Евгений Лосев - Турбовозы. История, теория, конструкция

Начиная с 1936 г., в ряде стран (Швеция, Англия, Франция, США) были построены опытные паротурбовозы с зубчатой передачей мощностью от 2000 до 6900 л.с. в одной едидице, в США запроектирован ещё более мощный паротурбовоз –9000 л.с.

Паротурбовозы относятся к классу паровых локомотивов и в большинстве своём представляют обычные паровозы, в которых паровая машина заменена турбиной. К особенностям конструкции паротурбовозов, помимо двигателя, относится наличие конденсатора. Что касается передачи, то в паротурбовозах используются механические зубчатые передачи, а также передачи тепловозного типа – электрические, гидромеханические и др.

Поэтому далее будут описываться только отличия конструкции паротурбовозов от конструкции других типов локомотивов, как то:

– котлы повышенного и высокого давления, которые, хотя и применялись в обычных паровозах, но лишь в порядке опыта;

– системы вакуумной конденсации, включая сопутствующее оборудование;

– паровые турбины;

– зубчатые передачи;

– тендер.

Котёл.С 1886 по 1897 г. появился ряд котлов высокого давления, а именно:

в Германии в 1886 г. котлы Шмидта и Блом и Фосс на 60 ат;

во Франции в 1888 г. котёл Серполе на 70 ат;

в Швеции в 1897 г. котёл Лаваля на 120 ат.

Котлы Серполе работали в небольших паровозах городского типа; трубы в них были сплющены для уменьшения их сечения по отношению к их поверхности. Котлы Лаваля работали перегретым паром температурой 375—400°C и обслуживали на выставке 1897 г. в Стокгольме четыре турбины Лаваля с давлением пара 100 ат.

В 1911 г. инженер Шмидт построил для своих опытов над паром высокого давления новый котёл на 60 ат, но уже другой системы, а именно вертикальный водотрубный.

Однако, лишь в 1921 г. началась во всех промышленных странах усиленная работа по применению пара высокого давления.

Известная американская компания Babcock & Wilcox в 1923 г. начала производить секционные котлы на давление 84 ат. Но предварительно она в течение восьми лет производила подробные опыты над двумя пробными котлами.

Характерная особенность этих котлов:

а) Слабый уклон труб (около 16°);

б) Сравнительно небольшое водяное пространство, соответствующее в построенных в 1923 г. двух котлах лишь 45% от часовой паропроизводительности.

Котёл, построенный заводом для силовой станции в Калумете Общества Эдиссона Common Wealth Edisson Company в Чикаго, состоит из двух групп труб, в которых нижняя имеет 8, а верхняя 16 рядов. Обе группы отстоят друг от друга на 2,5 м и в этом пространстве расположены перегреватели свежего и промежуточного пара; оба пара перегреваются до 400°C, давление промежуточного пара 21 ат. Над котлом расположен цилиндрический барабан, выкованный, как у Борзига, из цельного куска и служащий сборником пара и для питания котла. В низшей точке котла имеется сборник ила. Подогреватель воды сделан в 44 ряда труб, по 20 в каждом ряду.

Котёл Бабкок-Вилькокс для силовой станции в Калумете Общества

Эдиссона Common Wealth Edisson Company в Чикаго.

Основные размеры главных частей котла следующие:

поверхности нагрева:

– котла – 1463 м 2;

– перегревателя свежего пара – 197 м 2;

– перегревателя промежуточного пара – 307 м 2;

– подогревателя воды – 858 м 2;

– часовая паропроизводительность котла – 45000 кг;

трубы котла:

– внутренний диаметр – 50,8 мм;

– длина – 4500 мм;

сборник пара:

– наружный диаметр – 1220 мм;

– толщина стенок – 102 мм;

водяные камеры:

– толщина продольных стенок – 31,75 мм;

– толщина боковых стенок – 15,9 мм;

трубы подогревателя воды:

– внутренний диамметр – 50,4 мм;

– длина – 6100 мм;

общая площадь котла – 8,5×11,1 м 2.

Данные котла для силовой станции в Уэймуте Эдиссоновского Общества электрического освещения в Бостоне:

поверхность нагрева – 1570 м 2;

часовая паропроизводительность – 90000 кг;

температура перегрева пара – 370°C;

давление промежуточного пара —26,5 ат.

Котёл Бабкок-Вилькокс для силовой станции в Уэймуте Эдиссоновского Общества электрического освещения в Бостоне.

Таким образом, производительность этих котлов на 1 м 2поверхности нагрева равна около 30 кг/ч.

4 декабря 1924 г. на Делавар-Гудзонской ж. д. (США) состоялась приёмка нового паровоза типа 1—4—0 оригинальной конструкции.

Паровоз был принят и назван «Гораций Аллен». Он построен по проекту И. Е. Мульфелд, инженера-конструктора этой дороги на заводе Американской Паровозостроительной Компании.

Котёл «Горация Аллена »сильно отличается от обычных.

Он состоит из одного среднего котла, диаметром 1680 мм, двух нижних котлов диаметром по 508 мм и двух верхних диаметром 762 мм. Паровое пространство только в верхних котлах.

Наружный вид котла паровоза «Горация Аллена».

Вид внутрь огневой коробки.

Вид котла со стороны дымовой коробки.

Все котлы соединены между собой двумя водяными камерами, составляющими переднюю и заднюю стенку огневой коробки. Эти камеры состоят из двух частей, прикреплённых на фланцах друг к другу и приделанных внизу к отливке основания. Сквозь камеры проходят верхний и нижний котлы, в которых на местах присоединения вырезаны отверстия. Кроме этого, к передней камере приклёпаны с одной стороны листы стенок среднего котла, а с другой стороны – трубная стенка этого котла с дымогарными трубами. В задней камере имеется отверстие для топочной дверки. В задних днищах верхних и нижних котлов имеются лазы. Верхние котлы с паровым пространством длиннее нижних; они вытянуты вдоль среднего котла на 3376 мм и на переднем котле имеют утолщение, с помощью которого они сообщаются со средним котлом. Чтобы сделать это сообщение ещё лучше, между верхними котлами установлены четыре трубы, соединяющие средний котёл с верхними.

Верхние котлы соединяются с нижними с помощью 306 трубок (102 диаметром 2 1/ 2 дюйма и 204 диаметром 2 дюйма), которые одновременно составляют боковые стенки огневой коробки. Этим достигаются большая поверхность нагрева огневой коробки и жёсткость всей конструкции.