Теплотехника и гидравлика нефти. Деятельность В. Г. Шухова в области теплотехники и котлостроения

Теплотехника и гидравлика нефти. Деятельность В. Г. Шухова в области теплотехники и котлостроения

Развитие промышленности в России в конце XIX в. привело к нарастанию темпов котлостроения, определило необходимость производства более крупных паровых котлов и в большом количестве. К этому времени сложилась и русская теплотехническая школа. Одним из ее представителей был выдающийся инженер-механик, изобретатель Владимир Григорьевич Шухов.

Характерным для котлостроения дореволюционной России было чрезвычайно большое число разнообразных типов и систем паровых котлов, преимущественно иностранных фирм: «Бабкок-Вилькокс», «Штейнмюллер» и др. Техническая контора инженера А. Бари с 1883 по 1890 г. проводила большие работы по монтажу и наладке горизонтально-водотрубных секционных импортных котлов фирмы «Бабкок-Вилькокс». Крупным недостатком горизонтально-водотрубных секционных котлов с продольным барабаном был большой вес и высокая стоимость изготовления, главным образом из-за гнутых змеевиковых секций с большим числом лючков. Помимо прочего, это сильно снижало надежность работы котлов из-за частого пропаривания лючков, служивших для очистки труб от накипи.

В. Г. Шухов, еще будучи студентом Высшего технического училища, глубоко изучил основы котлостроения. В конторе Бари он ряд лет руководил монтажом и наладкой секционных котлов фирмы «Бабкок-Вилькокс», что позволило ему провести их разносторонние исследования. Он также выявил недостатки американских котлов Стерлинга и поставил задачу создать новую конструкцию недорогого горизонтально-водотрубного котла, простого в монтаже и удобного в эксплуатации.

В конце 1890 г. был изготовлен первый горизонтальный водотрубный котел В. Г. Шухова оригинальной и весьма перспективной конструкции. Котел выполнен из ряда секций (от 2 до 5),. объединенных общим поперечным сухопарником и грязевиком. Каждая секция состоит из барабана и присоединенных к нему снизу с помощью горловин двух трубчатых пучков, расположенных под углом 10—12° к горизонту. Каждый пучок имел 19, а позднее²⁹ — 28 труб диаметром 76/70 мм, набранных в шахматном порядке и соединенных с помощью цилиндрических камер (головок) диаметром 640 мм (см. рисунок). Большое число лючков в секционном котле фирмы «Бабкок-Вилькокс» (равное удвоенному числу труб) было заменено двумя увеличенного диаметра люками на целый цилиндрический коллектор (т. е. на 19—28 труб) [1]. Увеличение поверхности нагрева котла возможно путем изменения длины труб (от 2745 до 5490 мм) или путем установки параллельно 2—5 барабанов с одинаковыми по длине секциями.



Расположение труб в трубчатках котла Стирлинга (слева) и горизонтального' водотрубного котла Шухова
Конструкция котла Шухова (привилегия № 15434, 1896 г.) благодаря своим достоинствам нашла широкое применение [2]. Уже с 1891 г. контора Бари прекратила монтаж секционных котлов. В 1897 г. в «Вестнике Общества технологов» было отмечено, что «котлы Шухова представляют наиболее распространенный в России тип водотрубных котлов и, по данным конторы, выпущено уже 400 котлов этой системы» [3].

В классической монографии о паровых котлах Г. Ф. Депп [4] отмечал, что достоинства котлов Шухова, приведшие к такому быстрому их распространению, состоят в следующем:

1) снижение расхода металла по сравнению с секционными котлами, поскольку цилиндрические коллекторы с выпуклыми днищами можно изготовлять из сравнительно тонких листов;

2) наличие в каждом коллекторе только одного лаза вместо большого числа лючков в других конструкциях;

3) возможность увеличения поверхности нагрева путем добавления новых пар головок, которые легко присоединить к существующим;

4) удобство серийного производства котлов в связи с тем, что все элементы и узлы изготовляются из стандартных по размерам элементов, составляющих предмет массового производства;

5) дешевизна изготовления элементов.

Появление котла подобной конструкции существенно видоизменило условия сборки водотрубных котлов. Оказалось возможным доставлять на место установки не полностью собранный котел, а его отдельные стандартные элементы. В связи с этим отпали многие трудности с транспортировкой собранного котла. Сборка их стала возможна в местах, отдаленных от железнодорожных и водных путей.

Котлы Шухова сыграли заметную прогрессивную роль в отечественном котлостроении. Поверхность нагрева котлов могла широко меняться в диапазоне от 62 до 310 м², паропроизводительность котла составляла от 1 до 7 т/ч при давлении пара 15 атм — эти данные вполне отвечали требованиям промышленности того времени.

В. Г. Шухов провел большое число опытов, которые позволили уточнить расчеты конструкций и улучшить эксплуатационные показатели в других модификациях котла. Удельный расход металла был снижен до 2,5—2,7 кг/кг пара, причем на долю барабанов и коллекторов приходилось 1,7—1,8 кг/кг. Такие показатели были большим достижением по сравнению с весовыми характеристиками других горизонтально-водотрубных котлов. Удельная паропроизводительность составляла 18—25 кг/м² ч, т. е. была доведена до уровня лучших конструкций котлов других типов. Существенно был снижен и избыток воздуха, а также температура уходящих газов.

На Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде в 1896 г. котлы Шухова были удостоены высшей награды. На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. В. Г. Шухов был удостоен почетного диплома и Большой настольной золотой медали³⁰.

Котел Шухова начали копировать в других странах. Так, японский инженер Мики в 1914 г. (через 20 лет после получения Шуховым первой привилегии) использовал его вариант для судового котла. В США трубчатые пучки с цилиндрическими коллекторами Шухова применялись в котлах системы Биголбу—Хорнсти.

Фирма «Бабкок-Вилькокс» проявила беспокойство, когда контора Бари в Москве прекратила монтаж котлов этой фирмы. После тщательного изучения конструкции котлов Шухова американский инженер, присланный этой фирмой в Москву, был вынужден признать оригинальность и новизну котла, его существенные положительные преимущества перед американскими котлами.

Горизонтально-водотрубные котлы системы Шухова строились вплоть до 1936 г., позднее они были реконструированы. Учитывая недостатки котлов — их термическую жесткость и тесное расположение труб, а также большой вес при значительной производительности (из-за наличия нескольких барабанов), завод «Парострой» создал модернизированную модификацию конструкции котла Шухова (котел Шухова — Берлина) с поперечным барабаном и шахматным однорядным расположением секций. Удельный расход металла для этих котлов был снижен до 1,5 кг/кг пара. Новые котлы выпускались в большом количестве в течение ряда лет и сохранились в эксплуатации до настоящего времени. Однако в целом они оказались менее удачными, чем оригинальные котлы Шухова, так как КПД их снизился, габариты котла возросли, а возможности блочной сборки уменьшились [5—7].

Наряду с горизонтально-водотрубными котлами широкое распространение нашел оригинальный «вертикальный трубчатый котел Шухова» (привилегия № 15435, 1896 г.) малой мощности с поверхностью нагрева от 10 до 35 м² и производительностью до 0,5—0,7 т/ч. В этом газотрубном котле с вертикальной жаровой трубой в центре корпуса вода, находившаяся в кольцевом объеме снаружи, резко снижала потери котлом тепла в окружающую среду. Котел не требовал обмуровки, а благодаря простоте изготовления был готов к эксплуатации сразу после доставки на место. Для снижения температуры газов на выходе из жаровой: трубы Шухов остроумно разместил ряд наклонных пучков из. труб, заполненных водой. Эти трубы благодаря большим тепловым напряжениям производили дополнительный пар и надежно-работали за счет естественной циркуляции в них воды.

В конце XIX и в начале XX в. на фабриках и заводах ш> всей стране тысячи котельных были оборудованы оригинальными и экономичными вертикальными и горизонтальными котлами Шухова, вытеснившими заграничные котлы иностранных фирм. Вертикальные котлы Шухова, сконструированные им в. конце XIX в., сохранились и работают до настоящего времени.

Не менее ценный вклад внес Шухов в котлотехнику, создав, надежную и простую паровую форсунку для распыления паром жидкого топлива. Впервые этот метод сжигания жидкого топлива при помощи распыления был предложен и разработан русскими теплотехниками. А. И. Шпаковский в 1865 г. предложил первую паровую форсунку. Позднее Шухов создал более удачную конструкцию цилиндрической форсунки. С конца 80-х годов XIX в. паровые форсунки Шухова стали применять сначала на волжских судах и на некоторых судах Балтийского и Черноморского бассейнов, а затем весьма широко в стационарных установках при сжигании нефти или подогретого мазута. В корпусе форсунки имеется внутренний канал, по которому поступает жидкое топливо для распыления. Пар подается к наконечнику и, выходя с большой скоростью (300—500 м/с), эжектирует и тонко распыляет топливо.

Форсунка Шухова очень надежна в эксплуатации, не засоряется и не требует большого напора мазута, пар подается под давлением 2—6 атм, его расход составляет 0,3—0,6 кг/кг топлива. Освоение эффективного способа сжигания жидкого топлива способствовало подъему общей культуры топочной техники в России.

Паровые форсунки Шухова оказались настолько удачными, что они и сейчас, почти через 100 лет после их создания, применяются в качестве горелочных устройств на мелких котлах в промышленности и водном транспорте, а на котлоагрегатах средней производительности — как растопочные устройства.

Многолетние труды Шухова в области теплотехники и кот-лостроения выдвинули эти области науки далеко вперед по сравнению с уровнем развития мировой техники конца XIX •— начала XX в. Своими теоретическими трудами, разработкой и внедрением оригинальных по конструкции и экономичных котлов он внес ценный вклад в развитие отечественной теплотехники. В. Г. Шухов был пионером в стандартизации элементов котельных агрегатов и организации массового производства котлов путем сборки их на месте из готовых, укрупненных, легко транспортируемых узлов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шухов В. Г. К вопросу о котлах высокого давления.— В кн.: Шухов В. Г. Нефтепереработка и теплотехника: Избр. тр. М.: Наука, 1982, с. 86—91.

2. Усовершенствованные горизонтальные котлы системы В. Г. Шухова.— В кн.: Прейскурант фирмы Бари. 1912. 37 с.

3. Шаргин И. Ф. Испытание водотрубного котла.— Вестн. О-ва технологов, 1913, № 17, с. 568—572.

4. Депп Г. Ф. Паровые котлы. СПб., 1908. Вып. 1/2. 536 с; Депп Г. Ф. Паровые машины. СПб., 1899. 160 с.

5. Поверхность нагрева и число котлов системы Шухова, поставленных фирмой Бари: Отдел объявлений.— Техн. сб. и вестн. пром-сти, 1894, № 10, с. IV.

6. Горизонтальные водотрубные котлы системы инженера В. Г. Шухова. М.: Транспечать, 1923. 19 с.

7. Отчетные данные Государственной строительной конторы завода «Парострой» Мосмаштреста за 1927-1928 гг. М., 38 с.

жүктеу/скачать 2.48 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: