Конденсационный паровоз

Конденсационно - паровозный локомотив — это тип локомотива, предназначенный для рекуперации выхлопного пара либо для увеличения интервала между забором котловой воды, либо для уменьшения выброса пара внутри закрытых помещений. Устройство забирает выхлопной пар, который обычно используется для создания тяги в топке, и направляет его через теплообменник в баки котловой воды. Установки различаются в зависимости от назначения, конструкции и типа локомотива, на который они устанавливаются. Он отличается от обычного конденсационного парового двигателя замкнутого цикла тем, что функция конденсатора заключается в первую очередь либо в восстановлении воды, либо во избежание чрезмерных выбросов в атмосферу, а не в поддержании вакуума . для повышения как эффективности , так и мощности .

В отличие от поверхностного конденсатора , часто используемого на паровой турбине или судовом паровом двигателе , конденсационное устройство на паровозе обычно не увеличивает выходную мощность, а скорее снижает ее из-за уменьшения потока воздуха в топку, которая нагревает паровой котел. На самом деле это может значительно уменьшить его. Конденсация пара из газа большого объема в жидкость малого объема вызывает значительное падение давления на выхлопе, что обычно добавляет дополнительную мощность в большинстве паровых двигателей. Хотя потенциально можно получить больше энергии за счет расширения до вакуума, выходная мощность на самом деле значительно снижается по сравнению с обычным паровозом из-за меньшего потока воздуха через топку, поскольку теперь нет отработанного пара для выброса.в вытяжку топки, чтобы втягивать больше воздуха в воздухозаборник топки. Для получения аналогичной мощности воздух в топку должен поступать с помощью вентилятора с паровым или механическим приводом. Это часто сводит на нет любое повышение эффективности.

Температура выхлопного пара выше, чем у типичной стационарной или корабельной паровой установки аналогичной мощности из-за меньшего количества ступеней утилизации отходов, поскольку корабли часто имеют дополнительную ступень низкого давления или даже низкоскоростную турбину. Отработанное тепло на современных паровых установках часто утилизируется с помощью теплообменников. Однако конденсационные локомотивы не имеют этого преимущества из-за того, что отработанное тепло выбрасывается в окружающий воздух и не рекуперируется, и поэтому энергия отработанного пара не используется для выполнения механической работы. Во многих условиях температурный градиент часто намного хуже из-за использования воздуха вместо обильного источника охлаждающей воды, что обычно имеет место в морских или стационарных паровых силовых установках. Конденсаторная система Андерсоназначительно снижает эти потери за счет лишь частичного охлаждения отработанного пара перед его сжатием в конденсат, а затем перекачки высокотемпературного конденсата обратно в котел для рекуперации неиспользованного отработанного тепла. Это значительно снижает потери энергии.

Из-за относительно высокой температуры в конденсаторе локомотива и отвода тепла в воздух потенциальное улучшение теплового КПД , ожидаемое от включения конденсатора в цикл, обычно не реализуется в рамках ограниченного пространства типичного локомотива. Действительно, потери из-за вязкого трения в трубопроводе конденсатора и необходимости перекачивать конденсат обратно в котел, вероятно, снизят выходную мощность по сравнению с тем, что было бы достижимо при простом выпуске в атмосферу.

Эти ограничения не распространяются на морские или стационарные паровые двигатели из-за отсутствия ограничений по размеру или весу. На кораблях часто были массивные системы рекуперации отработанного пара, такие как 400-тонная турбина отработанного пара, используемая для рекуперации отработанного пара с очень низким давлением 6 фунтов на квадратный дюйм на Титанике и его родственных кораблях. ^[1] Это в несколько раз превышает вес всего локомотива и поэтому явно неприемлемо в качестве формы утилизации отработанного пара для локомотивов.

Локомотив Mersey Railway Сесил Райкс с выступающими выхлопными трубами, ведущими обратно к резервуарам для воды.

Столичная железная дорога класса А Обратите внимание на большие клапаны в трубах возврата пара, которые переключаются между режимами конденсации и без конденсации.

Южноафриканский класс 25 Обратите внимание на чрезвычайно большой тендер с боковыми жалюзи для охлаждения конденсаторов.

Южноафриканский класс 25