Предлагаемая, прямоточная паровая машина относится к типу комбинированных машин, работающих одновременно как паровая машина с расширением пара и как двигатель внутреннего горения.
Она состоит из цилиндра со стаканчатым комбинированным поршнем, двумя клапанами для впуска перегретого пара высокого давления, приводимыми в действие парораспределительными органами, например, механизмом системы Гейзингера, а также форсункой на одной из крышек цилиндра и насосом для подачи через нее в цилиндр жидкого топлива, приводимым в действие сжимаемым в цилиндре воздухом.
Для продувки газов после процесса горения и подачи воздуха в цилиндр предусмотрены клапаны, прикрывающие выхлоп газов в воздушный резервуар.
В качестве источника пара служит паровой котел повышенного давления. Для охлаждения цилиндра со стороны, работающей как двигатель внутреннего горения, подается насосом вода из тендера в рубашку цилиндра и оттуда в подогретом виде направляется как питательная вода в котел.
Отработавший в цилиндре пар приводит в действие паровую турбинку, которая вращает центробежную воздуходувку, подающую воздух для продувки цилиндра и для его питания.
На прилагаемом чертеже представлена схема такой паровой машины, причем фиг. 1 изображает продольный разрез через цилиндр, клапанные коробки, форсунку и частично топливный насос; фиг. 2 - поперечный разрез цилиндра через окна Ж; фиг. 3 - одну из деталей устройства.
В момент трогания с места пар из котла поступает по трубе Е в клапанные коробки С и С1 и одновременно в камеры Д, Д над клапанами. При этом продувательные краны Ш, Ш открыты.
В зависимости от положения поршня пар подается в камеру Ф или Т и приводит в движение поршень, шток которого передает обычным образом усилие кривошипному механизму и колесам.
После того как паровая машина произведет несколько оборотов кривошипа и цилиндр ее прогреется, продувательные краны Ш закрываются и машина работает как обыкновенная паровая машина, производя выхлоп через окна Ж при работе пара со стороны Ф и через окна И при работе со стороны Т.
Для того, чтобы перевести машину на комбинированную работу расширением пара и внутренним горением, поворачивают на ходу эксцентрик О топливного насоса, который начинает работать и подавать нефть в форсунку.
Одновременно с этим поворачивается также часть клапанного штока, благодаря чему имеющийся на нем кулачок У отходит в сторону, и его место занимает более короткий кулачок У1 (фиг. 3). Таким образом, клапан С1 может теперь открываться лишь при большей отсечке, чем та, на которую рассчитан кулачок У1, например, начиная от ε=0,3. Поэтому, если парораспределение установлено на отсечку не больше ε=0,3, то при включении топливного насоса клапан С1 остается все время закрытым и работает только клапан C на паровой части, приводимый в действие кулачком У на части штока М. Пар будет поступать, следовательно, в цилиндр только со стороны Т.
В то же время клапаны Л впускают воздух от воздуходувки в окна К, производят продувку цилиндра со стороны камеры Ф, выгоняя газы через окна Ж в атмосферу, и после того, как окна Ж закроются, производят еще наддув через окна К.
При происходящей после этого со стороны камеры Ф цилиндра компрессии сжатый воздух из цилиндра по каналу П передает свое давление топливному насосу Б и заставляет его подавать жидкое топливо через форсунку А в камеру Ф. Таким образом, часть цилиндра со стороны Ф начинает работать как двигатель внутреннего горения, в то время как другая часть цилиндра со стороны Т продолжает работать как паровая машина.
Для того, чтобы в случае затяжных подъемов повысить общую мощность машины, необходимо при смешанной работе увеличить работу как со стороны паровой части цилиндра, так и со стороны части внутреннего горения. Но так как среднее индикаторное давление в этой последней постоянно, у паровой части его можно менять путем изменения отсечки, то, согласно предлагаемому изобретению, принимаются меры для повышения работы в цилиндре со стороны внутреннего горения. Это производится путем дополнительного впуска пара на сторону внутреннего горения.
Для этого до некоторой отсечки, например, ε=0,3, работа с обеих сторон устанавливается одинаковой. Если, теперь изменить отсечку до ε=0,4, то на стороне парового цикла диаграмма работы увеличится. В то же время на стороне внутреннего горения кулачок У1, который до ε=0,3 клапана С1 не открывал, теперь, начиная от этой величины до ε=0,4, будет его держать открытым и впускать со стороны камеры Ф в цилиндр пар. Но так как открытие клапана С1 происходит в тот момент, когда горение жидкого топлива в цилиндре уже закончилось, то поршень до этого момента прошел уже некоторый путь за счет расширения одних только газов, а дальше работу совершает уже расширяющаяся смесь газов и пара.
Выпуск отработавшей газо-паровой смеси по существу остается таким же, как и при одних только газах, но так как из паровой камеры Т вследствие большего наполнения выходит большее количество пара, то производительность турбовоздуходувки благодаря этому повышается, и продувание цилиндра получается более интенсивным.
Питательная вода для парового котла, прежде чем поступить в него, как уже указывалось выше, пропускается под действием насоса через полость Р в крышке и через рубашку цилиндра X. Этим одновременно достигается и охлаждение стенок той части цилиндра, которая работает как двигатель внутреннего горения, и подогрев питательной воды до 100-120°.
На уклонах подача жидкого топлива и впуск пара в цилиндр прекращаются. Вследствие этого давление пара в камерах Д, Д понижается, и клапаны С, C1 свободно открываются под давлением воздуха, сжимаемого поршнем, который перегоняет его таким образом из одной половины цилиндра в другую, заменяя байпасс.
Для получения заднего хода локомотива производится как обычно перестановка камня в кулисе механизма Гейзингера или т.п. При этом трогание с места производится паром. Если же задний ход локомотива должен происходить продолжительное время, то работа цилиндра переводится, как и при переднем ходе, на смешанную работу парового цикла и цикла внутреннего горения.
Регулировка машины в сторону увеличения мощности производится, как уже было упомянуто выше, путем изменения наполнения, т.е. отсечки. Но в случае необходимости изменения мощности в сторону ее резкого уменьшения это достигается уменьшением подачи жидкого топлива в камеру Ф, производимым одновременно с уменьшением наполнения в камере Т.
Для того, чтобы разность мощностей паровой части и части внутреннего горения не превышала ±10%, топливный насос может быть сблокирован с реверсом механизма Гейзингера.
Предварение впуска жидкого топлива в камеру Ф изменяется автоматически в зависимости от скорости поршня.
Вместо жидкого топлива можно применять генераторный газ или же сжигать в камере Ф угольную пыль.
Охлаждающая рубашка может простираться и на всю длину цилиндра, причем тогда перегрев пара может быть повышен до любого возможно высокого предела без опасения пригорания смазки вследствие охлаждения стенок.
Можно также установить топливные насосы и форсунки с обеих сторон цилиндра и переводить его после пуска в ход паром на двустороннюю работу внутреннего горения.
При таком устройстве значительно уменьшаются размеры парового котла, но зато требуется усиленное охлаждение стенок цилиндра.
1. Паровая прямоточная машина с клапанным впуском пара, отличающаяся применением на одной стороне цилиндра топливной форсунки и продувочных окон в целях использования на ходу локомотива энергии горения жидкого топлива.
2. Форма выполнения машины по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью выключения паровпускного клапана при пуске в ход топливного насоса, на золотниковом штоке укреплен эксцентрик, действующий на толкатель этого клапана.
3. Форма выполнения машины по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что профильная часть распределительного штока для паровых клапанов на стороне внутреннего горения выполнена двухступенчатой, допускающей в зависимости от длины хода штока открытие клапана для добавочного впуска пара в сторону цилиндра, работающего на жидком топливе.
