Густав Лаваль

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.