Котел высокого давления

Котел высокого давления

Эксперименты Лаваля с паром высокого давления были прямым продолжением его работ над паровой турбиной. Закончились они появлением сконструированного им парового котла высокого давления на выставке в Стокгольме в 1897 году.

Именно здесь, более чем где-либо, и именно в настоящее время, более чем когда-нибудь, проявляется во всем своем блеске значение шведского изобретателя, в своих идеях шедшего далеко впереди своих современников, предвидевшего пути развития техники на полвека вперед и угадывавшего их направление. Именно в настоящее время произошел переворот в области всей техники паровых котлов, более решительный, чем все предыдущие, на основе выдвинутой Лавалем идеи применения высоких давлений пара.

Паровые котлы, как известно, служат для превращения скрытой химической энергии топлива в энергию пара, который может утилизироваться или в качестве рабочего тела, например в паровых машинах, паровых турбинах, или в качестве носителя тепла, например при отоплении, подогревании и ряде других термических процессов. Превращение это происходит таким образом: топливо сжигается в топке, тепло от полученных дымовых горячих газов, a равно и от самого горящего топлива, передается стенке котла, от стенки — воде, заключенной в котле, которая от этого превращается в пар. Это — процесс длительный; для того, чтобы он не прерывался, нужно доставлять по мере израсходования в котел — воду, а в топку — топливо и воздух и одновременно удалять по мере накопления из котла — пар, а из топки — дымовые газы и золу. Для того, чтобы все эти операции производить своевременно, чтобы следить за правильностью и безопасностью работы котла, необходимы разного рода аппараты и приборы.

Современный паровой котел надо рассматривать как сложную котельную установку с очень многими дополнительными частями, необходимыми для правильной, безопасной и экономичной работы котла.

Идея парового котла существовала еще у древних греков, как это видно из описаний в труде Герона Александрийского. Греки и римляне употребляли для подогревания вина аппараты, походившие на наши самовары и представляющие собой водогрейные жаротрубные паровые котлы в миниатюре.

С появлением паровой машины Уатта, паровые котлы получили огромное распространение. С усовершенствованием парового двигателя к паровому котлу стали предъявляться повышенные требования в смысле экономичности и повышения давления пара. Над совершенствованием котла стали работать многие конструкторы, создавшие в основном два типа паровых котлов: жаротрубные и водотрубные. В первых вода находится в цилиндрическом сосуде, внутри которого имеется одна или несколько различного диаметра труб, через которые проходят из топки горячие газы, нагревающие воду. Во вторых, наоборот вода находится в трубах, обтекаемых горячими газами, идущими из топки.

Современный паровой котел высокого давления пара

Водотрубные котлы значительно более безопасны, что имеет огромное значение, так как взрывы паровых котлов вообще очень часты. Так, по статистическим сведениям одной Германии, за десятилетие с 1877 по 1887 год произошло 168 случаев взрывов паровых котлов, причем было убито 177 человек, тяжело ранено 97 и легко — 244. Самый страшный взрыв произошел на машиностроительном заводе Фриденсгютте в Верхней Силезии: здесь взлетели на воздух одновременно двадцать два котла.

Когда Рудольф Дизель в 1893 году выступил с предложением своего двигателя внутреннего сгорания, призванного заменить паровую машину, а затем и осуществил его в 1897 году, казалось, что дни парового двигателя и парового котла сочтены. Однако уголь, питавший паровые котлы, не так-то легко сдался на милость побеждающей нефти: вызванным к жизни потребностью промышленности паровым машинам с перегретым паром и вслед затем паровым турбинам по-прежнему были нужны и паровые котлы и уголь. Чтобы конкурировать с более экономичными нефтяными двигателями Дизеля, паровые машины должны были искать путей к более экономному расходованию пара, а стало быть, и топлива. Путь этот, указанный Лавалем, и заключался в переходе к работе паром высокого давления, для которого нужны новые конструкции паровых котлов.

Вопрос этот совсем не был так ясен, как теперь. В то время — это было около 1892 года — когда Лаваль взялся за разработку проблемы применения пара высокого давления, вопрос этот был очень далек от разрешения.

Правда, и ранее находились смельчаки, пытавшиеся применять такой пар. Так, немецкий инженер Альбанс, которому принадлежит старейшая конструкция водотрубного котла, сконструировал котел с давлением пара до сорока атмосфер — нечто неслыханное в то время. Двадцать лет спустя известный немецкий же изобретатель и конструктор, Вильгельм Шмидт, построил котел с давлением пара в шестьдесят атмосфер. Однако и тот и другой потерпели полную неудачу. Котлы взрывались при первых опытах, и мысль о возможности практического использования пара таких высоких давлений была оставлена надолго.

Таким образом у Лаваля, в сущности говоря, не было предшественников в этой области, и во всяком случае не было накопленного технического опыта и теоретических знаний. Между тем Лаваль сразу решил перейти от применявшихся в то время на практике давлений в десять атмосфер к неслыханным давлениям в сто десять и двести двадцать атмосфер.

Он делал колоссальный скачок вперед и делал его в правильном направлении, как это показало дальнейшее развитие вопроса, стоящего и сегодня в центре внимания мировой технической мысли.

Лавалевский паровой котел высокого давления, выставленный в Стокгольме в 1897 году, вместе с обслуживавшимся им турбогенератором, дававшим электрический ток для освещения выставки, в целом представлял собой единственную в своем роде установку, о которой заговорил технический мир.

Этот котел, высотою около 3 метров, с диаметром кожуха около 1? метра, в основном состоял из одной длинной спиральной трубки небольшого сечения, свернутой во множество витков с газопроводами между ними. Вода накачивалась насосом с одного конца этого змеевика, а перегретый пар отбирался с другого его конца. Вся установка, поражавшая умы современников, представляла единое органическое целое с непрерывной автоматической подачей топлива и питательной воды, автоматическим регулированием давления пара при входе его в турбину и автоматическим регулированием работы котла путем вдувания воздуха в топочное пространство и под колосники. Давление пара этой первой в мире котельной установки высокого давления держалось на высоте ста двадцати атмосфер.

Котел давал до 800 килограммов пара в час. Турбина расходовала около 8 килограммов пара на киловатт-час.

Турбина имела два ряда рабочих лопаток и представляла собой тип турбины с двумя ступенями давления. Она делала до 13 тысяч оборотов в минуту и вращала через обычную лавалевскую передачу две динамомашины постоянного тока, а также приводила в действие шестицилиндровый питательный насос. Отработавший в турбине пар шел в вертикальный поверхностный конденсатор, снабженный водоструйным воздушным насосом, в котором, по-видимому, использовалась энергия всей охлаждающей воды, затем уже поступавшей в конденсатор.

Вся установка занимала площадь в 20 квадратных метров и внешне была очень компактной и изящной. Из деталей самого котла наиболее интересной являлась вращающаяся колосниковая решетка с центральной подачей топлива, регулируемой вращающимся коническим колпаком, выложенным, огнеупорным кирпичом.

Котел работал к полному удовольствию устроителей выставки и ее посетителей, однако не без многочисленных починок и поправок.

Разрез котла Лаваля

Починки эти, впрочем, производились по ночам и потому не привлекали внимания, тем более, что руководил ими сам Лаваль, быстро и решительно устранявший дефекты. Ближайшим его помощником оставался старый Зундберг, с которым он вместе когда-то вращал сепараторы на Регеринсгатане: это был опытный, трудолюбивый мастер из числа тех самоотверженных самоучек, кто молчаливой наблюдательностью, вниманием и старательностью возмещает недостаток своих знаний. Лаваль представлялся ему человеком необыкновенным, и в осуществление всех его даже самых фантастических идей Зундберг верил безоговорочно. Да и в самом деле Лаваль, знавший каждую деталь машины лучше всех тех, кто с ней возился, был убедительнее его изобретений. Личность его внушала более доверия к его идеям, чем они сами при их осуществлении в форме реальных машин.

Затруднения при практическом применении котла крылись главным образом в несовершенстве материала. Змеевики не могли выдерживать длительной эксплуатации: они перегревались в некоторых местах, стенки раскалялись и трубы лопались.

Лаваль понимал конечно, что для продолжения работы над усовершенствованием котла нужно еще очень много времени, изысканий, опытов и терпения, но сосредоточиться на всем этом он уже не мог.

— Ну, что же, — сказал он однажды, покидая выставку на рассвете, — я сделал начало. Пусть доделывают другие. Мое дело было доказать, что технике нужны большие скорости и высокие давления. Рано или поздно это будет ясно для всех…

Он чувствовал, что выступил с осуществлением своей идеи слишком рано и видел, что распространения его котел, сейчас не найдет не только в Швеции, но и в странах с более высоким уровнем развития производственной техники.

В это время ум его уже был занят нашумевшими двигателями Дизеля, о которых взволнованно твердила мировая литература.