СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОВОЙ МАШИНЫ ТАНДЕМ-КОМПАУНД ПАРОВОЗА
METHOD OF OPERATING STEAM LOCOMOTIVE TANDEM COMPOUND STEAM ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в паросиловых установках.
Известен способ работы паровой машины, включающий впуск пара в рабочую полость цилиндра через трубку поршня и углубления в нем и выпуск пара через щели, открываемые и закрываемые поршнем [SU 1854, МПК F01L, 21/02, 1924].
Недостатками данного способа являются:
- мятие пара при впуске, ухудшающее термодинамические свойства пара;
- невозможность регулирования величины отсечки свежего пара;
- малоэффективное использование энергии пара вследствие отсутствия многократного расширения.
Известен способ работы паровой машины компаунд паровоза, включающий впуск свежего пара через золотниковую коробку в цилиндр высокого давления, последующее расширение пара и поступление его через ресивер и другую золотниковую коробку в цилиндр низкого давления, повторное расширение пара и выпуск его через пароисходящее окно в атмосферу (Васильев Г.П. Паровоз, его устройство, содержание и ремонт. - М.: Гудок, с.244-246, 1926).
Недостатками этого способа являются:
- мятие пара при прохождении золотниковых коробок, ухудшающее его свойства;
- влияние давления пара в ресивере на качество работы паровой машины;
- неравномерность работы правой и левой паровой машины;
- затрудненное начало движения при нахождении поршня цилиндра высокого давления в мертвой точке;
Прототипом является способ паровой машины тандем-компаунд паровоза, включающий впуск свежего пара в правый и левый цилиндры высокого давления, последующее его расширение в них, наполнение ресивера расширившимся паром и поступление последнего соответственно в левый и правый цилиндры низкого давления для повторного расширения и выпуска наружу (Васильев Г.П. Паровоз, его устройство, содержание и ремонт. - М.: Гудок, с.283-286, 1926).
Недостатками прототипа являются:
- мятие пара при прохождении золотниковых коробок;
- влияние давления пара в ресивере на качество работы паровой машины, связанное с тем, что если пар из ресивера не будет успевать расходоваться в цилиндрах низкого давления, то его давление в ресивере будет повышаться и затруднять выпуск пара из цилиндра высокого давления, в результате чего будет снижаться КПД.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение мятия пара, упрощение конструкции и повышение КПД работы паровой машины.
Задача решается тем, что в способе работы паровой машины тандем-компаунд паровоза, включающем впуск свежего пара в правый и левый цилиндры высокого давления, последующее его расширение в них, наполнение ресивера расширившимся паром и поступление последнего соответственно в левый и правый цилиндры низкого давления для повторного расширения и выпуска наружу, при достижении поршнем в цилиндре высокого давления отметки 0,7 хода начинают подачу расширившегося в этом цилиндре пара сначала в цилиндр низкого давления до момента прохождения поршнем мертвой точки, а потом при обратном движении поршня - в ресивер и заканчивают ее на отметке 0,95 хода, после чего выпускают пар наружу.
Пар из ресивера используют для привода механизмов, не требующих для своей работы синхронизма с ходом паровой машины.
Наполнение ресивера осуществляют при давлении расширившегося пара на момент прохождения поршнем мертвой точки, большем, чем в ресивере.
Сущность изобретения отражают операции:
- при достижении поршнем в цилиндре высокого давления отметки 0,7 хода начинают подачу расширившегося в этом цилиндре пара сначала в цилиндр низкого давления до момента прохождения поршнем мертвой точки, а потом при обратном движении поршня - в ресивер и заканчивают ее на отметке 0,95 хода, после чего выпускают пар наружу;
- пар из ресивера используют для привода механизмов, не требующих для своей работы синхронизма с ходом паровой машины;
- наполнение ресивера осуществляют при давлении расширившегося пара на момент прохождения поршнем мертвой точки, большем, чем в ресивере.
Осуществление при достижении поршнем в цилиндре высокого давления отметки 0,7 хода подачи расширившегося в этом цилиндре пара сначала в цилиндр низкого давления до момента прохождения поршнем мертвой точки, а потом при обратном движении поршня - в ресивер и прекращение ее на отметке 0,95 хода с последующим выпуском пара наружу позволяет повысить КПД и снизить мятие пара по следующим причинам и упростить конструкцию.
Во-первых, при нахождении поршня на отметке 0,7 хода соединенный с ним через шатун кривошип располагается под углом около 65° к горизонтали. На паровозах кривошипы на колесной паре смещены на 90° относительно друг друга, поэтому на другой стороне кривошип будет отклонен от горизонтали на 25°, а непосредственно связанный с ним поршень отойдет при этом от мертвой точки на расстояние порядка 0,04 своего хода, образуя с крышкой цилиндра полость для впуска пара. Расширившийся в цилиндре высокого давления пар начнет заполнять эту полость, не испытывая при этом противодавления, как это обычно имеет место при выпуске пара в ресивер.
Во-вторых, при достижении поршнем в цилиндре высокого давления мертвой точки подача пара в цилиндр низкого давления прекратится, при этом его поршень займет положение около отметки 0,5 своего хода, т.е. произойдет отсечка пара, равная приблизительно 0,5. Причем роль золотника в этом случае выполняет цилиндр высокого давления, поэтому отсутствие второго золотника (на цилиндре низкого давления) способствует снижению мятия пара и упрощению конструкции.
В-третьих, уменьшается размер так называемого вредного пространства, поэтому для получения паровой подушки требуется оставлять для сжатия меньше пара, снижая при этом противодействие ходу поршня.
В-четвертых, уменьшаются потери давления пара в паропроводе.
Использование пара из ресивера для привода механизмов, не требующих для своей работы синхронизма с ходом паровой машины, дает возможность расширить пределы изменения давления пара в ресивере и производить запас и расход пара, не вмешиваясь непосредственно в работу паровой машины, что повышает ее КПД.
Осуществление наполнения ресивера при давлении расширившегося пара на момент прохождения поршнем мертвой точки, большем, чем в ресивере, позволяет пополнять ресивер паром по мере необходимости, не создавая лишнего противодействия, например, в случае равенства этих давлений, что также увеличивает КПД.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема паровой машины тандем-компаунд паровоза в положении кривошипа левой машины под углом 25° к горизонтали.
На фиг.2 изображена схема паровой машины тандем-компаунд паровоза в положении кривошипа левой машины под углом 155° к горизонтали.
На фиг.3 изображена схема паровой машины тандем-компаунд паровоза в положении кривошипа левой машины под углом 205° к горизонтали.
На фиг.4 изображена схема паровой машины тандем-компаунд паровоза в положении кривошипа левой машины под углом 335° к горизонтали.
Паровая машина содержит соответственно правый и левый цилиндры высокого давления 1 и 2, цилиндры низкого давления 3 и 4, в которых с возможностью перемещения размещены поршни, причем поршни цилиндров 1 и 3, 2 и 4 закреплены соответственно на штоках 5 и 6, которые через шатуны 7 и 8 соединены с кривошипами 9 и 10, установленными под углом 90° относительно друг друга на колесной паре 11. Цилиндры 1 и 2 имеют окна 12 и 13 для выпуска пара, которые через коллекторы 14 и 15 соединены с распределителями 16 и 17, которые посредством паропроводов 18 и 19 соединены с ресивером 20, паропроводов 21 и 22 - с задними, а 23 и 24 - с передними полостями цилиндров 4 и 3, паропроводов 25 и 26 - с атмосферой. Цилиндр низкого давления имеет окно 27 для выпуска пара.
Способ реализуют следующим образом.
В исходном состоянии кривошип 10 левой паровой машины расположен под углом 0° к горизонтали, при этом поршень этой машины находится в заднем (левом по чертежу) положении, а кривошип 9 правой машины - в верхнем вертикальном положении. В этот момент подают свежий пар в цилиндр 2 из котла, прекращают подачу расширившегося в цилиндре 2 пара через распределитель 17 и паропровод 22 в заднюю полость цилиндра 3, переключают этот распределитель и направляют пар в ресивер 20, а пар из цилиндра 4 выпускают через окно 27 в атмосферу или конденсатор. Кроме того, заканчивают подачу свежего пара в цилиндр 1 (предположим, что работа машины происходит с отсечкой 0,5).
При достижении кривошипом 10 угла 25° (вращение, например, по часовой стрелке), а кривошипом 9 соответственно 115° поршень левой машины отойдет от задней мертвой точки на 0,04 своего хода, а поршень правой - на 0,7 (фиг.1). Продолжают подавать свежий пар в цилиндр 2 и начинают подачу расширившегося в цилиндре 1 пара сначала в цилиндр 4 для повторного расширения, соединив предварительно распределителем 16 коллектор 14 с паропроводом 21, до момента прохождения поршнем передней мертвой точки. Заканчивают подачу свежего пара в цилиндр 2, а потом при обратном движении поршня цилиндра 1 переключают распределитель 16 и направляют пар в ресивер 20. Затем заканчивают подачу на отметке 0,95 хода и выпускают пар наружу (в атмосферу или конденсатор). В задней полости цилиндра 3 продолжают расширение пара, поступившего ранее из цилиндра 2.
При достижении кривошипом 10 угла 155° поршень левой машины не дойдет до передней мертвой точки 0,04 своего хода, а поршень правой отойдет от передней мертвой точки на 0,3 хода, т.е. будет находиться на отметке 0,7 (фиг.2). В этом положении продолжают подавать свежий пар в цилиндр 1 и расширившийся в цилиндре 2 пар в цилиндр 3, соединив предварительно распределителем 17 коллектор 15 с паропроводом 24, а также заканчивают выпуск пара из цилиндра 1 через окно 12, коллектор 14 и распределитель 16 наружу. Из цилиндра 4 через окно 27 выпускают отработавший пар наружу, начало выпуска которого соответствует отметке 0,9.
При достижении кривошипом 10 угла 205° поршень левой машины отойдет от передней мертвой точки на 0,04 своего хода, а поршень правой не дойдет до задней мертвой точки 0,3 хода (фиг.3). Продолжают подавать свежий пар в переднюю полость цилиндра 2 и заканчивают подачу расширившегося в задней полости этого цилиндра пара через окно 13, коллектор 15, распределитель 17 и паропровод 19 ресивер 20, после переводят ресивер 20 в положение, при котором окно 13 будет сообщено с паропроводом 26, т.е. с атмосферой. Начинают подачу расширившегося в передней полости цилиндра 1 пара через окно 12, коллектор 14, распределитель 16 и паропровод 23 в переднюю полость цилиндра 4. Заканчивают выпуск пара из цилиндра 4 через окно 27 отработавшего пара наружу. В передней полости цилиндра 3 продолжают расширение пара, ранее поступившего из цилиндра 2.
При достижении кривошипом 10 угла 335° поршень левой машины не дойдет до задней мертвой точки 0,04 своего хода, а поршень правой отойдет от задней мертвой точки на 0,3 хода (фиг.4). Продолжают подавать свежий пар из котла в заднюю полость цилиндра 1 и из передней полости цилиндра 2 в заднюю полость цилиндра 3. Выпускают через окно 27 цилиндра 4 отработавший пар наружу и заканчивают выпускать пар из передней полости цилиндра 1 через окно 12, коллектор 14, распределитель 16 и паропровод 25 в атмосферу.
При дальнейшем повороте кривошипа 10 на угол 25° паровая машина приходит в исходное положение. Следует заметить, что вместо распределителя могут быть использованы клапаны.
Внедрение изобретения позволит повысить КПД паровой машины тандем-компаунд паровоза и одновременно упростить ее конструкцию за счет исключения парораспределительных механизмов цилиндров низкого давления.