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蒸汽改名

上游型蒸汽机车的技术参数

用途工矿、调车、小运转

研制生产四方厂、唐山厂

首台年份 1960年

生产台数 1772台

轴式 1-4-1

轨距 1435

整备重量 140t

粘着重量 61.5t

动轴轴重 15.375t

轮周功率 1100kW/1500马力

模数牵引力 20766kg

机车总功率 8.5%

单位马力质量 63.66kg

构造速度 80km/h

最小曲线 125m

固定轴距 4410mm

机车总轴距 9530mm

机车煤水车总轴距 18860mm

最大高度 4446mm

最大宽度 3300mm

机车煤水车总长 21643mm

煤水车装煤量 9.5t

煤水车装水量 25m3

锅炉部分

火箱形式宽式

过热器形式 A型

蒸汽压力 14.5个大气压

炉床面积 4.57m2

管板间距离 4650mm

大烟管数目x直径 36 X 133

小烟管数目x直径 96 X 51

总蒸发传热面积 161.3m2

过热传热面积 65.5m2

火箱容积 7.23m3

汽机部分

气缸数目 2

气缸直径 530mm

鞲鞴(活塞)行程 710mm

汽阀直径 300mm

进气余面 32mm

排气余面 0mm

进气导程 5mm

最大遮断比 85%上游型蒸汽机车(代号SY)是大连厂与唐山厂1959年联合设计的,曾命名为工农型。1960年在唐山厂制造时又作了部分修改,改名为上游型。1964年转人批量生产。唐山厂与四方厂合作,对上游型蒸汽机车进行了改进设计。改进后的机车具有性能良好、经济实用、结构可靠的优点。唐山厂为满足厂矿企业的需要,在1988年我国干线蒸汽机车停产后,仍继续生产至1996年。上游型机车共制造了1769台。生产上游型蒸汽机车的工厂还有四方厂、太原厂、铜陵厂。上游型蒸汽机车的结构特点如下:

(1)锅炉与附件

·锅炉为全电焊结构,火箱有燃烧室;

·组合式铸钢过热箱,A型(四管双曲折式)过热管;

·板式炉蓖,装有风动摇炉装置;

·装有上提式X10型注水器;

·右侧放水阀装有洗棉丝筒装置;

·S1型炉门,装有风动脚踏阀,灰箱门框内装有暖气通道。

(2)机械部

·汽缸为铸钢制成,磺辅头为一体铸钢式,采用三瓣式分解涨圈;

·摇杆为一体式,连杆为板式;

·摇连杆及阀动各杆采用稀油润滑;

·华氏阀装置,汽阀为特氏阀;

·汽缸、汽室、阀杆及磺辅杆填料采用集中给油;

·汽缸排水阀为脚踏式;

·装有动力回动机。

(3)车架及走行部

·棒式车架,设自动调整楔铁装置;

·动轮轮心为箱式,铸有均重铁;导、从轮轮心为辐条式;

·吊环式导轮转向架,·单轴式从轮转向架,弹簧式复原装置;

·三支点式弹簧装置;

·导、动、从轴均采用稀油润滑;

·车架前缓冲铁及连接箱上,各装有粘着重量增加器。

(4)制动装置

·采用ET6型空气制动装置;

·使用复式空气压缩机;

·两个总风缸,总容积为973L;

·两个356x245机车制动缸;

·制动倍率为6.33;

·采用单独撒砂装置。

(5)司机室及照明

·司机室为密闭式,内设暖气装置;

·采用朋/7@-17型涡轮发电机。

(6)煤水车

·转向架为二轴铸钢整体侧架式,轮心为辐条式;

·水箱为全电焊结构,底架除牵引杆托套及从板座两处为铆接外,其余为全电焊结构;

·后部牵引装置采用13号上作用式车钩及MX卜-1型摩擦式橡胶缓冲器;

·有手制动装置。

上游型0001号机车于1962年在大连所的机车定置试验台上进行了牵引热工试验,试验结果如下:

(1)计算速度23.4km/h时相应的轮周牵引力为14920kg,计算供汽率时最大轮周功率为1501马力(1103.2kW),汽室温度为 358度。

(2)计算供汽率时每轮周马力·小时标准蒸汽消耗量为7.58kg,最高汽机有效热效率为13.15%,机车总效率为8.5%。试验证明,上游型机车的耗汽特性和汽机效率以及机车总效率是令人满意的。

上游型0001号机车,现保存于河北省唐山市唐山学院南校区

蒸汽发生器的发展历史

锅炉的发展分锅和炉两个方面。 18世纪上半叶,英国煤矿使用的蒸汽机,包括J.瓦特的初期蒸汽机在内,所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪,常用的蒸汽压力提高到 0.8兆帕左右。与此相适应,最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳,后来改用卧式锅壳(图1a),在锅壳下方砖砌炉体中烧火。随着锅炉越做越大,为了增加受热面积,在锅壳中加装火筒,在火筒前端烧火,烟气从火筒后面出来,通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热,称为火筒锅炉。开始只装一只火筒,称为单火筒锅炉或康尼许锅炉(图1b);后来加到两个火筒,称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉(图1c)。1830年左右,在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉(图1d)。一些火管装在锅壳中,构成锅炉的主要受热面,火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管,称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低,但需要很大的砌体。图1e为火筒火管锅炉,烟气流出火筒后再流过火管,称为苏格兰船用锅炉。其形状和尺寸可与轮船机舱配合较好,锅炉本身也较轻,所以一直在船舶上使用。图1f的机车锅炉在只有火管的锅壳前方装上一个包有水夹套的火箱,火箱下部装炉排烧火,布置紧凑,蒸汽机车均用这种锅炉。图1g为小型立式火管锅炉。火筒锅炉和火管锅炉合称锅壳锅炉。火筒锅炉已趋淘汰,而火筒锅炉则仍在应用。

19世纪中叶,出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管,取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制,有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒,或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管,其发展见图2。直水管锅炉压力和容量都受到限制。20世纪初期,汽轮机开始发展,它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展,出现了弯水管式锅炉(图3)。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用和锅筒内部汽水分离元件的改进,锅筒数目逐渐减少,既节约了金属,又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。到30年代,已广泛应用2~4兆帕、385~400℃的具有水冷壁的弯水管式锅炉配 6~12兆瓦的火电机组。第二次世界大战以后,锅炉工业发展很快。40年代开始采用10兆帕、510℃左右的配50兆瓦发电机组的锅炉;50年代开始采用14兆帕左右、540~570℃的配100~200兆瓦发电机组的锅炉;60年代开始采用配300~600兆瓦发电机组的亚临界压力(17~18.5兆帕)锅炉;70年代最大的自然循环锅炉单台容量已达850兆瓦。

以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉(图4),水汽在上升、下降管路中因受热情况不同造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的从30年代开始应用直流锅炉。40年代开始应用辅助循环锅炉。

辅助循环锅炉又称强制循环锅炉(图5),它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵,以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉(图6)中没有锅筒,给水由给水泵送入省煤器,经水冷壁和过热器等蒸发受热面变成过热蒸汽送往汽轮机,各部分流动阻力全由给水泵来克服。第二次世界大战以后,这两种型式的锅炉得到较快发展,因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是:缩小或不用锅筒,可以采用小直径管子作受热面,可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步,它们渐趋成熟。70年代最大的单台辅助循环锅炉是17兆帕压力配1000兆瓦发电机组。在超临界压力时,直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉,70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。在锅炉的发展过程中,燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点,而且还要提高燃烧效率以节约能源。炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)。

早年的锅壳锅炉采用固定炉排,多燃用优质煤和木柴,加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排,其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。早期炉膛低矮,燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用,将炉膛造得较高,并采用炉栱和二次风,从而提高了燃烧效率。链条炉排能适应大多数煤种,但不能烧强粘结烟煤。下饲炉排也出现得很早,只适宜于烧优质烟煤。40年代出现了抛煤机。抛煤机可以配在固定火床上,也可以配在链条炉排上而成为抛煤机链条炉排。发电机组功率超过6兆瓦时,以上这些层燃炉的炉排尺寸太大,结构复杂,不易布置,所以20年代开始使用室燃炉,室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧,发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起,电站锅炉几乎全部采用室燃炉。早年制造的煤粉炉采用了U形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降,再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器,火焰在炉膛中形成 L形火炬。随着锅炉容量增大,旋流式燃烧器的数目也开始增加,可以布置在两侧墙,也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。60年代某些国家曾在多角形炉膛中应用直流燃烧器的切圆燃烧方式,用以燃烧褐煤。第二次世界大战后,石油价廉,许多国家广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后,许多国家又转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大,要求燃烧设备不仅能燃烧完全,着火稳定,运行可靠,低负荷性能好,还必须减少排烟中的污染物质。40~60年代,为了强化燃烧和减少飞灰,一度采用液态排渣煤粉炉和旋风炉,但由于采用这种燃烧方式生成的氮氧化物太多,从70年代起已较少采用。

在燃煤(特别是燃褐煤)的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术,即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧,或把燃烧器分散开来抑制炉温,不但可抑制氮氧化物生成,还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧,除可燃用灰分十分高的固体燃料外,还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。

锅炉发展的趋势主要是:

①进一步提高锅炉和电站热效率;

②降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;

③提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;

④发展更多锅炉品种以适应不同的燃料;

⑤提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性;

⑥减少对环境的污染

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