Искроудержатель для паровозов Советский патент 1924 года по МПК B01D45/06 

Соображения автора о непригодности (в особенности при дровяном и торфяном отоплении) существующих искроудержателей следующие:

Для удержания искр самым простым приспособлением .является сетка, поставленная на верху дымовой трубы. Однако, это средство далеко не спасает окрестности дороги от пожаров. Если же уголек ударится о сетку, то он от удара не получает обратной живой силы и имеет только силу собственной тяжести. Под влиянием этой силы он стремится упасть обратно в дымовую коробку, чему препятствует поток парогазовой смеси. При большом напряжении котла, напор, образуемый газами, превышает силу тяжести уголька, почему последний не может упасть и остается возле сетки, пока напряжение котла соответственно не понизится. Таким образом, во все время езды на подъеме угольки остаются в дымовой трубе и затрудняют выход газов в атмосферу, т. е. ослабляют тягу паровоза. Применяющиеся турбины, дающие газам вихревые движения, расчитаны на отсеивание угольков. В последних, при

работе паровоза с малым напряжением, заметно уменьшение количества вылетающих искр, но это происходит не за счет отсеивания, а за счет понижения скорости истечения газов, так как последние из трубы сравнительно малого сечения переходят в большее, вследствие чего конечная скорость истечения понижается. С увеличением напряжения работы котла увеличивается количество и скорость протекающего через трубу газа, и осевшие при малом напряжении угольки выдуваются более сильной струей в атмосферу. Путем отсеивания искр при высоких сравнительно скоростях протекания газов можно достичь вполне надежных результатов в стационарных котлах, где тяга постоянная, в паровозе же тяга пульсирующая и осевщие искры при одном выхлопе подхватываются струей газопаровой сме си следующего выхлопа.

Предлагаемый искроудержатель для паровозов имеет целью устранение вышеозначенных недостатков при помощи такого приспособления, при котором искры паровоза или небольщие угольки, вылетающие вместе с паром, потеряв

скорость и падая вниз, не могли бы попасть опять в струю, вылетающую через конус пара, и попасть наружу.

На фиг. 1 изображен искроудержатель, а на фиг. 2 - вариант верхнего конуса кожуха.

Наиболее простым искроудержателем может служить обыкновенный колпак А, поставленный над трубой паровоза (фиг. 1) и окруженный кожухом В соответственных размеров. На трубе паровоза ставится отсекатель С.

Сечение а должно иметь размеры, при которых скорости газов понижаются приблизительно в 1,5 раза против скорости истечения из трубы. Переход от скорости Wi к Wk должен происходить постепенно, что осуществляется соответствующим очертанием нижней части колпака. Скорость газов в сечении Y не должна превышать 5 метр./сек. при больших напряжениях работы паровоза. В начале работы конуса газы и искры направятся вниз и ударятся об отсекатель С. Вследствие большой упругости газов, последние отразятся с некоторой скоростью от отсекателя С и ударятся о цилиндрическую часть кожуха. Отразившись от последнего, они встретят приблизительно такой же поток от отражателя С. Сложение двух противоположных скоростей дает результирующую, равную разности скоростей, которую для газов можно принять почти равной нулю. Вследствие шероховатости стенок кожуха и отсекателя, нельзя получить точного совпадения отраженных скоростей, вследствие чего возле отсекателя получится вихревое движение газов с небольщими скоростями. Искры ,и угольки, как мало упругие тела, при ударе не получат отражения от отсекателя С и скатятся в нижний конус кожуха, откуда они не могут быть извлечены новым потоком газов. При больших скоростях паровоза, т. е. при частых периодах выхлопа, в кожухе может установиться ток, как указано приблизительно на чертеже лева. В этом случае газы должны и. прямолинейного направления сделать поворот на 180° к выходному отверстию. Искры, будучи тяжелее газов, отсекаются и упадут частью на конус С, а частью на кожух В и скатятся в низ

кожуха. Для удержания очень мелких искр (пыли) служит отсекатель D. Отраженная от него искра будет падать в пространстве почти с нулевой скоростью. Таким образом, при выходе из-под колпака газы теряют свою скорость, за счет чего давление в кожухе В будет повышаться до некоторой величины. Под влиянием этого давления газы будут проходить сечение и 8 и выходить наружу. Скорость газов в сечении не должна быть большой; она должна быть приблизительно в 2,5- 3 раза меньше скорости газов вверху дымовой трубы, во-первых, потому, что эта скорость создается за счет устанавливаемого давления в кожухе, а вовторых, устранить засасывающее воздействие струи на отсеянные, но еще не упавшие на конусы искры. Что касается скорости выхода газов из кожуха в сечении Ь, то понятно, что ее желательно сделать одинаковой со скоростью в сечении а, при чем канал между рассматриваемыми сечениями должен иметь одинаковые площади прохода. Тогда, пренебрегая трением газов о стенки, которое, вообще, для газов весьма мало, можно считать, что давление в кожухе необходимо только для создания скорости истечения. Однако, если допустить малые скорости истечения, то при больщих скоростях паровоза труба будет задуваться встречным ветром, причем вылетающий дым будет затруднять наблюдение машиниста и производить, вообще, неприятный вид. Во избежание этого, необходимо придать струе газов наклон к горизонту около 10° при больших скоростях. Это достигается при скорости истечения газов из кожуха 15 метр./сек. в товарных паровозах и 20 метр./сек. в пассажирских. Давление, необходимое для создания скоростей, при этом будет 8,2 м.м. вод. ст. в товарных паровозах и 14,6 м.м. вод. ст. в пассажирских. Для уменьшения давления в кожухе, необходимо образующей верхнего конуса придать уклон к горизонту около 45°. Тогда воздух отразится, как указано На фиг. 1, и будет способствовать усилению тяги. Для той же цели полезно сделать верхний конус кожуха из трех конусов, подобно тому, как делаются вагонные вентиляторы (фиг. 2). Встречный воздух будет омывать кольцеобразные щели между конусами и высасывать газы, т. е. уменьшать противодавление в кожухе. Величина этого противодавления зависит от изменения кинетической энергии газа при переходе из дымовой трубы в кожух. За счет этого противодавления получается скорость истечения парогазовой смеси из кожуха. Работа конуса в предлагаемом искроудержателе уподобляется, по мнению автора, работе нагнетательного водяного насоса с большим воздушным колпаком, причем в работе конуса смягчение ударов должно способствовать более равномерной тяге, а, следовательно, меньшему уносу угольков из топки в дымовую коробку, т. е. уменьшению расхода топлива, а также более плавному вылету газов из кожуха. Как постановка воздушного колпака в насосе не вызывает никакой излишней затраты работы машины, так точно постановка такого искроудержателя не вызвала бы излишней затраты энергии. производимой конусом, если бы не было потерь на трение газов о стенки искроудержателя и на изменение внутренней энергии газа. В действительности эти потери существуют, и потому необходимо увеличить работу конуса путем уменьшения сечения- его выходного отверстия. Автор считает, что это уменьшение не превышает 8% в диаметре при самых неблагоприятных предположениях; при этом разница в противодавлении пара в конусе выражается .сотыми долями атмосферы. Если же верхушку кожуха сделать по второму варианту, то не потребуется изменять выходного отверстия конуса. ПРЕДМЕТ ИЗОВРЕТЕНИЯ. Искроудержатель для паровозов, характеризующийся применением конического отсекателя искр С, установленного на наружной поверхности дымовой трубы, и кольцевого отражателя D, укрепленного извнутри в верхней части цилиндрической части кожуха Б.

Нпатенту А.Н.ШЕПЕСТА }ч1271

Р/и/г/.4

//АЛШ1

t/2/. 2.