КОТЛЫ ДЛЯ ПЕРВЫХ ПАРОВЫХ МАШИН

Виктор Сергеевич Шитарев, капитан дальнего плавания

Эти инженерные сооружения не отличались особой сложностью и работали по принципу обычного чайника или самовара. Их тогда называли котлами сундучного типа. Внутренний объем разделялся на топку, над которой располагалась емкость с котельной водой, для отопления использовались дрова. Из-за малой площади нагрева пара они давали мало и работали плохо, и поднять в них высокое давление было просто невозможно. Материалом их изготовления было железо или медь, иногда эти материалы использовали в комбинации, так как медь не ржавеет. Со временем возникла необходимость выделить основные характеристики котлов.

Рассмотрим наиболее важные. Начнем с давления пара, которое можно было "держать" в котле. Если рабочее давление в нем не превышало 50 фунтов на квадратный дюйм, то его относили к котлам низкого давления. Чтобы выразить это давление в атмосферах (что нам более понятно), надо 50 умножить на 0,07; тогда получим 3,5 атмосферы (атм). При рабочем давлении до 150 фунтов на квадратный дюйм (10,5 атм) парогенератор считался котлом высокого давления. Далее шли масса пустого котла и его масса, когда он заполнен котельной водой до рабочего уровня. Затем, площадь нагрева - площадь топочного пространства и других поверхностей, омываемых пламенем и раскаленными газами, образовавшимися от сгорания топлива.

Важной характеристикой была площадь колосниковой решетки, на которой сжигалось топливо - дрова или каменный уголь. Паросъем (паропроизводительность) - это масса воды, которая в котле превращается в пар в единицу времени; как известно, пар на весы не положишь. Нетрудно заметить, что чем больше площадь нагрева, тем больше паропроизводительность котла. Поэтому котлы сундучного типа вскоре были заменены галерейными котлами. В них раскаленные газы проходили по "галереям", располагавшимся в толще котельной воды, что заметно увеличивало площадь нагрева.

Однако возможности галерейных котлов вскоре были исчерпаны, и им на смену пришли огнетрубные. Площадь нагрева в них была высока, поскольку галереи заменили дымогарными трубками, проходившими в толще котельной воды. Вода омывала трубки и быстро нагревалась. Поскольку трубок было много, то и площадь нагрева значительно увеличивалась. Такие котлы строились до тех пор, пока плавали пароходы торгового флота, почти до конца XX века. Сначала в них в качестве топлива использовался каменный уголь, а потом мазут флотский. Огнетрубные котлы были экономичны, надежно обеспечивали давление пара порядка 16 атм и его перегрев до температуры около 300 градусов Цельсия.

Далее внесем ясность еще в некоторые понятия. Подойдем к неработающему холодному котлу и посмотрим на манометр. Его стрелка указывает нулевую отметку, давление пара в котле отсутствует. Теперь будем вводить котел в действие, давление начнет расти, допустим, по манометру оно достигло 16 атмосфер. Такое давление обозначается тремя буквами "ати" (атмосферы истинные), но снаружи на котел давит атмосфера Земли, значит, абсолютное давление в котле будет 17 ата (абсолютное).

Котлы, с которыми мы познакомились, имели один крупный недостаток - они были взрывоопасны. Из школьного курса физики известно, что при нормальном атмосферном давлении вода кипит при температуре 100 градусов Цельсия. Давление в паровых котлах значительно превышает атмосферное, поэтому вода начинает там кипеть при более высокой температуре, равной приблизительно 200 градусам. Теперь представьте, котел дал трещину, через которую вышел из него весь пар. А температура котельной воды 200 градусов. Происходит ее мгновенное вскипание, затем следует взрыв огромной силы. Поэтому при проектировании котлов инженеры всегда стремились к тому, чтобы при работе котла в нем было как можно меньше котельной воды.

Исчерпывающей статистики о взрывах котлов нет, но кое-какими сведениями мы располагаем. По материалам В.С. Ридфилда, только за 1817 год на реке Миссисипи было зарегистрировано четыре взрыва котлов. На пароходе "Конститюшен" погибло 13 человек; на "Дженер Робинсон" убито 9 человек; на "Янки" убито 4 человека; на "Герис" убит 1 человек. Сведения о раненых отсутствуют. Все суда имели котлы высокого давления.

Тогда существовало мнение: чтобы уменьшить опасность взрыва, надо устанавливать на судах котлы с рабочим давлением не более 50 фунтов на квадратный дюйм. Но соглашаться с этим мнением, видимо, нет нужды. Только за 1825 год на американских судах взорвалось 17 котлов низкого давления. Как говорится, "хрен редьки не слаще". Просто надо было строго соблюдать правила технической эксплуатации. Но в этом отношении американцы часто действовали "очертя голову".

Но "горячие американские парни", любившие поспорить, шли еще дальше. Часто на реках Америки между пароходами устраивались гонки.

Иногда в гонках участвовало три парохода. Зрелище это осталось на холстах американских художников. Из труб пароходов вырывался огненный шлейф, уходивший за трубу на полтора - два метра; машины работали с максимальной мощностью, которая была выше расчетной. В общем, было на что посмотреть.

Экипажи русских пароходов были намного скромнее, о чем свидетельствует публикация от 1835 года в "Коммерческой газете": "...Со введения в России пароходов минуло уже 20 лет. В продолжении сего времени с пароходами случались во всех государствах Европы и Америки большие несчастья, но в России ничего подобного не было."

Таким образом, хотя на первом российском пароходе Чарльза Берда в 1815 году и была установлена машина фирмы "М. Болтон - Д. Уатт", машиностроение в России развивалось успешно. К середине XIX века предприятия России производили на коммерческой основе и паровые машины, и паровые котлы, и движители ничем не уступавшие лучшим зарубежным образцам.