Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Конденсациялық бу локомотиві – қазандық суын толықтыру аралығын ұзарту немесе жабық кеңістіктерде будың шығарылуын азайту мақсатында, пайдаланылған буды қайта жинауға арналған локомотив түрі. Бұл құрылғы оттыққа ауа тарту үшін әдетте қолданылатын буды қабылдап, оны жылу алмастырғыш арқылы қазандықтың су бактарына бағыттайды. Орнату тәсілі мақсатына, конструкциясына және орнатылған локомотивтің түріне қарай өзгеріп отырады. Ол әдеттегі жабық циклды конденсациялық бу машинасынан тиімділік пен қуатты арттыру үшін вакуумды сақтаудың орнына, суды қайта жинау немесе атмосфераға артық шығарындылардың таралуын болдырмау мақсатымен жұмыс істеуімен ерекшеленеді.
Type of locomotive designed to recover exhaust steam
A condensing steam locomotive is a type of locomotive designed to recover exhaust steam, either in order to improve range between taking on boiler water, or to reduce emission of steam inside enclosed spaces. The apparatus takes the exhaust steam that would normally be used to produce a draft for the firebox, and routes it through a heat exchanger, into the boiler water tanks. Installations vary depending on the purpose, design and the type of locomotive to which it is fitted. It differs from the usual closed cycle condensing steam engine, in that the function of the condenser is primarily either to recover water, or to avoid excessive emissions to the atmosphere, rather than maintaining a vacuum to improve both efficiency and power.
Термодинамика
Бу турбинасында немесе теңізде қолданылатын бу қозғалтқышында жиі қолданылатын беткі конденсатордан айырмашылығы, бу локомотивіндегі конденсациялау аппараты әдетте қуаттылықты арттырмайды, керісінше, бу қазандығын жылытатын оттыққа ауа ағынының азаюына байланысты қуаттылығы айтарлықтай төмендеуі мүмкін. Буды үлкен көлемді газдан аз көлемді сұйықтыққа конденсациялау шығарылымдағы қысымның едәуір төмендеуіне әкеледі, бұл әдетте көптеген бу қозғалтқыштарында қосымша қуаттылық береді. Вакуумға дейін кеңейту арқылы көбірек қуаттылыққа қол жеткізуге болар болса да, оттық арқылы ауа ағынының төмендеуі салдарынан қуат шығыны әдеттегі бу локомотивтеріне қарағанда айтарлықтай төмендейді, себебі оттыққа ауа тарту үшін түтін арқылы шығарылатын қалдық бу жоқ. Осындай қуатты өндіру үшін оттыққа ауа бумен немесе механикалық желдеткішпен жеткізілуі керек. Бұл тиімділікті арттыруға кедергі келтіреді. Шығарылған будың температурасы ұқсас қуатты тұрақты немесе кемеде орналасқан бу қондырғысынан жоғары, себебі қалдықтарды қалпына келтіру сатылары аз, өйткені кемелерде көбінесе қосымша төмен қысымды сатысы бар немесе тіпті төмен жылдамдықты турбинасы бар бу қозғалтқышы болады. Қазіргі заманғы бу қондырғыларындағы қалдық жылу көбінесе жылу алмастырғыштар арқылы қалпына келтіріледі. Алайда конденсациялық локомотивтерде бұл артықшылық жоқ, өйткені қалдық жылу қоршаған ауаға шығарылады және қалпына келтірілмейді, сондықтан қалдық будағы энергияның ешқайсысы механикалық жұмыс істеу үшін пайдаланылмайды. Көптеген жағдайларда температура градиенті көбінесе судың мол суыту көзіне ие болудың орнына әуеді пайдаланудан әлдеқайда нашар болады, өйткені теңіз немесе стационарлық бу электр станцияларында бар. Андерсон конденсациялау жүйесі бұл шығынды азайтады, өйткені ол қалдық буды тек ішінара суытып, конденсатты қысып, содан кейін жоғары температуралы конденсатты қазанға қайта құйып, пайдаланылмаған қалдық жылуды қалпына келтіреді. Бұл энергияны ысырап етуді азайтады. Локомотив конденсаторындағы салыстырмалы түрде жоғары температура және жылуды ауаға шығарудан, конденсаторды циклге қосудан күтілетін жылу тиімділігінің әлеуетті жақсаруы әдетте типтік локомотивтің кеңістік шектеулі жағдайда жүзеге асырылмайды. Шынында да, конденсатор құбырларындағы тұтқыр сүрінуден болатын шығындар және конденсатты қазанға қайта айдаудың қажеті, атмосфераға жай ғана желдету арқылы қол жетімді болатын қуаттылықтан гөрі қуаттылықты азайтуы мүмкін. Бұл шектеулер кемелік немесе стационарлық бу қозғалтқыштарына қолданылмайды, өйткені олардың көлемі мен салмағы бойынша шектеулер жоқ. Кемелерде көбінесе қалдық буды қалпына келтірудің үлкен жүйелері болған, мысалы Титаник пен оның бауырларындағы өте аз қалдық буды қалпына келтіру үшін пайдаланылған 400 тонналық қалдық бу турбинасы. Бұл бүкіл локомотивтің салмағынан бірнеше есе көп, сондықтан локомотивтер үшін қалдық буды қалпына келтіру түрі ретінде жүзеге асырылмайды.
Unlike the surface condenser often used on a steam turbine or marine steam engine, the condensing apparatus on a steam locomotive does not normally increase the power output, rather it may decrease considerably due to a reduction of airflow to the firebox that heats the steam boiler. Condensing the steam from a high volume gas to a low volume liquid causes a significant pressure drop at the exhaust, which usually would add additional power in most steam engines. Whilst more power is potentially available by expanding down to a vacuum, the power output is actually greatly reduced compared to a conventional steam locomotive on account of the lower air flow through the firebox, as there is now no waste steam to eject into the firebox exhaust in order to pull more air into the firebox air intake. In order to produce similar power, air to the firebox must be provided by a steam driven or mechanically driven fan. This often cancels out any improvement in efficiency. The temperature of the exhaust steam is greater than typical stationary or ship based steam plant of similar power due to having fewer waste recovery stages, as ships often have a compound steam engine with an additional low pressure stage or even a low speed turbine. Waste heat on modern steam plants is often recovered using heat exchangers. However, condensing locomotives do not have this benefit due to the waste heat being expelled to the surrounding air and not being recovered, and therefore none of the energy in the waste steam is recovered to do mechanical work. In many conditions the temperature gradient is often much worse due to using air instead of having an abundant source of cooling water as naval or stationary steam power plants have. The Anderson condensing system significantly reduces these losses by only partially cooling the waste steam before compressing it into condensate, then pumping the high temperature condensate back into the boiler in order to recover the unused waste heat. This greatly reduces energy waste. Because of the relatively high temperature in a locomotive condenser and the rejection of the heat to the air, the potential improvement in thermal efficiency expected from including the condenser in the cycle is not usually realised within the space constraints of a typical locomotive. Indeed, losses due to viscous friction in the condenser piping, and having to pump the condensate back into the boiler is likely to reduce the power output over what was achievable from simply venting to atmosphere. These restrictions do not apply to marine or stationary steam engines due to not having size or weight restrictions. Ships often had massive waste steam recovery systems, such as the 400 ton waste steam turbine used to recover very low waste steam on the Titanic and its sister ships. This is several times the weight of an entire locomotive, and so is clearly not feasible as a form of waste steam recovery for locomotives.
Құю ағыны
Шығарылған буды конденсациялаудың бір кемшілігі – оны отты тарту үшін, үрлеу құбыры арқылы пайдалану мүмкін болмайды. Сондықтан, су ағыны бумен жұмыс істейтін желдеткіш арқылы жасалуы тиіс. Мүмкіндігі шектес болған жағдайларда, бұл үшін төгілген бу пайдаланылды, бірақ кейбір жағдайларда қосымша бу және отын шығынымен бірге қайнаған бу қажет болды.
A drawback of condensing the exhaust steam is that it is no longer available to draw the fire, by use of the blastpipe. The draught must thus be generated instead by a steam driven fan. Where possible, this has been arranged to use exhaust steam, although in some cases live steam was required, with extra steam and thus fuel consumption.
Конденсаторлардың түрлері
Бу локомотивтерінің конденсаторлары сумен немесе ауамен суытылуы мүмкін.
Steam locomotive condensers may be water cooled or air cooled.
Су резервуарларының конденсаторы
Бұл жерде, локомотивтің су бактерілеріндегі салқын суға түйін буы жіберіледі. Бу тоқтатылғанда, су бактерілерінен цилиндрлерге су сорылып кірмеуі үшін кері клапанды жүйе орнатылуы тиіс. Бұл жүйе көбінесе туннельдерде жұмыс істейтін локомотивтерде қолданылды.
Here, the exhaust steam is blown into cold water in the locomotive's water tanks. A non return system must be fitted, to prevent water from the tanks being drawn into the cylinders when the steam is shut off. This system was mainly used for locomotives working in tunnels.
Ауа конденсаторы
Мұнда, шығарылған бу ауамен салқындатылатын радиаторға жіберіледі, бұл ішкі жану қозғалтқышының салқындату жүйесінде қолданылатын радиаторға ұқсас. Бұл жүйе кішкентай трамвай қозғалтқыштарында (конденсаторы шатырға орнатылған) және үлкен тендерлі локомотивтерде (конденсаторы тендерде орнатылған) пайдаланылды.
Here, the exhaust steam is blown into an air cooled radiator, similar to that used for the cooling system of an internal combustion engine. This system was used on small tram engines (where the condenser was mounted on the roof) and on large tender engines (where the condenser was mounted in the tender).
Андерсон жүйесі
Андерсон конденсациялау жүйесі ауамен салқындатылған конденсаторды пайдаланады, бірақ бу тек ішінара конденсацияланып, будағы су тамшыларының аэрозолін құрайды. Бұл аэрозоль содан кейін арнайы жасалған қазандыққа арналған сорғыны қолдану арқылы қысыммен сұйытылады. Андерсон жүйесі үшін отынның шамамен 30%-ға үнемделуі (атмосфераға шығарылғанға қарағанда) туралы хабарланды, бірақ бұл парадоксалды сияқты. Аэрозольді қысуға қажетті қуат салдарынан отын тұтынуының артуын күтуге болады. Бұл Карно теоремасының арқасында мүмкін, ол жылуды сору үшін жылуды өндіруден кем энергия қажет етеді. Кейінірек, суды тұзсыздандыру үшін бумен қысылу деп аталатын ұқсас эффект қолданылды. Конденсат суды қазандыққа қайтарудың орнына, ыстық қысылған конденсат жылу алмастырғыш арқылы өтіп, қазандыққа жылуды қайтарады, содан кейін таза ішуге жарамды су ретінде шығарылады. Бұл суды тұзсыздандырудың ең тиімді процестерінің бірі.
The Anderson condensing system uses an air cooled condenser but the steam is only partially condensed to form an aerosol of water droplets in steam. This aerosol is then liquified by pressure, using a specially designed boiler feed pump. A fuel saving of nearly 30% (compared with exhausting to the atmosphere) was claimed for the Anderson system but this seems paradoxical. One would expect a higher fuel consumption because of the power required to compress the aerosol. The reason this is possible is due to Carnot's theorem, which states that pumping heat requires less energy than producing the heat itself. A similar effect known as Vapor compression desalination was later used for desalination of water. Instead of returning the condensate water to the boiler, the hot compressed condensate is passed through a heat exchanger to return heat to the boiler, then released as clean drinking water. It is one of the most efficient processes used to desalinate water.
Мақсаты
Конденсациялық жабдықты орнатудың екі негізгі себебі бар: шығарындыстарды азайту және жүріс көлемін арттыру.
There are two usual reasons for fitting condensing equipment reducing exhaust emissions and increasing range.