Техника - молодёжи 1969-08, страница 11

боткой устройств для забрасывания угля, для его перемешивания, для удаления золы и шлака и т. д. Другие возлагали надежды на жидкое топливо, не дающее шлака и золы, не Меняющее своих свойств при перегрузке, легко транспортируемое с судна на судно, из цистерны в цистерну. Эти люди, лучше чем кто-либо другой понимавшие недостатки жидкого топлива, с поразительным упорством держались, одна-ко» той мысли, что жидкое горючее надо сжигать, как и уголь, на колосниковой решетке или какой-нибудь иной твердой поверхности. Нефть пытались сжигать на плоских поддонах, на наклонных плоскостях, на огнеупорном материале. Предлагалось отапливать котлы с помощью керосиновых ламп с фитилями из асбеста. Была даже идея превращать нефть в подобие угля, пропитывая ею куски пористого огнеупорного материала. Ажиотаж достиг такого накала, что Морское министерство поручило русским агентам в Америке пристально следить за появлением каждой новинки в сжигании жидкого топлива.

Но только отказавшись копировать угольную топку, изобретатели добились успеха. Сначала облако мелко распыленных частичек начали создавать сильной струей сжатого воздуха илй пара. Потом стали разбрызгивать топливо центробежными силами. А в конце концов оказалось: подогретая нефть, под большим давлением нагнетаемая в форсунку, образует великолепный конус из мельчайших частичек.

Но мазутное отопление никогда не достигло бы успеха без хорошо отработанных воздуходувок. 6 1870-х годах, когда в газоходах огнетрубных котлов начали устанавливать пароперегреватели, а потом экономайзеры и воздухоподогреватели, выяснилось, что естественная тяга не в состоянии преодолеть аэродинамического сопротивления. Тогда ей на помощь в газоходе установили дымосос. Этот механизм, работающий при повышенных температурах, оказался не очень надежным. Ему на смену пришли вентиляторы, нагнетающие воздух в котельное отделение. А после второй мировой войны стали нагнетать воздух под давлением прямо в топку.

Каждый из этих переходов сопровождался уменьшением размеров котла, ибо чем больше скорость горячих газов, тем лучше, интенсивнее идет теплообмен и тем меньше поверхности нагрева. Но самый компактный котел получился едва ли не случайно во время экспериментов с первыми газовыми турбинами. Тогда, в 1930-х годах, лопатки турбин выдерживали всего 450° С. Чтобы снизить температуру газов до этой величины, решено было сжигать топливо в котле, а получающийся пар пускать в паровую турбину на помощь газовой. Но расчеты показали, что паровая часть этой установки гораздо мощнее газовой, поэтому ее правильнее считать паровой установкой с газотурбинным наддувом. Один из экспериментальных котлов 1932 года оказался настоящим рекордсменом. Горячие газы обтекали трубки со скоростью 200 м/сек, в 10 раз быстрее, чем в обычных котлах. В 1 куб. м топки за час выделялось 8 млн. ккал! Для сравнения напомним: судовые котлы тех лет в лучшем случае выдерживали лишь 2 млн. ккал, а котлы 1950-х годов — 4—6 млн.!

У современных высоконапорных котлов эта величина перевалила за 10 млн., в них достигнуты максимальные напряженности и скорости обтекания: эволюция обычной котельной топки нашла в них свое завершение.

„КОШМАРЫ ВОДОПОДГОТОВКИ"

С ели бы современные инженеры-котельщики могли присутствовать на пуске машины Кронштадтского порта в 1777 году, они, вероятно, каждое новое сообщение гида встречали бы громким смехом. Самая мощная (80 л. с.) и самая экономичная (9,5 кг угля на л. с. ч.) паровая машина того времени весила 111 т!' Три чугунных котла высотой 5 и диаметром 3 Метра вмещали по 19,5 т воды каждый и генерировали пар с избыточным давлением 0,2 кг/см².

Как это неудобно, расточительно, громоздко, тяжеловесно! И все-таки у старинной машины было весьма полезное и важное устройство, какого нет у современных котлов. Труба, по которой можно было забрасывать на дно смесь железных и деревянных опилок с навозом, позволяла устранять течи без остановки котла. Но современного специалиста поразило бы не столько это незатейливое устройство, сколько замечательная неприхотливость старинных котлов к качеству питательной воды. В них можно было заливать речную, болотную, морскую воду, и, как видим, даже несколько комьев грязи отнюдь не ухудшали их работы. Для современного же котла иногда оказываются губительными несколько лишних Миллиграммов солей, растворенных в литре питательной воды.

Вот к чему привело более чем двухвековое стремление котлостроителей к более компактным, легким, удобным и экономичным парогенераторам! Едва ли <не каждое усовершенствование в этом направлении в конечном итоге ужесточало требование к воде. И если инженеры чересчур увлекались и забывали об этой неумолимой зависимости, последствия оказывались страшными: котлы взрывались. Это случалось так часто, что в некоторых технических журналах была даже постоянная рубрика — «Взрывы котлов».

Изучение аварий показало, что котел с кипящей водой под высоким давлением — своеобразная взрывчатка. Нужна лишь «детонация» — резкое понижение давления, при котором вода мгновенно вскипела бы, и огромное количество пара произведет взрыв. Таким детонатором чаще всего оказывается накипь.

До сих пор мы считали, будто вода абсолютно чистая. В действительности же котел — своеобразная клоака паровой установки, все загрязнения: масло, протечки морской воды в конденсаторе, кислород, углекислота — все это вместе с питательной водой попадает в котел. Из него же непрерывно отводится сравнительно чистый пар. поэтому в котловой воде постепенно концентрируются примеси. Внутри водяного объема температура распределена довольно неравномерно. А поскольку среди солей, растворенных в котловой воде, есть такие, растворимость которых уменьшается при повышении температуры, они и оседают в наиболее нагретых местах, образуя иногда плотный слой. Теплопроводность его раз в 100 меньше, чем у стали, и металл под ним может быстро перегреться и лопнуть. И вот тогда-то происходит взрыв...

Конечно, если теплонапряженность топки мала, котлу ничто не угрожает. Даже под толстым слоем накипи его стенки не могут нагреться до опасной температуры, поэтому в него можно подавать любую воду, даже забортную. Надо только время от времени продувать ее, чтобы вывести из установки накопившиеся загрязнения. Правда, толстый слой накипи уменьшает теплопередачу, но в старых огнетрубных котлах, куда без труда мог забраться человек, накипь периодически скалывали.

Переход к теплонапряженным водотрубным котлам был бы невозможен, не найди котельщики веществ, переводящих не растворимые при повышенной температуре соли в растворимые или в такие, которые образуют рыхлый осадок, удаляемый продувкой. Чтобы на поверхности металла все время была защитная пленка, котловая вода должна быть мягкой. Для этого в нее добавляют щелочь или фосфат натрия. Однако этих веществ не должно быть в избытке — иначе вода в котле сильно пузырится и в пароперегреватель уносится много капель, которые, испаряясь, оставляют в нем скопления солей. При высоком давлении и температуре становится особенно опасным растворенный в воде кислород: он вызывает самую страшную разновидность коррозии — язвенную. Поэтому переход на повышенные параметры потребовал разработки новых устройств, в которых из питательной воды удаляется кислород.

Но и это еще не все. Мы ничего не рассказали о гальванической коррозии, о каустической хрупкости, о коррозии под напряжением, об окислении трубок пароперегревателей при высокой температуре, о разъедании стенок парового коллектора, подвергаемых попеременному осушению и смачиванию, и о десятках других противоречивых и до сих пор еще не решенных проблем — «кошмаров водоподготовки».

Именно они, эти «кошмары», породили необычные котлы, создатели которых во главу угла поставили свойство, в старинных котлах достигавшееся автоматически, — неприхотливость к качеству питательной воды.

Таким образом, котельная техника как бы заранее подготовилась к восприятию новой топки — активной зоны ядерного реактора, — топки, позволившей создать небывалые корабли и электростанции, топки, в которой теплонапряженность теоретически может быть доведена до 10 млрд. ккал/м⁸ час, топки, которая породила необыкновенные котлы, завершившие эволюцию чайника.

Тем, кто интересуется парогенераторами и хочет изучить их подробно, мы рекомендуем следующие книги:

1. П. А. БАРАШ, Развитие судовых паровых котлов. Л., ОНТИ —

НКТП, 1937.

2. С. И. КУЗЬМИН, Судовые паровые котлы. Л., Судпромгиз,

1941.

3. «Парогенераторная установка с наддувом для кораблей

ВМС США». «Судостроение» ffe б, 1965.

7