MODELLKAZÁNOK

FŰTÉSE

(kézirat)

SRY2003

TARTALOM

Bevezető

Alkalmazható tüzelőanyagok:

A szén.

Az alkohol.

A Butángáz.

Az égés.

Folyadékok égése

A láng szerkezete

Gyakorlati számítások

Égőfej vizsgálata

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.

Alkalmazható tüzelőanyagok:

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.

A szén.

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

Az alkohol.

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.

A Butángáz.

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.

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.

Folyadékok égése

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 láng szerkezete

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).

Gyakorlati számítások

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⁾

Égőfej vizsgálata

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 t_égés [sec] , az elégetett ütemanyag m_égés [gramm]. A fűtőérték H_a [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 (H_a Spiritusz = 23,86 [kJ/gramm])

Az ismert adatokból a felszabaduló elméleti hőmennyiség :

Q_égő=m_égés*H_a [Joule]

Az égőfej elméleti, veszteségmentes teljesítménye

P_égő=Q_égő/t_égés [Watt]

Az égőfej fogyasztása

I= m_égés/t_égés [gramm/sec]

Ennek ismeretében

P_égő=H_a*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

A_kanóc= ((5²*Pi)/4)*4 = 78,53 [mm²]

A külső hőmérséklet 25 °C (t_k=25 [°C]) a légnyomás 1100 hPa (p_k=1100[hPa]), a páratartalom adat nem ismert.

Ezen a kanócon 30 perc alatt (t_égés= 1800 [sec]) 15 gramm alkohol égett el (m_égés=15 [gramm]).

Q_égés=15*23,86=357,9 [KJ]

P_égés=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 (t_felfűt[min]), ismert a tervezett futásidő (t_futás[min]). A kazán üzemideje ebből számítható, figyelembe véve, hogy biztonsági okokból 15% tartalékot tervezünk a rendszerbe.

t_üzemidő =(t_felfűt+t_futás)*1,15 [min]

A tervezett üzemidő és a fogyasztás adat ismeretében számítható a szükséges üzemanyag mennyiség:

m_üzem= t_üzemidő* I [gramm]

(természetesen ügyeljünk arra, hogy I értékét [gramm/min]-ben helyettesítsük be!)

Az így kapott üzemanyag tömegadatból számítható az üzemanyag tartály minimális térfogata.

V_üatart=m_{üzem /} q_üzemanyag [mm³]

Ahol q_spiritusz=0,000789 [gramm/mm³]. A kapott térfogat adatra méretezhető az üzemanyag tartály befogadóképessége.

Példa:

Adott kazánra a felfűtés ideje 22 perc (t_felfűt=22 [min]), a modell tervezett futásideje 30 perc (t_futás=30 [min]), ebből:

t_üzemidő=(22+30)*1,15= 59,8 [min]

A felhasznált üzemanyag mennyigés

m_üzem=59,8*0,498=29,78 [gramm]*

(*I értéke az előző példából)

A szükséges üzemanyagtartály térfogat:

V_üatart=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 §