Техника - молодёжи 1953-01, страница 17

наука и техника, немедленно используется для интенсификации наших машин и аппаратов, увеличения их экономичности, надежности и управляемости. Трудоемкие процессы механизируются, управление ими передается автоматам. Это движение нашей техники неуклонно растет и ширится. Таким образом шаг за шагом стираются границы между трудом физическим и умственным. Но для того чтобы осуществить эти трудные задачи, надо научиться глубоко понимать сущность тех процессов, которые мы организуем.

Вообразим себя на минуту натуралистами, Некоторые проходят мимо неказистых, по их мнению, недушистых растений: им подавай красивые, хорошо пахнущие цветы. Для натуралиста же не существует в природе ничего некрасивого или незамечательного. Постепенно приучая себя всматриваться в явления природы, он, наконец, начинает видеть, что эти явления полны бесконечно разнообразных, непрерывных, сложно взаимосвязанных движений, которые, не будучи расшифрованы или предугаданы, кажутся на первых порах таинственными. Тот, кто хоть немного начинает разбираться в этом языке природы, не может уже оторваться от чтения !этой самой многообразной, многогранной, чудесной книги: он наблюдаем, ищет, сопоставляет и, наконец, устанавливает новую, еще никем не прочитанную закономерность, проверяет ее строго организованным опытом и вносит свое открытие в сокровищницу человеческой культуры.

Взглянем внимательнее на самую примитивную теплотехническую систему: налитый водою чайник, обогреваемый костром. Система давно проверенная и широко применяемая, почему она и кажется такой неинтересной. Конечно, она так же далека от современной котельной установки, как праща от современного скорострельного орудия. Но даже и в ней совершаются многочисленные процессы, заслуживающие самого пристального внимания всякого вдумчивого теплотехника.

Начнем с костра. Что в нем происходит? Накопленная организмами растений солнечная энергия выделяется в свободном виде и воспринимается образовавшимися при горении газами. Легкие горячие газы устремляются потоком кверху, так как окружающий их холодный и, следовательно, тяжелый воздух вытесняет более легкие газы в верхние слои атмосферы. Однако далеко эти газы не поднимаются, так как они быстро успевают рассеяться, охладиться и выровнять свою температуру с окружающим воздухом. Воздух, опускающийся вниз взамен поднимающихся горячих газов, вливается в костер, реагирует с топливом, сам превращается в горячие легкие газы, которые, в свою очередь, непрерывно вытесняются новым холодным воздухом. Это продолжается, пока происходит химическая реакция и выделяется тепло, то-есть пока есть чему гореть. Таким образом возникает непрерывный газовоздушный поток, назначением которого является доставка окислителя к очагу горения и удаление газообразных продуктов сгорания из этого очага.

Чтобы в известной мере усилить

наш очаг горения, надо было бы вдуматься, не сопровождают ли протекающий в нем полезный процесс какие-нибудь вредные, паразитические явления, мешающие повышению эффективности его работы.

Следует помнить, что значительная доля прогресса в технике заключается именно в выявлении таких паразитических явлений, в их устранении или, по крайней мере, в сведении их к доступному минимуму. В железнодорожном строительстве, например, был период, когда старые мосты, еще недостаточно умело и правильно рассчитанные, улучшались лишь тем, что, произведя более современный, точный расчет, с них снимались лишние балки и раскосы, паразитически утяжелявшие их. После такого преобразования мосты становились прочнее и долговечнее. Паразитическим явлением, возникающим при костровом сжигании топлива, прежде всего является быстрое рассеивание горячего газа в окружающей атмосфере и его непроизводительное остывание, которое на коротком пути подъема быстро уничтожает разницу в удельных весах горячей и холодной части потока, то-есть ликвидирует самую ерхлу, вызывающую движение последнего. Это делает всякий костер чрезвычайно неинтенсивным очагом горения, непригодным для серьезного промышленного применения.

— Выходит, — вставил юноша, — что над нашим костром неплохо было бы соорудить трубу?

— Действительно, — подтвердил отец, — правильно сконструированная труба усиливает, или, как говорят, форсирует, работу очага горения, так как ограждает поднимающийся горячий поток и от слишком раннего рассеивания и, отчасти, от слишком быстрого остывания. Этот прием и применяется во всех огневых устройствах сколько-нибудь значительной производительности.

Однако в трубу надо собрать только горячие газы и не допустить подсоса излишнего, ненужного для горения паразитического воздуха, который, не участвуя в активном, полезном тепловом процессе, отнимет у горячих газов часть тепла, остудит их, то-есть опять-таки ослабит силу тяги, а следовательно, и производительность очага горения.

Чтобы избежать этого, нужно устранить проникновение неуправляемой части окружающего воздуха в рабочее пространство очага горения, что и достигается сооружением топочной камеры. Сам же очаг горения должен быть устроен так, чтобы в нем происходила хорошо организованная встреча двух управляемых потоков рабочих веществ: топлива и окислителя, и при этом поддерживалась достаточно высокая температура, необходимая для быстрого протекания химической реакции окисления.

Чем совершенней топочное устройство, тем эффективнее протекает в нем процесс горения. Так, поэтически описываемый в английских романах камин, может быть, представляет собою удачное зрелищное мероприятие, но с точки зрения современной огнетехни-ки не выдерживает сколько-нибудь серьезной критики. Имея открытую камеру горения, он допускает в процесс огромное количество неорганизованного, паразитического воз

духа, отнимающего на себя значительное количество тепла и выносящего это тепло без всякого использования в атмосферу. Коэфици-ент полезного действия у камина почти так же низок, как у костра.

Другой причиной неэкономного использования топлива может явиться неполнота его сгорания. Это может быть результатом низкой температуры, допущенной в плохо организованном очаге горения, так как при этом происходит резкое замедление самой химической реакции. Но возможна и другая причина.

Так как и процесс смесеобразования и процесс горения происходят в непрерывно движущемся газовоздушном потоке, то этот поток может успеть удалить из очага горения часть горючего вещества раньше, чем оно сгорит. Результатом этого явится соответствующая неполнота тепловыделения израсходованного топлива.

Вспомните еще раз о костре Образование горючей смеси в нем крайне несовершенно: кислороду легче подойти к частицам топлива и прореагировать с ними на периферии костра и гораздо труднее проникнуть в его сердцевину, так как он должен пробиваться через значительную толщу образующихся при горении газов. Можно подумать, что костер особенно сильно горит в середине и хуже по краям, так как в центре его образуется самое большое, длинное пламя. А между тем это только кажется, потому что мелкие и газообразные частицы топлива увлекаются потоком газов кверху, и если они движутся в центре этого потока, то успевают получить свою порцию кислорода и сгореть только самыми последними, уже высоко над костром. Кстати, за время движения кверху горячий поток газов успевает потерять немало тепла и, следовательно, заметно остыть. Таким образом, сердцевина кострового очага горения находится в неблагоприятных условиях как по образованию горючей смеси, так и по температурным условиям. Чем больше, то-есть чем шире костер, тем позднее проникает кислород в сердцевину потока и тем длиннее пламя такого костра.

Над нашим костром висит чайник. Чем холоднее такой чайник, например если он заполнен холодной водой, тем труднее около него завершиться процессу сгорания. На наружных стенках чайника отлагается толстый слой сажи — частичек несгоревшего твердого углерода.

В таком примитивном очаге горения, как костер, процесс практически почти неуправляем, то-есть развивается в основном стихийно. Чем совершеннее промышленная топка, тем полнее должны быть устранены в ней все перечисленные недостатки, тем более послушным, поддающимся регулировке должен быть в ней процесс.

Все эти проблемы, которые открывает взгляду теплотехника простой костер, в неизмеримо усложненных вариантах встают перед инженерами-проектировщиками современных котлоагрегатов.

Для интенсификации топочного процесса в первую очередь надо усилить силу тяги. Пытались для этой цели строить очень утепленные и очень высокие трубы. Однако даже самые высокие из них, достигающие 100 — 150 м высоты, в на-

15