СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОВОЙ МАШИНЫ ТАНДЕМ-КОМПАУНД ПАРОВОЗА Российский патент 2011 года по МПК F01B17/04 

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.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в паросиловых установках. При отклонении кривошипа левой машины на угол 25° от горизонтали, а кривошипа правой соответственно на 115°, поршень левой машины отойдет от задней мертвой точки на 0,04 своего хода, а поршень правой - на 0,7. В заднюю полость цилиндра 2 продолжают подавать свежий пар из котла и начинают подачу расширившегося в задней полости цилиндра 1 пара сначала в цилиндр 4 (для повторного расширения) до момента прохождения поршнем цилиндра 1 передней мертвой точки, потом при обратном движении этого поршня переключают распределитель и направляют пар в ресивер. Затем заканчивают подачу на отметке 0,95 хода и выпускают пар наружу. Заканчивают подачу свежего пара в цилиндр 2, после чего левая машина продолжает работать за счет расширения пара в цилиндрах 2 и 4. После поворота кривошипа левой машины на 115° поршень цилиндра 2 займет положение на отметке 0,7. Из задней полости цилиндра 2 подают расширившийся пар в переднюю полость цилиндра 3. Упрощается конструкция и повышается КПД работы паровой машины. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ работы 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, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар из ресивера используют для привода механизмов, не требующих для своей работы синхронизма с ходом паровой машины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наполнение ресивера осуществляют при давлении расширившегося пара на момент прохождения поршнем мертвой точки большим, чем в ресивере.