

Рабочее давление пара в машине Р, кг/см*

Температура, °Ц

Удельный вес пара D, кг 1м

1,20

104,2

0,687

1,60

112,7

0,899

2,00

119,6 .

1,108

2,50

126,8

1,366

3,00

132,9

1,621

пространством. В паровом пространстве собирается влажный, так называемый насыщенный водяной пар, содержащий множество мельчайших водяных капелек. Так как в машину должен поступать сухой пар, в верхней части котла часто устанавливают специальную металлическую коробку (сухопарник), в которой пар до некоторой степени освобождается от водяных частиц. Сухой водяной пар имеет большой недостаток — при понижении его температуры он легко конденсируется, т. е. сгущается и переходит в жидкое состояние. Поэтому часто применяют так. называемый перегретый пар, получаемый путем перегрева насыщенного пара до 150—200°. При повышении температуры объем пара соответственно увеличивается, и, что важнее всего, пар делается устойчивым против конденсации. Перегревают пар на его пути от котла к двигателю* при помощи трубки, располагаемой в топке или для использования тепла уходящих газов — в дымоходе.

Для того чтобы знать, каких размеров должен быть паровой котел Для данной паровой машины, необходимо определить расход пара этой машиной. Расход пара определяют по формуле:.

V napa S'L-Tl-i,

где V ~~ объем пара, расходуемого в 1 минуту, см;

' S — площадь поршня, см;

L — ход поршня, см; п — число оборотов в минуту;

. і — число цилиндров.

- 281 -

Расход пара в час будет в 60 раз больше, н формула примет вид;

1/пара= S- L-n-60.

Задавшись рабочим давлением и зная требующийся объем лара, мы можем определить вес расходуемого пара, пользуясь табл. 32 насыщенных паров, по формуле:

W — V .Г)

w v пара ^уд.параї

где W — вес расходуемого пара, кг;

V — объем расходуемого пара (м) при данном давлении Р;

D — удельный вес пара при том же давлении.

Принимая, что паропроизводительность 1 м обогреваемой поверхности котла равна 5 —10 кг пара в час, можно определить необходимые размеры обогреваемой поверхности будущего котла.

Пример. Требуется определить размеры парового котла для одноцилиндровой машины, у которой S = 7 см, L = 3,0 см, п = 2000 об/мин.

Решение.

1. Определяем объем пара, расходуемого машиной в 1 минуту, по формуле:

^пара = 5.Т.д = 7ХЗХ2000 =

= 42000 сщ = 0,042 ж.

2. Определяем вес пара, расходуемого за 1 минуту (при рабочем давлении Р —2 кг}см), по формуле

W = VXDya-

Dy!i берем из таблицы. W = 0,042 X 1,108 = 0,046 кг.

Вес пара, расходуемого за 1 час:

= 0,046Х ==2,75 *г.

3. Определяем необходимую обогреваемую поверхность котла, принимая паропроизводительность 1 м поверхности равной К = 7 кг/час, по формуле:

= 0,4 м = 4000 см.

4.. Полагая, что котел будет иметь жаровую трубу, размеры листа для ее изготовления возьмем, например, такими: длина 80 см, ширина 50 см (80 X 60 = 4000). Принимая длину .трубы равной 80 см, мы должны сделать ее диаметр равным

СМ.

Паровой котел изготовляется из листового железа или .лучше латуни. Основная часть котла — барабан — изгибается из листа в трубу. Кромки можно наложить одна на другую

— 282 —

Таблица 33

Материалы

Kz- кг!см

Материалы

Kz, KzjcM

Сталь мягкая .....

4 000

Латунь......

3 500

Луженое железо . . .

4 000

Красная медь . . .

2200

.Нержавеющая сталь . .

8 000

ті пропаять припоем. Для котлов, рассчитываемых на давление более 2 KzjcM, кромки рекомендуется перед пропайкой склепать заклепками или загнуть «в замою. Определение требующейся толщины материала для котла производится по формуле:

где В — толщина стенок, см;

D — диаметр котла, см;

Р — давление, KzjcM; .

Kz ~~ разрывающее напряжение, кг!см (для данного материала берется из табл. 33).

Определив но формуле толщину, стенки котла, необходимо (для создания запаса прочности) увеличить ее в восемь — девять раза.

Днища котлов делаются выпуклыми и впаиваются в барабан котла. Сухопарник или отверстие пароотводящей трубки нужно помещать в верхней стенке котла на середине его длины (во избежание попадання в нее воды при качке модели). Верхнюю пасть котла и донья нужно теплоизолировать, закрыв их асбестовым картоном. Стальной кожух котла изолируется от корпуса модели также асбестовым картоном.

Паровой котел после сборки необходимо испытать на прочность давлением воды. Для этого нужно котел полностью,'без малейшего остатка воздуха в нем и пароотводной трубке, заполнить холодной водой, плотно завернуть все пробки и краны и подогревать в нем воду, пока давление не достигнет трехкратного рабочего давления. Если котел не потечет при постукивании по нему молотком и хорошо держит давление (о чем можно судить по манометру), испытание можно закончить. Если появится течь, то воду из котла нужно вылить, запаять . обнаруженное место и повторить испытание. Котлы, которые собираются на оловянных припоях, нельзя рассчитывать на давление больше 3—4 атм.

Для увеличения поверхности нагрева котла применяют водяные трубки, как это изображено на рис. 283. Трубки обязательно должны иметь наклон к продольной оси котла, чтобы вода, удельный вес которой при нагревании уменьшается,

— 283 —

Рас. 283. Схема устройства парового котла с водяными трубками

могла уходить из трубок н замещаться более холодной. Если трубки впаять горизонтально, то нагретая вода будет собираться в верхней части каждой трубки, отчего в трубках могут образоваться пузырьки пара, возле которых оставшаяся без воды трубка, раскалившись, лопнет. При наклонном положении трубок нагретая вода и образующийся пар равномерно и беспрерывно протекают вверх, создавая перемешивание воды в котле.

Котел, изображенный . на рис. 28В, заключен в кожух. Это улучшает условия нагревания котла и препятствует его охлаждению. Кожух способствует направлению топочных газов вокруг верхней части котла.

ЧАСТИЦЫ3 \_ЧАСТИЦЫ ЗМЕВВИИ-

ВОДЫ ПАРА ТОННА-

Рис. 284, Схема устройства парового котла с образованием пара в

змеевике

Котел, изображенный на рис. 284, представляет собой цилиндр, снабженный спиральным змеевиком, один конец которого впаян в нижнюю стенку хсотла, а другой в дно, в районе парового пространства. Вода, превращаясь в змеевике в пар, выходит в паровое пространство и замещается водой из котла. Диаметр трубки змеевика должен быть тем больше, чем боль-ще число витков. В конструкциях этих котлов есть два недостатка: они заставляют поднимать котел высоко над днищем .модели, а кожух, раскаленный топочными газами, сильно нагревает корпус модели.

Конструкция котла, показанная на рис. 285, устраняет оба .эти недостатка; топка здесь расположена внутри котла, Кроме того, паропроизводидельность этого котла с единицы площади нагрева намного больше, чем у двух первых, так как топка, -образованная трубой, позволяет применить наиболее мощную

Рис» 285. Схема устройства парового котла с кипятильными труб-

ками

285 —

горелку — паяльную, лампу, Ниже приведено описание такого котла, рассчитанного на паровую машину с качающимся цилиндром. Диаметр цилиндра машины 20 мм; ход поршня 15 мм; число оборотов около 400 об/мин; рабочее давление 2 кг\см; длина котла 200 мм, диаметр 100 мм; остальные размеры котла показаны на рис. 285.

Корпус котла изготовлен из миллиметровой латуни, собран на заклепках с пропайкой швов и заклепок оловянным припоем. Жаровая труба, внутри которой находится топка, представляет собой обрезок трубы диаметром 40 мм со стенками толщиной 1 мм, в которую впаяны 12 вертикальных кипятильных трубок диаметром 5—6 мм. Трубки расположены в два ряда в шахматном порядке. Между рядами трубок проходит «петля» пароперегревателя, внутренний диаметр которого 4 мм. В верху котла установлен сухопарник, имеющий форму половины цилиндра, который приклепан и припаян к котлу. Сухопарник изготовлен из латунной тонкостенной трубы диаметром 20 мм, распиленной вдоль. Края сухопарника отогнуты, образуя лапки для заклепок. Торцовые стенки сухопарника приклепываются к котлу и припаиваются, Сухопарник сообщается с котлом при помощи десяти отверстий диаметром 3 мм,

На котле установлены: манометр на 3 кг!см, водомерная трубка и предохранительный клапан. Котел должен быть опробован на прочность, давлением воды в 12 кз/cjw.. Теплоизоляция делается из листового асбеста. Котел крепится к корпусу модели при помощи двух хомутов.

На рис. 286 показан котел, рассчитанный на обслуживание паровых машин большой мощности, он изготовлен, из баллона огнетушителя.

- 286 -

Арматура паровых котлов

Арматуру парового котла составляют: предохранительный клапан, манометр, питательный насос, водомерное стекло, па-роконденсатор и др. Очень существенной деталью арматуры, является предохранительный клапан. Если он отрегулирован на определенное давление котла, то клапан автоматически открывается, как только давление в котле превзойдет установленную норму, и выпускает лишний пар наружу; при снижении давления до (нормы клапан автоматически закрывается. На моделях применяют пружинные предохранительные клапаны.

На рис. 287 изображен пружинный предохра-нителън ый клапан. Для ело изготовления из л а-ту'нн'ою прутка диаметром 12—15 мм вытачивается пробка со сквозным отверстием диаметром 5—

6 мм и резьбой внизу (на шейке). Вверху отверстие расширяется .в виде конуса, к которому притирается кругла я конусообр аз-на я шляпка кл ала н а.

Шляпку притирают наждачным порошком, чтобы она сидела плотно, без зазора. Так как стенки котла тонкие, то, чтобы образовать достаточно длинную резьбу для шейки, на стенку котла напаивают подходящую гайку ил и шайбу. Между котлом н нижним фланцем пробки прокладывается картонная прокладка. Регулирующую гайку можно сделать круглой, с накаткой, что удобнее для регулирования натяжения пружины. Пружина, стремясь разжаться, притягивает коническую шляпку к седлу. Пружину для клапана следует изготовить из н ©отожженной (гартов а иной) латунной либо стальной проволоки, предварительно облудив стальную проволоку тонким слоем олова.

Другая конструкция клапана изображена на рис. 288. Этот клапан состоит из латунной пробки со сквозным отверстием

КОНУС

КОРПУС

ПРОКЛАДКА.

ПРУЖИНА

ШАЙБА

ГАЙКА

Рис. 287. Пружинный предохранительный клапан с конусом

ПРУЖИНА ШАРИК

РЕГУЛИРОВОЧНЫЙ ВИНГ

КОРПУС

ОТВЕРСТИЕ ДЛЯ ВЫХОДА ПАРА

ТАИНА

Рис. 288. Пружинный предохранительный клапан с шариком

— 287 —

различных диаметров. Пробку можно изготовить из двух трубочек, вставленных одна в другую и спаянных оловом. Рать клапана здесь исполняет шарик (от шарикоподшипника) диаметром 6 мм. Под шариком находится отверстие диаметром 4' мм. Верхняя часть отверстия, через которое закладывается шарик, имеет резьбу для регулировочного винта, прижимающего через пружину шарик к седлу. Плотная посадка шарика в седло достигается легким ударом молотка по шарику через .латунную палочку или трубку. Для выхода избытка пара из клапана наружукорпусе по его окружности, ио несколько выше седла клапана сделано несколько отверстий. Регулировка этого клапана более удобна, чем первого, и производится во время работы котла при помощи регулировочного винта. Надо следить за тем, чтобы шарик не поржавел и не появилась утечка пара. Для наблюдения за -давлением пара в котле служит манометр, стрелка которого показывает давление внутри котла в данный момент,' Если маленького манометра нет, можно с успехом применить манометр диаметром до 50 мм. Циферблат манометра следует располагать горизонтально так, чтобы в небольшой вырез в палубе можно было видеть показания стрелки;

Простой, ио важной принадлежностью арматуры является пробка для заливания воды в котел. Отверстие для заливания воды делается в верхней части котла, в месте, предусмотренном сообразно с палубными надстройками модели. Для плотного завинчивания пробки в стенку котла под пробку подкладывается картонная или лучше свинцовая прокладка. Особое внимание нужно уделять качеству нарезки пробки и отверстия в котле, так как пробку приходится' многократно отвинчивать и завинчивать.

Заливка воды в иотел требует остановки машины, а котлы € небольшим запасом воды не могут обеспечить модели большой продолжительности плавания. Устранить это неудобство можно применением специального плунжерного насоса для непрерывного подкачивания воды в котел.

Конструкция плунжерного. насоса показана на рис. 289. Он состоит из двух перпендикулярных друг к другу цилиндров. В горизонтальный цилиндр входит пришлифованный плунжер (поршень) 1. Вертикальный цилиндр состоит из двух частей: верхняя часть навинчивается или припаивается к ниж-ией и закрывается глухой пробкой на резьбе. Внутри цнлинд-,ра сверлом рассверливаются два отверстия для конических клапанов 2 н 3. Плунжер 1 шарнирно соединен с шатуном 4, движение которому дает эксцентрик, сидящий на валу машины. При движении плунжера влево он засасывает воду из-за борта. При этом поднимается конический клапан 3. При движений плунжери вправо поднимается клапан 2, который пропускает воду в питающую трубку, ведущую в котел. На пути

- 288

воды в котел ее можно подогревать топочными газами в змеевике, называемом экономайзером. Питающий насос можно располагать вертикально или горизонтально в зависимости от конструкции двигателя, но седла клапанов должны быть горизонтальными. Конические клапаны насоса можно заменить шариками, применяемыми в шарикоподшипниках. Для того чтобы шарики не ржавели, после работы насос надо осушить и залить маслом.

Для наблюдения за уровнем воды в котле служит водомерная трубка. Толщина стенок стеклянной трубки должна быть

равна 0,5—1,0 мм. Если есть возможность, то отогнутые концы водомерной трубки надо вставить ' в металлические патрубки с резьбой для сальников, что много лучше, чем вмазывать водомерную трубку на замазке. Для котлов емкостью до 1 л водомерное стекло можно изготовить без патрубков — из трубочки наружного диаметра 3—4 мм, изогнув ее на огне в виде буквы П (рис. 290, а). В этом случае изогнутая трубочка вставляется в заготовленное отверстие и хорошо обмазывается суриковой замазкой; в замазку можно замесить немного растрепленного асбеста (листа или шнура). После этого замазка накрывается специальной выколоченной или изготовленной из куска латунной трубки крышкой с прорезью для водомерной трубки, которая должна плотно сесть на замазку, обжав, ее до водомерному стеклу при помощи двух винтов. При применении водомерных стекол с внутренним диаметром трубки меньше 4 мм надо помнить, что их показания заметно отклоняются от истинного уровня воды в котле в сторону повышения до 5 мм. Поэтому красная черта на

19 .Морской моделизм — 389 —

таком стекле, показывающая наименьший допустимый уровень воды, должна быть выше, нежели этот уровень. Этот недостаток можно полностью устранить, применив плоское водомерное стекло (рис. 290,6).

Если забортная вода грязная, то питать ею котел нельзя. В этом случае воду для питания котла следует брать из конденсатора.

Пароконденсатором называется устройство, превращающее отработавший пар в воду. Простейший пароконденсатор может быть выполнен следующим образом: отработавший пар из машины отводится в змеевик, заключенный в коробку-холодиль-ник, внутри которой произвольно протекает забортная вода. Вода, полученная из пара, по змеевику стекает в бачок, откуда забирается питательным насосом и подается снова в котел (рис. 291).

Приемное и выпускное отверстия парокоиденсатора нужно располагать соответственно на днище н в борту модели для

а

Рис. 290. Устройство водомерных стекол для паровых

КОТЛОВ

- 290 -

Рис. 291. Устройство пароконденсатора

лучшего движения охлаждающей воды. На входном отверстии рекомендуется установить козырек для направления воды вот-верстие при ходе модели. Изменяя диаметр этих отверстий, можно регулировать температуру выходящей из змеевика воды. Разумеется, что пар должен полностью превращаться в воду, но переохлаждать воду не следует.

Т акое приспособление обеспечит длительную работу котла без образования в котле иакипи.

В случае же появления накипи ее можно удалить, промывая котел раствором соляной кислоты или раствором едкой щелочи с последующим промыванием водой.

Горелки ДЛЯ КОТЛОВ

Простейшей горелкой для парового котла может служить коробочка сухого спирта или бачок с фитилями для денатурированного спирта, устройство которых приведено на рис. 292.

Рис. 292. Устройство горелок для парового.котла ,

19*

- 291

Фитили горелки следует устанавливать как можно ниже, что дает возможность располагать котел не высоко над днищем, отчего модель не потеряет остойчивость. В связи с этим большой интерес представляют две схемы, изображенные на рис. 292. Для сохранения постоянного низкого уровня денатурата в малом расходном бачке и для предохранения горючего от вытекания из основного бачка бачок герметически закрывается пробкой и может соединяться с атмосферой только через дренажную трубку а, один конец которой находится на требующемся уровне денатурата в расходном бачке, Если уровень в расходном бачке поднимется, перетекание денатурата из основного бачка прекратится.

На рис. 292 изображена схема II горелки, в которой уровень вытекающего горючего определяется положением нижнего конца трубки б, впаянной внутрь основного бака. Эта трубка должна быть опущена всегда ниже фитилей, в противном случае горючее будет выливаться через фитили. В схеме Я расходный бачок не нужен.

Для отопления котла керосином очень удобно применить горелку от примуса и специальный бачок с воздушным насосом (рис. 293).

Рис. 293. Приспособление примусных горелок ДЯЇ отопления котлов

292. -

Рис. 294. Приспособление паяльной лампы для отопления котла

СИФОННАЯ ТРУБНА

ДЫМОВАЯ ТРУБА

Почти для всех котлов в каче-втве горелок можно применять иаяльные лампы, приспособив их еоответству ющи м обр азом

(рис, 294).

Очень часто на моделях со спиртовыми горелками можно наблюдать отсутствие тяги, что приводит к плохому сгоранию топлива, к выбрасыванию пламени через топку внутрь корпуса и т. и.; причина этого—низкая «дымовая» труба, попадание в трубу ветра и т. п. Поэтому, если на модели отработавший пар выпускается в атмосферу, его следует использовать для усиления тяги, выпуская по сифонной трубке через дымовую трубу (рис. 295). Пар, устремляясь с большой скоростью из сифонной трубки, увлекает за собой топочные газы. Регулируя высоту сифонной трубки, можно добиться наилучшей тяги.

Рис. 295. Устройство сифона в дымовой трубе модели



Морской моделизм, 1955



Белый Бим Черное ухо смотреть фильм онлайн
Дама с попугаем смотреть фильм онлайн
Опасно для жизни! смотреть фильм онлайн