Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2381
.pdf
что в конечном итоге приводит к разрушению нагревателя. Таким образом, следует отметить, что ни один
подогреватель питательной воды не может быть успешно реализован без четких мер по поддержанию
чистоты его поверхностей, контактирующих с газом, и при температуре, исключающей конденсацию. При
дальнейшем изучении более старых устройств можно заметить, что некоторые из наших предшественников
предусматривали нечастую и трудоемкую внутреннюю очистку водопроводных каналов, но ни одно из них не
предусмотрело простых или полных мер для этой цели; и следует также отметить, что ни одно из них не
понимало трудностей, связанных с загрязнением дымовыми газами, или, по крайней мере, пренебрегало
поддержанием чистоты и сухости нагревательных поверхностей, контактирующих с газом. Таким образом,
подобно тому как были проигнорированы важнейшие проблемы передней части локомотива, вопросы
внутренней и внешней чистоты, по-видимому, были обойдены вниманием или, по крайней мере, сочтены
неразрешимыми, что полностью объясняет неудачу всех ранее предложенных обогревателей передней части
локомотива.
Обращаясь теперь к прилагаемым чертежам, на рис. 1 представлен боковой вид паровоза, воплощающего
наше изобретение. секция котла и его передняя часть; на рис. 3 представлен увеличенный боковой вид
передней части локомотива, демонстрирующий нашу новую систему наддува питательной воды. Рис. 5
представляет собой вертикальный продольный разрез передней части, увеличенный и четко
демонстрирующий наш водонагреватель и вспомогательные устройства; Рис. 5 представляет собой
увеличенный вертикальный поперечный разрез по линии 5 5 на рис. 3 и 4; Рис. 6 представляет собой
горизонтальный разрез, приблизительно по линии 6 6 на рис. 5 - Рис. 7 представляет собой вид спереди
локомотива, на котором показаны некоторые из демонтированных частей, позволяющие увидеть не только
расположение нагревателя, но и форму и расположение его водоотводных каналов; рис. 8 представляет
собой аналогичный вид, показывающий нагреватель, снятый с передней части или дымовой камеры; рис. 9
представляет собой детальный поперечный разрез нагревателя, показывающий снятые с его корпуса крышки
коллекторов; рис. 10 представляет собой увеличенный поперечный разрез верхней группы труб нагревателя,
которые принимают отработанный пар; рис. 11 представляет собой поперечный разрез, аналогичный рис. 9,
но показывающий установленные крышки коллекторов и показывающий добавленные перегородки в
коллекторах для увеличения количества витков водоотводного канала; рис. 12 представляет собой
поперечный разрез, иллюстрирующий применение болтов крепления, которые входят в крышки коллекторов;
рис. 13 представляет собой поперечный разрез группы газонагреваемых труб; На фиг. 14 изображена
полностью газовая конструкция нашего изобретения и соответствующие ей водоотводящие коллекторы; на
фиг. 15 — вертикальный продольный разрез передней части котла, содержащего нагреватель нашего
изобретения, в котором все нагревательные элементы относятся к типу, получающему тепло только снаружи;
на фиг. 16 — аналогичный вид нагревателя, в котором все нагревательные элементы получают тепло изнутри
от отработанного пара и снаружи от отработанных газов, а также от насоса питательной воды, а не от
инжектора; на фиг. 17 изображена модификация нагревателя, показанного на фиг. 4, представляющая собой
другое расположение двух типов нагревательных элементов.
поскольку он привлекателен в сочетании с нашим изобретением и пароприводным инжектором питательной
воды обычного типа. Следует сразу отметить, что обычный инжектор можно заменить любым подходящим
устройством; однако мы предпочитаем последний по причинам, изложенным выше и ниже. Наш собственно
пароперегреватель питательной воды функционально расположен между водонагревателем и котлом. При
желании его можно соединить с обоими инжекторами, обычно имеющимися на локомотиве. Для большей
наглядности мы показали его в связи только с одним из них. На фиг. 1, 2, 7 и 8 собственно подогреватель
питательной воды обозначен общей буквой А. Этот подогреватель вставляется через отверстие в боковой
стенке дымовой камеры или передней части, 1. состоит из двух основных коллекторов и большого количества
трубок, соединяющих их. Она простирается поперечно по передней части, занимая таким образом
оптимальное положение для приема перпендикулярного или максимального воздействия поднимающихся
вверх продуктов сгорания из дымоходов котла.
Как лучше всего показано на рис. 7, он расположен сзади. 3. дымовой камеры, впереди диафрагмы 4 (частью
которой является стол) и впереди удлинителя дымовой трубы или нижней трубы, 5. Последняя теперь служит
одновременно защитным экраном, позволяющим размещать нагреватель в непосредственной близости от
выхлопных газов без риска травм, и средством регулирования потока газа через нагреватели путем
регулировки отверстия 5, расположенного непосредственно под дымовой трубой, а также путем регулировки
высоты защитного экрана 5 над столешницей. Нижняя часть дымохода имеет верхнюю и нижнюю тягу и имеет
отверстие 5 у основания дымовой трубы для обеспечения основного потока дымовых газов через
нагреватель. Выхлопное сопло 6 представляет собой любое подходящее средство для создания тяги или
движения газа через дымоходы котла 8, необходимое для поддержания сгорания топлива в топке 9. На
рисунке изображена топка самого современного типа, содержащая элемент циркуляции воды, например, 911
с парной аркой 9.
Нагреватель А, как описано здесь, расположен на пути газов, поступающих из дымоходов 8 в дымовую трубу;
таким образом, нагреватель А также удобно связан с источником отработанного пара, который мы предлагаем
частично использовать для нагрева питательной воды. Следует отметить, что нагреватель А устанавливается
или добавляется без изменения внутренней компоновки передней части и занимает пространство, которое в
противном случае было бы невостребованным, а также не препятствует обычному доступу к коптильне для
целей планового технического обслуживания и может быть полностью демонтирован. Источник отработанного
пара, как показано здесь, находится в выхлопных каналах 10, соединяющих паровые камеры цилиндров
двигателя 11 с выхлопным соплом 6. В случае работы паровоза на угле твердые частицы поднимаются из
огня на колосниковой решетке топки 91 и выводятся через дымоходы 8 вместе с горячим газом из топки. Мы
используем эти твердые вещества непосредственно в нагревателе.
А) в качестве средства поддержания чистоты его поверхностей, но не раньше, чем мы подготовим твердые
вещества для этого использования. Иными словами, мы измельчаем частицы золы и спеченного топлива до
таких малых размеров, что они могут свободно проходить между многочисленными нагревательными
элементами или трубками нагревателя вместе с горячими дымовыми газами, предотвращая тем самым
засорение пространства между такими трубками. С этой целью мы можем использовать любые подходящие
средства для разрушения золы на пути дымовых газов, всегда перед нагревателем. Обычный фронтальный
экран 12 с достаточно мелкой сеткой прекрасно справляется со своей задачей. В задней части котла, 2,
расположена кабина, 13, а за ней — водо- и топливный бак или резервуар 14. Вода забирается из тендера 14,
предпочтительно с помощью парового инжектора 15, и поступает в нагреватель А через патрубок 1G. Как
известно, в инжекторе используется либо горячий пар, либо отработанный пар, либо и то, и другое, что
первоначально повышает температуру питательной воды, забираемой из тендера; однако, за исключением
случая использования инжектора отработанного пара, на этом этапе не достигается особой экономии тепла.
Однако первоначальный нагрев воды инжектором или аналогичным первичным нагревателем является
важной особенностью нашего изобретения, поскольку относительно горячая вода, подаваемая
непосредственно в пароперегреватель питательной воды, обеспечивает температуру, исключающую
конденсацию, на поверхностях его нагревательных элементов внутри дымовой камеры. После прохождения
через нагреватель вода выходит из него по подающей трубе 17 и поступает в котел через клапан 18. Этот
клапан 18 всегда открыт во время работы обогревателя, но может быть закрыт, когда это необходимо для
отключения обогревателя в случае поломки или аварии какой-либо из его частей или соединений, а также при
демонтаже обогревателя с локомотива. Еще одна важная особенность нашего изобретения заключается в
продувочной трубе 19, которая отходит от ответвления 16 в любой удобной точке между обратным клапаном
инжектора 15 и входным патрубком 16 нагревателя. Эта выпускная труба приспособлен для легкого и частого
управления из кабины, например, с помощью стержня, 21.
С помощью этого простого устройства мы обеспечиваем частое открытие впускного патрубка нагревателя в
атмосферу, и, следовательно, обеспечиваем как кратковременное, так и длительное изменение направления
потока воды через него. При открытии клапана 20 происходит обратный поток через нагреватель А,
вызванный обратным потоком воды из котла через подающую трубу 17 под давлением котла. Благодаря
таким внезапным и, безусловно, резким переворотам воды внутри нагревателя мы добиваемся удаления
скопившихся в нем отложений и направляем их к продувочной трубе 19 и клапану 20, каждый раз сбрасывая
значительное количество отложений и небольшое количество воды. Тщательная внутренняя очистка
нагревателя А осуществляется в любое время, когда котел находится под давлением, путем более
длительного открытия продувочного клапана 20 и обеспечения выхода большего количества котловой воды
через нагреватель с высокой скоростью, обусловленной давлением в котле. Наше изобретение включает в
себя нагреватели, такие как нагреватель А, которые подходят для использования как отработанного пара, так
и дымовых газов для нагрева питательной воды.
А также включает в себя нагреватели, в которых ни одна из нагревательных трубок или элементов не
получает отработанный пар; то есть, они приспособлены для использования дымовых газов в качестве
единственного источника тепла. Мы предпочитаем, чтобы все наши нагреватели были водонагревательными;
трубки или элементы были расположены в отдельных блоках или группах. Наши нагреватели, использующие
отработанный пар, отличаются наличием паровых трубок, которые добавлены или расположены внутри
водяных трубок одной или всех групп. Подобные паровые трубки отчетливо видны на рисунках с 4 по 10
включительно. Эта адаптация к отработанному пару, очевидно, осуществляется с минимальными затратами,
и таким образом поверхности нагрева отработанного пара интегрируются в устройство без уменьшения
имеющихся теплопоглощающих поверхностей газа или каким-либо образом снижения его максимальной
эффективности в качестве газового нагревателя. На основных чертежах изображен нагреватель, в котором
два нижних блока или группы нагревательных элементов имеют газовый нагрев, а верхняя группа —
комбинированный парогазовый нагрев, содержащий описанные внутренние паровые трубки.
Как ясно показано на рисунке, вода из основного нагревателя или инжектора предпочтительно поступает в
верхнюю часть нагревателя через впускное соединение 16 и проходит через блок комбинированных
парогазовых нагревательных элементов, в которых вода быстро нагревается практически до температуры
отработанного пара. Выйдя из верхнего блока труб, вода протекает через нижние блоки газонагреваемых
элементов, где ее температура значительно повышается за счет тепла дымовых газов. Вода выходит из
нагревателя. предпочтительно расположен на том же конце нагревателя, что и соединение 16, но внизу, и
поступает в котел через подающую трубу 17 и аварийный или запорный клапан 18. Теперь станет очевидно,
что нагревательные элементы всех этих групп, составляющих наш нагреватель, подвергаются воздействию
горячих дымовых газов на пути к дымовой трубе, 7. Одновременно мы предлагаем эффективные средства
для использования отработанного пара в целях дополнительного нагрева воды. Это окажется наилучшим
практическим решением, поскольку в диапазоне температур отработанного пара, при котором происходит
теплопередача, один квадратный фут поверхности конденсации отработанного пара эквивалентен почти
десяти квадратным футам поверхности нагрева газа, так что отказ от использования отработанного пара в
качестве теплоносителя означал бы либо принятие более низкой температуры питательной воды в котле,
либо использование газового нагревателя, настолько увеличенного, что это стало бы нецелесообразным.
Однако следует отметить, что в нашем изобретении питательная вода сначала контактирует с
нагревательными элементами отработанного пара на начальном этапе прохождения через нагреватель.
Использовать избыток отработанного пара бесполезно, поскольку его температура определенно ограничена,
и только эту температуру можно передать воде. Поэтому мы предпочитаем ограничить количество
нагреваемых паром элементов одной группой нагреваемых газом элементов. Нам также удалось успешно
ограничить использование отработанного пара, подвергая воду в нагреваемых паром элементах
одновременному воздействию горячих дымовых газов на внешнюю поверхность этих элементов, тем самым
уменьшив объем используемого отработанного пара. Однако, как станет ясно, наша главная цель
использования отработанного пара заключается в том, чтобы освободить газовый нагреватель от
необходимости повышать температуру питательной воды от начальной температуры до температуры
отработанного пара (немного выше 2120 °F), чего легче достичь с помощью отработанного пара. В результате
вся открытая для газа поверхность нагревателя используется для нагрева воды до температуры,
превышающей температуру отработанного пара.
Кроме того, особая цель объединения этих двух функций в одном нагревателе заключается в создании
конструкции с очевидно более низкой первоначальной стоимостью, чем та, которая потребовалась бы при
строительстве отдельных нагревателей отработанного пара и газа. Рассматриваемый как единая
конструкция, наш подогреватель питательной воды в предпочтительном варианте состоит всего из двух
коллекторов и нагревательных элементов или трубок, соединяющих их. Один из коллекторов состоит из
трубной решетки (a) и крышки (a). Вторая часть коллектора включает в себя трубную решетку a3 и крышку a4.
Чтобы отличить комбинированные или парогазовые нагревательные элементы от простых элементов,
которые нагреваются только газом, мы обозначили «комбинированные» трубки как , а «простые» трубки как
a6. Желательно, чтобы все эти элементы представляли собой прямые трубки. Их концы открыты и
закреплены в противоположных трубных решетках. расположены внутри элементов a5. Таким образом,
обеспечены надлежащие водные пути. Суммарная площадь этих кольцевых каналов всегда превышает
площадь входного отверстия нагревателя, и создаваемый избыток с лихвой покрывает поверхностное
сопротивление, возникающее в каналах с более выраженным расслоением.
При регулировке этой общей площади наилучшим решением является использование трубок малого
диаметра и применение максимально возможного количества мелких элементов, содержащих
конденсационные трубки, для обеспечения необходимого поперечного сечения в этом разделенном
водоотводном канале, а также необходимой общей поверхности нагрева. Указанный ранее метод очистки
золой позволяет изготавливать из этого нагревателя относительно небольшие трубчатые элементы,
расположенные близко друг к другу; иными словами, это объясняет, как нам удалось разместить очень
большое количество элементов в сравнительно небольшом объеме и поддерживать их в эффективном
состоянии, обеспечивая получение суммарной тепловой поверхности, достаточной для нагрева питательной
воды до температуры, значительно превышающей температуру отработанного пара, а также с
дополнительным преимуществом адаптации нагревательных элементов к единой конструкции таких
компактных размеров (с учетом габаритов и веса), что ее можно легко перемещать в дымовую камеру и из нее
без разборки.
Мы предпочитаем делать все элементы... Одинаковый размер по всей длине; а суммарная площадь
поперечного сечения и суммарная площадь нагревательной поверхности простых газонагревательных
элементов a6 значительно превышают соответствующую площадь и поверхность комбинированной
парогазовой части нагревателя. Мы предпочитаем, чтобы движение воды через простые элементы a6 было
медленнее, чем ее движение через секцию конденсации отработанного пара или часть нагревателя, где тепло
передается воде как изнутри, так и снаружи нагревательных элементов. Кроме того, это служит иллюстрацией
того, как путем простого добавления или удаления простых элементов наш нагреватель может быть настроен
под конкретный локомотив; то есть, сконструирован таким образом, чтобы в пределах заданных
пространственных ограничений обеспечить очень высокую конечную температуру питательной воды. Группа
элементов a5 (содержащая паропроводы a7) получает относительно холодную воду из ответвления 1G и
представляет собой очень эффективный конденсатор отработанного пара.
Входящие в состав трубки a7 принимают пар и передают его тепло окружающей воде. Здесь мы говорим об
эффективности устройства как конденсатора, чтобы обратить внимание на то, что максимальное количество
тепла может быть передано воде из отработанного пара только за счет конденсации такого пара. Для
обеспечения быстрой конденсации отработанного пара мы используем трубки a7, закрытые с одного конца и
открытые с другого, для приема отработанного пара и отвода конденсированной воды. Как будет подробно
описано ниже, конденсированная вода отводится через небольшую выпускную трубу 22, которая может
заканчиваться подходящим пароотводчиком; в противном случае отвод отработанного пара из радиатора или
конденсатора отсутствует. Мы предпочитаем избегать однонаправленного потока пара, например, от одного
парораспределительного коллектора к другому, считая такой поток ненужным, поскольку конденсация пара в
этих трубах с закрытыми концами, a7, происходит с большой скоростью, и для всего этого используется один
парораспределительный коллектор.
Такая конденсация в трубах (а7) происходит из-за быстрого потока относительно холодной воды на их
внешнюю поверхность и, очевидно, из-за конденсации пара. сопровождается поступлением свежего
отработанного пара, который займет его место. Предпочтительно, чтобы паровые трубки a7 имели открытые
концы, закрепленные в крышке a, и снабжались отработанным паром из одной паровой полости или
коллектора, образованного в указанной крышке a или на ней. Закрытые концы трубок, удаленные от источника
(a7), лучше всего показаны в точках (a9) на рис. 5, 6 и 10. Эта конструкция конденсатора-радиатора с
закрытым концом особенно ценна по важным механическим причинам, среди которых можно отметить:
во-первых, отсутствие разъединяемых соединений внутри нагревателя; во-вторых, возможность
одновременного извлечения всех пароконденсатных труб a7 с одного конца нагревателя; и возможность
приема отработанного пара и отвода конденсата через единый карман или коллектор, общий для всех
паровых труб. Данная часть нашего изобретения в конечном итоге представляет собой конструкцию,
отличающуюся исключительной простотой и низкой стоимостью по сравнению с обычной конструкцией и
стоимостью паросилового подогревателя питательной воды.
На данном этапе мы хотим, чтобы было понятно, что наше изобретение по своей сути никоим образом не
ограничивается описанным здесь высокоэффективным пароконденсаторным устройством или радиатором,
поскольку, очевидно, в водосодержащих элементах наших нагревателей могут быть использованы и другие
формы пароконденсаторов, излучающих тепло. Пар поступает в трубки a7 из Конденсационная вода находит
свой путь отводит пар через небольшую сливную трубу 22, идущую вниз сбоку дымовой камеры и
предпочтительно заканчивающуюся автоматическим пароотводчиком 23, из которых 24 является сливной
трубой. Через трубы, подается отработанным паром из выхлопных каналов 10, как показано на седле
цилиндра на фиг. 2, 3, 7 и 8. Как подробно описано здесь, мы предпочитаем, чтобы одна головка нашего
нагревателя располагалась снаружи дымовой камеры; и в этом случае паропроводы 25 также поднимаются
вплотную к боковой стенке дымовой камеры и входят в паропровод a8 в точках 25a, которые также находятся
снаружи дымовой камеры.
Заголовок, состоящий из следующих частей: водяные отсеки, один из которых сообщается с группой трубок
a5, а другой отсек сообщается с трубками или элементами a6. Цель данной схемы заключается в обеспечении
прохождения питательной воды сначала через комбинированные элементы, а затем через «простые»
элементы. В предпочтительных вариантах наших выпускных коллекторов отсутствуют какие-либо соединения
или муфты, связанные с нагревателем, в любой точке внутри дымовой камеры. Все необходимые
соединительные элементы для труб расположены снаружи дымовой камеры. Таким образом, как показано
здесь, в каждой из труб 16, 17, 22 и 25 предусмотрено разъемное соединение или муфта, при этом их
расположение должно быть таким, чтобы в разъединенном состоянии ни одна труба не препятствовала
свободному извлечению монолитного нагревателя или его установке обратно в дымовую камеру. В нашем
простом газовом обогревателе всего два соединения, а в комбинированном обогревателе одновременно
может быть соединено и разъединено не более пяти соединений. Для удобной и надежной фиксации
нагревателя мы используем поперечные перекладины 26 внутри коптильной камеры.
Они опираются на соответствующие кронштейны 27 и, в свою очередь, удерживают нагреватель. Как будет
описано ниже, внешняя головка нагревателя, находясь в рабочем положении, крепится к боковой стенке
дымовой камеры. Таким образом, нагреватель надежно удерживается и не подвержен резким рывкам внутри
дымовой камеры. Если у нагревателя есть глухой конец (который не проходит через противоположную
сторону дымовой камеры), он удерживается податливыми кронштейнами 28, выступающими из боковой
стенки дымовой камеры и помогающими надежно, но не неподвижно, удерживать нагреватель на месте.
Бывают случаи, когда все необходимые работы с отопителем можно выполнить, не снимая его с локомотива;
также бывают случаи, когда отопитель необходимо снять с передней части или дымовой камеры, чтобы
получить доступ к его внутренней части для осмотра или ремонта других его частей, включая дымоходы,
переднюю дымоходную решетку и пароперегреватель. Очевидно, что демонтаж нагревателя освобождает
отверстие в боковой стенке дымовой камеры, что обеспечивает дополнительный доступ к передней части,
который может оказаться удобнее, чем обычное использование передней дверцы.
Для поддержки нагревателя во время простоя мы предусмотрели (в депо) легкую металлическую скамью 29,
которая может быть прикреплена к внешним кронштейнам 30 на дымовой камере. Она состоит главным
образом из рельсов, которые являются продолжением рельсов, 26. Иными словами, мы таким образом
изготавливаем опорную пластину для нагревателя: постоянную часть внутри дымовой камеры и временную
часть снаружи. Таким образом обеспечивается безопасное обращение с нагревателем. Мы предпочитаем,
чтобы постоянные направляющие или опоры 26 были съемными от внутренних кронштейнов 27, чтобы их
можно было по желанию извлекать из дымовой камеры. Хотя это и не ограничивается этим, наше
изобретение лучше всего воплощается в конструкции, которая не требует изменения формы обычной
передней части локомотива или дымовой камеры; отсюда и основная конструкция, подробно показанная
здесь. Следует отметить, что ни одна из частей нашего обогревателя не выступает за контур дымовой камеры
настолько, чтобы заслонять обзор машинисту и кочегару в кабине локомотива.
Эта функция имеет неоспоримое значение. Как уже упоминалось ранее и как ясно показано на чертежах,
корпус нашего нагревателя состоит из большого количества нагревательных элементов или трубок малого
диаметра, расположенных близко друг к другу. Обычно нам удается, и это оптимально, изготавливать
нагревательные элементы из трубок диаметром менее дюйма, и мы можем размещать их на расстоянии всего
лишь доли дюйма друг от друга. Только таким образом можно обеспечить достаточную общую площадь
нагревательной поверхности в сравнительно небольшом пространстве, которое имеется для этой цели внутри
коптильни. Вопрос о наличии свободного пространства внутри дымовой камеры напрямую связан с другим
пространством, которое необходимо сохранить в ней для приема, измельчения или дробления золы, прежде
чем она достигнет поверхности нагревателя. Плотное расположение нагревательных элементов напрямую
связано с измельчением золы, и для достижения этого результата мы используем измельчающие элементы
внутри дымовой камеры, такие как столешница 3 и сетка 12, причем последняя имеет более мелкую ячейку,
чем отверстия между нагревательными элементами нагревателя.
Очевидно, что предварительная обработка золы обеспечивает свободное прохождение углей между
расположенными близко друг к другу нагревательными элементами и сохраняет весьма желательную
функцию самоочищения передней части локомотива, как это предписано передовой практикой эксплуатации
локомотивов. Опять же, точное и гарантированное измельчение или подготовка золы до ее попадания в
нагреватель определенно связано с близким расположением нагревательных элементов. Это происходит по
следующей причине: как объяснялось ранее, в исходных газах содержатся вещества (пар, сажа и смолистые
вещества), которые имеют тенденцию конденсироваться, оседать и затвердевать на нагревательных
элементах. Если позволить таким веществам оставаться на трубках, это ограничит или уничтожит их
теплотворную способность; кроме того, они быстро накапливаются до такой степени, что закупорят описанные
узкие зазоры между нагревательными элементами, тем самым нарушая функцию самоочищения передней
части и препятствуя проникновению горячих газов, от которых зависит нагрев питательной воды, к
поверхностям нагревательных элементов.
Мы ограничиваем и в значительной степени предотвращаем образование сажевого налета на
нагревательных элементах, промывая их внутреннюю поверхность только предварительно нагретой водой,
как упоминалось ранее и будет более подробно объяснено ниже. Однако во всех случаях необходимо
обеспечить дополнительную защиту и сохранность наружных нагревательных поверхностей, чтобы они
оставались чистыми, сухими и эффективными. Эта дополнительная защита обеспечивается за счет
использования описанных измельченных зольных отходов или аналогичных веществ. Наш новаторский
подход, заключающийся в измельчении или подготовке золы таким образом, чтобы она могла свободно
проходить через нагреватель под воздействием тяги из дымовой трубы, позволяет этим твердым частицам
воздействовать на поверхности нагревателя подобно пескоструйной обработке, благодаря чему поверхности
постоянно поддерживаются в чистоте и обеспечивают высокую эффективность нагрева. Кроме того, если не
проводить тщательную очистку внешних поверхностей нагревателя, невозможно было бы поддерживать
проходы между элементами открытыми, и в лучшем случае пришлось бы расположить их настолько далеко
друг от друга, чтобы в передней части можно было разместить лишь несколько таких элементов и
расположить их таким образом, чтобы они подвергались воздействию горячих газов.
В этом отношении следует отметить, что поток горячих газов, возникающий при частичном вакууме,
создаваемом в дымовой трубе, имеет тенденцию скапливаться в середине дымовой камеры, при этом газы
всегда стремятся выбрать кратчайший путь к выходу. Сетка или другой измерительный инструмент служит
для равномерного распределения измельченной золы. И несмотря на тенденцию газов к центрированию,
мельчайшие твердые частицы, захваченные сеткой, поднявшись вверх, сохраняют свою изменчивую
траекторию до тех пор, пока не столкнутся с отклоняющими поверхностями; таким образом, обеспечивается
гарантированное обдувание всей поверхности нагревателя. Кроме того, заметное снижение температуры и
плотности дымовых газов нагревателем приводит к расширению области частичного вакуума в верхней части
дымовой камеры, от которого зависит движение золы. Мы уже упоминали о проблеме предотвращения
образования сажи и т. д. на поверхностях нагревателя, а также о той части нашего метода, которая касается
подавления такого процесса не только путем пескоструйной обработки, но и путем поддержания всех
поверхностей при температурах, предотвращающих конденсацию паров внутри дымовой камеры.
Этот температурный этап заключается в подаче в сам нагреватель питательной воды, предварительно
нагретой во время ее прохождения от тендера локомотива к самому нагревателю. Наиболее удобным, как уже
упоминалось ранее, является использование парового инжектора для перемещения воды из тендера в
нагреватель и для повышения ее температуры перед поступлением в нагреватель. Температура, которую
можно придать питательной воде таким способом (в зависимости от погодных условий и типа инжектора), в
среднем составляет 160°F (71°C). Это значение может быть превышено при использовании
высокотемпературного инжектора. Однако низкотемпературный инжектор вполне достаточен и обеспечивает
более широкий диапазон возможной экономии. Но в любом случае мы поддерживаем такую температуру
поверхности, которая исключает конденсацию влаги на нагревательных элементах. Если не допустить
конденсации влаги, сажу и другие вещества легко удалить описанным способом — с помощью струи
измельченного шлака, или, вместо этого, с помощью пескоструйной обработки любым подходящим способом.
Паровой инжектор подачи питательной воды входит в состав нашего лучшего нагревательного оборудования,
и мы считаем этот элемент предварительного нагрева и этап крайне важными с практической точки зрения.
Тем не менее, описанная функция нашего изобретения может выполняться иным устройством, помимо
обычного инжектора, и наше изобретение не ограничивается этим; кроме того, наше изобретение не
исключает использования насоса холодной воды между тендером и нашим основным нагревателем. Однако
следует отметить, что паровой инжектор или другой первичный предварительный подогреватель следует
использовать всегда, хотя бы для того, чтобы предотвратить подачу холодной воды в котел в моменты, когда
через цилиндры двигателя проходит мало пара или он вообще не проходит, или когда объем или температура
газов из дымоходов ограничены. Мы достаточно подробно остановились на важнейших вопросах
предотвращения засорения нагревательных элементов как внутри, так и снаружи, и, таким образом,
поддержания их максимальной эффективности; и показали, как этот этап нашего изобретения позволяет
разместить большое количество нагревательных элементов в ограниченном пространстве дымовой камеры и
в правильном положении относительно быстро движущихся в ней дымовых газов.
Однако еще предстоит более подробно описать эту всеобъемлющую и желательную особенность.
Увеличение количества нагревательных элементов в любом нагревателе разумных размеров, веса и
стоимости было бы неэффективным для достижения высокой температуры питательной воды. Здесь мы
говорим об описанном новом способе использования отработанного пара и дымовых газов в качестве
теплоносителя в тандеме или в соотношении «два в одном». Именно такое расположение элементов в
первую очередь объясняет относительно небольшие размеры, вес и стоимость лучшего типа обогревателя, а
также его замечательную производительность, несмотря на компактные размеры. В этом нагревателе мы
используем лишь ограниченное количество отработанного пара; ровно столько, чтобы пар, предпочтительно с
помощью внешних горячих газов, существенно повысил температуру потоков питательной воды до
температуры отработанного пара. Недопустимо выходить за рамки этого этапа применения отработанного
пара. В этом случае пришлось бы увеличить количество таких элементов, а следовательно, и стоимость и вес
нагревателя, без соответствующего повышения температуры питательной воды.
Для достижения такого увеличения температуры мы пропускаем воду, имеющую существенно более высокую
температуру отходящего пара, через дополнительное количество простых нагревательных элементов,
которые удобно разместить в имеющемся пространстве и которые обеспечивают высокотемпературным
дымовым газам достаточную площадь нагревательной поверхности для повышения температуры
питательной воды до высокой конечной температуры перед ее сбросом в котел. Важным аспектом нашей
компоновки элементов парового нагрева внутри дымовой камеры является то, что дымовые газы заменяют
собой количество изоляционного материала, которое потребовалось бы для нагревательных элементов, если
бы они располагались снаружи котла. За исключением более дорогостоящих изоляционных материалов и
дополнительного веса, часть нашего нагревателя, отвечающая за отвод отработанного пара, может быть
расположена снаружи котла, функционально между инжектором или насосом и частью нагревателя,
нагреваемой газом. Мы уже указывали на тщетность попыток с помощью отработанного пара повысить
температуру питательной воды до уровня, лишь немного превышающего температуру отработанного пара,
как с одновременным прямым воздействием дымовых газов, так и без него, и теперь обращаем особое
внимание на то, что после этого момента существенного увеличения теплоемкости питательной воды мы
достигаем только путем последующего воздействия на нее отдельно, а не за счет дымовых газов.
Понимая это, мы теперь обратим внимание на вопрос, который влияет на общую эффективность, размеры,
вес и стоимость нашего двухкомпонентного пароперегревателя и который возникает из-за того, что паровой
поток, поступающий в наш пароперегреватель через инжектор, по размерам примерно вдвое меньше, чем
требуется для его использования с насосом холодной воды. Специалисты в данной области сразу поймут, что
наша комбинация насоса и двухкомпонентного нагревателя обеспечивает более высокую экономичность, чем
наша комбинация инжектора и нагревателя, но из-за ограничений дымовой камеры исключает возможность
достижения высоких конечных температур на выходе воды из нагревателя. Таким образом, в настоящем
документе заявлены обе комбинации. Тем не менее, мы отдаем предпочтение и рекомендуем именно
комбинацию форсунок, учитывая в целом сравнительную эффективность, первоначальную стоимость,
размер, вес, затраты на техническое обслуживание и надежность. Рассмотрим вопрос в другом свете:
существует точка, в которой следует отказаться от стремления к наивысшей теоретической экономии
(основанной на самой низкой начальной температуре питательной воды) и уделить внимание жизненно
важной необходимости высокой конечной температуры питательной воды, причем более высокая
температура имеет важное значение.
Эффективность и удобство эксплуатации котла, а также стоимость его технического обслуживания. Благодаря
нашему изобретению мы обеспечиваем высокую конечную температуру за счет горячих дымовых газов и, что
важно, сохраняем ее в пределах нагревателя, занимающего лишь небольшую часть дымовой камеры.
Вкратце, мы достигаем этого, подавая на большие поверхности газового типа воду, предварительно нагретую
до температуры отработанного пара высокоэффективным паронагревателем, предпочтительно
расположенным рядом с частью нагреваемой газом поверхности. Мы утверждаем, что, прежде всего,
использование нами отработанного пара и дымовых газов в описанной тандемной конфигурации
обеспечивает единственный способ экономически выгодного нагрева большого объема питательной воды,
необходимой локомотиву, до высокой конечной температуры с помощью ограниченного числа
нагревательных элементов, расположенных в дымовой камере. С этой точки зрения следует отметить, что с
целью обеспечения как экономичности, так и высокой конечной температуры, в мерах, которые более чем
компенсируют затраты на подогреватель питательной воды, мы намеренно использовали подогреватель
отработанного пара в качестве промежуточного звена для достижения высокой температуры дымовых газов.
Мы также утверждаем, что мы первыми в данной области установили присущие ограничения парового
инжектора, паронагревателя и газового нагревателя как по отдельности, так и в совокупности в связи с
проблемой поглощения и сохранения в питательной воде того тепла, которое в противном случае было бы
потрачено впустую; и что мы первыми открыли метод и, в нашем предпочтительном устройстве, первыми
предоставили средства, с помощью которых индивидуальные ограничения этих подогревателей питательной
воды преобразуются в преимущества, а их возможности гармонизируются за счет объединения всех трех в
одном устройстве; таким образом, был создан пароперегреватель питательной воды. Благодаря своей
эффективности, а также малому весу и стоимости, он полностью оправдывает и позволяет устанавливать и
использовать его на паровозах. Как уже было сказано, наше изобретение не ограничивается устройством
конкретной формы, показанной на чертежах, но, поскольку мы считаем его наилучшим его воплощением, мы
более подробно опишем наиболее выгодные из его конструктивных особенностей, а также их связь с
проблемой в целом.
Таким образом, важно, чтобы общая длина нагревательных трубок была как можно больше, в пределах,
установленных корпусом дымовой камеры. Также следует свести к минимуму возможные различия в
размерах и длине различных трубок. Кроме того, с точки зрения конструкции крайне желательно, чтобы
каждая из труб входила в перпендикулярно ей, это делается в целях снижения стоимости и обеспечения
надежности соединений между трубами и трубными решетками. Мы достигаем всего этого, и в то же время
размещаем нагреватель в пределах общей цилиндрической формы дымовой камеры, делая трубки прямыми,
располагая трубные решетки перпендикулярно им и формируя сами трубные решетки в виде ряда ступеней, в
целом соответствующих арочным бокам дымовой камеры и подходящих для трубок различной длины; каждая
ступень вмещает полную группу трубок. Эти соотношения наглядно показаны на рис. 5, 7, 8, где ступенчатые
участки трубных решеток обозначены цифрой 31.
Предпочтительно, каждая трубная доска представляет собой единую стальную пластину, сформированную
таким образом в прессе; и поэтому части 31 каждой доски соединены относительно перпендикулярными
нижними и торцевыми частями или перемычками 32, являющимися неотъемлемой частью друг друга.
Внешний край каждой трубной пластины выполнен в виде фланца 33, к которому соответствующая крышка
крепится болтами 34, при этом крышка имеет соответствующий край или имеют такую же ступенчатую форму,
чтобы плоские участки 3G располагались перпендикулярно стяжным стержням или болтам 37. Количество
стяжных стержней может быть любым желаемым. Они проходят через соответствующие трубки нагревателя,
которые имеют относительно большой диаметр, необходимый для их приема и обеспечения узкого
поперечного сечения водопроводящих каналов 38. С точки зрения эффективности нагрева газа, стержень с
трубками сопоставим с описанными пароконденсатными элементами. Очевидно, что эти болты крепления (37)
поддерживают крышки, противодействуя внутреннему давлению, которому они подвергаются, а также
скрепляют противоположные головки между собой.
Стяжные болты снимаются, как показано резьбовыми гайками 39 на их концах. На фиг. 5, 6 и 7 видно, как
простое ступенчатое расположение головок позволяет придать экономайзеру или пароперегревателю общую
внутреннюю форму и размеры этой дымовой камеры. Далее внимание обращается на плоские поверхности,
на которые крепится крышка каждой трубной решетки. Эти пластины обозначены линией разъема 40 внешней
головки и линией разъема 41 внутренней головки (см. рис. 5 и 6). Они образованы фланцами 33 и 35, которые
легко поддаются механической обработке, например, шлифованию; а соединения затягиваются болтами 34.
Действительно, механической обработки этих соединений можно избежать, используя подходящий
прокладочный материал, металлический или волокнистый, между болтовыми фланцами. Как уже говорилось
ранее, внешний заголовок, разделен на два отсека; один сообщается с группой трубок a5, а другой принимает
обратный поток воды из трубок a6.
Для ясности, отсек, в который поступает питательная вода из инжектора, обозначен здесь цифрой 42, а отсек,
в который поступает вода из трубок a6, обозначен цифрой 43. Задняя часть коллектора, включающая
пластины a и a4, содержит множество промежутков 44, соответствующих различным ступеням трубной
решетки, но соединенных между собой. канал связи между трубами a5 и a6, площадь или пропускная
способность которого в сумме соответствует... Характерной особенностью внешней части коллектора
является то, что, хотя между двумя частями камеры 43 имеется открытый проход 43, между камерами или
отсеками 42 и 43 такого отверстия нет. То, что должно было бы быть сообщающимся каналом, закрывается
путем соединения трубной решетки и крышки таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу на
уровне первой горизонтальной перегородки 32. Из этого описания станет очевидно, что формуются с
помощью различных штампов. Трубные решетки, с другой стороны, в значительной степени симметричны и,
при желании, могут быть различимы только по более широкому фланцу 33 решетки a1; к этому вопросу будет
приведено дальнейшее упоминание.
В связи с конструктивными особенностями данного устройства следует отметить, что как трубные решетки,
так и крышки имеют такую форму, которая позволяет изготавливать их полностью из кованого металла
простыми прессовыми операциями. Предпочтительно мы используем плоские стальные пластины толщиной
около 12,5 мм, предварительно нагрев их и придав им форму, показанную здесь. С этой целью мы специально
разработали эти детали с большими радиусами кривых и избежали резких углов или поверхностей, которые
было бы сложно изготовить с помощью простых штампов. Специалисты в данной области сразу же оценят
практичность описанной конструкции и ее чрезвычайно низкую стоимость; однако прямоугольная ступенчатая
форма коллектора, характерная для этого нагревателя, является не только вопросом удобства или
первоначальной стоимости, но и представляет собой в высшей степени практичную конструкцию,
обладающую максимальной прочностью и минимальным весом. Хотя отработанный паровой отсек или
коллектор a8 является практически неотъемлемой частью основного коллектора, он не подвергается такому
же внутреннему давлению, поскольку давление отработанного пара редко превышает несколько фунтов на
квадратный дюйм, тогда как давление внутри водяных отсеков нагревателя равно давлению в нагревателе и
может превышать 200 фунтов на квадратный дюйм.
Предпочтительно, часть выпускного коллектора пара, а8, образована верхней частью наружной крышки, а2.
Остальная часть представляет собой прессованный или вогнутый металлический лист 45, края которого могут
быть приварены к пластине a, как показано в точках 45 (см. рис. 5 и 6). Конструкция этого коллектора
несколько усложняется наличием крепежных болтов, которые должны проходить сквозь него, что обусловлено
необходимостью использования сквозных труб или муфт 46, которые приварены. Таким образом,
размещаются элементы этого участка, что исключает возможность утечек между пространством высокого
давления 42 и пространством низкого давления a8. Как указывалось ранее, выпускной коллектор a8 служит
распределительной камерой для отработанного пара. Из этой камеры отработанный пар поступает во
множество небольших трубчатых конденсаторных блоков a7, которые выступают, насколько это необходимо,
в трубки a5. Эти пароотводящие трубки a7 закрыты на концах, так что отработанный пар конденсируется в
трубках, отдавая скрытую теплоту окружающей питательной воде, и стекает обратно в нагреватель a8.
Для поддержки пароотводящих труб a7 и обеспечения их горизонтального положения и существенной
концентричности относительно окружающих водопроводных труб можно использовать поперечные опоры 47 в
виде стержней, приваренных к внутренним стенкам задних коллекторов (см. рис. 5, 6 и 10). Для поддержки
неприкрепленных концов пароотводящих труб можно выбрать и другие способы, но этот метод показан ввиду
его исключительной простоты и эффективности. Необязательно, чтобы эти трубки были концентричны по
отношению к водопроводным трубкам, но лучше всего, чтобы они располагались как можно ближе к
горизонтальному положению, чтобы избежать скопления воды или воздуха в закрытых местах, что может
привести к их неисправности. Однако для исправления этой ситуации может потребоваться постоянное рывки
и раскачивание движущегося локомотива. Как уже говорилось ранее, наилучшим источником отработанного
пара являются каналы отработанного пара, 10, ведущие от цилиндров локомотива. Использование более чем
одной трубы подачи отработанного пара, 25, к коллектору отработанного пара, a8, не является обязательным
для нашего изобретения, но две трубы лучше, чем одна, которая может быть чрезмерно большой.
Кроме того, использование двух труб облегчает отдельное соединение с паровыми патрубками 25, идущими
от правого и левого цилиндров локомотива. Как лучше всего показано на фиг. 3 и 6, выхлопные паропроводы
25 входят в концы коллектора a8, располагаясь внутри контура передней части, если смотреть из кабины, 13.
Назначение сливной трубы 22, ведущей от коллектора отработанного пара к ловушке 23, заключается в
отводе сконденсированного пара, который накапливается в... Установка пароотводчика в месте слива
позволяет предотвратить возможную утечку отработанного пара через это отверстие до образования
конденсата. Предполагается, что количество отработанного пара, необходимого для работы этого
подогревателя питательной воды, не превысит десяти процентов от общего количества пара, отводимого из
Соседние файлы в папке патенты