Глава 3 ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КОТЛА И ДЫМОВАЯ КАМЕРА

Цилиндрическая часть котла является непосредственным / продолжением топки и состоит из нескольких склепанных или сваренных между собой барабанов. В. цилиндрической части размещают дымогарные и жаровые трубы; на одном из барабанов установлен сухопарник; в передней части расположена передняя трубная решетка (см. рис. 9).

Существует несколько типов соединения барабанов цилиндрической части котла (рис. 25):
а) ступенчатый, принятый в котлах паровозов С^у и СО. В данном случае диаметр среднего барабана меньше диаметров двух крайних. На паровозах серии Су четвертого и частично третьего выпусков цилиндрическая часть состоит только из двух барабанов;
б) телескопический, при котором барабаны последовательно вставлены один в другой. Такой тип соединения имеют котлы паровозов Э, Е^и ФД. При этом типе соединения наименьший диаметр имеет первый от дымовой камеры барабан;
в) сварной — применен на паровозах последней постройки (паровозы Л, Л В, П36).
Недостатком соединения телескопического типа является уменьшение диаметра цилиндрической части к дымовой камере, что в ряде случаев затрудняет размещение труб в передней трубной решетке. Но при телескопическом соединении вследствие имеющегося уклона создаются благоприятные условия для стока воды и шлама при очистке и промывке котла.

У паровозов ФД третий барабан цилиндрической части котла выполнен полуконическим, а четвертый имеет увеличенный диаметр (140 мм) для создания достаточных водяных промежутков у камеры догорания (см. рис. 13).

Материалом для барабанов служит котельная сталь марки 20К. Толщину листов барабанов определяют расчетом в зависимости от котлового давления и диаметра цилиндрической части. Количество барабанов зависит от длцны цилиндрической части, а также обусловливается размером котельных листов, поставляемых промышленностью.

При соединении барабанов при помощи заклепок продольные швы выполняют встык трех- или четырехрядными с внутренней и наружной накладками (рис. 26) и располагают в верхней части котла, т. е. в паровом пространстве. Это в известной степени предохраняет швы от отложения накипи и разъедания вредными примесями, находящимися в воде. Кроме того, продольные швы располагают со смещением по окружности, что облегчает соединение барабанов и повышает прочность конструкции. Поперечные заклепочные швы делают внахлестку двух- или трехрядными.

В настоящее время продольные и поперечные швы цилиндрической части котла выполняют сварными. Еще в 1938 г. Ворошиловградский паровозостроительный завод начал выпускать паровозы ФД с цельносварными котлами. Применение на паровозе ФД цельносварного котла вместо клепаного дало возможность снизить его вес на 2—2,5 т. Паровозы ЛВ и П36 имеют только цельносварные котлы.
Как продольные, так и поперечные швы барабанов выполнены сваркой встык. Угол разделки шва может быть различным в зависимости от применяемого способа сварки — ручной или автоматической.

После сварки швы подвергают тщательному контролю — осмотру и просвечиванию рентгеновским аппаратом. Кроме того, окончательно собранный котел подвергают гидравлическому испытанию.

Для удобства сборки котла соединение цилиндрической части с кожухом топки, в том числе и на цельносварных котлах, производили двух- или трехрядным так называемым монтажным заклепочным швом внахлестку. Однако при постройке котлов паровозов ЛВ и П36 от этого заклепочного шва отказались и сделали его сварным.

Передняя трубная решетка установлена в первом барабане цилиндрической части; она предназначена для укрепления в ней передних концов дымогарных и жаровых труб. Решетка укреплена в барабане при помощи заклепочного или чаще сварного шва.

На старых паровозах переднюю решетку штамповали отбортовкой и приклепывали к барабану однорядным швом (рис. 27,а). Борт решетки для удобства сборки и возможности осмотра и ремонта обращен в сторону дымовой камеры.

На современных паровозах передняя решетка представляет собой диск, который вырезан из котельного листа (сталь марки 20К) и укреплен в барабане сварным швом с двух сторон (см. рис. 27, б).

При ремонте старых паровозов клепаные решетки заменяют сварными. Передние решетки укрепляются трубами. Однако верхняя их часть, свободная от труб, требует дополнительного укрепления, чтобы противостоять котловому давлению. Для этого на старых паровозах установлены контрфорсы (рис. 28), выполненные аналогично креплению лобового листа кожуха топки.

На паровозах ФД, Л, ЛВ, Еа и П36 для укрепления передней решетки применены наклонные тяжи (см. рис. 9) подобно тяжам, установленным на лобовом листе. К решетке приклепаны тавровые кронштейны, к которым при помощи валиков прикреплены тяжи. Свободные концы их приклепаны к барабану цилиндрической части котла.

Сухопарник, установленный на цилиндрической части котла, служит сборником наиболее сухого пара, который отбирается в паровую машину паровоза. На паровозах С^у, Э и ФД сухопарник, установлен на первом от дымовой камеры барабане. В этом случае он находится в зоне наименьшего парообразования, что, .казалось бы, должно обеспечивать отбор более сухого пара, особенно при движении по подъему, когда уровень воды в передней части котла понижается. Однако это не уменьшает увлажнения пара, так как при езде по спуску и при торможении вода уходит в переднюю часть котла и приближается к сухопарнику.
Практика показала, что более целесообразно сухопарник размещать посередине цилиндрической части в удалении как от топки, так и от передней части котла (паровозы Е, СО, Л, ЛВ).

На паровозах, имеющих небольшие котлы, сухопарники изготовляли клепаной конструкции высотой 900—1000 мм. У паровозов более поздней постройки с мощными котлами и большим диаметром колес для возможности размещения в габарите высота сухопарника меньше (560—700 мм). Изготовлены такие сухопарники штампованными из цельного листа (рис. 29) иля сварными.

Сухопарник нижним фланцем приклепан к барабану двухрядным заклепочным швом. Для укрепления места вырезки отверстия и установки сухопарника с внутренней стороны барабана приклепана усиливающая подкладка.

На паровозах Л, СО и С^у последней постройки сухопарник не приклепан, а приварен к барабану котла; изготовлен он из котельной стали марки 20К толщиной от 15 до 25 мм.

Сверху сухопарник 1 закрыт крышкой 2, которая поставлена на притирке или на медном прокладном кольце 3 (см. рис. 29) и укреплена при помощи шпилек и гаек.

Сухопарник паровоза ЛВ (рис. 30) сварен из листа котельной стали толщиной 12 мм. Он установлен на втором барабане цилиндрической части котла. К верхней части сухопарника приварена штампованная крышка 2 толщиной 15 мм. Сухопарник приварен к барабану цилиндрической части, в котором сделано отверстие диаметром 540 мм для пропуска пара из котла. Отбор пара к регулятору осуществляется через изогнутый патрубок 4, приваренный к боковой стенке сухопарника. Таким образом регуляторная труба расположена вне котла.

На некоторых паровозах (Э^у, Эм, СО), кроме сухопарника, на цилиндрической части установлен питательный колпак, в котором размещен водоочиститель. В нижней части барабана, под питательным колпаком, установлен грязесборник с краном для удаления скопляющейся грязи и шлама.

Дымогарные и жаровые трубы предназначены для отвода горячих газов из топки паровоза и одновременно являются поверхностью нагрева котла. Кроме того, в жаровых трубах размещены элементы пароперегревателя.

Дымогарные (ГОСТ 8733—66 и 8734—58) и жаровые трубы (ГОСТ 8731—66 и 8732—70) изготовляют цельнотянутыми бесшовными из стали марки 10 (ГОСТ 1050—60). Размеры дымогарных и жаровых труб, применяемых на паровозах железных дорог широкой колеи, приведены в табл. 2.

Установка труб в решетках котла паровоза показана на рис. 31 и 32.

Концы дымогарных и жаровых труб, укрепляемые в передней решетке, раздают для того, чтобы при (необходимости смены трубу можно было легко вынуть из котла при наличии на ней слоя накипи. Задние концы труб обжимают (подкатывают), чтобы увеличить промежутки между трубами у топки, для более свободного прохода (воды и пара, а также для лучшего размещения и создания упора труб в заднюю решетку. Формы раздачи и обжатия (подкатки) концов дымогарных и жаровых труб бывают различными. Для постановки труб в переднюю решетку производят цилиндрическую раздачу (до диаметра D₁). Обжатие задних концов труб перед постановкой в решетку огневой коробки может быть одинарным цилиндрическим для дымогарных труб (диаметр D₂, рис. 31), двойным цилиндрическим для жаровых (диаметры D₂ и D₃, рис. 32) и дымогарных труб и редко коническим.

Размеры раздачи и обжатия концов дымогарных и жаровых труб указаны в табл. 3.В задней решетке дымогарные и жаровые трубы ставят на прокладных кольцах, которые изготовляют из красной меди марки М3 толщиной 1,5—3 мм в зависимости от диаметра отверстий в решетке.

Прокладные кольца необходимы для лучшего закрепления труб и создания плотности.

Трубы в задней решетке устанавливают и укрепляют в следующем порядке. В отверстия решетки ставят прокладные кольца и развальцовывают их, потом вводят концы труб, которые также развальцовывают; затем концы труб, выходящие из решетки, отгибают на угол 45° и отбуртовывают. После этого производят чеканку бортов труб. После всех этих операций борты труб приваривают к решетке, когда котел наполнен подогретой до температуры 40—60° С водой.

В отличие от задней решетки трубы в передней решетке устанавливают без медных прокладных колец, не отбортовывают и не обваривают. Выступающие из решетки передние концы дымогарных и жаровых труб отгибают на конус. Как исключение, иногда на паровозах ФД жаровые трубы в передней решетке отбортовывают.

У передней решетки температура уходящих газов значительно ниже, чем у задней, поэтому ослабления и течи труб здесь почти не бывает.

Трубы в решетках размещают таким образом, чтобы обеспечить между ними достаточные водяные промежутки, а в решетке — достаточную величину «мостиков» между отверстиями для труб. Жаровые трубы обычно располагают по вершинам квадрата (см. рис. 28). Исключение составляет часть паровозов ФД, имеющих мелкотрубный пароперегреватель (трубы размером 89х3,5 мм), у которых жаровые трубы расположены в шахматном порядке (см. рис. 13). Дымогарные трубы на большинстве современных паровозов располагают в шахматном порядке по вершинам ромба вертикальными рядами (см. рис. 28); кроме того, их размещают между рядами жаровых труб и по краям, решетки.

Жаровые и дымогарные трубы расположены веерообразно в направлении передней решетки. Это необходимо потому, что в передней части трубы имеют больший диаметр и для их расположения в передней решетке требуется больше места.

Дымовая камера (рис. 33) предназначена для размещения дымовытяжного устройства, паровпускных труб, искрогасительных приборов, сифона, коллектора пароперегревателя, а иногда и водо-подогревателя. Размеры дымовой камеры выбирают такими, чтобы в ней могли разместиться перечисленные выше приборы и оставался необходимый свободный проход газов из топки. Чем больше свободный объем дымовой камеры, тем создается более равномерная тяга газов.

На современных паровозах дымовая камера имеет значительные размеры.Так, при диаметре дымовой камеры порядка двух метров она имеет длину: на паровозах Л—2300 и ФД—2880 мм, а на паровозе П36 — свыше 4400 мм.

Дымовая камера изготовлена обычно на двух сваренных между собой листов, из которых нижний лист имеет большую толщину. На некоторых паровозах барабан изготовлен из одного листа. Материал листов —Ст0; толщина их 10—13 мм. Нижний лист бывает толщиной до 17 мм. Для защиты нижней части дымовой камеры от прогорания и коррозии в ней установлен предохранительный лист.
Соединение дымовой камеры с цилиндрической частью котла показано на рис. 27. На старых паровозах это соединение производилось заклепочным швом, а на современных — сваркой.

Впереди дымовая камера закрыта так называемым фронтонным листом, в котором для осмотра и очистки камеры имеется дверца. У старых паровозов фронтонный лист прикреплен болтами или заклепками; на паровозах ФД, СО, Л, П36 он подвешен на петлях и укреплен болтами. При необходимости ремонта и выемки из дымовой камеры элементов или коллектора пароперегревателя открывают фронтонный лист после удаления крепящих его болтов.

При несъемном фронтонном листе дверца дымовой камеры имеет диаметр до 1 500 мм; при фронтонном листе, установленном на болтах и петлях, — 900— 1000 мм. Дверцу штампуют из листовой стали толщиной 10—12 мм и для большей жесткости ей придают выпуклую форму. С внутренней стороны дверцы укреплен отражательный лист для предохранения ее от прогорания. Для достижения плотности кромку дверцы тщательно пригоняют к фронтонному листу и закрепляют специальными зажимами-щеколдами. Фронтонный лист должен плотно прилегать к торцу дымовой камеры. Все отверстия в стенках дымовой камеры (для прохода паровпускных труб, конуса, трубки сифона, люков и т. д.) тщательно заделывают листами с прокладками.
На паровозах старой постройки несъемный фронтонный лист с дверцей большого диаметра при износе заменяют съемным фронтонным листом на петлях с дверцей диаметром 1000 мм.

Для удаления изгари и стока воды в нижней части дымовой камеры поставлена мусороочистительная труба диаметром 160— 200 мм, которая закрывается заслонкой (см. рис. 33). На паровозах ЛВ и П36 вместо трубы установлен люк-пробка.
Исключительно важное значение имеет герметичность дымовой камеры. При отсутствии надлежащей плотности в ее соединениях будет происходить подсос наружного воздуха, что снизит разрежение в дымовой камере и ухудшит тягу, а это приведет к плохому парообразованию и пережогу топлива.

Дымовую камеру периодически очищают от изгари, чтобы не допускать ее скопления. Кроме того, во избежание горения изгарь заливают водой при помощи заливательной трубки. Скопление горячей изгари в дымовой камере вызывает нагрев и коробление фронтонного листа и дверцы дымовой камеры. Поэтому плотность прилегания фронтонного листа и дверцы нужно систематически проверять.

Плотность соединений паровпускных труб и элементов пароперегревателя с коллектором должна быть проверена на горячем паровозе пуском пара, так как пропуск его также ухудшает разрежение в дымовой камере.

Распространенность дымовых дефлекторов на паровозах варьировалась в зависимости от железнодорожной компании. Они часто использовались на локомотивах Deutsche Reichsbahn и французской SNCF с середины 1920-х годов. Позже Deutsche Bundesbahn и Deutsche Reichsbahn сохранили дымовые дефлекторы на паровозах.

Для локомотивов некоторых железнодорожных компаний дымовые дефлекторы и их особая форма были частью неповторимого внешнего вида. Например, паровозы довоенной Рейхсбана имели большие листы металла, которые поднимались от контура котла над колесами до высоты ниже дымохода и имели изгиб вверху, так что они повторяли границу транспортного средства. Эта большая конструкция дымового дефлектора, столь характерная для большинства стандартных локомотивов, в то время все еще делилась на малые, средние и большие типы подконструкций. Позже их назвали дымовыми дефлекторами Вагнера в честь давнего руководителя отдела дизайна Рейхсбана Рихарда Пауля Вагнера, хотя авторство этой конструкции установить невозможно.

В 1943 году Фридрих Витте провел испытания 52 2328 в аэродинамической трубе вместе с профессором Мельбертом из Ганноверского университета.

В результате появился дымоотражатель Witte меньшего размера, который больше не доходил до контура котла или даже до передней буферной балки. Новый дымоотражатель сэкономил значительную часть материала и в то же время улучшил обзор маршрута локомотивной бригаде.

После войны дымовые дефлекторы этого типа часто устанавливались на ДР и ДБ вместо более крупных дымовых дефлекторов Вагнера на новых или переоборудованных паровозах, а также использовались на железных дорогах за рубежом в послевоенный период.

В дымовой коробке создается искусственная тяга газов за счет выпуска отработавшего пара в паровой машине через конус и дымовую трубу, поэтому герметичность камеры имеет исключительно важное значение.

Разгерметизация дымовой коробки определяется следующим образом: открывают сифон на полную мощность и с помощью факела обходят места возможного подсоса воздуха через неплотности. Такие места отмечают мелом и при ремонте паровоза устраняют с помощью заварки и замены неисправных болтов и деталей. Для герметизации большой дверцы между ней и обвязочным угольником дымовой коробки прокладывают асбестовый картон. Чтобы не было подсоса наружного воздуха в дымовую коробку, неплотности между парорабочими трубами и кромками отверстий в дымовой камере уплотняют стальными заделками с асбестовыми прокладками.

Плотность соединений паровпускных труб и элементов пароперегревателя с коллектором проверяют на горячем паровозе пуском пара, так как пропуск его ухудшает разрежение в дымовой коробке. Хорошая герметичность дымовой коробки способствует интенсивному горению топлива, экономному расходованию его и высокой паропроизводительности котла паровоза.

Для уменьшения потерь тепла от внешнего охлаждения весь котел, за исключением дымовой камеры, покрывают слоем теплоизоляции из таких материалов, как асбест, диатомит и известь, обладающие низкой теплопроводностью и малым объемным весом. Перед покрытием изоляцией наружную поверхность котла в целях предохранения от коррозии окрашивают.

Цилиндрическую часть котла изолируют вулканитовыми плитами толщиной 40 мм, которые изготовляют из изоляционной массы, содержащей 20% асбеста, 60% диатомита и 20% извести. Плиты укрепляют на котле проволочным каркасом, а зазоры между ними заделывают вулканитовой обмазкой.

Наружную поверхность топки покрывают предварительно асбестовой подмазкой, ,а затем кладут вулканитовые или асбоцементные плиты. Там, где невозможно уложить плиты, накладывают слой изоляционной обмазки при давлении пара в котле 2—3 кГ/см².

Согласно нормам, утвержденным МПС, объемный вес изоляции должен быть не выше 400 кг/м³, а коэффициент теплопроводности— не более 0,087 ккал/м² • ч • °C.

Практически объемный вес заливочной изоляции колеблется в пределах 380—420 кг/м².

Поверх изоляционного слоя котел покрывают обшивкой (листовое железо толщиной 1,5 мм), которая защищает изоляцию от повреждений. Для укрепления обшивки к стенкам котла приваривают стойки, кроме того, обшивку укрепляют поясами и винтами.