Полевой трубный котел ( также известный как байонетный котел [1] ) представляет собой разновидность водотрубного котла , в котором водяные трубы являются несимметричными. Трубки закрыты с одного конца и содержат концентрическую внутреннюю трубку. Таким образом, поток разделяется на более холодный внутренний поток вниз по трубке и нагретый поток вверх через внешнюю муфту. Поскольку полевые трубки, таким образом, зависят от термосифонного потока внутри трубки, они всегда должны иметь некоторую вертикальную высоту, чтобы стимулировать поток. Для этого в большинстве конструкций они устанавливаются почти вертикально.
Они названы в честь Эдварда Филда, [2] их изобретателя, и первоначально были разработаны для паровых пожарных машин, где скорость поднятия пара была важна. В последнее время котлы с полевой трубой стали наиболее широко использоваться французскими производителями либо для небольших вертикальных котлов , либо в качестве судовых котлов. Использование этого типа трубки поля также исследовалось для передачи тепла от ядерных реакторов , [3] вакуумных конденсаторов и теплообменников . [1]
Котел с наперсточными трубками имеет некоторое сходство: его водотрубы также несимметричные. Более простая трубка-наперсток не имеет внутренней трубки силовой трубки, поэтому ее течение является смешанным, турбулентным и зависит от случайного кипения. По этой причине трубки с наперстками могут быть только короткими, поэтому используются в больших количествах и обычно горизонтально, поскольку их поток недостаточно последовательный, чтобы извлечь выгоду из гравитационного градиента. Однако полевые трубки более сложны и дороги в производстве. Поэтому в котлах с полевыми трубами используется меньшее количество и более длинные трубы (что обеспечивает ту же площадь нагрева при меньшем количестве 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 пополнен.
Основное преимущество, заявленное для котлов с полевой трубой, заключается в том, что отсутствуют проблемы с расширением, возникающие в котлах с простыми трубами. Во-вторых, поскольку полевые трубки подключаются только с одного конца, их замена и обслуживание проще. [1]
Одним из недостатков полевой трубки является склонность к скоплению грязи и накипи на дне трубки, что потенциально блокирует циркуляцию. Закрытые концы трубок также трудно промыть . Создание там чрезмерного мертвого пространства в качестве резервуара для грязи приведет к плохой циркуляции, что приведет к риску местного перегрева. Таким образом, необходимо приложить усилия для обеспечения одинакового нагрева всех трубок и обеспечения сильной циркуляции внутри них, обеспечивающей достаточный поток для очистки трубок от осадка.
Если простой вертикальный котел требует дополнительной поверхности нагрева, особенно если она непосредственно обращена к топке, чтобы быстрее поднимать пар, в крыше топки , почти до уровня топки , можно установить полевые трубы . [4] Таким образом, они действуют как своего рода термический сифон . Поскольку они монтируются только на одном конце и могут расширяться при нагревании, можно избежать многих обычных проблем с расширением термосифонов. Однако для обеспечения адекватной циркуляции трубы не должны располагаться ближе 30° к горизонтали, а более длинные трубы, возможно, должны быть более крутыми. [4]
Котел De Poray имеет французское происхождение. Его отличительной особенностью является запатентованная двойная камера сгорания, призванная повысить эффективность сгорания, тем самым снижая затраты на топливо и выбросы дыма. Вторичная камера установлена рядом с первой и состоит из огнеупорного кольца уменьшенного диаметра по отношению к первой камере сгорания. Это кольцо нагревается излучением первичного сгорания, поддерживая тем самым высокую температуру. Любые несгоревшие газы сгорания, выходящие из первой камеры, нагреваются этим раскаленным кольцом и вместе с подачей вторичного воздуха способствуют воспламенению. [5]
В котле De Poray вертикальной формы основная поверхность нагрева состоит из вертикальных трубок возбуждения в этой вторичной камере сгорания. В центре камеры, под выходным дымоходом, подвешивается стальной радиационный колпак , и дымовые газы проходят над ним, нагревая его. Нагрев самих трубок происходит частично за счет конвекции газов, частично за счет непрямого повторного излучения этого нагретого колпака. Это обеспечивает более низкую рабочую температуру трубок, а также более равномерный нагрев. Производители утверждают, что это способствует более равномерному кипению внутри трубки и, следовательно, более быстрому подъему пара. [5]
Необычной особенностью этого котла является то, что полевые трубки не прикреплены жестко к корпусу котла, а просто прикручены на место. Утолщенным концам трубок придают конусность, а отверстия в трубных пластинах рассверливаются до соответствия. Для герметизации стыка достаточно бумажной прокладки. Таким образом, упрощается осмотр или снятие для замены. [5] Поскольку котел всегда находится под большим давлением, чем атмосфера, трубы самозатягиваются под давлением и исключают утечку. Очевидно, что котел никогда не должен находиться под вакуумом, поэтому может потребоваться установка вакуумного клапана .
.png/1280px-Niclausse_boiler_(Britannica,_1911).png)
Котел Niclausse — еще одна французская конструкция, используемая как на суше, так и на море. В нем используются длинные полевые трубки, установленные под небольшим углом к горизонту, как в котле Babcock & Wilcox . [6] Эти полевые трубки соединяются в вертикальные группы с помощью коллекторов на верхнем конце. Этот коллектор представляет собой двойную трубу с двумя секциями, отдельно соединяющими внутреннее и внешнее водное пространство. Над котлом и снаружи кожуха дымовых газов эти коллекторы соединяет пароводяной барабан. [7]
В частности, он использовался на некоторых из последних линкоров до дредноута (около 1900 г.) французского, [8] итальянского, российского [9] и британского [10] военно-морского флота. Военный корабль США « Джорджия » (BB-15) , построенный на заводе Bath Iron Works в штате Мэн, спущен на воду в октябре 1904 года с паром, вырабатываемым двадцатью четырьмя угольными котлами Niclausse.
Хотя производительность этого котла хорошая, промывка затруднена, а накопление осадка может стать проблемой. Благодаря тщательному проектированию и регулярному техническому обслуживанию этот тип приобрел репутацию надежного и быстрого замены вышедшей из строя трубки, [11] что сделало его пригодным для военно-морской практики, а не для коммерческого использования. Котлы Никлаусса давали плохую экономию топлива в сочетании с турбинами, работающими на низкой скорости, а также выделяли обильное количество дыма и искр. Таким образом, они потеряли популярность в военном кораблестроении, когда паровые турбины стали обычным явлением (см., например, линкор класса Дантон ).
Очень похожим типом, использовавшимся на немецких военных кораблях, был котел Дюрра . [12] При этом использовались не секционные коллекторы, а отдельные камеры.
К 1901 году Королевский флот заказал в Германии восемь котлов Dürr для установки в качестве испытания на борту крейсера класса Marathon HMS Medusa. [13]
Отчет об испытаниях
HMS Sheldrake
,
HMS Seagull (1889 г.)
, HMS Espiégle и
HMS Fantome
.
Из Германии заказано восемь водотрубных котлов типа Дюрр. Общая стоимость котлов составляет 19 450 фунтов стерлингов. Это без учета запасных частей и установки на борту. Котлы планируется разместить на борту HMS «Медуза». Производитель гарантирует, что они принесут 155 000 фунтов. сухого пара в час из питательной воды при 80 град. F., при давлении воздуха 1½ дюйма; 104 000 фунтов. в час при давлении воздуха ½ дюйма (используемом для непрерывного пропаривания); и 80 000 фунтов. в час при естественной тяге.