Два направления развития конструкций паровых котлов.

Развитие конструкций паровых котлов шло по двум направлениям

- создание огнетрубных паровых котлов, у которых горячие газы проходят внутри труб, омываемых водой;

- создание водотрубных паровых котлов, у которых горячие газы омывают трубы снаружи, а вода и пар проходят внутри их.

Водотрубные паровые котлы

Во второй половине ХIХ века были разработаны новые котлы – водотрубные, в которых вода идет по трубкам, а горячие газы омывают трубки снаружи. Такие котлы при меньших размерах дают больше пара, а воды расходуют меньше и, кроме того, они взрывобезопасны.

Первые конструкции судовых водотрубных котлов созданы в тридцатые годы ХIХ века. Это были котлы с горизонтальными трубками(наклон трубок к горизонтальной плоскости менее 30˚С). Одна из ранних конструкций такого котла была создана французским инженером Ж. Бельвилем в 1850 г.

Использование водотрубных котлов позволило уменьшить объем котельных отделений на судах, так как для обеспечения паром мощной паровой машины достаточно одного водотрубного котла вместо четырех-пяти огнетрубных.

Водотрубные котлы (boilers with water-tubes), в которых вода циркулирует в трубках, омываемых продуктами горения, были изобретены в 1828-1829 гг. Дж. Стефенсоном (George Stephenson, 1781-1848, UK) и М. Сеганом (М. Seguin, FR) - практически одновременно и независимо друг от друга. Первоначально, на паровозных котлах, трубные пучки использовались только для увеличения поверхности нагрева, но на судовых котлах произошло разделение пароводяного барабана на пароводяную и водяную части.

Первая конструкция котла, в котором пароводяной и водяной резервуары были размещены на разных высотах и соединены изогнутыми под геометрию топки пучками труб, предложил сэр Гарни Голдуотер (Sir Goldworthy Gurney) в 1828 г., а в 1831 г., после многочисленных экспериментов Якоб Перкинс (Jacob Perkins) запатентовал конструкцию водотрубного котла с функциональным разделением трубных пучков.

Первоначально на паровозных водотрубных котлах трубные пучки использовались только для увеличения поверхности нагрева, но на судовых котлах произошло разделение пароводяного барабана на пароводяную и водяную части.

Первая конструкция котла, в которой пароводяной и водяной резервуары были размещены на разных высотах и соединены изогнутыми под геометрию топки пучками труб, предложил сэр Гарни Голдуотер в 1828 г., а в 1831 г. после многочисленных экспериментов Якоб Перкинс запатентовал конструкцию водотрубного котла с функиональным разделением трубных пучков.

Водотрубные котлы позволяли получать очень высокий теплосъем с рабочей поверхности и создавать давление до 70 кг/ без опасности взрыва котла.

Конструкция паровых котлов постепенно усложнялась за счет дополнительных по­верхностей нагрева и совершенствования процесса сжигания топлива. Уже ранние конструк­ции паровых котлов для повышения экономичности работы энергетической установки имели пароперегреватели, а позже - экономайзеры, обеспечивающие подогрев питательной воды теплом отработавших газов.

Для повышения производительности паровых котлов по предложению шведского инженера Джона Эриксона с 1862 г. применяют искусственное дутье, которое позволило увеличить количество топлива, сжигаемого в топке.

Первоначально воздух специальными вентиляторами нагнетался в котельное отделе­ние, создавая некоторое избыточное давление. Позже воздух, предварительно прошедший через воздухоподогреватель, стали подавать непосредственно в топку парового котла.

Увеличивающееся строитель­ство судов с паросиловыми энергетическими установками требовало надежных, экономичных, высокопроиз­водительных конструкций паровых котлов, создание которых невозмож­но без серьезного научного обеспе­чения. Основы науки о паровых кот­лах,в развитие которой весомый вкладвнесли российские ученые, Нормировались к концу XIX в.

В 1877 г. профессор Николай Павлович Петров опуб­ликовал курс лекций о паровых котлах с анализом процессов парообра­зования и циркуляции воды, а также изложил основы их проектирования.

Профессор Василий Игнатьевич Гриневецкий (1871-1919) разработал методику тепло-эго расчета парового котла. В 1902 г. профессор Петербургского технологического института Герг. Филиппович Депп издал курс «Паровые котлы», ставший энциклопедией котельной техники.