Urządzenia zasilające kocioł wodą

Oczywistym jest fakt, że podczas pracy parowozu jest zużywana para produkowana przez kocioł. Aby zatem kocioł mógł kontynuować produkcję pary, potrzebna jest w nim woda, z której ta para powstanie, należy zatem ją wtłoczyć do kotła ze skrzyni wodnej tendra lub zbiorników umieszczonych na parowozie (jeśli jest to tendrzak). Przepisy wymagają by parowóz posiadał dwa urządzenia do podawania wody do kotła, by w przypadku, gdy jedno z nich ulegnie awarii, drugie było w stanie utrzymać kocioł przy pracy. Powinny zatem mieć odpowiednio wysoką wydajność.

Na parowozach były stosowane dwa rodzaje przyrządów dostarczających wodę do kotła. Były to pompy tłokowe oraz inżektory (smoczki). Na parowozach polskiej konstrukcji stosowano prawie wyłącznie inżektory różnych typów, wyjątek stanowiło kilka sztuk parowozów serii Os24, które zostały wyposażone w pompy Dabeg. Bardziej rozpowszechnione pompy tłokowe były natomiast na kolejach niemieckich.

Pompy tłokowe

Wyposażona w nie była znaczna część parowozów niemieckich, jednak po przejęciu ich przez koleje polskie, pompy były zastępowane inżektorami. Pompy te były umieszczane poza budką maszynisty, na pomostach prowadzących wzdłuż kotła.

Zasadniczymi elementami pompy tłokowej były pompa wodna, powietrznik tłoczący i silnik jedno- lub dwucylindrowy silnik parowy, przy czym tłoki silnika parowego i pompy wodnej osadzone były na wspólnych trzonach. Pompa działała dwustronnie, tzn, że jeśli po jednej stronie tłoka następowało ssanie wody z tendra, to po jego drugiej stronie woda była w tym samym czasie tłoczona.

Pompy tłokowe nie podgrzewały wody zasilającej, konieczne więc było stosowanie podgrzewaczy wody, które parowozach niemieckiej budowy umieszczane były z reguły w charakterystyczny sposób wpoprzek dymnicy.

Inżektory

Ich przewaga nad pompami polegała na tym, iż woda w nich była podgrzewana poprzez kontakt z parą, co pozwoliło wyeliminować podgrzewacze, a tym samym uprościć budowę parowozu oraz ułatwić jego naprawy i utrzymanie. Na polskich parowozach stosowane były inżektory na parę świeżą i odlotową.

Inżektory na parę świeżą można podzielić na dwie grupy: inżektory niessące i ssąco-tłoczące. Te pierwsze (np inżektor Nathana) musiały być umieszczone poniżej dna zbiorników wodnych tendra lub parowozu, co wpraktyce oznaczało umieszczenie ich pod budką maszynisty. Takie umiejscowienie inżektora wymuszone było faktem, iż musiał mieć on zapewniony grawitacyjny dopływ wodu. Oba rodzaje inżektorów na parę świeżą potrzebowały do zasilania pary o ciśnieniu 6atm. i podgrzewały wodę do temperawtury 60-70°C.

Inżektory ssąco-tłoczące (na PKP używane były inżektory Friedmanna i Strubego) umieszczane były w budce maszynisty, w pobliżu kotła. Zasada ich działania polega na wywołaniu przez parę ssania wody z tendra, nadaniu jej dużej prędkości, która zamieniona na ciśnienie będzie wystarczać do pokonania ciśnienia panującego w kotle, a tym samym umożliwi wtłoczenie doń wody. Inżektory te różniły się między sobą drobnymi szczegółami konstrukcyjnymi, niekiedy też ilością dysz, jednak zasada działania zawsze pozostawała taka sama.

Zasada działania inżektorów:

Schemat ilustrujący działanie inżektora

  1. skrzynia wodna parowozu lub tendra
  2. inżektor
  3. zawór parowy
  4. rura doprowadzająca parę
  5. dysza parowa
  6. dysza wodna
  7. dysza tłocząca
  8. komora wodna
  9. komora przelewowa
  10. zawór przelewowy
  11. rura przelewowa
  12. zawór zwrotny
  13. kocioł

Inżektor i skrzynia wodna tendra lub parowozu są połączone ze sobą rurą. Inną rurą doprowadzona jest para, wpływa ona do inżektora przez zawór. W kadłubie inżektora znajdują się dysze: parowa, wodna i tłocząca. Przekrój dwóch pierwszych zwęża się w kierunku przepływu, natomiast przekrój dyszy tłoczącej się rozszerza.

Na początku działania inżektora, kiedy zawór doprowadzający parę zostaje lekko otwarty, para wpływa do dyszy parowej i w wyniku zetknięcia z chłodnymi elementami inżektora skrapla się częściowo, co powoduje spadek ciśnienia. W tym samym czasie strumień pozostałej pary porywa powietrze i skroploną wodę z komory wodnej do dyszy wodnej, co powoduje dalszy spadek ciśnienia przy wylocie dyszy parowej. Skutkiem tego jest zassanie wody ze skrzyni wodnej.

Inżektor NathanaPowietrze i skroplona para wpędzone do dyszy wodnej, na skutek napotkania przeciwciśnienia panującego w dyszy tłoczącej i przewodzie wodnym przedostają się szczeliną pomiędzy dyszą wodną a tłoczącą do komory przelewowej, a stamtąd wypływają na zewnątrz przez zawór przelewowy i rurę. Następnie zawór przelewowy samoczynnie się zamyka pod wpływem spadku ciśnienia w komorze przelewowej.

Następnie zimna woda dopływająca ze skrzyni wodnej stykając się z wpływającą przez zawór parą, powoduje jej prawie całkowite skroplenie i dalszy spadek ciśnienia w komorze wodnej, co skutkuje zwiększeniem dopływu wody. Po zassaniu wody zawór parowy musi być już całkowicie otwarty, aby zapewnić dopływ takiej ilości pary, która zapewni przepływ odpowiedniej ilości wody. Para dopływająca do inżektora, ponieważ dopływa zwężającą się dyszą, nabiera znacznej prędkości, i napotykając w komorze wodnej zimną wodę, nadaje jej rozpęd oraz ulega częściowemu skropleniu, co podtrzymuje ssanie wody.

Powstała w ten sposób mieszanina wody i pary przepływając przez zwężającą się dyszę wodną nabiera znacznej prędkości (dochodzącej do 70 - 80 m/s) i wskutek kontaktu z gorącą parą ulega ogrzaniu. Gorąca już woda przepływając przez rozszerzającą się dyszę tłoczącą wytraca prędkość, a jej energia kinetyczna zamieniona zostaje na ciśnienie, które jest wyższe niż ciśnienie panujące w kotle. W oczywisty sposób powoduje to otwarcie zaworu zwrotnego i wtłoczenie wody do kotła.

Proces tłoczenia wody do kotła można zakończyć przez zamknięcie zaworu doprowadzającego parę do inżektora.

Wydajność stosowanych na polskich parowozach inżektorów na parę świeżą wynosiła 125, 180, 250 i 300 l/min.

Inżektory na parę odlotową cechowały się większą, niż te na parę świeżą, sprawnością cieplną, ze względu na to, że wykorzystują one energię pary odlotowej, której 10 - 15% można doprowadzić z rury wylotowej nie pogarszając ciągu w dymnicy. Ich dodatkową zaletą jest wyższa niż w przypadku urządzeń na parę świeżą, temperatura podgrzewania wody, która wynosiła 90°C. Natomiast wadą takich inżektorów był fakt, iż przy niskim ciśnieniu pary odlotowej niemożliwe było nadanie jej prędkości wystarczającej do zassania wody z tendra, tak więc musiały one być umieszczone pod budką maszynisty, by woda mogła spływać do nich grawitacyjnie. Inżektory na parę odlotową miały tez bardziej skomplikowana budowę, ponieważ musiały działać nawet w momencie, gdy nie ma dopływu pary odlotowej. Wykorzystywały wtedy do pracy parę świeżą.

Zawory zasilające

Woda dostarczana do kotła przez każde z urządzeń zasilających, przejść musiała przez zawór zasilający, osobny dla każdego urządzenia. Zawór zasilający stanowi połączenie dwóch zaworów w jednym kadłubie: zaworu zwrotnego i odcinającego. Zawór odcinający jest podczas pracy kotła stale otwarty, a zamykano go ręcznie wyłącznie w przypadku awarii lub nieszczelności zaworu zwrotnego. Zawór zwrotny natomiast otwiera się pod naciskiem wody podawanej z zewnątrz i zamyka się zaraz po zakończeniu pracy urządzenia zasilającego.