На паровозном котле должно быть установлено не менее двух питательных приборов, которые должны приводиться в действие и питать котел водой независимо один от другого. Кроме того, каждый питательный прибор должен обеспечить необходимую подачу воды при максимальной форсировке котла и расходе пара паровой машиной и вспомогательным оборудованием паровоза.
Рис. 36. Схема инжектора острого пара: 1 - бак: 2, 8 — трубопроводы; 3 — паровпускной клапан: 4, 5, 6— сопла: 7 — питательный клапан. 9 — вестовая труба
Для подачи воды в котел паровоза используют инжектор. Инжекторы работают острым паром.
Принцип действия инжектора основан на процессе инжекции, который сопровождается переходом тепловой энергии пара в кинетическую энергию движения, передачей паром своей кинетической и тепловой энергии воде, превращением кинетической энергии струи воды в потенциальную энергию давления, вынуждающую воду поступать в котел.
Схема инжектора острого пара представлена на рис. 36. Такой простейший инжектор состоит из трех сопел 4, 5 я 6, расположенных в одном корпусе. Выходящий из сопла 4 пар смешивается в сопле 5 с холодной водой, которая поступает из бака 1 тендера по трубе 2. Сопло 6 представляет собой диффузор — расширяющееся сопло, из которого вода поступает по трубе 8 в котел, преодолевая полное котловое давление на питательном клапане 7.
Физическая сущность процесса, происходящего в инжекторе, заключается в следующем: пар из котла подводится к соплу 4 и выходит в камеру перед соплом 5, где давление равно атмосферному. При этом давление пара падает, а скорость его возрастает, так как конец сопла 4 заужен. Одновременно в камере перед соплом 5 струя пара за счет своего движения с большей скоростью создает разряжение и всасывает воду из бака тендера, перемешиваясь с ней. В сопле 5 происходит конденсация пара. Образовавшаяся пароводяная смесь при проходе через расширяющийся конус сопла 6 резко теряет свою скорость как за счет увеличения поперечного сечения конуса сопла, так и за счет уменьшения объема пароводяной смеси при конденсации пара.
В результате снижения скорости пароводяной смеси повышается ее давление, необходимое для преодоления котлового давления воды на питательный клапан 7.
Инжектор В-250 устанавливают на лобовом листе топки паровоза, и он является вертикальным всасывающим прибором.
Подача инжектора В-250 до 15,6 т воды в 1 ч при давлении пара в котле паровоза 1,5 МПа и температуре воды в тендере 15°С.
В инжекторе (рис. 37 и 38) расположено центральное паровое сопло 13, конденсационно-водяное (смесительное) сопло 9 и нагнетательное сопло-диффузор 7, которые расположены в бронзовом корпусе 10 инжектора.
Вода к инжектору подводится по трубе из тендера (рис. 33, а). С помощью рукоятки 1, осуществляя небольшой подъем паровпускного закачивающего клапана 2, пар из пароразборной колонки поступает в пространство А и далее в кольцевое паровое сопло 11. В это время хвостовик паровпускного закачивающего клапана 2 прижат к центральному паровому соплу 13.
Пар при проходе в проточную часть инжектора из кольцевого-сопла 11 создает разряжение в водяной камере Б. При этом в первый момент закачки (рис. 38,6) пар вместе с воздухом и первыми порциями воды выходит наружу через вестовой клапан 4 и вестовую трубу.
Рис. 37. Унифицированный вертикальный инжектор В-250: 1 — рукоятка; 2— паровпускной закачивающий клапан; 3 — штуцер; 4 — вестовой клапан; 5 — запорный шпиндель; 6 — колпак; 7,8 — нагнетательное и промежуточное сопла; 9 — конденсационное сопло; 10 — корпус инжектора; 11 — кольцевое паровое сопло; 12 — клапан дополнительного питания; 13 — центральное паровое сопло; 14 — втулка, 10 — питательный колик; 16 - пожарная гайка; 17 — сетка. 18 - водяная пробка; 19 крышка: 20 — запорный клапан; 21 штуцер
Рис. 38. Схема работы инжектора
В результате создавшегося разряжения в водяной камере Б происходит всасывание воды по трубе из тендерного бака.
После всасывания инжектором воды и ее интенсивного поступления в вестовую трубу (рис. 33, в, второй момент закачки) необходимо увеличить подъем паровпускного закачивающего клапана 2, приподнимая рукоятку 1 инжектора полностью до отказа.
За счет поступления большого количества пара создается разряжение в смесительной камере инжектора. При этом происходит закрытие вестового клапана за счет давления атмосферного воздуха, на что указывает характерный щелчок клапана. В это время создаются условия для устойчивой работы инжектора (рис. 33, г — инжектор в работе).
Для предупреждения засорения сопел инжектора во время поступления воды из тендерного бака по трубе в водяную камеру Б в инжекторе установлена сетка 17 (см. рис. 37) и водяная пробка 18. Пробка 18 открывает доступ воде в инжектор. При одном положении пробки 18 вода поступает только в водяную камеру Б, а при повороте пробки вода поступает как обычно в водяную камеру и через клапан дополнительного питания 12.
Корпус инжектора и детали его проточной части изготовлены из бронзы, что предотвращает их от коррозии.
Конструкция всасывающего инжектора острого пара В-250 не предусматривает устройства для регулирования его производительности. Поэтому при питании котла водой приходится периодически закачивать воду большими порциями. В то же время одновременная подача в котел паровоза большого количества холодной воды приводит к расстройству соединений котла.
Использование для питания паровозного котла предварительно нагретой воды инжектором острого пара не представляется возможным, так как в данном случае резко снижается скорость конденсации пара и не реализуется необходимое давление воды на питательный клапан.
К преимуществам всасывающего инжектора острого пара следует отнести простоту конструкции, надежность в работе, компактность, малую массу, удобство в управлении и доступность при ремонте.
От инжектора внутри котла идет питательная труба, диаметром 57 мм. Она имеет выходное отверстие в передней части котла. Поэтому питательная вода с температурой 60—65°С резко не охлаждает соединения котла в области топки, где стенки имеют наиболее высокую температуру. Питательные трубы к стенкам котла крепят скобами. Расположение питательных труб в паровозном котле показано на рис. 39.