Рассмотрим арматуру, питающую котел водой и указывающую изменение уровня воды и рабочее давление в котле.

К устройствам арматуры, питающим котел водой, относят питательные коробки с клапанами, инжекторы, водогон и вентили. Питательные коробки состоят из бронзового или чугунного корпуса, обратного клапана и пробки или клапана. На рис. 12 показаны питательные коробки. Они могут иметь пробковый кран (рис. 12, а) или запорный клапан (рис. 12, б). Для большей надежности на каждый котел устанавливают два комплекта приборов питания водой, две раздельные или одну сдвоенную питательные коробки. Последняя менее удобна, так как ее конструкция не допускает раздельного осмотра и притирки одного клапана при работе другого. Располагаются питательные коробки в нижней части котла.

Инжектор представляет собой пароструйный прибор для подачи в котел воды под давлением.

Принцип действия инжектора основан на превращении части тепловой энергии пара в кинетическую энергию движения, передаче паром тепловой и- кинетической энергии воде и на превращение кинетической энергии струи воды в потенциальную энергию давления, вследствие чего вода, преодолевая котловое давление, поступает в котел. Наиболее распространенным на крановых котлах является инжектор, изображенный на рис. 13.

Литой чугунный корпус этого инжектора состоит из двух частей, соединенных между собой,фланцами. Внутри корпуса строго по, одной оси расположены три конуса-сопла: паровой, конденсационный и нагнетательный.

Рис. 11. Общий вид расположения гарнитуры и арматуры на котле ПК-6:
1 — котел; 2 —водяные баки; 3 — шуровочная дверца; 4 — промывочный люк; 5 — главный вентиль; 6 — паровая магистраль к машине; 7 —регулятор пара; 8—выхлопная труба; 5 —манометр; 10 — трехходовой кран манометра; 11 – предохранительные клапаны; 12 — водопробные краники; 13 — водомерное стекло; 14 — свисток; 15 — инжекторы; 16— краны подачи воды к инжектору; 17 — питательные коробки; 18 — вестовые трубы; 19 — магистраль подачи пара к батарее отопления крана; 20 — вентиль к сажесдувателю; 21 — пароразборная колонка; 22 — патрубок для пожарного рукава; 23 — спускной кран котла; 24 — водогон; 25 —сифон; 26 — кран для расхолаживания котла; 27 — водопробные краники водяного бака

Первые два конуса имеют сужение по направлению движения пара, а последний имеет обратный конус. Паровой конус поставлен в корпус инжектора на уплотнительной прокладке из свинца или тонкого асбестового шнура. Конденсационный и нагнетательный конусы свинчены на резьбе между собой и вставлены в корпус с уплотнением из свинцового кольца.

Рис. 12. Питательные коробки с пробковым краном (а) и с запорным клапаном (б):
1—корпус; 2 — обратный клапан; 3 —заглушка; 4 — грундбукса; 5 — бронзовая пробка; 6 — отжимной винт; 7 —фланец; S —накидная гайка; 5 —сальник; 10 — запорный клапан

Внутрь парового конуса входит паровпускной клапан, плотно закрывающий своей конической частью кольцевой проход парового конуса. Паровпускной клапан опускается и поднимается при помощи рукоятки, имеющей два положения: «Открыто» и «Закрыто», отмеченные на ее секторе.

Снизу в корпус инжектора запрессован стакан, служащий опорой для нагнетательного конуса. Этот стакан имеет форму втулки с четырьмя ребрами, образующими ступицу, через отверстие которой проходит хвостовик обратного клапана.

Обратный клапан давлением воды в котле постоянно плотно прижат своей сферической головкой к гнезду, перекрывая доступ воды из котла в инжектор.

В средней части корпус инжектора имеет два патрубка: один, заканчивающийся фланцем, служит для подсоединения к инжектору водяной магистрали из бака, другой (вестовой) заканчивается резьбой, на которую навинчивается угольник для подсоединения вестовой трубы.

В вестовом патрубке поставлен клапан, который нормально закрыт при помощи небольшой пружины.

В работе инжектора различают два периода: первый — это присос воды (инжектор «забрал» воду) и второй — нагнетание воды в котел.

Рис. 13. Инжектор: Л —паровая камера; Б —водяная камера; В —смесительная камера; Г—нагнетательная камера; 1—корпус; 2 —паровой конус; 3— конденсационный конус; 4 — нагнетательный конус; 5 — двойной паровой клапан; 6 —вестовой клапан; 7 — пружина вестового клапана; 8 — обратный клапан; 9 — регулирующая рукоятка; 10 — уплотняющее кольцо из свинца; 11 — сальник; 12 — стакан обратного клапана

В начальный момент, когда паровпускной (игольчатый) клапан незначительно приподнят, пар из котла в небольшом количестве устремляется в кольцевой проход парового конуса. Проходя через суживающееся сопло парового конуса, пар приобретает большую скорость движения. Выходя из сопла с большой скоростью, пар увлекает за собой воздух и оставшуюся воду в водяной камере, в которой вследствие этого создается разрежение. В результате разрежения вода из подводящей трубы начнет поступать в водяную камеру инжектора. В это же время смесь пара, воздуха и воды, выйдя из сопла, поступает в конденсационный конус и, выходя через его боковые отверстия, создает незначительное давление в смесительной камере. Этого давления недостаточно, чтобы открыть обратный клапан, но достаточно для открытия вестового клапана, при этом, когда вестовой клапан откроется, из вестовой трубы начнет выходить смесь пара, воды и воздуха.

С поступлением холодной воды в водяную камеру подаваемый в небольшом количестве пар быстро конденсируется, объем его уменьшается, что создает дополнительное разрежение, которое передается и в смесительную камеру. При разрежении вестовой клапан под действием атмосферного давления и пружины садится на место.

Закрытие вестового клапана сопровождается характерным щелчком, свидетельствующим о том, что в водяную камеру начала поступать холодная вода, т. е. инжектор присосал воду.

После того как раздастся этот щелчок, пусковую рукоятку необходимо повернуть до упора с тем, чтобы паровой клапан был полностью поднят, что даст возможность пару в большом количестве поступать в инжектор. С этого момента начинается второй период в работе инжектора, т. е. подача инжектором воды в котел.

В первый момент поступления большого количества пара в смесительной камере создастся избыток воды, давление возрастет, вестовой клапан снова откроется и из вестовой трубы начнет вытекать избыточная вода. В последующий момент давление в смесительной камере понизится, вестовой клапан закроется, а в нагнетательной камере нагнетательного конуса давление увеличится. В результате обратный клапан откроется и инжектор начнет подавать воду в котел.

При выключении инжектора, т. е. при прекращении подачи в инжектор пара, в смесительной камере также образуется избыток воды, который сливается через вестовую трубу. При нормальной работе инжектора из вестовой трубы не должно выходить ни пара, ни воды.

В силу того что конденсация пара имеет важное значение в работе инжектора, питательная вода должна быть достаточно холодной. При температуре питательной воды свыше 35° С условия конденсации ухудшаются, работа инжектора становится неустойчивой или вовсе прекращается.

Боковые отверстия в конденсационном конусе имеют также большое значение для нормальной работы инжектора: через них в начальный момент удаляется вода, не получившая необходимой скорости движения, и проходит пар для восстановления в инжекторе требуемого разрежения. Если эти отверстия засорятся или закипят, нормальная работа инжектора нарушится.

Для правильной работы инжектора очень важно, чтобы все соединения были плотными и не было бы подсоса воздуха.

Инжекторам в зависимости от производительности присваивается нумерация; чем больше номер инжектора, тем выше его производительность. Номер инжектора определяется размером диаметра выходного отверстия конденсационного конуса (в миллиметрах) и равного ему диаметра нагнетательного конуса.

Для образования запаса воды, необходимой для питания котла, на кране установлены водяные баки. Их заполняют водой от стационарной водоразборной колонки, но можно использовать воду из тендера паровоза или из другого источника, расположенного ниже уровня крана; Для этого кран оборудуется водогоном (рис. 14).

Действие водогона основано на том же принципе, что и действие инжектора. После открытия соответствующего вентиля на паровой магистрали пар из котла поступает в паровой конус водогона.

Из-за большой скорости движения пара в камере создается разрежение и вода через присоединенный к патрубку гайкой ротта всасывающий рукав начинает засасываться по каналу в камеру струей пара увлекается в нагнетательный конус. При проходе воды через расширяющийся нагнетательный конус в нем создается давление, достаточное для подачи воды на высоту 2—2,5 м.

К арматуре, показывающей уровень воды в котле, относятся: водопробные краники, водомерное стекло и контрольная пробка.

Рис. 14. Водогон:
1 – корпус водогона; 2 —конус паровой; 3 — патрубок водяной; 4— прокладка: 5 —гайка ротта; 6 — штуцер паровой; 7 —паровая труба

Водопробный краник (рис. 15) состоит из корпуса и костылика. При завинчивании или отвинчивании костылика он закрывает или открывает своей конусной частью канал и пар или вода из котла выходит через нижнее отверстие корпуса. Таких краников на котле устанавливаются три: один точно на высоте среднего уровня воды, а два других — на 100 мм выше и ниже среднего уровня. Действительный уровень воды в котле должен находиться между крайними краниками, т. е. при открытии верхнего из него должен всегда выходить пар, а при открытии нижнего — вода.

Средний краник зачастую не ставится, так как он не очень характерен и при открытии его может поступать как пар, так и вода. На котлах крана ПК-6 устанавливаются как три, так и два краника, при этом расстояние между верхним и нижним составляет 150 мм.

О понижении уровня воды в котле ниже допустимого сигнализирует контрольная пробка. В этом случае пробка, оказавшись над поверхностью воды, перегревается, отчего сплав, которым пробка залита, выплавляется, и тогда через образовавшееся отверстие в топку котла начинает поступать пар, что свидетельствует об аварийном состоянии котла.

Пробка (рис. 16) состоит из бронзового корпуса, залитого внутри легкоплавким сплавом (10% олова и 90% свинца). Корпус пробки имеет коническую резьбу, которой он ввинчивается в дымогарную трубу в котлах с дымогарными трубами или в заплечико жаровой трубы в котлах с кипятильными трубами. Контрольная пробка ввинчивается в тело трубы таким образом, что конец ее корпуса и торец легкоплавкого сплава омываются горячими газами.

Водомерное стекло предназначено для показания уровня воды в котле. Принцип действия водомерного стекла основан на законе сообщающихся сосудов, согласно которому уровень жидкости, находящейся в сосудах, сообщенных между собой, независимо от формы и объема сосудов всегда одинаков.

Рис. 15. Водопробный краник:
1 — корпус; 2 — костылик; 3 — ручка костылика; 4 — отросток; 5 —резьбовой фланец; 6 — чечевичное кольцо; 7 —фланец котла

Рис. 16. Пробка контрольная

Комплект водомерного стекла (рис. 17) состоит из двух кранов: верхнего и нижнего. Между ними установлено или цилиндрическое (круглое) стекло, или металлический футляр (рамка), внутрь которого поставлено плоское стекло.

Нижний кран имеет дополнительно продувочный краник.

Кран водомерного стекла установлен так, чтобы при нормальной работе котла верхний кран постоянно был сообщен с паровым пространством, а нижний — с водяным. При такой установке кранов пар и вода из котла попадают в водоуказательное стекло и вода устанавливается в нем на том же уровне, что и в котле. Малейшее изменение количества воды в котле немедленно сказывается на уровне воды в стекле, что дает возможность судить о положении уровня воды в котле.

Нормально при работе котла уровень воды в стекле непрерывно колеблется: внутри котла происходит бурный процесс парообразования и поверхность воды в нем неспокойна. Если нет колебания воды в стекле при работающем котле, кран неисправен, его каналы засорены или закипели.

При засорении канала в нижнем кране вода в стекле спокойна и будет находиться на одном и том же уровне или даже медленно повышаться. Если при этом через продувочный краник выпустить воду из стекла и снова краник закрыть, то вода в стекле вновь появится не сразу, а будет постепенно накапливаться за счет конденсации пара, поступающего в стекло через верхний кран. Вода в стекло может поступать в этом случае и через нижний кран, если его канал засорен неполностью. Если засорен канал верхнего крана, то уровень воды в стекле будет находиться выше действительного уровня в котле.

Водомерное стекло, будучи сообщено с внутренней полостью котла, всегда находится под давлением пара и испытывает действие высокой температуры. Поэтому применение простого круглого стекла опасно. На современных паровых кранах применяют специальное плоское стекло,отлитое в форме толстого бруска. Оно вставляется на прокладках в металлический корпус (рамку). Такое стекло, если даже оно лопнет, не опасно для обслуживающего персонала. Задняя плоскость стекла имеет вертикальные призматические ребра-бороздки. Ребристая поверхность позволяет более отчетливо видеть уровень воды в стекле, так как лучи света, падающие на стекло, преломляются различно в зоне воды и зоне пара, отчего часть стекла, занятая водой, кажется темной, а занятая паром — светло-серебристой.

Кроме водопробных кранов и водомерного стекла, на каждом котле на видном месте имеется металлическая пластинка, отмечающая наинизший допустимый уровень воды в котле. К арматуре, контролирующей рабочее давление пара в котле, относятся манометр и предохранительные клапаны.

Рис. 17. Водомерное стекло: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — стекло; 4 — верхний краник; 5 — нижний краник; 6 — штуцер; 7 — продувочный краник; 8 — чечевичное кольцо; 9 — фланец когла

Манометр предназначен для измерения давления жидкостей и газов (выше атмосферного). Он показывает разность между давлением газа или жидкости в закрытом сосуде и атмосферным давлением. Эту разность принято называть избыточным давлением. Наиболее распространенными являются пружинные манометры. Пружинный манометр (рис. 18) состоит из металлического корпуса, в котором помещена дугообразная упругая трубка. Один конец этой трубки закрыт наглухо, а другой соединен со штуцером. К глухому концу трубки присоединена система рычажков, связанных через зубчатую передачу с указательной стрелкой.

С паровым пространством котла манометр соединен посредством; сифонной трубки, имеющей минимально два витка диаметром 180 мм. Наличие этой трубки исключает попадание в манометр горячего пара: дугообразная трубка оказывается заполненной водой под давлением, равным котловому. Вода эта образуется вследствие конденсации пара в сифонной трубке.

Рис. 18. Пружинный манометр

Дугообразная трубка манометра имеет форму вытянутого эллипса, но под действием давления воды она стремится выпрямиться. Выпрямление трубки заставляет стрелку 4 через зубчатую передачу 3 отклоняться. Чем выше давление, тем больше отклонение стрелки, тем больше ее показание на циферблате манометра. Красная черта на шкале котлового манометра отмечает предельно допустимое давление для данного котла.

Манометр должен быть запломбирован, иметь клеймо и дату очередной проверки госповерителем.

Для проверки правильности показаний манометра предназначен трехходовой кран, которым можно отключить манометр от котла, при этом указательная стрелка должна занять точно нулевое положение, что свидетельствует об исправности прибора. Трехходовой кран манометра имеет фланец, к которому специальной струбцинкой можно присоединить контрольный манометр.

Предохранительные клапаны, устанавливаемые на котлах, служат для предохранения от превышения давления пара в котле сверх допустимого.

На предохранительный клапан действуют одновременно две силы: – сила нажатия пружины или груза, действующая обычно сверху, и сила давления пара, действующая снизу. Силу давления пружины или груза можно регулировать.

Сила же давления пара на клапан изменяется с изменением давления в котле.

Пока сила давления пара меньше давления пружины или груза, клапан плотно прижат к своему седлу силой пружины или груза и выход пару из котла закрыт. В момент, когда сила давления пара на клапан превысит давление пружины или груза, клапан приподнимается и через образовавшийся проход пар начнет выходить наружу. Он будет выходить до тех пор, пока давление в котле не снизится и клапан снова не закроет выход. Вследствие того что посадке клапана на место противодействует струя выходящего пара, клапан обычно садится на место при давлении в котле на 0,3—0,5 кГ/см? ниже давления, при котором он был открыт.

На каждом паровом котле с поверхностью нагрева свыше 5 м2 устанавливается не менее двух предохранительных клапанов, один из которых является контрольным, а другой — рабочим.

Контрольный клапан срабатывает несколько раньше рабочего и как бы сигнализирует о предельном давлении пара в котле. В случае непринятия соответствующих мер начинает действовать рабочий клапан и избыток пара из котла выпускается через оба клапана в атмосферу.

Регулировка клапанов на открытие производится согласно табл. 3. При давлениях в котле, указанных в таблице, клапаны должны открываться.

Рис. 19. Предохранительный клапан пружинного типа

Предохранительные клапаны могут быть рычажными и пружинными. На крановых котлах применяются исключительно пружинные предохранительные клапаны.

На рис. 19 показан предохранительный клапан пружинного типа. Основными частями его являются корпус с притертым по клапану гнездом и клапан в виде стаканчика. Притертой поверхностью он плотно садится на гнездо корпуса. Во внутрь клапана поставлена основная пружина, регулируемая винтом, который нажимает на пружину через тарелочку. На корпус клапана сверху навинчена головка, являющаяся патрубком для выхода пара.

Таблица 3

Гайка служит для регулировки клапана. Поворотом гайки изменяется величина зазора между ней и фланцем клапана. С изменением этого зазора меняется скорость и направление струи пара. Струя пара ударяет во фланец клапана и способствует быстроте его подъема. Чем меньше зазор, тем это воздействие больше, тем резче подъем и посадка клапана на место. Изготовленная из пружинной стали марки 55С2 или 6ОС2 пружина термически обработана и сохраняет свои свойства независимо от изменения температуры. Клапан, отрегулированный на определенное давление, пломбируют пломбой; проволока пропускается через колпачок и фиксирующий винт. Рычаг служит для периодической проверки действия клапана. Оттягивая рычаг, можно поднять клапан и выпустить пар при меньшем давлении.

Рис. 20. Золотниковый регулятор

Регулятор предназначен для регулирования подачи пара к паровой машине. Он может быть как золотниковым, так и клапанным, причем клапанный является более совершенным и более чувствительным.

Золотниковый регулятор (рис. 20) состоит из чугунного корпуса и чугунной крышки, соединенных между собой болтами.

Между крышкой и корпусом в специальном углублении помещается поводок, в который своей цилиндрической заточкой заходит бронзовый золотничок, прижатый пружиной к притертой поверхности крышки.

Поводок выполнен в виде рычажка, который сидит на квадратном хвостовике шпинделя. Для уплотнения корпуса предусмотрена прокладка из паронита, а для валика — сальник с грундбуксой. При вращении рукоятки, надетой на хвостовик шпинделя, поводок поворачивается и пер-лющает при этом золотничок, открывая на требуемую величину‘отверстие для прохода пара из котла в паровую машину.

Клапанный регулятор (рис. 21) состоит из чугунного трехфланцево-го корпуса с запрессованным в него седлом. Внутри седла помещен большой клапан, в котором размещен малый клапан. Уплотнение клапанов достигается посадочными коническими притертыми поверхностями. Поперек корпуса регулятора проходит валик, имеющий в качестве опор специальные штуцера, ввинченные в корпус и снабженные сальниками. На внешнем конце валика сделан квадрат, на который садится поводковый рычаг, а в средней части на валик при помощи квадрата посажен кулачок.

Рис. 21. Клапанный регулятор

Своей вилкой кулачок опирается на заплечики хвостовика малого клапана. При повороте поводкового рычага валик регулятора приводит в движение кулачок, который первоначально поднимает малый клапан, а когда хвостовик этого клапана дойдет до упоров большого клапана, последний также начнет открываться.

Рис. 22. Пароразборная колонка:
1—корпус; 2 —седло клапана; 3 — клапан; 4 — крепящее кольцо; 5 — колонка; 6 —гайка; 7 —шпиндель; 8 — накидная гайка; 9 — грундбукса; 10 — сальник; 11 —маховичок

Для открытия малого клапана требуется незначительное усилие, а большой клапан открывается, когда под ним находится пар: большой клапан оказывается разгруженным.

Пароразборная колонка (рис. 22) предназначена для питания паром инжекторов, турбогенератора, водогона, отопительной системы и пр. Она представляет собой чугунный корпус с рядом фланцев, к которым присоединяются магистрали потребителей пара. К корпусу также присоединена специальная колонка с резьбовым шпинделем, на который насажен маховичок. К другому концу шпинделя присоединен клапан. При вращении маховичка клапан плотно садится на седло или отходит от него. Такое вентильное устройство позволяет отключать от котла все магистрали потребителей пара на случай осмотра и мелкого ремонта.

Спускной кран, устанавливаемый внизу котла, предназначен для спуска воды, а также продувки котла во время работы. Этот кран должен быть стальным или, как исключение, может иметь корпус из ковкого чугуна.

В качестве спускного крана применяется обыкновенный пробковый кран или чаще кран золотникового типа, аналогичный по устройству золотниковому регулятору (см. рис. 20).

Рис. 23. Свисток:
1 — корпус; 2 — колпак- резонатор: 3 — верхний диск; 4 — нижний диск; 5 —клапан; 6 — пружина клапана; 7 —пробка; 8 — прокладка; 9 — рычаг; 10 — хвостовик резонатора

Свисток для подачи сигналов установлен на паровом котле. В зависимости от количества резонирующих камер свистки могут быть однозвучными, двухзвучными или трехзвучными, причем свистки многозвучные дают более ровный и устойчивый звук. На рис. 23 показан трехзвучный паровой свисток. Он состоит из чугунного корпуса с клапанным устройством и двух дисков — верхнего стального и нижнего бронзового, образующих между собой кольцевую щель. Сверху корпус накрыт колпаком-резонатором, сделанным в виде чугунной отливки, образующей три различные по объему камеры. Колпак в нижней части имеет три полукруглых окна, края которых являются рассекающими кромками. При открытии клапана пар через кольцевую щель бьет сильной струей и, встречая на своем пути рассекающие кромки резонатора, дает звуковой эффект, усиливающийся резонирующим колпаком. Вследствие наличия трех различных по размерам камер звук свистка получается достаточно мощным, ровным и многотонным.

Приборы арматуры могут быть установлены на котел посредством чечевичных колец, штуцеров или при помощи фланцевых соединений с прокладками из паронита.

На цилиндрической части котла вблизи водомерного стекла должны быть выбиты следующие клейма: наименование завода-изготовителя, номер котла по списку завода, год постройки котла, рабочее давление (в кГ/см2).