Честно скажу: о "Потемкине" будет в самом конце (и совсем чуть-чуть, для зацепки к следующему рассказу), а поговорим мы, действительно, об огнетрубных котлах.
Поскольку "ярмарка тщеславия" немного поутихла, попробую некоторые вещи рассказать по-подробнее. Без формул, ибо дореволюционные формулы действительно были в футах, фунтах, дюймах и в конских силах, и если подставить туда килограммы и метры, мы (естественно) получим бред (если они не высчитывают безразмерные величины, но это не точно). Пользоваться можно только пересчитанными в советское время формулами. Пока обойдемся без формул, просто,чтобы было понятие физики.
В связи с тем, что паровая техника в наше время уже стала экзотикой, попробую немного вернуться назад, и показать эволюцию котлов для паровых машин. В сети уже давно идут бурные сражения по поводу того, какой котел лучше и почему. При этом, люди исходят из современных знаний, ориентируются на современные тенденции, технологии, материалы.
Есть люди, которые понимают суть (но, просто исходят из современных концепций), а есть те, кто даже суть процесса не понимают (но бурно пишут).
Детандер из обычного редукционного клапана (коим он, по сути, является) вдруг становится «баком, куда пар стравливается». Господа, пар травят только в самом крайнем случае, это, как минимум, не экономно. Ладно, давайте вернемся к котлам и их обвязке.
Если вам все известно, пропустите часть текста,обратившись к констатирующей части. Извините, если уж сильно упрощенно объясняю, просто хочется, чтобы было понимание, почему вдруг на «Баяне» появился «экономайзер» (и что это вообще такое). Итак…
Котел «классический» (бойлерного типа), некогда применявшийся на старых пароходах. Это просто закрытый сосуд, поставленный на топку. Иногда, для увеличения площади нагрева, у него делали вогнутое дно (при малых давлениях пара так можно было делать). Это архаика, достоинства и недостатки мы не смотрим.
Котел огнетрубный. Это уже тот вид котлов, который уже использовался на кораблях того периода, который рассматриваем мы. Огнетрубными называют такие паровые котлы, в которых горячие продукты сгорания топлива движутся внутри труб, омываемых снаружи водой.
По сути, это развитие «классического» котла, в который встроили и топку, и дымоход, уменьшив теплопотери и габариты. Топливо сгорает в топке (жаровой трубе), горячие продукты горения проходят по дымогарным трубам (диаметром 50-100мм), после чего, продукты сгорания, пройдя через дымогарные трубы и отдав часть теплоты на испарение воды, собираются в дымовой коробке (если она предусмотрена) или просто, сразу направляются в дымовую трубу.
В этом котле нагревательной поверхностью является:
А) поверхность топок или жаровых труб (вся или частично). В том случае, если используется жидкое топливо (но это не наш случай) она считается полностью, а, в случае если это твердое топливо, например, уголь (это наш, «исторический» случай) нагревательной поверхностью является верхняя половина топки от колосниковой решетки.
Б) поверхность огневого ящика за вычетом отверстий для трубок
В) поверхность дымогарных трубок по наружному диаметру (79-89% всей теплопередачи);
В оборотных огнетрубных котлах топки (сейчас их чаще называют жаровыми трубами) и дымогарные трубы размещены в котле параллельно друг другу, а газы в них движутся в противоположных направлениях. Из топки продукты горения с высокой температурой попадают в огневую камеру, где идет их дожиг, а, затем, из коробки по дымогарным трубам в силу существующей тяги (естественной или искусственной) идут на выхлоп. Такая компоновка получается компактнее.
В пролетных котлах топки и дымогарные трубы расположены последовательно, и все идет в одном направлении (проще и чуть лучше параметры).
Котлы этого типа и сейчас используются в корабельном деле, но уже чаще не в качестве паросиловой установки, а для других целей. Сейчас топки делают гофрированными, дабы увеличить площадь теплообмена, раньше таких технологических возможностей не было.
Тяга может быть естественной, как в печной трубе, но в начале ХХ века появился "наддув" кочегарки вентиляторами, а, потом и дутье в топку (но все это чуть более поздние решения.
С углем эта схема получается не очень удобной, но, к подаче угля мы вернемся потом.
Корпус огнетрубного котла заполняется питательной водой с таким расчетом, чтобы вода покрывала все поверхности нагрева и огневую камеру с учетом возможных кренов и дифферентов судна. Расход воды, испарившейся в котле, восполняется подачей свежей питательной воды в корпус котла. «Упускать» воду крайне нежелательно, (но не смертельно).
Пар собирается в верхней части котла и поступает в паровую трубу. С целью повышения эффективности колов этого типа, на них стали ставить дополнительные теплообменники. Сначала, это были только пароперегреватели. Пар выходящий из главного котла дополнительно нагревался уходящими в трубу выхлопными газами. Конструкций было много, принцип – один: «догрев» пара выхлопными газами котлов.
Потом, решили, что этого мало. После пароперегревателя стали ставить «экономайзер». За этим «мудрым» термином скрывается еще один теплообменник: он подогревает питательную воду выходящими выхлопными газами, перед подачей ее в котел.
Что могли «выдать» котлы этого типа: давление до 13-15 килограмм силы на сантиметр квадратный. Пишу пока словами, потом буду использовать «внесистемую», (но понятную) единицу «бар» или системные мегапаскали. Иногда давление дают в "атмосферах". На всякий случай даю таблицу перевода
Рабочая температура на выходе из пароперегревателя до 300 градусов (естественно Цельсия, а, не Реомюра и не Фаренгейта)
Огнетрубные котлы достаточно долго использовали во флоте, ибо у них и свои достоинства и свои недостатки.
Принцип их тот же, что и у классики: греется вся масса воды в котле, (потом пополняется питательным насосом). "Отсюда мораль": долгое разведение паров на «холодном» котле. Для «эскадренного» корабля того времени, это не совсем принципиально, зато у котла были существенные достоинства.
Первое (и самое главное) достоинство в том, что они не столь чувствительны к котельной воде. «Засолились котлы? Да, и … с ними, потом почистим!». Они, в принципе, очень неприхотливы, просты в обслуживании. Даже если ненадолго «упустить» котельную воду, это не катастрофа. Количество воды в котле в несколько раз превышает его часовую производительность, поэтому с момента прекращения питания котла водой до падения уровня воды до нижнего допустимого предела проходит достаточно много времени. Они долго «раскочегариваются», зато давление пара и уровень воды при резких изменениях нагрузки меняются очень незначительно. Есть, конечно, свои тонкости и нюансы. Так, например, для того, чтобы избежать коррозии, в котлах этого типа, ставили цинковые протектора, и на одном из наших крейсеров, из-за неудачного расположения протекторов, они (почему-то) расплавились (но это уже экзотика).
Беда была в другом удельная паропроизводительность была относительно невысокой (что «тянуло» за собой большие габариты котлов). Они требовали большого прочного корпуса хитрой формы. Но, главное было не в этом. Котлы долго «разгонялись» (от 12 часов до 20 часов). Держать котлы постоянно в «поднакале» дорого и нерационально. Разводить пары несколько часов? Не для всех кораблей боевых кораблей это приемлемо.
А, вот теперь еще один маленький нюанс (и на это часто не обращают внимания): после того, как жаротрубные котлы уступили свое место водотрубным, происходит скачок в скоростях боевых кораблей на (в среднем на 2 узла). Почему? Эти котлы (со всеми ухищрениями) не давали более 13-15 бар, машина работала на паре 9-10 бар. После появления новых котлов рабочее давление котлов растет, растет и рабочее давление машины, и как результат...
"Рюрик" с огнетрубными котлами дает 16 узлов (давление котлов 13 бар, рабочее давление машины около 10 бар, его собратья с водотрубными Бельвилями дают 18-20 узлов, потому, как получают пар давлением 17,2 бар, а их машина работает на паре давлением 15-16 бар.
Последний "огнетрубник" Черноморского флота "Ростислав" давал 16 узлов, а первый "водотрубник" должен был давать 18 узлов (правда, дал всего 17, но причина там немного другая).
Чуть коснемся одного аспекта истории "Потемкина" (но ему стоит посвятить отдельную главу). Нет, мы не будем касаться его революционной истории, хотя, на его борту в тот самый "сдаточный рейс" выходил и мой прадед, (это отдельная история).
Прославиться он должен был совсем другим. Про этот броненосец пишут: " Строился по прототипу эскадренного броненосца "Три святителя" переработанному проекту броненосцев типа "Пересвет", схема бронирования подобна английскому броненосцу "Мэджестик"". (О, как!) А, еще "Вики" пишет, что он был первым броненосцем, который использовал жидкое топливо. Ну, нет... не совсем так. Первым "водотрубным" - да. Черноморский флот (после Каспия) был первым, кто применил нефтяное топливо. "Ростислав" уже имел нефтяное отопление котлов, но... его достаточно быстро "ликвидировали". А, виноват во всем опять "Потемкин".
26 сентября 1900 года броненосец «Князь Потёмкин-Таврический» был спущен на воду, а 20 июня 1902 года совершил переход в Севастополь — для достройки и вооружения. Первоначальный срок ввода в строй был сорван пожаром, вспыхнувшим 20 декабря 1903 г. в котельном отделении и нанесшим серьезный ущерб. Расследование причин выявило ряд конструктивных и технологических изъянов котлов, что потребовало замены их на котлы под твёрдое топливо. Очень жаль, ибо сочетание "водотрубные котлы"+"жидкое топливо" имело имело много достоинств (к сожалению, вовремя не оцененных.
Водотрубные котлы, действительно имели одну черту, которая при использовании твердого топлива, выматывала кочегаров (но о ней в следующей главе)
