Котел с полевыми трубами

Котел Field-tube (также известный как байонетная труба ^[1] ) — это разновидность котла с водяными трубами , в котором водяные трубы односторонние. Трубы закрыты с одного конца и содержат концентрическую внутреннюю трубу. Таким образом, поток разделяется на более холодный внутренний поток вниз по трубе и нагретый поток вверх через наружную гильзу. Поскольку трубки Field зависят от термосифонного потока внутри трубки, они всегда должны иметь некоторую вертикальную высоту для стимулирования потока. В большинстве конструкций они устанавливаются почти вертикально, чтобы стимулировать это.

Они названы в честь Эдварда Филда, ^[2] их изобретателя, и изначально были разработаны для паровых пожарных машин, где скорость подъема пара была важна. В последнее время котлы с трубами Филда наиболее широко использовались французскими производителями, как для небольших вертикальных котлов , так и в качестве судовых котлов. Использование этого типа труб Филда также исследовалось для передачи тепла от ядерных реакторов , ^[3] вакуумных конденсаторов и теплообменников . ^[1]

Котел с наперстком имеет некоторые сходства, в том, что его водяные трубы также односторонние. Более простая труба с наперстком не имеет внутренней трубы полевой трубы, поэтому ее поток смешанный, турбулентный и зависит от случайного кипения. По этой причине трубы с наперстком могут быть только короткими, поэтому используются в большом количестве и обычно горизонтально, поскольку их поток недостаточно когерентен, чтобы извлечь выгоду из градиента силы тяжести. Однако полевые трубы более сложны и дороги в производстве. Поэтому котлы с полевыми трубами используют меньшее количество и более длинные трубы (давая ту же площадь нагрева для меньшего количества труб).

Полевые трубы всегда погружены в воду , т.е. верхний конец трубы монтируется в котел ниже уровня воды, в противном случае поток в холодную сторону трубы не может быть восполнен.

Главным преимуществом, заявленным для котлов Field-tube, является отсутствие проблем расширения, которые возникают в котлах с простыми трубами. Во-вторых, поскольку Field-tubes подключаются только с одного конца, их замена и обслуживание проще. ^[1]

Одним из недостатков полевой трубы является тенденция к накоплению грязи и окалины на дне трубы, что потенциально блокирует циркуляцию. Закрытые концы трубы также трудно промывать . Предоставление там избыточного мертвого пространства в качестве резервуара для грязи приведет к плохой циркуляции, что может привести к локальному перегреву. Таким образом, необходимо приложить усилия для того, чтобы все трубы нагревались одинаково и чтобы все имели сильную циркуляцию внутри них, способствуя достаточному потоку для очистки труб от шлама.

Полевые трубки как термические сифоны

Там, где простой вертикальный котел требует дополнительной поверхности нагрева, особенно там, где она напрямую контактирует с печью, чтобы быстрее поднимать пар, полевые трубы могут быть установлены в крыше топки , почти до уровня огневого слоя . ^[4] Таким образом, они действуют как форма термического сифона . Поскольку они установлены только на одном конце и могут свободно расширяться при нагревании, многие из обычных проблем расширения термических сифонов избегаются. Однако для обеспечения адекватной циркуляции трубы не должны быть ближе, чем на 30° к горизонтали, а более длинные трубы могут быть круче, чем это. ^[4]

Котел Де Порай

Котел De Poray имеет французское происхождение. Его определяющей характеристикой является запатентованная двойная камера сгорания, предназначенная для повышения эффективности сгорания, тем самым снижая расходы на топливо и выбросы дыма. Вторичная камера устанавливается рядом с первой и состоит из огнеупорного кольца уменьшенного диаметра по отношению к первой камере сгорания. Это кольцо нагревается излучением первичного сгорания, тем самым поддерживая высокую температуру. Любые несгоревшие газы сгорания, выходящие из первой камеры, нагреваются этим раскаленным кольцом и вместе с подачей вторичного воздуха подталкиваются к воспламенению. ^[5]

В вертикальной форме котла Де Порэ основная нагревательная поверхность состоит из вертикальных полевых труб в этой вторичной камере сгорания. Стальной радиационный колокол подвешен в центре камеры, под выходным дымоходом, и дымовые газы направляются, чтобы пройти над ним, нагревая его. Нагрев самих труб происходит частично за счет конвекции от газов, частично за счет косвенного повторного излучения от этого нагретого колокола. Это позволяет снизить рабочую температуру для труб, а также более равномерный нагрев. Это, как утверждают производители, способствует более равномерному кипению внутри трубы, тем самым ускоряя подъем пара. ^[5]

Необычной особенностью этого котла является то, что полевые трубы не прикреплены жестко к корпусу котла, а просто проложены на месте. Утолщенные концы труб сформированы в конус, а отверстия в трубной решетке расширены для соответствия. Бумажной прокладки достаточно для герметизации стыка. Таким образом, упрощается осмотр или снятие для замены. ^[5] Поскольку котел всегда находится под большим давлением, чем атмосферное, трубы самозатягиваются под давлением и не допускают утечки. Очевидно, что котел никогда не должен находиться под вакуумом, поэтому может потребоваться установка вакуумного клапана .

Котел Никлауса

Котел Никлауса — еще одна французская разработка, используемая как на суше, так и на море. Он использует длинные трубы Field, установленные под небольшим углом к горизонтали, как в котле Бабкока и Уилкокса . ^[6] Эти трубы Field соединены в вертикальные наборы коллекторами на верхнем конце. Этот коллектор представляет собой двойную трубу с двумя секциями, соединяющими внутреннее и внешнее водяное пространство по отдельности. Над котлом и снаружи кожуха дымовых газов пароводяной барабан соединяет эти коллекторы вместе. ^[7]

Он был особенно широко использован в некоторых из последних додредноутных линкоров (около 1900 г.) французского, ^[8] итальянского, русского ^[9] и британского ^[10] флотов. USS Georgia (BB-15), построенный Bath Iron Works в штате Мэн, и спущенный на воду в октябре 1904 г. с паром, вырабатываемым двадцатью четырьмя угольными котлами Никлауса.

Хотя производительность этого котла была хорошей, промывка затруднена, а накопление шлама может быть проблемой. Благодаря тщательному проектированию и регулярному обслуживанию этот тип приобрел репутацию надежного и быстрой замены вышедшей из строя трубы, ^[11] что сделало его пригодным для военно-морской практики, но в меньшей степени для коммерческого использования. Котлы Никлауса давали плохую экономию топлива в сочетании с турбинами, работающими на низкой скорости, в дополнение к обильному количеству дыма и искр. Таким образом, они вышли из моды для военного судостроения, как только паровые турбины стали обычным явлением (см., например, линкор класса Danton ).

котел Дюрра

Очень похожий тип, использовавшийся на немецких военных кораблях, был котлом Дюрра . ^[12] В нем не использовались секционные коллекторы, а использовались отдельные камеры.

К 1901 году Королевский флот заказал восемь котлов Дюрра в Германии для установки в качестве испытания на борту крейсера HMS Medusa класса Marathon . ^[13]

Смотрите также

Котел Кларксона с трубчатым кожухом

Ссылки

^ abc Норман Л. Хёрд (декабрь 1946 г.). «Средняя разность температур в полевой или штыковой трубке». Промышленная и инженерная химия . 38 (12): 1266– 1271. doi :10.1021/ie50444a019.
^ «Краткая история паровой машины», Архив издательства Кембриджского университета
↑ Ю. Е. Багдасаров (апрель 1966 г.). «Расчет теплоотвода в канале с полевой трубкой». Инженерно-физический журнал и теплофизика . 10 (4): 276– 279. Bibcode :1966JEP....10..276B. doi :10.1007/BF00837820. S2CID 121728640.
^ ab Harris, KN Model Boiler and Boilermaking . стр. 39–40 .
^ abc Milton (1936). «Морские паровые котлы». Nature . 138 (3483): 66– 70. Bibcode : 1936Natur.138Q.213.. doi : 10.1038/138213a0.
^ "The Naval Boiler of the Future: No IV" (PDF) . The Engineer : 427– 429. 5 мая 1899 г. OCLC 5743177 . Получено 15 февраля 2017 г. .
^ Харрис, Модельное котельное производство, стр. 63,65
^ Жан Барт
^ Класс Варяг
^ "Котлы Никлауса на флоте; дебаты в Палате общин". Парламентские дебаты (Hansard) . Том 121. Палата общин. 28 апреля 1903 г., столбец 647. Отчет об испытаниях HMS Sheldrake , HMS Seagull (1889) , HMS Espiégle и HMS Fantome .
^ "Темы Times: сравнение котлов в отношении американского штата Мэн". The New York Times . 23 апреля 1903 г. Получено 2 мая 2010 г.
^ "Водотрубный судовой котел Дюрра". Котельная.
^ Уильям Аллан, депутат (22 апреля 1901 г.). "Водотрубные котлы Дюрра". Парламентские дебаты (Гансард) . Том 92. Палата общин. Кол. 907. Восемь водотрубных котлов типа Дюрра заказаны в Германии. Общая стоимость котлов составляет 19 450 фунтов стерлингов. Это без учета запасных частей и установки на борту. Котлы должны быть размещены на борту HMS "Medusa". Изготовитель гарантировал им выработку 155 000 фунтов сухого пара в час из питательной воды при температуре 80 градусов по Фаренгейту и давлении воздуха 1½ дюйма; 104 000 фунтов в час при давлении воздуха ½ дюйма (которое используется для непрерывного парообразования); и 80 000 фунтов в час при естественной тяге.

[Hurd-1] Норман Л. Хёрд (декабрь 1946 г.). «Средняя разность температур в полевой или штыковой трубке». Промышленная и инженерная химия . 38 (12): 1266– 1271. doi :10.1021/ie50444a019.

[2] «Краткая история паровой машины», Архив издательства Кембриджского университета

[3] Ю. Е. Багдасаров (апрель 1966 г.). «Расчет теплоотвода в канале с полевой трубкой». Инженерно-физический журнал и теплофизика . 10 (4): 276– 279. Bibcode :1966JEP....10..276B. doi :10.1007/BF00837820. S2CID 121728640.

[Harris,_Model_Boilermaking,_Field_tube-4] Harris, KN Model Boiler and Boilermaking . стр. 39–40 .

[Milton,_Marine_Steam_Boilers,_De_Poray-5] Milton (1936). «Морские паровые котлы». Nature . 138 (3483): 66– 70. Bibcode : 1936Natur.138Q.213.. doi : 10.1038/138213a0.

[Engineer,_Niclausse-6] "The Naval Boiler of the Future: No IV" (PDF) . The Engineer : 427– 429. 5 мая 1899 г. OCLC 5743177 . Получено 15 февраля 2017 г. .

[Harris,_Model_Boilermaking,_Niclausse-7] Харрис, Модельное котельное производство, стр. 63,65

[8] Жан Барт

[Varyag-9] Класс Варяг

[10] "Котлы Никлауса на флоте; дебаты в Палате общин". Парламентские дебаты (Hansard) . Том 121. Палата общин. 28 апреля 1903 г., столбец 647. Отчет об испытаниях HMS Sheldrake , HMS Seagull (1889) , HMS Espiégle и HMS Fantome .

[NYT,_Maine-11] "Темы Times: сравнение котлов в отношении американского штата Мэн". The New York Times . 23 апреля 1903 г. Получено 2 мая 2010 г.

[12] "Водотрубный судовой котел Дюрра". Котельная.

[13] Уильям Аллан, депутат (22 апреля 1901 г.). "Водотрубные котлы Дюрра". Парламентские дебаты (Гансард) . Том 92. Палата общин. Кол. 907. Восемь водотрубных котлов типа Дюрра заказаны в Германии. Общая стоимость котлов составляет 19 450 фунтов стерлингов. Это без учета запасных частей и установки на борту. Котлы должны быть размещены на борту HMS "Medusa". Изготовитель гарантировал им выработку 155 000 фунтов сухого пара в час из питательной воды при температуре 80 градусов по Фаренгейту и давлении воздуха 1½ дюйма; 104 000 фунтов в час при давлении воздуха ½ дюйма (которое используется для непрерывного парообразования); и 80 000 фунтов в час при естественной тяге.