Войти
Mersey Railway локомотив Сесил Райкс с выступающими выхлопными трубами, ведущими обратно к резервуарам с водой A конденсирующий паровоз - тип локомотива, предназначенный для рекуперации отработанного пара либо для увеличения диапазона между приемом котловой воды, либо для уменьшения выбросов пара внутри закрытых помещений. Устройство забирает отработанный пар, который обычно используется для создания тяги для топки, и направляет его через теплообменник в резервуары для воды котла. Установки различаются в зависимости от назначения, конструкции и типа локомотива, на котором они установлены. Он отличается от обычного замкнутого цикла конденсационного парового двигателя тем, что конденсатор выполняет функцию в первую очередь либо для сбора воды, либо для предотвращения чрезмерных выбросов в атмосферу. атмосферы, вместо поддержания вакуума для повышения как КПД, и мощности.
В отличие от поверхностного конденсатора , который часто используется в паровой турбине или судовом паровом двигателе, конденсаторный аппарат на паровозе обычно не увеличивает выходную мощность, а скорее уменьшается из-за уменьшения притока воздуха к топке, нагревающей паровой котел. Фактически, это может значительно уменьшить его. Конденсация пара из газа большого объема в жидкость малого объема вызывает значительное падение давления на выходе, что обычно добавляет дополнительную мощность в большинство паровых двигателей. Хотя при расширении до вакуума потенциально доступна большая мощность, выходная мощность на самом деле значительно снижена по сравнению с обычным паровозом из-за меньшего потока воздуха через топку, поскольку теперь нет отработанного пара для выброса в выхлоп топки, чтобы в воздухозаборник топки втягивалось больше воздуха. Чтобы производить аналогичную мощность, воздух в топку должен подаваться паровым или механическим вентилятором. Это часто сводит на нет любое повышение эффективности.
Температура отработанного пара выше, чем у типичной стационарной или судовой паровой установки аналогичной мощности из-за меньшего количества ступеней утилизации отходов, поскольку на судах часто есть дополнительная ступень низкого давления или даже низкооборотная турбина. Отработанное тепло на современных паровых установках часто утилизируется с помощью теплообменников. Однако конденсационные локомотивы не обладают этим преимуществом из-за того, что отработанное тепло отводится в окружающий воздух и не рекуперируется, и, следовательно, никакая энергия отработанного пара не используется для выполнения механической работы. Во многих условиях температурный градиент часто намного хуже из-за использования воздуха вместо обильного источника охлаждающей воды, что обычно имеет место в морских или стационарных паровых электростанциях. Конденсационная система Андерсона значительно снижает эти потери, лишь частично охлаждая отработанный пар перед его сжатием в конденсат, а затем закачивая высокотемпературный конденсат обратно в котел для рекуперации неиспользованного отработанного тепла. Это значительно снижает потери энергии.
Из-за относительно высокой температуры в конденсаторе локомотива и отвода тепла в воздух потенциальное улучшение теплового КПД, ожидаемое от включения конденсатора в цикл, обычно не реализуется. в пределах ограниченного пространства типичного локомотива. Действительно, потери из-за вязкого трения в трубопроводе конденсатора и необходимости перекачивать конденсат обратно в котел, вероятно, уменьшат выходную мощность по сравнению с тем, что было достигнуто простым сбросом в атмосферу.
Эти ограничения не применяются к судовым или стационарным паровым двигателям, так как не имеют ограничений по размеру или весу. Суда часто имели массивные системы улавливания отработанного пара, такие как 400-тонная паровая турбина, используемая для рекуперации отработанного пара с очень низким давлением 6 фунтов на квадратный дюйм на Титанике и его родственных кораблях. Это в несколько раз превышает вес всего локомотива, и поэтому явно нецелесообразно использовать его в качестве одной из форм рекуперации отработанного пара для локомотивов.
Недостатком конденсации выхлопных паров является то, что они больше не могут разжечь огонь с помощью дымовой трубы. Таким образом, тяга должна создаваться паровым вентилятором. Там, где это возможно, использовался отработанный пар, хотя в некоторых случаях требовался свежий пар с дополнительным паром и, следовательно, расходом топлива.
Конденсаторы паровозов могут иметь водяное или воздушное охлаждение.
Здесь отработанный пар выдувается в холодную воду в водяных баках локомотива. Должна быть установлена невозвратная система, чтобы вода из резервуаров не попадала в цилиндры при отключении подачи пара. Эта система в основном использовалась для локомотивов, работающих в туннелях.
Здесь отработанный пар вдувается в радиатор с воздушным охлаждением, аналогичный тому, который используется в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Эта система использовалась на небольших двигателях трамвая (где конденсатор был установлен на крыше) и на больших двигателях тендера (где конденсатор был установлен в тендере).
В конденсаторной системе Андерсона используется конденсатор с воздушным охлаждением, но пар конденсируется лишь частично с образованием аэрозоля из капель воды. в паре. Затем этот аэрозоль сжижается под давлением с помощью специально разработанного питательного насоса котла. Для системы Андерсона заявлена экономия топлива почти на 30% (по сравнению с выбросом в атмосферу), но это кажется парадоксальным. Можно было бы ожидать более высокого расхода топлива из-за мощности, необходимой для сжатия аэрозоля.
Причина, по которой это возможно, связана с теоремой Карно, которая гласит, что для перекачивания тепла требуется меньше энергии, чем для производства самого тепла.
Подобный эффект, известный как опреснение паром, позже был использован для опреснения воды. Вместо того, чтобы возвращать водный конденсат в бойлер, горячий сжатый конденсат пропускается через теплообменник для возврата тепла в бойлер, а затем выпускается в виде чистой питьевой воды. Это один из наиболее эффективных процессов, используемых для опреснения воды.
Есть две обычные причины для установки конденсационного оборудования - уменьшение выхлопных газов выбросов и увеличение диапазона.
Метрополитенские железные дороги класса A Обратите внимание на большие клапаны в трубопроводах возврата пара, которые переключаются между режимами конденсации и без конденсации. Первоначально разработан для Metropolitan Railway, чтобы их локомотивы могли работать в туннелях лондонского метро. Эта система была разработана Дэниелом Гучем и разработана Бейером Пикоком. Пар отводится из выпускных паропроводов в резервуары для воды через конденсационные трубы в тех же резервуарах. Вода в баках может быстро нагреваться до точки точки кипения, что снижает эффект конденсации отработанного пара. Известно, что цистерны регулярно опорожняются и наполняются холодной водой. Обычные форсунки не работают с горячей водой (до тех пор, пока не будут разработаны форсунки для горячей воды), поэтому конденсационные тепловозы обычно оснащались осью насосами питательной воды для котлов. При неработке в туннелях пар обычным способом направлялся в дымовую трубу и вверх по дымоходу.
В Великобритании локомотивы, работающие на придорожных паровых трамваях, по закону должны были иметь конденсаторы. Иногда использовались конденсаторы водяного бака (как указано выше), но чаще использовались воздушные конденсаторы. Паровой трамвайный локомотив обычно имел крышу во всю длину, над которой располагалось гнездо из медных труб с воздушным охлаждением, в которых конденсировался отработанный пар. Kitson Co. изготовила много двигателей этого типа. Эта система подходила для трамвайных двигателей (которые были очень маломощными), но не могла работать с более крупными железнодорожными локомотивами.
Как правило, это была более сложная установка, в которой использовалось принудительное воздушное охлаждение для конденсации отработанного пара. Система была предназначена для уменьшения проблем с доставкой достаточного количества воды для паровозов, проезжающих через пустыню и очень засушливые районы, например. Южная Африка. (См. Ниже)
Южноафриканский класс 25 Обратите внимание на чрезвычайно большой тендер с боковыми решетками для охлаждения конденсаторов 
Южноафриканский класс 25  | На Викискладе есть материалы, связанные с Конденсаторными паровозами. |
