Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Локомотив Mersey Railway Сесил Рейкс с выступающими выхлопными трубами, ведущими обратно к резервуарам с водой.

Конденсации паровой локомотив представляет собой тип локомотива , предназначенный для восстановления отработанного пара, или для того , чтобы улучшить диапазон между приемом на котельную воды, или , чтобы уменьшить выброс пара внутри закрытых помещений. Аппарат забирает отработанный пар, который обычно используется для создания тяги для топки, и направляет его через теплообменник в резервуары для воды котла. Установки различаются в зависимости от назначения, конструкции и типа локомотива, на котором они установлены. Он отличается от обычного конденсационного парового двигателя замкнутого цикла тем , что конденсатор выполняет в первую очередь либо восстановление воды, либо предотвращение чрезмерных выбросов в атмосферу, а не поддержание вакуума. для повышения эффективности и мощности .

Термодинамика [ править ]

В отличие от поверхностного конденсатора, часто используемого в паровой турбине или судовом паровом двигателе , конденсаторный аппарат на паровозе обычно не увеличивает выходную мощность, а, скорее, она уменьшается из-за уменьшения потока воздуха в топку, которая нагревает паровой котел. Фактически, это может значительно уменьшить его. Конденсация пара из газа большого объема в жидкость малого объема вызывает значительное падение давления на выходе, что обычно добавляет дополнительную мощность в большинство паровых двигателей. Хотя потенциально можно получить больше мощности за счет расширения до вакуума, выходная мощность фактически значительно снижена по сравнению с обычным паровозом из-за меньшего потока воздуха через топку, поскольку теперь нет отработанного пара для выброса.в выхлоп топки, чтобы в воздухозаборник топки втягивалось больше воздуха. Для получения аналогичной мощности воздух в топку должен подаваться паровым или механическим вентилятором. Это часто сводит на нет любое повышение эффективности.

Температура отработавшего пара выше, чем у типичной стационарной или судовой паровой установки аналогичной мощности из-за меньшего количества ступеней утилизации отходов, поскольку суда часто имеют дополнительную ступень низкого давления или даже низкооборотную турбину. Отработанное тепло на современных паровых установках часто утилизируется с помощью теплообменников. Однако конденсационные локомотивы не обладают этим преимуществом из-за того, что отработанное тепло отводится в окружающий воздух и не рекуперируется, и, следовательно, 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, как это обычно бывает с военно-морскими или стационарными паровыми электростанциями. Система конденсации Андерсонзначительно снижает эти потери за счет частичного охлаждения отработанного пара перед его сжатием в конденсат, а затем закачкой 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 условиях ограниченного пространства типичного локомотива. Действительно, потери из-за вязкого трения в трубопроводе конденсатора и необходимость перекачивать конденсат обратно в котел, вероятно, уменьшат выходную мощность по сравнению с тем, что было достигнуто простым сбросом в атмосферу.

Эти ограничения не распространяются на морские или стационарные паровые двигатели, поскольку они не имеют ограничений по размеру или весу. Суда часто имели массивные системы улавливания отработанного пара, такие как 400-тонная паровая турбина, 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 целого локомотива, и поэтому явно нецелесообразно использовать его в качестве одной из форм рекуперации отработанного пара для локомотивов.

Вытяжная тяга [ править ]

Недостатком конденсации выхлопного пара является то, что он больше не может разжечь огонь с помощью дымовой трубы . Таким образом, тяга должна создаваться паровым вентилятором. [2] Там, где это возможно, использовался отработанный пар, хотя в некоторых случаях требовался свежий пар с дополнительным паром и, следовательно, расходом топлива.

Типы конденсатора [ править ]

Конденсаторы паровозов могут иметь водяное или воздушное охлаждение.

Конденсатор бака для воды [ править ]

Здесь отработанный пар выдувается в холодную воду в водяных баках локомотива. Должна быть установлена ​​обратная система, чтобы вода из резервуаров не попадала в цилиндры при отключении подачи пара. Эта система в основном использовалась для локомотивов, работающих в туннелях.

Конденсатор воздуха [ править ]

Здесь отработанный пар вдувается в радиатор с воздушным охлаждением, аналогичный тому, который используется в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания . Эта система использовалась на небольших двигателях трамвая (где конденсатор был установлен на крыше) и на больших двигателях тендера (где конденсатор был установлен в тендере).

Система Андерсона [ править ]

В конденсационной системе Андерсона [3] используется конденсатор с воздушным охлаждением, но пар конденсируется лишь частично, образуя аэрозоль из водяных капель в паре. Затем этот аэрозоль сжижается под давлением с помощью специально разработанного питательного насоса котла. Для системы Андерсона была заявлена ​​экономия топлива почти на 30% (по сравнению с выбросом в атмосферу), но это кажется парадоксальным. Можно было бы ожидать более высокого расхода топлива из-за мощности, необходимой для сжатия аэрозоля.

Причина, по которой это возможно, связана с теоремой Карно , которая гласит, что для перекачки тепла требуется меньше энергии, чем для производства самого тепла.

Подобный эффект, известный как опреснение с помощью сжатия пара, позже был использован для опреснения воды. Вместо того, чтобы возвращать водный конденсат в бойлер, горячий сжатый конденсат пропускается через теплообменник для возврата тепла в бойлер, а затем выпускается в виде чистой питьевой воды. Это один из наиболее эффективных способов опреснения воды. [4]

Цель [ править ]

Есть две обычные причины для установки конденсаторного оборудования - уменьшение выбросов выхлопных газов и увеличение дальности действия.

Снижение выбросов выхлопных газов [ править ]

Подземные железные дороги [ править ]

Метрополитенская железная дорога Класс A Обратите внимание на большие клапаны в трубопроводах возврата пара, которые переключаются между режимами конденсации и без конденсации.

Первоначально разработан для столичной железной дороги, чтобы их локомотивы могли работать в туннелях лондонского метро . Эта система была разработана Дэниелом Гучем и разработана Бейером Пикоком . Пар отводится из выпускных паропроводов в резервуары для воды через конденсационные трубы в тех же резервуарах. [5] Вода в баках может быстро нагреваться до точки кипения , что снижает эффект конденсации отработанного пара. Известно, что резервуары регулярно опорожняются и наполняются холодной водой. Обычные форсунки не работают с горячей водой [5](до тех пор, пока не были разработаны инжекторы для горячей воды), поэтому конденсационные локомотивы обычно оснащались насосами питательной воды для котлов с приводом от оси . При неработке в туннелях пар обычным образом направлялся в дымовую трубу и вверх по дымоходу.

Придорожные трамваи [ править ]

В Великобритании локомотивы, работающие на придорожных паровозах, по закону должны были иметь конденсаторы. Иногда использовались конденсаторы водяного бака (как указано выше), но чаще использовались воздушные конденсаторы. Пар трамвая двигатель обычно имели во всю длину крыши , и это была увенчана гнездо с воздушным охлаждением медных трубок , в которых конденсируют отработанный пар. Kitson & Co. изготовила множество двигателей этого типа. Система подходила для двигателей трамвая (которые были очень маломощными), но не могла работать с более крупными железнодорожными локомотивами.

Увеличенный диапазон [ править ]

Обычно это была более сложная установка, в которой использовалось принудительное воздушное охлаждение для конденсации отработанного пара. Система была предназначена для уменьшения проблем с доставкой достаточного количества воды для паровозов, проезжающих через пустыню и очень засушливые районы, например. Южная Африка. (Смотри ниже)

Локомотивы с конденсаторным аппаратом [ править ]

Южноафриканский класс 25 Обратите внимание на очень большой тендер с боковыми решетками для охлаждения конденсаторов.
Южноафриканский класс 25

С конденсаторами резервуаров для воды [ править ]

  • Каледонская железная дорога 0-4-4T
  • Ширина колеи в метро Центрального Лондона 0-6-0T
  • Класс Great Eastern Railway G69 2-4-2 T
  • Класс Great Eastern Railway L77 0-6-2 T
  • Грейт Истерн Рейлвей класс М15 2-4-2Т
  • Класс Great Northern Railway J13 0-6-0 T
  • Great Northern Railway класс L1 0-8-2 T
  • Великая Северная железная дорога (позже LNER) класс N2 0-6-2T
  • Грейт Вестерн Рейлвей Метрополитен класс 2-4-0 Т
  • Грейт Вестерн Рейлвей 633 класс 0-6-0Т
  • Great Western Railway 9700 класс 0-6-0PT (вариант 5700 Class)
  • Железная дорога Лондона, Чатема и Дувра R класс 0-4-4T
  • LMS Fowler 2-6-2T
  • Железная дорога Мерси 0-6-4T № 5 Сесил Рейкс (хранится в Музее Ливерпуля [6] )
  • Метрополитен Рэйл А Класс 4-4-0 Т
  • Метрополитен Железнодорожный B Класс 4-4-0T
  • Метрополитен Железнодорожный C Класс 0-4-4 T
  • Метрополитен Железнодорожный D Класс 2-4-0T
  • Метрополитен железной дороги E класса 0-4-4T
  • Железнодорожный вокзал столичного округа 4-4-0Т

С нежными воздушными конденсаторами [ править ]

  • Deutsche Reichsbahn, класс 52 . Около 200 из них были построены с конденсационными тендерами [7], чтобы уменьшить видимый шлейф выхлопных газов и таким образом избежать воздушных атак на Восточный фронт во время Второй мировой войны .
  • Русский SO класс . С 1936 года некоторые из них были построены с использованием конденсационных тендеров P11 для использования в пустынях Туркестана . [8]
  • Южноафриканский класс 20 2-10-2
  • Южноафриканский класс 25 4-8-4

См. Также [ править ]

  • Струйный конденсатор
  • Конденсатор Кирхвегера
  • Поверхностный конденсатор

Ссылки [ править ]

  1. ^ Титаник: Строительство самого известного корабля в мире Антона Гилла, P121
  2. ^ Roosen, Dr.-Ing. Р. (17 марта 1960 г.). "Класс" 25 "Тепловозы-конденсаторы на Южноафриканских железных дорогах - опыт проектирования и эксплуатации". J. Inst. Машинисты-локомотивы . 50: 2 (274): 243–280. Документ №607.
  3. ^ Дуглас Селф (2008-04-01). "Рекомпрессионный локомотив Холкрофта-Андерсона" . Проверено 17 февраля 2012 .
  4. ^ * УЛУЧШЕННОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ ОПРЕСНЕНИЕ СЖАТИЕМ ПАРА с СИСТЕМОЙ ВВЦ в отрасли опреснения и очистки воды. Архивировано 12 августа 2017 года на Wayback Machine.
  5. ^ a b Semmens, PWB; Голдфинч, AJ (2003) [2000]. Как на самом деле работают паровозы . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . п. 277. ISBN. 978-0-19-860782-3.
  6. ^ "Национальные музеи Ливерпуля" . Liverpoolmuseums.org.uk. Архивировано из оригинала на 2007-09-29 . Проверено 17 февраля 2012 .
  7. ^ Roosen 1961 , стр. 244
  8. ^ «9: Ближний Восток на Дальний Восток». Железные дороги мира и как они работают . Odhams. 1947. С. 182–183.