Техника - молодёжи 1969-08, страница 10

Таким образом, котел — замечательный редуктор температуры, а котором безопасно и безболезненно могут соседствовать высокие температуры, необходимые для горения, и гораздо более низкие, ограничиваемые возможностями конструкционных материалов, бот почему паровые двигатели и появились на 100 лет раньше газовых.

Котел не только легко и удобно редуцирует температуру, но и физически отделяет грубый и грязный процесс сжигания топлива от тонких, деликатных процессов в цилиндре машины или проточной части турбины. Это делает паровую установку на редкость всеядной. В котле можно сжигать торф, уголь, дрова, мазут, даже мусор: качество пара, идущего в машину, совершенно не' зависит от вида горючего. Иное дело газовые двигатели.

•Их топка, по сути дела, совмещена с рабочим объемом, твердое топливо сжигать нельзя. Попытки приспособить двигатели к пылевидному топливу не увенчались успехом. И даже не всякое жидкое горючее можно подавать в форсунки газовых двигателей, в свое время Рудольф Дизель собирался поразить мир двигателем, способным работать на продуктах перегонки дерева, угля, горючих сланцев и даже на растительных маслах — пальмовом или хлопковом. Но он скоро отказался от своего намерения, и е наши дни двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины работают на сравнительно дорогих нефтепродуктах.

Теперь мы можем составить первое представление о паровом котле. Это сравнительно грубый и конструктивно простой механизм, без микронных точностей, притертых поверхностей и хрупких деталей. Тонкая регулировка, подшабрива-ние и притирка, позволяющие порой делать чудеса в двигателях внутреннего сгорания, в котельной технике бессильны. Ими невозможно заменить понимание мощных, сложных физических и химических процессов, идущих в недрах внешне незатейливого устройства.

ЭВОЛЮЦИЯ ЧАЙНИКА И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

Сравнение котла с чайником довольно точное. Первые котлы даже внешними очертаниями смахивали на чайник, а точнее — на этакий медный пустотелый гриб. И тем не менее в них происходили те же самые процессы, что и во многих современных котлах. Воздух окислял топливо. Горячие газы нагревали днище и стенки и, охладившись, выходили в трубу. Паровые пузыри, образовавшиеся на горячем днище, отрывались и всплывали вверх, а на их место подтекали порции воды. Достигнув поверхности, пузыри лопались, и над бурлящей поверхностью возникало облако мельчайших брызг. Но места, откуда отбирался пар для машины, брызги не достигали: высота оказывалась неплохим сепаратором. Такова исходная конструкция, с которой началась эволюция парового котла.

Слово «эволюция» употреблено здесь не случайно. Замените в рассуждениях о живой природе слово «организм» на «механизм», и вы получите принцип совершенствования любых машин, в частности котлов: специальная деталь всегда лучше универсальной. Для котлов усложнение внешних функций свелось к тому, что паровые двигатели требовали все больше пара и все более высоких давлений.

Историки с недоумением рассказьрают, как однажды раздраженный Уатт требовал повесить Тревитика за то, что тот изобрел паровую машину высокого давления. Во времена, когда избыточное давление в 0,3 кг/см² уже угрожало взрывом котла, Тревитик говорил о 9—10 кг/см². Впрочем, он действительно хватил через край: такие давления паровая техника освоила лишь через 50 лет. Во времена Уатта важно было увеличить паропроизводительность котла. Как бы вытянув ньюкоменовский котел в длину, Уатт получил так называемый сундучный котел с плоским днищем и стенками. Позднее появился корнуэльский котел, в котором толщу воды пронизывала труба прямоугольного сечения, омываемая изнутри горячими газами. Возможно, успех этих конструкций и помешал Уатту оценить идею Тревитика. По странной иронии судьбы человек, так много сделавший для зарождения паровой техники, не смог понять пути, по которому она пошла дальше. Заменив плоские стенки корну-эльского котла цилиндрическими и поместив топку в жаровую трубу, котельщики не только смогли повысить давление пара, но и упорядочить циркуляцию воды внутри котла. Если раньше этот процесс был хаотичным, то теперь паровые пузыри, образующиеся на жаровой трубе, устремлялись вверх, захватывая в восходящее движение и воду. На поверхности эта пароводяная смесь разделялась, пар уходил в машину,

а вода по боковым стенкам подтекала снова к основанию жаровой трубы. Таким образом, жаровая труба оказалась своеобразным насосом, помещенным внутрь котла, насосом, основное назначение которого охлаждать самого себя.

Позднее путь горячих .газов усложнился: от них стали отнимать тепло в пакетах из трубок, проходящих сквозь водяное пространство котла. Так родился знаменитый огнетрубный котел, вошедший в историю под именем шотландского. Этот шедевр котельного дела был обречен на вымирание: частые сплющивания жаровых труб постепенно убеждали котельщиков, что среда с высоким давлением должна находиться внутри трубки.

О том, с каким трудом эта мысль укоренялась в сознании даже новаторов-моряков, можно судить по словам адмирала Фишера — человека, которому британский флот обязан появлением знаменитых дредноутов.

«Подумайте только, поместили огонь там, где должна быть вода, и воду — на место огня!» )Л тем не менее водотрубные котлы быстро завоевали флот.

Гигантский корпус шотландского котла превращается в небольшой горизонтальный цилиндр, а бесформенное водяное пространство заменяется пучками труб, омываемых снаружи горячими газами. Эти пучки — секции, змеевики, пакеты, соединенные так или иначе с коллектором, создавали в водотрубных котлах чрезвычайно четкие контуры циркуляции. Правда, для хорошей естественной циркуляции за счет разницы удельных весов пароводяной смеси и воды котлы должны быть довольно высокими. Но, когда появились циркуляционные насосы, прокачиваг лцие воду и пароводяную смесь сквозь обогреваемые трубки, это ограничение отпало. Паровой котел удалось вписать в пространство любой формы, лишь бы разместить/ в нем факел пламени. От такого котла с принудительной циркуляцией один шаг до прямоточного — вода, подаваемая насосом в систему последовательно-параллельных змеевиков, целиком превращается в пар. Венчает здание современного котельного дела прямоточный котел сверхвысоких параметров. При давлении в 225 атмосфер удельный вес пара становится таким же, как у воды. В этих условиях естественная циркуляция и сепарация пара становятся невозможными в принципе. Пар сверхкритического давления можно генерировать только в прямоточном котле, причем наипростейшем — в трубке, в один конец которой подается вода, а из другого выходит пар.

Такова схема эволюции. Схема, ибо в действительности все неизмеримо сложнее. Прямые линии искажаются побочными слияниями. (Первый прямоточный котел, к примеру, был запатентован почти одновременно с сундучным котлом Уатта.) Наконец, существует множество конструкций, появление которых не оправдано ни повышением давления, ни возросшей паропроизводительностью. Зато их легко было очищать от накипи, запускать, останавливать, хранить.

„ТОВАРИЩ1 Я ВАХТУ HE В СИЛАХ СТОЯТЬ"

«Осторожность, внимательность и трезвость для кочегара несравненно лучше, нежели чрезвычайная телесная сила». Так считал господин Жанвие, издавший в 1837 году «Правила и руководство для начальника, механика и для управляющего машиной на пароходе».

Но вот спустя 50 лет никто из понимающих людей не решился бы утверждать второстепенность телесной силы. И это понятно: когда господин Жанвие писал свое наставление, в топку парохода надо было забросить за час 300—400 кг угля. В конце XIX столетия кочегарам линкора за то же время приходилось подавать из угольных ям и искусно забрасывать в топки 20 т угля!

«Средняя температура в котельном отделении, где каждая смена кочегаров работает по 4 часа, стоя перед котлами, не бывает ниже 63° С, а максимальная доходит до 93,5°... Можно представить себе, что должны претерпевать кочегары и машинисты, работающие буквально в пекле, действующем разрушительно на их организм», — писал один из журналов того времени. Нередко скорость боевых кораблей определялась не мощностью их машин, а пределом выносливости кочегаров. А если добавить к этому трудности погрузки угля, так изнурившие в свое время экипажи Второй Тихоокеанской эскадры в русско-японскую войну, то нетрудно понять: котельная топка застопорила развитие всего парового флота.

Это драматическое положение заставило инженеров лихорадочно искать выход из положения. Некоторые из них пошли по линии механизации угольной топки и занялись разра

в