MODELLKAZÁNOK
FŰTÉSE
(kézirat)
SRY2003
Bevezető
A kazánok gőzt fejlesztenek, és ehhez valamely tüzelőanyagból az égés során felszabaduló hőt hasznosítják. Az üzemanyag elégetése célszerűen a kazánon belül lévő tűztérben megy végbe. Egészen egyszerű kazánszerkezetekben nincs kialakítva tűztér, itt a kazándob alatt megy végbe az égetés folyamata.
A modell gőzrendszereknek, és ezen belül a kazánszerkezeteknek elhanyagolt összetevője szokott lenni az égető berendezés. Általában egy egyszerű kanócos alkoholégő, furatos gázégő esetleg rostélyon égő széntüzelést alkalmaznak. Ezen szerkezetek tervezésére, méretezésére nem szoktak különösebb figyelmet fordítani. Ha figyelembe vesszük, hogy a gőzrendszer hatásfoka igen rossz, valamint viszonylag kicsi a rendszer által termelt, tömegegységre jutó fajlagos teljesítmény, nem hagyhatunk ki egyetlen alkatelemet sem a vizsgálat, elemzés alól. Minden egyes szerkezeti elemben meg kell keresni azokat a lehetőségeket, amiket tovább lehet fejleszteni, illetőleg javítani a hatásfokot, a működés minőségét.
A fűtőszerelvények körébe tartozónak tekintjük a tüzelőanyag tárolására, mozgatására és elégetésére szolgáló eszközöket, alkatrészeket. A tüzelőszerelvények kialakítását nagymértékben meghatározza az alkalmazott tüzelőanyag.
A tüzelőanyagokat többféleképpen csoportosíthatjuk. Kézenfekvő a lehetséges anyagok halmazállapot szerinti csoportosítása.
Szilárd anyagok:
-Szén és származékai (kőszén, barnaszén, brikett stb..)
-Fa és származékai (fa, faszén, fabrikett stb..)
Folyékony anyagok:
-Ásványolaj származékok (benzin, gázolaj, petróleum stb..)
-Alkoholok (etilalkohol, metilalkohol stb..)
-Szintetikus anyagok (toulol stb..)
gáznemű anyagok :
-földgáz
-propángáz
-butángáz
-metángáz
-stb...
Az üzemanyag megválasztása során több szempontot kell figyelembe venni. Az első és legfontosabb a biztonságosság. Nem használható semmilyen instabil, könnyen robbanó, mérgező, maró savas, lúgos vagy jogszabály által tiltott anyag. A második szempont a kiválasztott üzemanyag üzemszerű viselkedése. Nem célszerű olyan anyagot választani, amely agresszíven korrodálja a berendezéseket, az egyes szerkezeti elemek gyors elhasználódását okozza. További szempontok az anyag beszerezhetősége, könnyen hozzáférhető, kommersz anyagok alkalmazása javasolt. A kiválasztás feltételei között fontos lehet a bekerülési költségei is. Végül, de messze nem utolsó sorban fontos a kiválasztott üzemanyag energiatartalma, fűtőértéke.
A fenti szempontok figyelembevételével, valamint a gyakorlatban szerzett tapasztalatok alapján az alábbi három üzemanyag felel meg leginkább a gőzmodellek számára:
-Alkohol
-Butángáz
-Szén
A három különféle anyag a fűtőszerelvények kialakítására tág lehetőségeket ad. A modellező megtalálhatja az igényeinek legjobban megfelelő műszaki megoldást. Gőzmozdony modellek vizsgálatával megállapítható, hogy az alkalmazott üzemanyag szempontjából az alkohol alkalmazása vezet. Ennek oka, hogy az alkoholüzemű fűtőberendezés igen egyszerű szerkezetű is lehet, valamint az alkohol olcsó és biztonságos tüzelőanyag. Az alkoholos égőfejek jól alkalmazhatóak nagyon egyszerű szerkezetű kazánokhoz is.
Fűtőanyagok megoszlása mozdonymodelleknél:
-Alkohol 68%
-Butángáz 24%
-Szén 5%
-Egyéb 2 % (1)
Vizsgáljuk meg és hasonlítsuk össze az egyes üzemanyagok jellemzőit.
Gőztechnikai szempontból a legautentikusabb üzemanyag. Az olajtüzelésű kazánok megjelenéséig gyakorlatilag kizárólagos üzemanyaga volt a gőzkazánoknak. Kis túlzással azt is mondhatjuk, hogy az ipari forradalmat szénnel fűtötték. Aki igazán korhű gőzmozdonyt, vagy rögzített gőzgépet szeretne készíteni, csak a széntüzelés mellett dönthet. A széntüzelésnek azonban vannak óriási hátrányai is. Szinte lehetetlen a folyamatos szénadagolás műszaki megoldása, így amikor kezd elfogyni a tűztérben izzó szén, a modellezőnek kézzel kell „raknia” a kazánra. Ez mozdonyoknál még szórakoztató is lehet, hiszen a modellező sportoló igazán átélheti az üzemeltetés, örömei, viszontagságait, viszont hajómodelleknél a hosszabb futásidő miatt ez kivihetetlen.
Széntüzelésű mozdonymodell.(2)
A széntüzelés műszaki kivitele igen egyszerű. A kazán tűzterébe kell elhelyezni egy rostélyt, amin a szenet elégetjük, valamint egy a hamu felfogására szolgáló dobozt (hamuláda). A széntüzelés másik sajátossága, hogy erősen koszolja a kazánt, vastag koromréteggel vonja be a füstcsöveket, füstszekrényt, kéményt. Ez a koromréteg jó hőszigetelő, ezért lerakódása rontja a kazán fűtőfelületeinek hőátadási jellemzőit, ezért rendszeresen és alaposan tisztítani kell a kazánt. Az izzó szénhez alulról vezetjük hozzá a szükséges levegőt a légcsappantyún keresztül. Mivel a kazánhuzatnak a levegőt át kell juttatnia a rostélyon, valamint az izzásban lévő szénrétegen erős huzatra van szükség.
Széntüzeléshez általában a igényesebb kazánokat szokták építeni. Erre az üzemmódra legcélszerűbb a több füstcsővel szerelt un. lokomotív-kazán. A kazán tervezésekor mindig ügyelni kell arra, hogy a füstgázokkal érintkező részek jól hozzáférhetőek, takaríthatóak legyenek. A felhasználható szénfajták közül a legmegfelelőbb a háztartási kazánokhoz árusított fekete kőszén. A szenet felhasználás előtt megfelelő szemcsenagyságúra kell törni, valamint a szénport ki kell szitálni belőle. A széntüzelésű kazánok kéményén (főleg jó huzatviszonyok mellett) szikrák távoznak amik tüzet illetve sérülést okozhatnak. A fűtőteljesítmény méretezésekor vegyük figyelembe a gyulladási késedelmet, valamint az alkalmazott szénfajta salakosodási tulajdonságait.
A szén hőtani adatai:
Megnevezés |
Gyulladási Hőmérséklet (°C) |
Fűtőérték (MJ/kg) |
Kőszén |
350…390 |
27,21…34,12 |
Kohókoksz |
550…750 |
27,84…30,35 |
Mint fentebb erről már szó volt, az alkohol a legelterjedtebb üzemanyag a gőzmodellezés területén. Ennek elsősorban egyszerű kezelhetősége, jó fűtőteljesítménye, és biztonságossága az oka. Hosszabb folyamatos üzemhez, ami a hajómodellezésben alapkövetelmény, egyszerű szerkezetekkel alakítható ki alkoholüzemű égő. Üzemzavarok, balesetek esetén az alkohol okozta fedélzeti tűz gyorsan, és egyszerűen, vízzel oltható. A robbanásveszély szinte teljesen kizárt, ha mégis elgázosodik alkoholgőzzel a kazán, vagy más szerkezeti elem, egyszerű átszellőztetéssel orvosolható a probléma. Maga az alkohol nem korrodál erősen semmilyen szerkezeti anyagot, nagyon könnyen beszerezhető és olcsó. Fűtőértéke közel van a szénéhez, nem kormolja, koszolja a kazánt, és égéstermékeinek többsége (CO2, H2O) környezetbarát.
Az alkoholüzemű fűtőberendezések lehetnek egészen egyszerűek is. Alapvető részei az üzemanyag tartály, összekötő cső, kanócos égőfej. Az üzemanyag tartályban lévő alkohol a közlekedőedények fizikai jelensége alapján jut az égőfejbe, az összekötő csövön keresztül. Az égőfejben egy porózus szerkezetű anyagból álló kanóc található, amelyen a kapilláris hatás miatt felszívódik az üzemanyag, majd a kanóc felületén elég. Teljesen leegyszerűsített kialakítás esetén az üzemanyagtartály azonos lehet az égőfejjel.
Egyszerű alkoholos tüzelőberendezés (3)
Ennek a megoldásnak a legnagyobb hátránya, hogy nagyobb mennyiségű üzemanyag ilyen megoldással nem szállítható, mert a szerkezet dőlése, mozgása miatt az égőfej pereme az üzemanyagszint alá kerülhet, és ekkor az üzemanyag szétfolyik, tüzet okoz. Nagyobb teljesítményű kazánok esetén pedig arányosan nagyobb mennyiségű üzemanyagra van szükség. A hosszabb üzemidő szintén növeli az üzemanyag szükségletet. Ebben az esetben egy nagyobb tároló tartályból, szintszabályozó szerkezetből és égőfejből álló üzemanyag-ellátó rendszer kialakítása célszerű.
Összetett üzemanyag rendszer (4)
A különféle alkoholfajták közül a kereskedelmi forgalomban denaturált-szeszként árult Etil-alkohol, vagy más néven spiritusz, felel meg leginkább céljainknak. Különféle kiszerelésekben, általában 1 literes flakonokban, vásárolható meg. Tárolása műanyag-, üveg edényben egyaránt történhet. Közepes hőmérsékleten már erősen párolog, valamint felveszi a levegő nedvességtartalmát, ezért a tárolóedényt mindig tartsuk zárva.
Az alkohol hőtani adatai:
Megnevezés |
Gyulladási Hőmérséklet (°C) |
Fűtőérték (MJ/kg) |
Etil-alkohol |
390…425 |
25,96 |
Spiritusz |
390…425 |
23,86 |
! FIGYELEM !
Az Etil-alkohol (C2H5OH) mérgező anyag, az idegrendszert bénítja, meginni, gőzét belélegezni tilos. Kezelésére, tárolására vonatkozó szabályokat maradéktalanul tartsuk be.
Egyes esetekben szükség lehet különösen nagy fűtésteljesítményre, vagy kifejezetten magas égési hőmérsékletre. Ekkor kerül alkalmazásra a butángáz. Ez az anyag kiterjedten használatos az öngyújtókban, forrasztópákákban. A butángáz üzemanyagú fűtőrendszer kialakítása a legbonyolultabb. A rendszer kialakítása során különös figyelmet kell fordítani a biztonságosságra. A gáztartálynak, vezetékeknek, szerelvényeknek szivárgásmentesnek, ellenállónak kel lennie. Csak olyan modellező próbálkozzon gázfűtés kialakításával aki rendelkezik a megfelelő műszak hátérrel, és gyakorlattal. A gáz fűtőrendszerek elsősorban a hajómodellezésben elterjedtek, a nagyobb rendelkezésre álló hely és energiaszükséglet miatt.
Gázégők beépítése (5)
A gázfűtés általános elrendezése a következő ábrán látható. A butángázt (jó minőségű öngyújtógázt) egy nyomásálló tartályban tároljuk. A tartályt minden esetben fel kell szerelni biztonsági szeleppel. A tartály melegedésének hatására a nyomás növekszik és az így keletkezett túlnyomást vezeti el a biztonsági szelep. A tartályon elhelyezett szabályozó szelep segítségével állítható be a kiáramló gáz mennyisége és nyomása. A gázt az égőfejben levegővel keverik össze, majd ez a keverék ég el a gázégőben. A használt butángáz bármilyen szivárgása komoly tüzet, robbanást okozhat. A csőcsatlakozásoknál, vagy egyéb helyeken szivárgó gáz könnyen begyulladhat. A tartályban lévő gáz mennyisége nem ellenőrizhető.
Gázfűtés elrendezési vázlata (6)
A butángáz hőtani adatai:
Megnevezés |
Gyulladási Hőmérséklet (°C) |
Fűtőérték (MJ/kg) |
Butángáz |
490…530 |
121,41 |
Az égés csak akkor indulhat meg és maradhat fenn ha az éghető anyag és a levegő megfelelő mennyiségű oxigénje (oxidáló anyag), valamint az égés megindulásához szükséges gyulladási hőmérséklet azonos térben és időben rendelkezésre áll.
Az égés többféleképpen történhet.
-Tökéletes égés akkor következik be, ha elegendő oxigén van jelen és a keletkező végtermék nem tartalmaz további éghető anyagot. Ez a fajta égés a legritkább esetben következik be, pedig minden szempontból a legkívánatosabb lenne.
-Tökéletlen égés elégtelen mennyiségű oxigén esetén történik. Az égéstermékek tartalmaznak további éghető anyagokat (Pl. szénmonoxid)
-Kinetikai égés ha a gázok, gőzök a levegő oxigénjével még a begyulladás előtt a szükséges mértékben keverednek össze. A kinetikai égést nem szabad a fizikai robbanással összekeverni. Ez a jelenség az alkoholüzemű kazánoknál bekövetkezhet, amennyiben üzemben lévő, felhevült kazánt leállítunk, majd rövid idő elteltével újraindítjuk az égőfejet. A meleg égőfejből kipárolgó, a levegővel jól elkeveredett alkoholgőz okozhatja.
A kondenzált fázisú anyagokat, jelen esetben (folyadék)
gázfázisba kell juttatni, mielőtt a gyújtás és égés bekövetkezhet. Ismeretes,
hogy a folyadékok adott hőmérsékleten párolognak és a folyadék hőmérsékletnek
megfelelően a gőzök meghatározott nagyságú nyomással
rendelkeznek. A folyadékok hőmérsékletének fokozatos emelésével kísérleti úton
is meghatározhatjuk azt az értéket, amelytől a keletkezett gőzök gyújtóforrás
hatására belobbannak. Ezt a hőmérsékletet lobbanáspontnak nevezzük
és a következőképpen definiáljuk:
Lobbanáspont:
az
a legalacsonyabb hőmérséklet, amelynél a folyadék annyi gázt képez, hogy nyílt
láng által meggyújtható, de ennél a hőmérsékletnél a folyadék a gyújtóforrás
eltávolítása után önálló égésre nem képes. A jelenség rövid ideig láng
formájában észlelhető. A lobbanás figyelmeztet arra, hogy a további hőemelkedés
hatására bekövetkezik a gyulladás. Ha a folyadékok hőmérsékletét a lobbanáspont
fölé emeljük és a folyadékot tovább melegítjük, nő a
párolgási sebessége és nő a gőz nyomása, majd adott hőmérséklet elérése után
gyújtóforrás hatására megjelenik a láng, amely a gyújtóforrás eltávolítása után
sem alszik ki, így a folyadék égése önfenntartóvá válik. A folyadéknak azt a
legalacsonyabb hőmérsékletét, amelynél a gyújtóforrás eltávolítása után is
folyamatos az égés, gyulladási hőmérsékletnek, gyulladáspontnak nevezzük.
A folyadékokat gyúlékonyság
szempontjából két nagy csoportra oszthatjuk:
1.
csoport: könnyen gyulladó folyadékok, amelyeknek lobbanáspontja 293 K (20
°C) alatti
hőmérsékleten van (pl.: aceton, éter, benzin).
2.
csoport: Nehezen gyulladó folyadékok, amelyeknek lobbanáspontja 293 K (20
°C) fölötti
hőmérsékleten van (pl.: kőolaj, pakura).
Alkoholok
és aromás szénhidrogének gyulladási jellemzői:
Anyag
|
Képlet
|
Sűrűség
kg/m3 |
Forr.
hőm. (K) |
Lobbanásp. (K) |
Alkoholok:
|
||||
metil |
CH3
OH |
791 |
337,8 |
280,0 |
etil |
C2
H5
OH |
789 |
351,1 |
284,0 |
Aromás
szénhidrogének: |
||||
benzol |
C6
H6
|
879 |
353,2 |
259,1 |
toluol |
C6
H5
CH3
|
886 |
383,7 |
279,1 |
A könnyen gyulladó folyadékok rövid ideig tartó lánggal,
elektromos szikrahatásra normál hőmérsékleten is begyújthatóak, míg a nehezen gyulladó
folyadékoknál a gyújtóforrás behatásának intenzívebbnek kell lenni.
A gőzutánpótlás energiaforrása általában a láng hősugárzása, ami
a felületi réteget hevíti. Ez a felületi réteg hővezetés útján továbbítja a
hőenergiát a folyadék belseje felé. Az égő folyadék által produkált
lángmagasság a folyadék párolgási sebességétől és az
égési sebességétől függ.
A párolgási sebesség függ:
– a folyadék hőmérsékletétől,
– a gőznyomástól,
– a légáramlás sebességétől,
– a párolgó felület nagyságától, és
– az edény alakjától.
A lángban három – élesen el nem határolható – réteget
különböztetünk meg.
A láng szerkezete (7)
1. réteg
A láng belső rétege az éghető anyag bomlástermékeiből, azaz éghető
gőzökből és gázokból áll. Ebben a rétegben oxigén
hiányában az égés még nem tud végbemenni, ezért az itt uralkodó hőmérséklet
viszonylag alacsony (a többi réteghez képest).
A láng belső részének térfogata függ a következő tényezőktől: –
az égés felületének nagyságától, amelyből az éghető alkotórészek kiáramlanak,
– az éghető alkotórészek kiáramlásának sebességétől,
– az égés sebességétől.
Az éghető folyadékoknál a kiáramlási sebesség növekedésének esetén
jól megfigyelhető a láng terének növekedése. (A gyulladást követően először
intenzíven nő, majd egy adott szintet tartva állandósul a lángtérfogat.)
2. réteg
Ebben a rétegben már részben oxidálódnak, azaz tökéletlenül
elégnek a bomlástermékként felszabaduló éghető gőzök és gázok. Azonban ebben a
fázisban még csak korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre oxigén, ezért az
égés tökéletlen. A harmadik, azaz a külső lángrétegen keresztül a diffúzió
során behatoló oxigén segítségével az éghető gőzök, gázok már kémiailag
kötődnek, így jellemző erre a zónára a továbbégésre
képes termékek képződése.
A
hőmérséklet
lényegesen magasabb, mint az első rétegben, majdnem eléri a maximális értéket.
Az éghető anyagok termikus bomlástermékeinek levegőhiány esetén
tökéletlenül végbemenő égésekor a második rétegben szabad elemi szén, azaz
korom keletkezik, amely képes felhevülni és ezzel fényt adni. Tehát a láng
világít.
A szénben gazdag szerves anyagok égésénél a keletkező szabad
szén nem ég el tökéletesen, hanem részben koromként válik ki. A koromképződés a
láng felső részében megy végbe, ahol a diffúziós viszonyok a levegő oxigénje
számára a legkedvezőtlenebbek.
A láng nagyságának és az égés alkotóinak összefüggései: – ha az
O2 diffúzió nagy, akkor csökken a láng
térfogata, nő a láng hőmérséklete, – ha nagy az éghető anyag diffúziója, akkor
nő a láng térfogata (magassága).
3. réteg
Tökéletesen elégnek a második rétegben képződött bomlás-,
illetve égéstermékek.
A hőmérséklet az előző réteghez hasonlítva, egészen
lényegtelenül, de magasabb (legnagyobb a lánghőmérséklet a második és a
harmadik réteg határán).
Szilárd és folyékony anyagok égésénél a hő továbbításában a láng
sugárzása játszik meghatározó mértékű szerepet. A tűz továbbterjedése a sugárzó
hő segítségével történik, amely a még nem égő anyag felmelegítésére,
cseppfolyósítására, elbomlására, elpárologtatására szolgál.
Az égésnél fejlődő hőmennyiség felhasználódik:
– az égéstermék felmelegítésére,
– sugárzás következtében elvész,
– a környező levegő felmelegítésére.
A hőveszteség csökkentése elérhető az
égés tökéletesítésével, a lángtérfogat megfelelő csökkentésével. A gyakorlatban
ezt úgy lehet elérni, hogy levegőt vagy oxigént vezetnek a lángtérbe, illetve
kevernek az éghető gázhoz (lásd: hegesztés).
A gőzrendszerekben végbemenő minden energiaátalakulást, a rendszer által szolgáltatott hajtóerőt teljes mértékben az üzemanyagból nyerjük. Pontosabban az üzemanyag kémiai energiájából. Minden üzemanyagnak van egy jellemző mérőszáma amely megadja ennek a kémiai energiának a mennyiségét, ez a fűtőérték.
Más megközelítésben a fűtőérték az a
hőmennyiség, amely az éghető anyag súly-, vagy térfogategységének elégetésénél
felszabadul. Esetünkben az alkoholt (Etil-alkohol) vizsgáljuk. Ennek fűtőértéke
25,96 MJ/kg, az az 1 kg alkohol
elégetésével 25,96 MJ hőmennyiség szabadul fel.
Az
égés tökéletlensége miatt tüzelési
veszteségek keletkeznek. A rendszerből távozhatnak éghető, de el nem égett
alkatelemek (pl. CO, C ). Ezen anyagok fűtőértékével
csökken az égés során leadott hőmennyiség. A folyékony és gáznemű
tüzelőanyagoknál az a veszteség lényegesen csekélyebb
mint szilárd tüzelőanyag alkalmazásánál. Megemlítendő, hogy a szilárd tüzelőanyagoknál
fellép egy un. salak-éghető veszteség is amely abból ered, hogy a salakban éghető összetevők
maradnak vissza.
Az
égés során felszabaduló hőmennyiség sem adódik át teljes mértékben a
fűtőfelületeken keresztül a kazánvíznek. Fűtőfelületi
veszteségek keletkeznek. Elsősorban a füstgázokkal távozó hőmennyiséget
kell itt említeni. A füstgázokat nem lehet a külső hőmérsékletig lehűteni. A
füstgázok hűlése a harmatpontig történhet, ez alatt a füstgázokból
kondenzálódnak egyes alkatelemek, amik a magas hőmérséklettel együtt különösen
korrodáló hatásúak. A kéményben kialakuló áramlást, huzatot is a környezetnél
melegebb füstgázok okozzák. Ennek hiányában ventillátorokkal kell mesterséges
huzatot létrehozni. Ezen okok miatt a füstgázok minden esetben elég nagy
hőmennyiséget visznek el a rendszerből. Végeredményben ez az elvitt hőmennyiség
veszteségként jelentkezik.
További veszteségeket jelent, hogy amint a folyadékok égésénél már
említettem, a folyadék csak akkor képesek égni, ha gázfázisba jut, és ehhez hőt
kell a folyadéknak felvennie. Ez a felvett párolgáshő sem a kazán tápvizét
melegíti. Az egyszerűbb kialakítású modellkazánoknál (fazék kazán stb..) a
tűztér nincs a kazándobba süllyesztve, így a tűztér egyes besugárzott részei
nincsenek összeköttetésben a kazánvízzel. Az ilyen „haszontalan” felületek
által felvett hőmennyiség is veszteség.
A
keletkező hőmennyiség jelentős része a fűtőfelületeken keresztül, az előbb
említett veszteségek mellett, átadódik a kazánban lévő tápvíznek.
A
kazán további veszteségeket szenved az által, hogy a kazán melegíti
környezetét. Ezek az un. falveszteségek. Ezek csökkentésére a kazánt szigetelni
kell.
Az
összes kazánveszteség (tüzelési-, fűtőfelületi, falveszteség) a lehető
legnagyobb mértékben csökkentendő. Ennek érdekében a megtermelni kívánt
gőzmennyiségnek megfelelő fűtőfelületet, égésteljesítményt, megfelelő
kazánhuzatot (kémény-huzamok méretei alakja) kell biztosítani. A kazán
szerkezetének célszerű kialakítása mellett, ezen
szempontokat is figyelembe kell venni a kazán és ezen belül az égőfejek,
rostélyok méretezésénél.
Természetesen a teljes gőzrendszer további veszteségeket is szenved az
energiaátalakulások során. Azt kijelenhetjük, hogy az üzemanyag kémiai
energiája több lépcsőben alakul át mechanikai munkává, így a folyamat végén
nyert mechanikai munka soha el nem érheti a befektetett kémiai energia
mértékét.
Viszont a teljes rendszer elemzése
szempontjából (elsősorban a tervezési szakaszban) nagyon fontos, hogy mennyi
energiát viszünk be. Ugyanis ennek ismeretében könnyen megmondható, hogy a
hajómodell meghajtása alulméretezett-e. És időben módosíthatunk
elképzeléseinken.
Külső
tüzelésű kazánok |
|
Egyszerű hengeres |
55-60 % |
Apró tűzcsöves* |
65-70 % |
Vízcsöves |
70-75 % |
Belső
tüzelésűek |
|
Cornwall |
65-75 % |
Fairbairn |
68-75 % |
Tischbein |
68-75 % |
(*mai
megfogalmazás szerint füstcsöves.)
Ipari
kazánok irodalomban közölt hatásfok értékei (8)
Egy
adott égőfejet célszerű bemérni mielőtt használatba vennénk. Az égőfej adatai
közül legfontosabb az általa leadott elméleti energiamennyisség. Ezen adat
meghatározásához szükségünk van egy 1 gramm pontosságú mérlegre, valamint egy
időmérő készülékre (stopperóra). Az égőfejet, egy egyszerű tartályt valamint az
ezeket összekötő csövet a mérlegre helyezzük. Szükség
esetén az alkatrészeket egy falappal elszigeteljük a mérleg hőérzékeny
részeitől. Amennyiben a mérőeszköz erre alkalmas, lenullázzuk (tárázzuk), ha ez
nem lehetséges feljegyezzük a pontos tömeg adatot.
Ezt
követően feltöltjük a tartályt üzemanyaggal. Ismételten feljegyezzük a mérleg
által mutatott értéket. Így megkaptuk a betöltött üzemanyag tömegét.
Feljegyezzük az égőfej adatait. A kanóc magasságát, keresztmetszeti
felületét. Amennyiben lehetőség van rá feljegyezzük a
vizsgálatkor tapasztalható környezeti körülményeket. Külső hőmérséklet,
légnyomást, páratartalmat.
Begyújtjuk az égőfejet. Az égőfej begyújtásával egyidejűleg elindítjuk a
stopperórát. Majd ezt követően szabályos időközökként feljegyezzük a mérlegről
leolvasható értékeket. Itt megjegyzendő, hogy kisebb égőfejeknél célszerűbb
nagyobb időközöket választani, nagyobb teljesítményű égőfejeknél
pedig kisebb időitervallumokat. A kapott adatokat
jegyezzük fel. Egy idő után oltsuk ki az égőfejet. A mérés pontossága érdekében
minél hosszabb idő elteltével oltsuk ki az égőfejet. Ezt követően elvégezhetjük
a számításokat.
Égőfej
mérési összeállítása(9)
A
mérés összes adatát célszerű mérési jegyzőkönyvben rögzíteni, valamint a mérést
többször megismételni, ha lehetséges változó külső körülmények mellett. A
mérésekről készült jegyzőkönyvet (jegyzőkönyveket) az égőfej dokumentációjához
mellékelni kell, majd később a gőzrendszer dokumentációjának részét kell, hogy
képezze.
Az
adatokból számítható az égőfej elméleti veszteségmentes teljesítménye:
A teljes égésidő tégés [sec] , az elégetett ütemanyag mégés [gramm]. A fűtőérték Ha [MJ/kg] irodalmi adatai MegaJoule/
kilogramm-ban vannak megadva. Ezek a dimenziók a
modellezés területén elég nehezen értelmezhetőek, ezért a fűtőértéket számítsuk
át [kJ/gramm] dimenzióba (Ha
Spiritusz = 23,86 [kJ/gramm])
Az ismert adatokból a felszabaduló elméleti
hőmennyiség :
Qégő=mégés*Ha [Joule]
Az égőfej elméleti, veszteségmentes
teljesítménye
Pégő=Qégő/tégés [Watt]
Az égőfej fogyasztása
I=
mégés/tégés
[gramm/sec]
Ennek ismeretében
Pégő=Ha*I [Watt]
A hajóüzem szempontjából célszerű a
[gramm/min] dimenzióba való átszámítás is.
I*60
[gramm/sec] = I [gramm/min]
Példa:
Egy égőfej egyszeres kanócú. A kanóc
hengeres alakú, átmérője 5 [mm] magassága 4 [mm].
A kanóc felülete
Akanóc= ((52*Pi)/4)*4
= 78,53 [mm2]
A külső hőmérséklet 25 °C (tk=25
[°C]) a légnyomás 1100 hPa (pk=1100[hPa]), a páratartalom adat nem
ismert.
Ezen a kanócon 30 perc alatt (tégés= 1800 [sec]) 15 gramm alkohol égett el
(mégés=15 [gramm]).
Qégés=15*23,86=357,9 [KJ]
Pégés=357900/1800=
198,83
[Watt]
I=15/1800 = 0,0083
[gramm/sec] = 0,498 [gramm/min]
A hajóüzem szempontjából fontos adat, hogy
mennyi üzemanyag-javadalmazással kell modellünk ellátni. Ebben segít az égőfej
ismert fogyasztás adata. A hajókazán felfűtése egy bizonyos időt vesz igénybe (tfelfűt[min]), ismert a tervezett futásidő (tfutás[min]). A kazán
üzemideje ebből számítható, figyelembe véve, hogy biztonsági okokból 15%
tartalékot tervezünk a rendszerbe.
tüzemidő =(tfelfűt+tfutás)*1,15 [min]
A tervezett üzemidő és a fogyasztás adat
ismeretében számítható a szükséges üzemanyag mennyiség:
müzem= tüzemidő*
I
[gramm]
(természetesen ügyeljünk arra, hogy I
értékét [gramm/min]-ben helyettesítsük be!)
Az így kapott üzemanyag tömegadatból
számítható az üzemanyag tartály minimális térfogata.
Vüatart=müzem / qüzemanyag [mm3]
Ahol qspiritusz=0,000789 [gramm/mm3]. A kapott térfogat adatra
méretezhető az üzemanyag tartály befogadóképessége.
Példa:
Adott kazánra a felfűtés ideje 22 perc (tfelfűt=22 [min]), a modell
tervezett futásideje 30 perc (tfutás=30
[min]), ebből:
tüzemidő=(22+30)*1,15= 59,8 [min]
A felhasznált üzemanyag mennyigés
müzem=59,8*0,498=29,78
[gramm]*
(*I értéke az előző példából)
A szükséges üzemanyagtartály térfogat:
Vüatart=29,78 / 0,000789=37 743
[mm3]
Forrásjegyzék
(1) Az adatok Locomotive of the Month, Marc Horovitz Web-oldalán közölt 41 db. gőzmozdony modell adatai alapján készültek. 28 db. alkohol, 10 db. butángáz, 2 db. széntüzelésű és 1 db. égő tablettás gyári modell került közlésre. Az égő tablettás modellt tulajdonosa átalakította alkohol üzeműre, mivel a gyári tartozékként árult tabletták beszerzése nem volt biztosított.
(2) Locomotive of the Month 2003. júiusi szám. Hugh Saunders’ coal-fired 2-6-2T mozdony modell. Építette Hugh Saunders (Anglia), építés ideje: 1980-körül, nyomtáv: 32 mm, kazán: locomotív típus, 7 füstcső, túlhevítés nélkül, szerelvények: szabályozó szelep, gőzsíp, fúvóka, biztonsági szelep, nyomásmérő. Üzemanyag: szén, üzemnyomás: 50 psi hengerek: két, kettős működésű, D-szelepek.
(3) Locomotive of the Month 2000. októberi szám. Archangel’s Sgt. Murphy modell egyszerű üzemanyag és égőfej rendszere.
(4) Összetett üzemanyag rendszer Aster Hobby, Southern Steam Trains , fuel system Web-oldal alapján. Az ábra szövegeit fordította, átírta SRY 2003.
(5) Ismeretlen eredetű fotó az Internet-ről. Két lángcsöves hajókazánra épített kettős gázégő.
(6)gázüzemű fűtőrendszer Aster Hobby, Southern Steam Trains , fuel system Web-oldal alapján. Az ábra szövegeit fordította, átírta SRY 2003.
(7) A láng szerkezete, fotó és grafika SRY 2003.
(8) A Stabil Gőzkazánok és Gőzgépek Gyakorlati Tankönyve. Naszályi József Székesfehérvár 1918. 248. oldal alapján. A megadott kazántípusok leírása más irodalomban megtalálható.
(9) Égőfej mérési összeállítás. A mérésnél használt eszközök: SOEHNLE 65811 tip-u mérleg 0-1000 gramm tartományban 1 gramm pontosságú digitális, Sunway sport timer 1/100 sec pontosságú mérőóra, alkoholos laborhőmérő. Foto SRY 2003.
Ajánlott irodalom
-Dr. Fülöp Zoltán Budapesti Műszaki Egyetem, Gépészmérnöki Kar.
Kalorikus Gépek
Tankönyvkiadó, Bubapest, 1977
-Móricz István és Donkó András Budapesti Műszaki Egyetem
Gőzkazánok, Turbinák és Hűtőgépek
Tankönyvkiadó, Budapest 1966
-Naszályi József
A Stabil Gőzkazánok és Gőzgépek „Gyakorlati Tankönyve”
Szerző Sajátja ,Székesfehérvár , 1918
-Kőrösi István
Hajógéptan II.
A Hajózási Szakközépiskola IV. Osztálya Számára
Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1994.
§SRY 2003. október 14.§ POWERED BY MS OFFICE XP§ALL
RIGHTS RESERVED § SRY MODELL 2003 §