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.

Вода из источников водоснабжения содержит минеральные соли, органические вещества или кислоты. Все эти примеси вызывают коррозию металла или откладываются в виде накипи на внутренних поверхностях паровозного котла. Если применять в качестве питательной воды конденсат, растопленный снег или дождевую воду, то такие явления не наблюдаются. Выпучины, волнистость огневой коробки, неисправности дымогарных и жаровых труб, течь по сварным швам, отложение накипи, коррозия, а также пенообразование чаще всего являются следствием плохого качества питательной воды. Качество воды, применяемой для питания паровозных котлов, зависит от геологической структуры района, в котором расположен источник водоснабжения.

Незначительное количество углекислоты в дождевой воде, которую она поглощает из атмосферы и верхних слоев почвы, увеличивает растворительную ее способность. Благодаря этому дождевая вода растворяет минеральные вещества и твердые породы, через которые она просачивается.

Рис. 39. Расположение питательных труб и трубы к пароразборной колонке на паровозе Л

Рассмотрим некоторые минеральные вещества, поглощенные водой, а также их действия после введения в паровозной котел.

Карбонат кальция. Если в воде имеется углекислота, то эта соль остается в состоянии раствора, вода остается чистой, при кипячении углекислота улетучивается и из воды вып vbvbvbvbадает осадок — углекислая известь, которая выделяет свою углекислоту и возвращается в первоначальное состояние карбоната кальция. В связи с плохой растворимостью в воде он выпадает в виде белых кристаллов, в процессе кипения воды в котле большая часть этой соли образует накипь.

Углекислый магний. Если в воде имеются растворимый углекислый магний и бикарбонаты, то происходит процесс, подобный описанному.

Сернокислый кальций. Вода, проходя через пласты гипса (сернокислого кальция), растворяет его. Ввиду того что вода в паровозном котле находится под давлением и нагрета до высокой температуры, гипс кристаллизуется и образует твердую накипь с гладкой поверхностью.

Сернокислый магний. Эта соль обладает высокой способностью к растворению и выделяется из воды в виде гидроокиси магния и серной кислоты. В результате чего образуется накипь, а серная кислота вызывает коррозию металла паровозного котла.

Хлористый магний. При наличии Мg;Сl₂ в питательной воде происходит аналогичная реакция, только вместо серной кислоты образуется соляная.

Хлористый натрий. Это обыкновенная поваренная соль, на накипеобразование она не влияет, но если скопится в котле, особенно при наличии взвешенных частиц, то возможно образование пены. При этом наблюдается унос котловой воды в элементы пароперегревателя и паровые цилиндры.

Калийные соли по своему действию аналогичны хлористому натрию.

Кроме химических компонентов, которые образуются в результате воздействия воды с соприкасающимися различными веществами, в ней могут содержаться в различных количествах взвешенные вещества: ил, индустриальные и промышленные отходы и т. д.

Поэтому для определения пригодности источника водоснабжения к питанию котлов воду подвергают анализу в дорожной или деповской химико-технической лаборатории и устанавливают, какую обработку необходимо применить, т. е. определяют дозировку антинакипина.

Накипь представляет собой отвердевающие в воде и откладывающиеся на испарительной поверхности котла соединения, образующиеся в результате повышенной их концентрации, уменьшения растворительной способности котловой воды при высокой температуре, а также при химических реакциях. Образование накипи возможно также за счет грязи и осадков, цементирующихся на поверхности металла совместно с другими примесями.

Накипь является хорошим тепловым изолятором. При толщине слоя накипи 3 мм потери тепла составляют около 12%. Химический состав накипи в меньшей степени влияет на теплоизолирующие свойства, чем ее плотность и механическая структура.

Накипь сохраняет влажность, если она расположена на участках поверхности нагрева, омываемых несколько охлажденными отходящими газами, при малой паропроизводительиости и если вода не нагрета до максимальной температуры. Однако при высокой паропроизводительности поры накипи станут сухими и в них будет содержаться высокоперегретый пар. Накипь превратится в отличный изолятор тепла, подобный по характеру действия изоляционному покрытию парорабочих труб. Скопление накипи в одном месте может вызвать перегрев листов огневой коробки до температуры, при которой они потеряют пластичность, в результате чего появится выпучина.

Коррозия — это разъедание паровозного котла в листах огневой коробки со стороны воды, в клепаных швах и вокруг связей. Если в воде растворено большое количество углекислоты и кислорода, то в местах образования пузырьков возникает точечная коррозия. Одной из главных причин образования коррозии является происходящий в котле электролитический или гальванический процесс. Если два разнородных предмета погрузить в раствор соли и соединить вместе, то происходит гальванический процесс, подобный совершающемуся в обычном электрическом элементе. Известно, что состав котельного железа и применяемой стали не однороден. Кусочки окалины, неубранная вырезанная связь могут образовать один полюс, а котельная сталь —другой полюс. Вода, содержащая в любом количестве соль, образует токопроводящую среду. В паровозном котле имеется бронзовая арматура, медные прокладные кольца дымогарных и жаровых труб, а также ряд других металлических предметов, которые способствуют созданию электролитического процесса. Известно, что кислород является фактором, стимулирующим коррозию, так как водород, освобожденный электролизом воды или воздействием кислоты на металл, постоянно удаляется, а кислород остается. По этой причине процесс коррозии прогрессирует быстрее. Присутствие кислорода в питательной воде паровозного котла является основной причиной появления обычной и точечной коррозии. Необходимо поддерживать повышенную щелочность в пределах до 30% (в зависимости от котловой воды), и действие кислорода будет ограничено.

Пенообразование и бросание воды происходят в паровозном котле по разным причинам. Пена состоит из неразрушающихся пузырьков пара, образующихся на поверхности воды. Пузырьки быстро образуются и, скапливаясь, достигают места забора пара, т. е. парового колпака, и по принципу сифона выносятся через клапан регулятора, элементы пароперегревателя, золотники и поршни в атмосферу.

Бросание воды происходит при внезапном образовании пара на испаряющейся поверхности и является следствием внезапного или резкого открытия регулятора, а также работы паровозного котла при больших форсировках. Как правило, пенообразование возможно при увеличении котлового давления, что наблюдается на паровозах Еа- м.

Применяя продувки паровозного котла, можно поддерживать низкую концентрацию растворенных в воде солей. Следовательно, продувку котла необходимо производить согласно рекомендациям, которые дает химико-техническая лаборатория депо, так как этот процесс связан с потерей тепла и, следовательно, топлива. Продувка котла является наиболее целесообразным методом борьбы с пенообразованием.

Имеется несколько способов обработки воды, предназначенной для питания котла, например, водоумягчением до подачи в котел, внутри котла и др.

Водоутягчение — предварительная химическая обработка воды до поступления ее в паровозный котел. Для этого воду из источника закачивают в баки, куда вводят химические реагенты. После того как всевозможные примеси осядут, умягченную воду перекачивают в питательные баки и заливают в тендер паровоза.

Внутрикотловая обработка воды является наиболее распространенным методом умягчения и очистки питательной воды. Для этого применяют специальные химические вещества — антииакипины. Составными частями антинакипинов являются щелочи, фосфаты и органические коллоиды.

Из щелочей применяют: каустическую соду в твердом или жидком виде, кальцинированную соду, едкий калий и поташ; из фосфатов: тринатрийфосфат и динатрийфосфат; из коллоидов: дубовый экстракт и сульфитцеллюлозиые щелоки. В зависимости от жесткости питательных вод и их коррозионных свойств для каждого депо лабораторией устанавливают дозировку вводимых в котел антинакипинов, т. е. количество их составных частей в граммах на 1 т набираемой паровозом воды. Имеющиеся в котловой воде соли жесткости под действием антинакипина выпадают в осадок в виде шлама, который необходимо удалять из котла продувками или промывкой его. Только при условии выполнения двух непременных условий — правильного питания котла антинакипи-нами и достаточного количества продувок паровозного котла — гарантируется получение необходимых результатов от применения антинакипинов.

Для борьбы с пенообразованием и уносом котловой воды, где для питания паровозных котлов применяется вода с большим содержанием или наличием природной щелочности, применяют химический пеногаситель. Это тонкоизмельченный порошок органического вещества диамида, который изготовляется путем химического взаимодействия стеорина с гексаметилендиамином.

Чтобы поддержать в паровозном котле необходимый уровень воды и должное количество пара при наиболее высокой форсировке, применяют химический пеногаситель, который вводится в паровозный котел специальным прибором, состоящим из воронки с крышкой и крана с ручкой, установленным на пробке всасывающего клапана инжектора.

Необходимое количество пеногасителя растворяют в 0,15—0,2 л воды и вливают в воронку. Во время работы инжектора открывают кран на приборе, и раствор пеногасителя вводится в инжектор, там он смешивается с питательной водой и нагнетается в паровозный котел.

Механические минеральные примеси — глина и песок —осаждаются в виде грязи в нижней части котла. Другие примеси, способствующие пенообразованию и взвешенной в воде мути, остаются в верхнем слое воды.

Содержание солей в воде определяет ее жесткость, которая бывает временная и постоянная.

Двууглекислые соли магния и кальция составляют временную жесткость, которая устранима при нагревании воды до 100°С, так как эти соли выпадают в осадок. Остальные кальцевые и магниевые соли, которые не выпадают в осадок при нагревании воды, составляют постоянную жесткость.

Временная и постоянная жесткости составляют общую жесткость воды.

Жесткость воды определяется содержанием 10 г окиси кальция (СаО) в 1 м3 воды, или 0,01 г в 1 л воды, что соответствует одному градусу.

Щелочность котловой воды характеризует степень использования антинакипинов на 1 т испаряемой котлом воды.