Паровые котлы

Паровые котлы служат для превращения скрытой химической энергии топлива или теплоты дымовых газов в энергию пара, который может утилизироваться или как рабочее тело, например, в паровых машинах, паровых турбинах и т. д., или как носитель тепла, например, при отоплении, подогревании, варке краски и т. п. Превращение это происходит в следующих стадиях: топливо сжигается в топке, от полученных дымовых горячих газов, а равно и от самого горящего топлива тепло передается стенке котла, от стенки воде, заключенной в котле, которая от этого превращается в пар. Так как этот процесс длительный, то для того, чтобы он не прерывался, должно быть доставляемо по мере израсходования: в котел — вода и в топку—топливо и воздух, а равно должны быть удаляемы получаемый пар, и образующиеся в топке дымовые газы и остатки минеральной части топлива: зола и шлаки. Для того, чтобы производить эти операции и следить за правильностью и безопасностью работы котла, необходимы соответствующие аппараты и приборы. Таким образом намечаются главные органы котельной установки, т. е. котла и всех дополнительных частей, необходимых и желательных для безопасного и более экономичного и правильного действия котла. Так как эти части сильно влияют одна на другую и на самый котел (так, например, нельзя правильно выбрать систему котла, не зная топлива и топки), то при современной сложной котельной нельзя говорить о котле только, а приходится рассматривать всю котельную установку, как одно целое.

Фиг. 1.

Идея парового котла была еще у древних греков (Герон Александрийский); они же и римляне употребляли для подогревания вина аппараты, походившие на наши самовары, что представляло собой в миниатюре водогрейные котлы. С появлением паровой машины (вторая половина XVIII столетия) паровые котлы получают большее распространение и постепенно с улучшением паровой машины котлу предъявляются требования в смысле повышения давления, а затем и экономичности. В 80-х гг. XIX столетия выступают на сцену двигатели внутреннего сгорания и, казалось, ввиду их экономичности, можно было бы считать дни паровой машины сочтенными, а вместе с ней в значительной мере и дни парового котла; но в конце XIX в. появляются машины с сильно перегретым паром (до 350°), сильно уменьшившие расход пара; затем выступают на сцену паровые турбины, еще более понизившие расход его, да притом легко выполняемые в виде крупных единиц, что очень упрощает постройку крупных электрических станций — и опять борьба затянулась, и пока перевес на стороне паровых турбин, а для них необходимы мощные и экономичные паровые котлы. Таким образом, усовершенствование паровых турбин поставило на очередь усовершенствование парового котла и их принадлежностей, или, правильнее сказать, создание вполне продуманных котельных установок.

Фиг. 2.

Системы котлов. Много систем котлов, предложенных разными заводами и изобретателями, быстро исчезли с рынка и в настоящее время если и изготовляются заводами, то только по специальному заказу; другими словами — сам завод, хотя и является собственником патента, все же считает данную конструкцию устаревшей и, не желая брать ответственности на себя, переносит ее на покупателя. Мы рассмотрим только представителей тех классов, которые являются жизнеспособными и притом относятся к стационарным котлам, так как подвижные, к которым относятся паровозные, пароходные, локомобильные и проч., мы исключим из своего краткого обзора ввиду специальных требований, предъявляемых к ним.

Фиг. 3.

Наиболее простым по конструкции является цилиндрический котел, который обыкновенно располагается горизонтально (и очень редко вертикально).Чтобы получить большую поверхность нагрева и не увеличивать диаметра котла и тем самым не увеличивать толщину стенки котла, не усложнять поэтому его производства и не удорожать его, делают батарейные котлы, состоящие из 6 или 9  горизонтальных цилиндров, соединенных между собой трубками, — т. н. шестерки и девятки. Эти котлы относительно дешевы, удобны для очистки, производство их легко, так что -каждый плохо оборудованный завод может хорошо их выполнить; они обладают довольно большим объемом воды, поэтому их довольно часто можно встретить на старых русских фабриках. Стремление увеличить поверхность нагрева котла, с одной стороны, с другой желание иметь лучшее использование тепла заставляют перейти к жаротрубным котлам, которые бывают с одной трубой (корнвалийский) (фиг. 1) , с двумя (ланкаширские) и с тремя трубами. В жаровой трубе обыкновенно помещается топка, и т. о. потеря тепла топкой в окружающую среду значительно уменьшается. Котлы этого типа имеют довольно большой объем воды и достаточно экономичны, поэтому для небольших единиц, в 30—100 m² поверхности нагрева, они очень удобны. Для дальнейшего увеличения поверхности нагрева или делают в жаровой трубе трубы Галловея (котел Галловея)¹⁾ или же, уменьшая диаметр жаровых труб и увеличивая их число, переходят к трубчатым котлам, которые почти всегда выполняются, как часть комбинированного котла; например, котел Тибшейна (фиг. 2) состоит из двух барабанов: нижний выполнен как ланкаширский котел, а верхний — как  трубчатый, выполняется поверхностью нагрева в 100—500 м².

Фиг. 4. Фиг. 5. Фиг. 6.

¹⁾   В настоящее время их почти перестали делать, так как они легко дают течь при больших нагрузках.

Комбинированные котлы бывают очень разнообразны; они представляют комбинации котлов различных классов с целью использовать по возможности лучшие стороны каждого класса; так, например, в только что описанном котле Тишбейна была комбинация жаротрубного котла с трубчатым. Жаротрубный котел один – как мы отметили – удобно комбинируется с топкой: топки помещаются в жаровых трубах; но он имеет небольшую поверхность нагрева. Трубчатый котел имеет относительно большую поверхность нагрева, но очень неудачно комбинируется с топкой. В комбинации каждый из перечисленных котлов использует свои хорошие свойства. В последнее время разными комбинациями стали пользоваться очень широко и даже выполняют, как мы увидим далее, комбинации котлов с экономайзерами.

Итак, переход от жаротрубного котла к трубчатому был обусловлен желанием увеличить поверхность нагрева; для достижения этого же от цилиндрического котла перешли к батарейным и далее, увеличивая число цилиндров и уменьшая их диаметр  до 60-90 мм – перешли к водотрубным котлам. Если они имеют уклон труб к горизонту 10-30°, - носят название горизонтальных, если уклон 60—90° — называются вертикальными. Горизонтальные водотрубные котлы начали появляться со средины XIX века, и к концу его уже было предложено много конструкций; почти каждый завод имел свой патент, но жизнь Быбрала наиболее годные, а остальные исчезли с рынка и теперь представляют лишь исторический интерес.

Фиг. 7. Фиг. 8.

Как наиболее типичные и жизнеспособные конструкции следует назвать  цельнокамерные котлы (с 2 камерами), секционные котлы. Бабкока и Вилькокса и котлы Шухова с паросборниками в виде барабанов.

У цельнокамерных котлов все трубы открываются, как это видно на фиг. 3, в камеры с плоскими стенками, укрепленными анкерными болтами. Камеры эти делали ранее клепаными, в последнее время делают чаще сварными. К сожалению, имеется довольно большая зависимость прочности сварного шва камеры от добросовестности и умения лица, производящего сварку, так как проверить, насколько хорошо, произведена сварка, не представляется возможным, потому что осмотреть шов можно только с наружной стороны. Против каждой трубки имеется лючок (закрываемый крышкой-колпачком), необходимый для укрепления развальцовки трубы, для очистки ее от накипи и ила, для наблюдения, насколько хорошо произведена очистка, для возможности сменить трубу, если бы она по какой-либо причине испортилась. Открывание и закрывание этих лючков при промывке котла представляет очень кропотливую работу. Хорошим качеством этих котлов надо признать хорошую циркуляцию, чего нельзя сказать про котлы секционные и про котлы Шухова.

В секционных котлах каждый вертикальный ряд труб открывается в отдельную секцию, которая при помощи труб соединяется с котлом (фиг. 4). Секции эти, как видно на рисунке, не прямо стенные, а изогнутые, что затрудняет циркуляцию воды, и поэтому она хуже, чем у первых котлов. Против каждой трубки так же, как и в первой системе, имеется свой лючок, поэтому затруднения при чистке котла одинаковы.

У котлов Шухова (фиг. 5 и 6) 19 труб открываются в один барабан, который  закрывается одной крышкой. Это представляет значительные удобства, т. к., открыв одну крышку, сразу открывают 19 труб; но, с одной стороны, трубы дают разные сопротивления газам в разных местах дымохода, так как они расположены не рядами, а пучками, и поэтому не все одинаково омываются газами; далее, выход пара затруднен из нижнего барабана, хотя недавно сделано улучшение, показанное на фиг. 6: из нижнего барабана пар отводится по особой трубе. Горизонтальные водотрубные котлы выполняются единицами от 25 до 500 м² поверхности нагрева.

Фиг. 9.

Фиг. 10.

Вертикальные водотрубные паровые котлы получили распространение еще недавно и они находятся в стадии разработки конструкций, поэтому сейчас уже имеется более 20 различных систем, и пока еще нельзя сказать, какие из них останутся на рынке. Все их можно подразделить на 2 класса: с прямыми трубками и с гнутыми. Среди первых ранее других появились котлы с плитой Гарбе, видимой на фиг. 7, — внизу изображена плита отдельно, а вверху помещено изображение рабочего, развальцовывающего (укрепляющего) трубу. На фиг. 8 изображен двойной котел Гарбе с цепной топкой; делают его и одиночным, ставя только первые два барабана в один пучок труб, отбрасывая второй. Так как плиты Гарбе патентованы и стоят дорого, то другие заводы исполняют или видоизменение их, или просто настолько увеличивают толщину, чтобы можно было развальцевать трубы. Ко второму классу, с изогнутыми трубками, относится большое число конструкций, из которых мы приведем только две: Стирлинга и Шульца. Котел Стирлинга выполняется с 3, 4 или 5 барабанами (фиг. 9 и 10); важная их особенность та, что питание воды в задний барабан, и поэтому в большинстве случаев задний пучок труб работает, как экономайзер, т. е. с большей разностью температур, что очень выгодно. Котел Шульца без кладки (изображен на фиг. 11) дает возможность иметь очень большую решетку, что иногда очень важно. Достоинство прямых труб — легкая очистка от накипи и возможность видеть, как очищено. Неудобство: система труб получается жесткая и скорее может расстроиться; хотя надо сказать, что трубы сами потом несколько изгибаются. Достоинство изогнутых труб — достаточная гибкость и отсюда прочность, очистка возможна при помощи гибких очистителей, но осмотреть, как очищено, не всегда и не везде возможно, что часто не представляет большего лишения; впрочем, иногда делают изгиб только с одного конца труб, другой делая почти прямым, как это видно на фиг. 12, — вертикальный котел системы Штейнмюллера; здесь же, мы кстати видим, сзади помещается железный экономайзер, обмурованный с котлом в одно целое. Вертикальные водотрубные котлы выполняются от 100 м² и более поверхности нагрева, удобны в смысле чистки, удобно комбинируются с топкой и для крупных единиц почти незаменимы. В настоящее время уже имеются котлы поверхностью нагрева в 3000 м².

Фиг. 11.

Кроме перечисленных классов котлов, следует еще упомянуть о небольших вертикальных котлах, обычно выполняемых в виде комбинаций жаротрубного котла с трубчатым или водотрубным. Исполняются они в виде небольших единиц в 6—25 кв. метров. Были попытки создать котлы без воды для уменьшения возможности взрыва (котел Серполе), котлы, которые давали бы не пар, а смесь пара и продуктов сгорания, и т. д.; но все это не имело большого значения в промышленности, и на рынке их не имеется. В настоящее время идут работы по исследованию вновь изобретенных котлов беспламенного горения, но они требуют для себя газообразного топлива.

Необходимость отпускать из котельной перегретый пар вызвала устройство перезревателей, которые выполняются или с отдельной топкой, или, гораздо чаще, помещаются в дымоходе котла. Перегреватель состоит из ряда изогнутых железных труб небольшого диаметра, соединенных с паропроводами при помощи паросборников, или коллекторов. Помещается он обыкновенно между первым и вторым дымоходом котла (только в случае отопления антрацитом приходится его ставить дальше), так, чтобы температура входящих в него газов была при нормальной нагрузке котла в пределах 500—700°; лучше же всего 600—650°. Так как с повышением нагрузки котла температура входящих в перегреватель газов повышается, то, естественно, увеличивается и перегрев пара; потребитель же, напротив, требует постоянного перегрева — отсюда является вопрос о регулировании перегрева. Это выполняется или регулированием количества газа, входящего в перегреватель, при помощи заслонок, как это видно на фиг. 1, 3, 6, 8, или же устраивают регуляторы перегрева пара, охлаждающие высокоперегретый пар при помощи влажного пара (фиг. 12). Впрочем, иногда допускают отсутствие регулирования перегрева (фиг. 4, 9). Металл, из которого сделана регулирующая заслонка, при высокой температуре теряет значительную часть своей крепости. Для избегания этого прибегают к охлаждению заслонки изнутри или воздухом, или водой. В русских котельных можно видеть очень удачные конструкции русских инженеров, к сожалению, еще не описанные в литературе. При правильно сконструированном перегревателе температура пара может поддерживаться одна и та же при широких пределах нагрузки котла, сопротивление для прохода пара и сопротивление для газов невелико; он не должен заноситься золой, должен быть достаточно долговечен и т. д.

Фиг. 12.

Очень выгодным оказалось перед поступлением воды в котел подогревать ее дымовыми газами, покинувшими поверхность нагрева котла, в особом приборе, называемом окономейзером. Раньше экономайзеры делались исключительно из чугуна и температура воды в них не подымалась выше 100°; затем стали поднимать до 120—140°, теперь часто их делают железными и доводят температуру воды почти до точки кипения при соответствующем давлении; помещают их отдельно, как на фиг. 12, или делают частью котла, как у котла Стирлинга (фиг. 9). Задний пучок труб не имеет циркуляции и работает частью как экономайзер, частью как котел, в зависимости от нагрузки котла. Чугунные экономайзеры выполняются или гладкотрубными — система Грина (фиг. 8), Крюгера, Пимблея и др. — или ребристыми — система Каблитца. Ребристые дешевле, занимают меньше места, менее пропускают воздуха в дымоход, но они более засоряются и изнутри — в случае жесткой питательной воды, и снаружи — в случае засоренного дымового газа; далее имеется возможность вынуть один элемент ребристого экономайзера для ремонта и, пересоединив трубопроводы, беспрепятственно работать другими. Помещаются экономайзеры или один за всеми котлами, т. е. дымовые газы ото всех котлов направляются в один сборный боров, а из него поступают в экономайзер, или же в последнее время стремятся, особенно при крупных единицах котельной ставить за каждым котлом по экономайзеру, как это представлено на фиг. 8 и 33 или схематично на фиг. 13. Удобство такого расположения заключается в том, что во время очередной чистки котла осматривается и очищается и экономайзер, чего делать нельзя при первом расположении.

Фиг. 13.

Арматурой котла называются все его принадлежности, служащие для обеспечения безопасной и правильной  работы его. Арматура разделяется на грубую, или гарнитуру, и на собственно арматуру. К грубой арматуре  относится: стойки для поддерживания котла (фиг. 1, 2) или для подвешивания его (фиг, 3, 4, 5), так как по возможности стараются, чтобы котел не лежал на кладке и чтобы можно было при ремонте ее свободно менять. Укрепления для кладки котла можно видеть почти на каждой фигуре: на фиг. 1 видны заложенные швеллера для воспринятия распора от сводов, покрывающих перегреватель; на фиг. 11 виден весь железный каркас, в котором будет положена кирпичная кладка; на фиг. 10 мы видим даже кладку, всю обшитую железом, что придает ей большую механическую прочность и почти полную непроницаемость для воздуха, который очень вреден. Регистры за котлом, служащие для регулирования избытка воздуха и нагрузки котла, выполняются или подымающиеся (фиг. 1, 2) или поворачивающиеся (фиг.3, 9). Регистры для регулирования перегрева количеством газов (фиг. 1, 3, 6, 8). Люки и дверки для очистки дымоходов от золы и сажи видны хорошо на фиг. 10, а также на фиг. 2, поддержки котла; чугунные части (балки), служащие для поддержки перегревателей, видны в разрезах на фиг. 1, 3; в последнем случае даже охлаждаемая воздухом; чугунные плиты, служащие для направления газов, видны в разрезе под подогревателем на фиг. 3, и т д. Сюда же надо причислить аппараты для обдувки летучей золы с поверхностей нагрева; они работают при помощи насыщенного или, лучше, перегретого пара или, в последнее время, при помощи сжатого воздуха. У экономайзеров применяются также и пескодуйные аппараты.

Фиг. 14.

Собственно арматура (легкая). Необходимая арматура котла: 1) приборы для приведения воды в котел и для отведения из него воды и пара, питательный прибор, питательный вентиль и обратный клапан, продувной вентиль и коренной вентиль, и другие вентили для пара; 2) приборы для указания или поддержания надлежащего уровня воды в котле — водомерные стекла, пробные краны, поплавки и другие сигнальные приборы: свистки, легкоплавкие пробки и т. п. автоматические регуляторы питания котлов; 3)приборы для указания надлежащего давления в котле: манометр, предохранительный клапан. Необходимая арматура перегревателя: 4) термометр (пирометр) перегретого пара; 5) предохранительный клапан перегревателя. Необходимая арматура экономайзера: 6) термометры входа и выхода воды, 7) предохранительный клапан экономайзера. Кроме того, за последнее время все более и более появляются в хороших котлах как постоянные приборы: термометры для измерения температуры дымовых газов за экономайзером, за котлом, а иногда еще и в других местах, аппараты для анализа дымовых газов и приборы для указания разрежения в топке и других местах дымоходов; следует думать, что более вдумчивое отношение заведующих к котельным установкам принудит их считать последние приборы, как необходимые. Кроме того, следует упомянуть о самозапорных клапанах, запирающихся быстрым движением пара в случае, если лопнет паропровод, чем предупреждающих несчастья. Далее будут описаны лишь наиболее важные.

Фиг. 15.

Питательные вентили в обратные клапаны иной раз выполняются в виде одной детали, хотя чаще делают их отдельными и ставят  при этом питательный вентиль между котлом и обратным клапаном, чтобы, заперев первый, было возможно исправить (притереть) второй, не спуская пара с котла. Обратный клапан не позволяет воде направиться из котла, поэтому невозможно опоражнивание котла. На фиг. 14 изображен вентиль и обратный клапан, причем котел должен находиться с левой стороны. Для отвода воды из котла служит продувной кран (или вентиль). Вода в большинстве случаев заключает в себе ил, куски накипи и т. д.; и очень важно достичь плотности и возможности раздробить кусочек накипи, если последний будет препятствовать закрытию крана; поэтому употребляют краны, которые перерезают накипь, а не вентили, которые только ее прижмут; но также важно предупредить возможность закипания крана, для чего употребляют или прогревание обоймы крана паром, или охлаждение самого тела крана холодной водой, или устраивают особую смазку крана (фиг. 15), или делают самое тело крана пружинящим и т. д. В последнее время стали делать особые вентили (например, система Baltes, фиг. 16), у которых открытие вентиля производится при помощи рукоятки, а при помощи маховичка возможно раздробить  опавший кусочек накипи и притереть вентиль и затем достигнуть плотности.

Фиг. 16.

Для удаления пара и прекращения его выпуска служат вентили (или в последнее время задвижки). Тот вентиль, через который направляется главная масса пара, обычно называется коренным вентилем. Для насыщенного пара употребляется бронзовое уплотнение, тогда как для перегретого пара необходимо никелевое (фиг. 17) уплотнение, так как бронзовые очень быстро разъедаются перегретым паром.

Фиг. 17.

Ввиду того, что вентили дают большое сопротивление пару, в последнее время их стали заменять на паропроводах задвижками (например, фиг. 18 — задвижка Ferranti, дающая в 2 раза меньшее сопротивление, нежели нормальный вентиль; имеются другие задвижки дающие еще меньшие сопротивления). Для того, чтобы следить за уровнем воды в котле, служит водомерное стекло. Одна из конструкций изображена на фиг.19. Для того, чтобы было возможно продуть стекло, т. е. очистить его от ила и т. д., служат три крана. В положении, изображенном на рисунке, нижний кран закрыт, а оба верхние крана открыты, и таким образом водомерное стекло с обоих концов соединено с котлом и, как видно на рисунке, показывает уровень воды в котле. Если закрыть средний кран и открыть нижний, стекло будет продуваться паром; если закрыть верхний и открыть нижний, оно будет продуваться водой. Таким образом, можно очистить стекло и убедиться, что ни верхнее, ни нижнее отверстие, сообщающееся с котлом, не засорилось, и стекло, следовательно, показывает уровень правильно. Хотя эти стекла обычно изготовляются из особого стекла, легко переносящего изменения температуры, но все-таки они лопаются и, чтобы предохранить людей, находящихся вблизи, от летящих осколков, употребляются заграждения; одно из таких, показанное на рисунке, состоит из стеклянного полуцилиндра внутри которого находится залитая в стекло металлическая сетка. Такое стекло ни от каких ударов не разлетается на куски, так как сетка сдерживает их. Ранее употребляли металлические чехлы со щелями, но они слишком затрудняли наблюдение за стеклами. Чтобы сделать более ясным и удобным для обозрения уровень воды, пользуются стеклами Клингера (фиг. 20.). Справа изображен внешний вид, причем в действительности наблюдается больший контраст между темно-черным оттенком, где вода, и блестяще-серебристом, где пар. Достигается это при помощи стекла с ребрами, изображенными на левой стороне рисунка. Ребра обращены внутрь.

Фиг. 18.

Лучи света из стекла проникают в воду и поглощаются черными стенками, тогда как в верхней части, благодаря малому коэффициенту преломления лучей света паром, они этого сделать не могут и вследствие полного внутреннего отражения возвращаются назад. Стекла эти очень прочны, на них лишь может появиться трещина, на куски же они не разлетаются, поэтому не нуждаются в предохранительных приспособлениям.   Кроме водомерного стекла, по закону должны еще быть, по крайней мере, два пробных крана, из которых один должен быть на уровне наинизшего стояния воды, а другой — на уровне нормального стояния. Фиг. 21 даст хороший образец такого крана. Непременное условие для водомерных стекол и для пробных кранов — чтобы возможно было для устранения засорения протыкать по прямому направлению; на рисунках можно видеть, что это условие везде выполнено. Поплавки в последнее время начинают менее употребляться, равно и сигнальные приборы — свистки, легкоплавкие пробки, так как вообще теперь котельные снабжаются лучшим персоналом, да, кроме того, начинают входить в жизнь автоматические регуляторы питания, которые работают без отказа. Для измерения давления служат манометры с пластинчатыми пружинами (фиг. 22) или с трубчатыми (фиг. 23, система Бурдова). На первой фигуре сделан частичный разрез, чтобы было яснее его устройство. Волнистая пружина при помощи стерженька передает движение части зубчатого колеса, а последнее сцеплено с маленькой шестеренкой, сидящей на оси стрелки. На фиг. 23 циферблат совершенно снят. Изогнутая трубка R, овального сечения, представляет собой главный орган: она при повышении давления разгибается и при помощи поводка двигает часть зубчатого колеса L и таким же образом, как и предыдущий, поворачивает стрелку Н. Для того, чтобы сохранить постоянство показаний прибора, с изогнутой трубкой соединен стальной прут D. Манометр должен быть присоединен к котлу при помощи сифона, для того, чтобы отнюдь к пружине манометра не прикасался пар и не нагревал ее, так как от этого она сильно портится. Обычно еще устанавливается специальный трехходовой кран, к которому легко можно присоединить контрольный манометр, употребляемый для поверки манометра. Предохранительные клапаны бывают с пружинной нагрузкой или с грузовой. Первые по закону допускаются только для подвижных котлов, а также паровозных и пароходных. Грузовые предохранительные клапаны бывают двух классов: или груз лежит непосредственно на клапане, или усилие от груза увеличивается при помощи рычага. В последнее время ввиду высоких давлений большим распространением пользуется второй класс.

Фиг. 19.

Один из самых простых клапанов изображен на рисунке 24, но он имеет такой недостаток: когда давление в котле провисит назначенное, клапан несколько приподымается и пар начнет выходить; вследствие большой скорости пара давление под клапаном уменьшится и клапан закроется, потом опять откроется, и т. д. Происходит ряд ударов клапана о седло, и в результате портится и то, и другое. Чтобы избежать этого, устраивают дополнительную нагрузку при открытом клапане действием струи пара, как это показано длинными стрелками на фиг. 25. Эти клапаны работают гораздо спокойнее. По закону, на каждом котле должно быть не менее двух предохранительных клапанов, из которых один должен быть в футляре под замком (ключ у заведующего котельной) и должен быть устроен так, чтобы кочегар мог убедиться в исправности его работы, но чтобы не имел возможности его нагрузить. В качестве термометров для измерения температуры и перегретого пара ранее употреблялись обыкновенные ртутные термометры для высоких температур, снабженные лишь защитной оправой; таким образом, для наблюдения температуры приходилось подходить к самому паропроводу. В настоящее время следует считать, что у каждого котла с перегревателем должен быть, как необходимая принадлежность, термометр, показывающий на расстояние, причем шкала этого термометра должна быть поставлена рядом с манометром, т. е. таким образом, чтобы она всегда была перед глазами кочегара. Термометры или, как их иногда называют, пирометры, действующие на расстояние, чаще всего употребляются следующих систем: 1) Ртутно-стальные термометры (фиг. 26). Расширение ртути измеряется манометром, причем на шкале уже нанесены непосредственно градусы Цельсия. Довольно дешевы, но сдают в показаниях, поэтому необходима периодическая поверка. 2) Термоэлектрические термометры. Термопара соединена с гальванометром, который непосредственно разделен на градусы. Обладает постоянством, но имеет влияние температура клемм, хотя это влияние и невелико. На фиг. 27 изображены наверху термоэлементы и способ их укрепления в паропроводе; внизу гальванометры, первые два настенные и направо — переносный. 3) Электрические, основанные на изменении сопротивления проводников от изменений температуры (термометры сопротивления). Схема прибора обычно такова (фиг. 28): от батареи S через регулирующее сопротивление А направляется ток через Витсонов мост, в котором 3 сопротивления постоянны, а одно (Th) представляет собой термометр сопротивления, выполняемый обычно в виде платиновой спирали, вплавленной в кварцевое стекло. Гальванометр G указывает изменение сопротивления термометра, а, следовательно, изменение температуры. Вольтметр V служит для регулирования при помощи реостата R вольтажа; впрочем, обычно его не ставят, а делают выключатель для линии термометра и пользуются для этой цели тем же гальванометром. Эта система очень удобна для централизации наблюдений; например, на фиг. 29 показана установка для 8 термометров, показывающих температуру питательной воды в разных местах; видны гальванометр, регулирующий реостат и 2 ряда включателей для разных термометров.

Фиг. 20.

Очень полезные указания при уходе за котлом дают показания тягомеров, указывающих разрежения. Один из таких аппаратов, системы Шульц Дош, показан на фиг. 30. Слева — внешний вид аппарата с приспособлением для записи (регистрации) показаний, справа — разрез механизма аппарата без регистрации. Левые трубки у приборов соединены с дымоходом у конца котла, а правые с топочным пространством. Прибор устроен так, что одна стрелка показывает разрежение в топочном пространстве, а другая — разность разрежения в конце котла и в топке, т. е. сопротивление дымоходов всего котла. Таким образом, имеются косвенные указания на количество вторичного воздуха, входящего в час через отверстия дверки, и на среднюю скорость движения газов в дымоходах. Устройство прибора видно на рисунке: имеется два стакана b и b', в которых налито минеральное масло и через дно которых проходит трубка, соединенная с краном; в масло опущены колпаки с и с', подвешенные на рычаге, с противовесом и грузом. Если под колоколом будет разрежение, он опускается, рычаг нагибается и передает при помощи зубчатого соединения о движение стрелке. Для контроля за избытком воздуха и неполнотой горения необходимы анализы топочных газов.

Фиг. 21.

Лучшие результаты дает периодический анализ газов на углекислоту и кислород при помощи прибора Орса и затем контроль по другим приборам. Регистрирующие анализаторы обычно указывают лишь содержание углекислоты в топочных газах и не отмечают совсем неполноты горения. В тех случаях, когда неполнота видна по дыму (нефть, длиннопламенное топливо), показания регистрирующего анализатора имеют значение, если все время наблюдается по дыму, чтобы неполнота сгорания не превышала установленной нормы; в тех же случаях, когда продукты неполного сгорания бесцветны (антрацит), — показания регистрирующего анализатора (только углекислота) не дают никаких данных, чтобы судить об экономичности сгорания. Регистрирующие анализаторы, которые бы записывали содержание окиси углерода или кислорода, до сих пор не вошли в практику отчасти ввиду того, что при поглощении кислорода приходится иметь дело с желтым фосфором, веществом очень опасным и крайне ядовитым, а для поглощения одной окиси углерода без кислорода до сих пор не имеется реактива. Устройство таких аппаратов в значительной мере облегчило бы контроль работы топок и, следовательно, котельных установок.

Фиг. 22. Фиг. 23.

Обмуровка котла выполняется из кирпича, причем внутренняя часть первых ходов выполняется из кирпича более высокой огнеупорности. Очень важно, чтобы кирпичи разной огнеупорности были одинакового размера, чтобы их можно было удобно перевязывать.

Фиг. 24.

Обмуровка должна удовлетворять следующим условиям. Она должна быть достаточно огнеупорна, не теплопроводна, воздухонепроницаема, должна иметь достаточную механическую крепость, дешева и долговечна.

Фиг. 25.

Для получения механической прочности обмуровку скрепляют стойками и тягами, о которых речь была ранее.

Фиг. 26.

Для меньшей теплопроводности ранее устраивали воздушные прослойки (фиг. 1); но теперь стараются их избегать, так как они слишком расстраивают стенку, и она становится механически непрочной, а затем и слишком проницаемой для воздуха, который является вредным для работы котла. Поэтому в современных конструкциях делают стенку без промежутков, обшивают на некотором расстоянии железной обшивкой и между ней и кирпичной стенкой засыпают инфузорной землей. Иногда же между кирпичной стенкой и наружной железной обшивкой помещают несколько лучеуловительных листов и пропускают воздух, который направляется в топку. Для получения прочных стенок обмуровки без трещин необходимо производить кладку из хорошо промоченного кирпича на жидкой глине и затем медленно, в течение нескольких недель, высушивать кладку.

Фиг. 27.

Чтобы яснее была работа котельной, рассмотрим ход воды и пара, а также топлива и дымовых газов. Вода перед поступлением в котлы обыкновенно «очищается» в водоочистителях, т. е. из нее удаляются накипеобразователи и, кроме того, отстаиванием из нее удаляются механические примеси: муть, ил и проч. Без такой очистки воды на поверхностях нагрева стали бы отлагаться ил и накипь, и поэтому, с одной стороны, уменьшилась бы теплопередача, а с другой — увеличилась бы опасность перегрева стенок котла и, следовательно, увеличилась бы опасность взрыва котла. Так как водоочищение требует неослабного надсмотра, да к тому же вода не может быть совершенно очищена, то стараются, насколько возможно, использовать воду, сконденсированную из пара, и поэтому всегда из поверхностных конденсаторов паровых машин и турбин, из отопления и проч. возвращают воду в котельную и ею питают котлы. Теперь на крупных электрических станциях совершенно отказываются от питания даже очищенной водой, а ставят испарители, которые дают перегнанную воду, которую и добавляют по мере надобности (2—4%) к конденсату от турбин. Из водоочистителя или испарителя вода вместе с конденсатом направляется в смесительный или промежуточный бак, из которого насосом накачивается через экономайзер в котлы. Насосы бывают или поршневые, или центробежные (турбонасосы), редко струйные (инжекторы). Поршневые бывают или приводные (от трансмиссии, непосредственно от паровой машины или от электрического мотора), или паровые прямодействующие. Турбонасосы приводятся от электромотора (электро-турбонасосы) или непосредственно от паровой турбины (паро-турбонасосы). Наиболее удобны турбонасосы: мало ухода, большая надежность работы, достаточная экономичность, но пока они выполняются только в виде довольно крупных единиц с подачей не менее 20—30 тысяч килограмм  воды в час; поэтому в малых котельных чаще встречаются паровые прямодействующие насосы, которые очень просты и дешевы и достаточно экономичны, в том случае, однако, если исходящий пар от насоса используется в подогревателе для питательной воды, накачиваемой тем же насосом. На практике еще часто можно, к сожалению, встретит прямодействующий паровой насос, работающий без подогревателя, хотя разница в использовании тепла очень велика. Из 100 kg пара, поступающих в насос в случае без подогревателя, идет на полезную механическую работу около 1—2 kg пара, тогда как в случае с подогревателем 1—2 kg утилизируется на механическую работу и около 80 kg  утилизируется на нагревание воды. Поршневые насосы других типов употребляются значительно реже. От насоса вода направляется через подогреватель, если он имеется, и поступает в чугунный экономайзер. Пройдя экономайзер и подогревшись в нем, вода поступает или непосредственно в котел или, в новейших конструкциях, проходит еще через железный экономайзер. В котле вода испаряется и далее пар, обыкновенно влажный (т. е. содержащий механически примешанную воду, правда, в небольшом количестве — 0,5—2%), поступает в перегреватель, где он сперва подсушивается, т. е. испаряется вода, заключающаяся в паре, а затем пар перегревается и уже перегретый направляется к машине-потребителю. В некоторых конструкциях пар еще проходит через регулятор пара, который понижает температуру его до той нормы, которая является заданной машиной-потребителем пара.

Фиг. 28.

Топливо и дымовые газы. В России котельные очень отстали в отношении приспособлений по снабжению их топливом. Объясняется это тем, что еще очень недавно дешевые нефтяные остатки заставляли почти все хорошие котельные работать на них, а они в смысле доставки, обслуживания и т. д. стоят вне конкуренции. Очень недавно пришлось перейти на твердое топливо (для среднего промышленного района — антрацит), и в настоящее время, как в переходное, еще не утвердилась мысль о необходимости механического снабжения и обслуживания топок. Поэтому можно сказать, что в большинстве русских котельных пока имеет место ручное снабжение топливом и ручное обслуживание. На дворе котельной имеется склад угля; из него обычно на тачках уголь подвозится к котлу, сваливается около него на пол котельной, а затем отсюда кочегар берет лопатой и забрасывает топливо в топку. Шагом вперед будет употребление вагонеток, хотя бы таких, как показано на фиг. 31. Она наполняется на складе углем, подвозится к котлу и около него остается, пока ее кочегар не опорожнит, беря с нее уголь для заброса в топку. Но и это надо считать как временное и притом для небольших котельных; в больших же котельных при мощных котлах, а следовательно, при мощных топках немыслимо уже осуществить ручной заброс и поэтому переходят к механическим топкам, и естественно, тогда уже выполнять и механическое снабжение котельной топливом. Раньше в самой котельной устраивали большие бункера для хранения больших запасов топлива; но это очень удорожает котельную и не является необходимостью, так как аппараты для снабжения топливом очень надежны. Поэтому за последнее время или устраивают маленькие бункера, как на фиг. 32, или совсем от них отказываются, как на фиг. 33. На фиг. 32 топливо подается при помощи элеватора, видимого на задней стене снизу, куда топливо непосредственно сбрасывается с вагона; из элеватора топливо попадает в расположенный над фронтами котлов горизонтальный архимедов винт и по пути своем оно попадает в маленькие бункера, находящиеся над каждой топкой. Кочегару приходится лишь следить за правильностью работы топок и пускать и останавливать моторы, приводящие в действие элеватор и архимедов винт. Таким образом, один кочегар свободно обслуживает несколько топок; например, на фиг. 32 — шесть топок. На фиг. 33 изображен один из котлов крупной котельной. Вверху, над самой крышей, находится конвейер, т. е. бесконечная цепь, снабженная черпаками, которые внизу наполняются топливом, затем поднимаются наверх, развозят топливо по котлам и затем, опрокидываясь, высыпают топливо в подающие трубы, по которым топливо достигает воронки цепной топки. Здесь топливо автоматически, при помощи движущихся колосников цепной топки, полается в топочное пространство. Топливо, поступившее в топку, сжигается воздухом, поступающим частью через колосники и слой топлива, частью через отверстия дверки и специальные отверстия; органическая часть топлива при этом вступает в химическое соединение с кислородом воздуха, и продуктом этого соединения являются газы (дымовые газы); в случае полного сгорания, к которому должно стремиться, газы эти состоят только из углекислоты, водяных паров, азота и кислорода воздуха (также присутствует небольшое количество сернистого газа от сжигания горючей серы, находившейся в топливе). В случае неполного сгорания, кроме указанных газов, присутствуют или одна окись углерода, или, кроме того, много разных углеводородов и целый ряд смолоподобных соединений вместе с частицами аморфного углерода (сажей), образующей дым (подробнее см. топливо). Неорганические части топлива дают золу, часть которой уносится в дымовые ходы, и шлаки, представляющие собой золу, спекшуюся, сплавившуюся благодаря высокой температуре; они падают в соответствующие помещения и оттуда могут быть непосредственно погружены в вагонетку, находящуюся, как видно на рисунке, в зольном подвале, (фиг. 3, 9, 12, 33). Этот подвал в настоящее время надо считать необходимой принадлежностью котельной, настолько он облегчает очистку от золы: например, летучая зола, которая собирается в последних ходах котла или в дымоходе экономайзера, легко может быть удалена через соответствующую дверку в вагончик, который находится в подвале.

Рис. 29.

Чтобы непрерывно подводить к горящему топливу свежий воздух и, удаляя продукты сгорания, заставлять их проходить по дымоходам котельной и отдавать теплоту газов поверхностям нагрева котла, перегревателя и экономайзера, служат тяговые аппараты, каковыми может быть дымовая труба — так называемая естественная тяга, а также искусственная тяга: дымосос прямого или непрямого действия, пароструйные приборы и т. д. Какой из этих аппаратов применить — это вопрос почти исключительно экономический; тот, при котором сумма годичного расхода на устройство и эксплуатацию будет наименьшая. Для самой котельной установки, в смысле теплопередачи и теплоиспользования, совершенно безразлично, какой из аппаратов поставлен, раз он удаляет определенное количество газов в единицу времени и дает при этом определенное разряжение; выбор обусловливается коммерческим расчетом, например: слабый грунт — дорого строить трубу, выгоднее искусственная тяга; котельная, работающая почти без перерыва круглый год, имеет больше шансов ставить дымовую трубу и т. д.

Фиг. 30.

Пароструйные приборы работают очень неэкономично, так как расходуют слишком много пара, и употребляются или там, где пар все равно выпускается на волю (паровозы) или в случае временной установки (переделка дымососа и т. д.) и для стационарных котельных в обычной работе не употребляются. Дымососы прямого действия пропускают через себя всю массу выкачиваемых дымовых газов. На фиг. 34 представлен разобранный дымосос для ременной передачи. На рисунке виден слева кожух, имеющий слева широкое отверстие для входа газов. Справа небольшое отверстие служит для пропуска вала, и оно в собранном дымососе тщательно закрыто. Отверстие внизу служит для выхода газов из дымососа. Направо представлено рабочее колесо, вынутое из дымососа, с валом, лежащим в подшипниках, причем ближайший к колесу подшипник имеет обычно водяное охлаждение и тогда работает без отказа. Дымососы непрямого действия можно видеть на фиг. 33. Вентилятор, стоящий направо на площадке над котлом, засасывает воздух из котельной и гонит его по трубе, открывающейся отверстием внутри вертикального дымохода. Воздух, выходящий сильной струей, увлекает за собой дымовые газы и образует необходимую тягу. Для уменьшения объема выбрасываемых через трубу газов вместо воздуха пользуются теми же дымовыми газами, засасываемыми вентилятором, но тогда вентилятор подвергается действию высокой температуры отходящих газов, что, впрочем, как мы уже указали, не представляет при соответствующих приспособлениях какой-либо неприятности. Ввиду того, что струйный аппарат у дымососов непрямого действия работает с малым коэффициентом полезного действия, они тратят больше энергии, нежели дымососы прямого действия и преимущество их почти только в том, что они занимают меньше места.

Фиг. 31.

Дымовые трубы делаются из кирпича, бетона и железа. Железные трубы имеют плохую тягу, так как газы в них довольно сильно охлаждаются. Далее, во время остановки и растопки на трубе конденсируются водяные пары, содержащие в себе серную и сернистую кислоты, растворенную углекислоту и кислород, а от этого железо трубы очень быстро разъедается и, следовательно, они очень недолговечны. Бетонные трубы еще недавно начали изготовляться, и нет еще большого опыта, но те данные, которые имеются, доказывают, что они имеют большую будущность: они дешевы, легки (под них не требуется такого основательного фундамента, как для кирпичных труб); к тому же они не так чувствительны к осадкам фундамента.

Фиг. 32.

Расчет котельной установки довольно сложен и не может быть здесь вполне очерчен. Данными считаются часовая отдача пара из котельной и распределение этой отдачи по времени суток и в году; далее даны: необходимая температура перегретого пара, его давление, температура воды, поступающей в котельную, ее качество, состав ее примесей, сорт топлива, его свойства, состав, качество золы, ее плавкость, цена топлива, доставка и т, д. Затем — условия расположения котельной, цена места, свойство грунта и проч.; кроме того, часто ряд других требований вполне местного характера. На основании всех этих данных требуется спроектировать котельную установку при условии, чтобы сумма годичных расходов, считая топливо, персонал, амортизацию, ремонт и % на капитал, была minimum. Решить эту задачу непосредственно обычно не представляется возможным — приходится выбирать несколько наиболее вероятных вариантов и разрабатывать их окончательно. Первый вопрос, который приходится решать, это — какова наивыгодная температура дымовых газов, отходящих из котельной. Чем дороже топливо, дешевле стоимость колов, экономайзеров и т. д., больше времени в году работа котельной,  — тем более должно быть использовано тепло топлива, тем ниже должна быть температура отходящих газов. Затем выясняют, из скольких единиц должна состоять котельная, как распределяется поверхность нагрева между котлом, экономайзером и перегревателем, как все это комбинируется в пространстве; иной раз приходится вносить поправки в поверхности нагрева, чтобы достичь хорошего расположения котельной. Затем определяют объем получаемых газов, выясняют, какие сопротивления для их прохождения по дымоходам, и на основании этих заданий определяют размеры тяговых аппаратов и далее, зная цены и местные условия, выбирают наиболее выгодный тяговой аппарат. Затем сравнивают разные варианты, выбирают лучший и тогда приступают к более детальному проектированию котла, экономайзера, перегревателя, их обмуровки, гарнитуры и арматуры и всего вспомогательного оборудования, причем сперва проводят тепловой расчет, затем расчет на крепость, далее, поскольку возможно, расчет сопротивления дымоходов и тяговых аппаратов, циркуляции воды и т. д. В настоящее время тепловой расчет и расчет на крепость  уже достаточно разработаны, хотя в тепловом расчете еще возможны коренные изменения; что же касается расчета сопротивления газов в дымоходах (тяги) и расчета циркуляции воды в паровых котлах, то они еще только намечаются и ждут окончательной разработки. В тепловом расчете играют большую роль уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Уравнение теплового баланса основано на законе сохранения энергии: в стационарном состоянии тепло, внесенное в топку в виде скрытой химической энергии топлива (Q_c), должно равняться сумме теплоты, использованной в виде энергии пара Q₁, и теплот, являющихся потерями Q₂, Q₃, Q₄, Q₅. Таким образом, уравнение теплового баланса напишется так: Q_с=Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅. где Q₂ — потеря теплотой отходящих газов (газы удаляются при более высокой температуре, нежели поступающий в топку воздух; чтобы нагреть, необходимо затратить тепло, являющееся потерей). Q₃ — потеря химической неполнотой горения. Ввиду неправильного устройства или ухода за топкой при горении образуются газы (окись углерода, углеводороды и т. д.), способные гореть и выделять при этом тепло; газы эти не могли сгореть, что и явилось причиной потери. Q₄ — потеря механической неполнотой сгорания. Некоторая часть топлива или совсем не сгорела, или только частью участвовала в процессе горения, так как или провалилась мелкими кусочками сквозь колосниковую решетку, или была удалена вместе со шлаками, или по какой-либо другой причине. Q₅ — потеря в окружающую среду. Топка, котел, дымоход, экономайзер и т. д. — все это теряет тепло в окружающую среду путем теплопередачи соприкосновением и лучеиспусканием. Чем рациональнее обмуровка, тем эта потеря меньше. Ввиду того, что Q₁ колеблется в разных случаях в очень широких пределах, от 40 до 80%, что Q₂ может быть подсчитано, если известны условия горения и температура отходящих газов, при расчете котельных установок задаются величинами Q₃, Q₄ и Q₂, которые в правильно спроектированных котельных при надлежащем уходе невелики и колеблются в небольших пределах. Затем, задавшись избытком воздуха и температурой отходящих газов, определяют Q₂ и, как разность из теплотворной способности, определяют Q₁. Это дает возможность при заданном часовом расходе пара определить часовой расход топлива.

Передача теплаот нагретых газов совершается главным образом при помощи теплопередачи соприкосновением, от нагретых твердых тел — при помощи лучеиспускания. Последний способ теплопередачи еще до сих пор мало изучен, и физика не дает технику почти никаких данных для возможности учета. Лучеиспускание абсолютно черного тела подчиняется закону Больцмана (оно пропорционально разности четвертых степеней абсолютных температур лучеиспускающего тела и тела воспринимающего); но лучеиспускание нагретой глины, окислов железа, золы, шлаков, накаленного топлива и т. д. резко отличается от лучеиспускания абсолютно черного тела и имеет не 4, а более высокую степень; Пашен, например, для окиси железа и сажи дает 4,5—4,6. Передача тепла соприкосновением достаточно хорошо передается закономерностью Редтенбахера (Ньютона). Переданное тепло Q — пропорционально разности температур: газа Т и воспринимающего тела t. Таким образом, полное уравнение теплопередачи напишется так: тепло, отданное газами, элементу поверхности нагрева dH, равняется теплу, переданному соприкосновением, плюс тепло, переданное лучеиспусканием.

—dQ = k₀(Т—t)dH + Ф.dН,

где функция Ф является зависимостью от температур Т и t, а также от геометрических соотношений и взаимного расположения поверхностей, отдающих и воспринимающих тепло; так как она до сих пор неизвестна, то в таком виде пользоваться уравнением нельзя, и его преобразовывают:

и заменяют выражение dQ через ВсV dT, где В часовое количество сжигаемого топлива в кг, V количество кубических литров газа, получаемых при сжигании 1 кг топлива, а с объемная теплоемкость полученных газов — и получают выражение:

Далее выражение в квадратных скобках [], несмотря па очевидную зависимость от температуры, считают за постоянное (I) и тогда интегрируют и получают формулу:

которой и пользуются при подсчетах опытов, когда определяют k, и обратно при тепловых расчетах котла, когда, задавшись k, определяют или температуру, или поверхность нагрева котла. Несмотря на шаткие основания теории теплопередачи, результаты проектирования почти совпадают с действительностью, если только были хорошо выбраны коэффициенты теплопередачи; но последние колеблются в очень широких пределах, от 4 до 40—50, и в выборе их часто заключается искусство проектирующего. Понятно, такое положение надо рассматривать как временное, так как еще до сих пор очень мало лиц и учреждений, ставящих научные опыты с котлами и котельными установками, да и сама теория теплопередачи еще ждет разработки.

Фиг. 33.

Расчет парового котла на прочность не представляет особенных затруднений, отчасти потому, что при расчетах на прочность довольствуются небольшой точностью и всегда имеют значительный запас прочности, отчасти потому, что имеется большой опыт в этом направлении и много хороших и плохих образцов, по аналогии с которыми возможно разобрать каждый новый случай; кроме того, для более сложных случаев имеются опыты, произведенные в лабораториях испытания материалов. Вообще непрочный котел грозит взрывом, т. о. большой катастрофой, нередко с человеческими жертвами, и заводу, строящему котлы, очень важно, чтобы с котлами, выпущенными им, этого не случалось, так как иначе он потеряет рынок. Если же котел сконструирован прочно, но неправильно в смысле теплового расчета, то он будет стоить дорого его хозяину, так как будет всегда расходовать лишнее топливо; но об этом еще иной раз и не знает и хозяин, а со стороны этого почти не видно. Поэтому до сих пор заводы, исполняющие котлы, довольно мало обращают внимания на тепловую сторону, предоставляя это делать своим покупателям.

Фиг. 34.

Эксплуатация котельных установок. Заведующему котельной установкой необходимо следить, чтобы она правильно работала, т. е. чтобы она была безопасна в работе и чтобы не ухудшалась ее экономичность. Для этого служат предупредительные и контрольные приборы; о некоторых, как манометр, водомерное стекло, предохранительный клапан, а также термометр перегретого пара, мы уже упоминали, они указывают лишь на безопасность; сюда же еще следует причислить текущие анализы воды и контроль подоочищения, необходимые чтобы быть уверенным, что не имеется излишнего слоя накипи. Для суждения об экономичности служат испытания котельной, производимые периодически, через более или менее продолжительные промежутки времени, и текущий контроль по расходу топлива, количеству полученного пара, температуре и составу отходящих газов; иногда еще прибавляется сюда и отбор средней пробы топлива и определение его теплотворной способности. Испытание котельной требует много наблюдателей и много приспособлений, должно быть произведено при разных нагрузках и избытках воздуха, чтобы получить вполне точные результаты, — поэтому выполняется довольно редко. Оно дает возможность определить, каковы потери в окружающую среду (Q_в) и в какой мере имеют место потери от неполноты сгорания механической (Q₄) и химической (Q₃); и очень часто заставляет несколько изменить конструкцию или метод топления для понижения последних потерь. Трудность производства испытания заставляет пользоваться текущими наблюдениями для того, чтобы иметь характеристики утилизированного тепла (Q₁) или тепла, потерянного отходящими газами (Q₂). В первом случае наблюдают количество произведенного пара (D) и затраченного, сожженного топлива (В). В том случае, когда температура питательной воды (t₁),  давление пара в котле (Pk), температура перегретого пара (tne), а также теплотворная способность топлива (Q₀) постоянны, что бывает довольно часто, — частное D/B. называемое видимой испарительностью топлива,  будет пропорционально утилизированному теплу (Q₁). В тех же случаях, когда указанного постоянства не наблюдается, необходимо каждый раз вычислять испарительность при одинаковых условиях, каковыми обычно считаются при получении нормального пара, т. е. пара, для образования килограмма которого необходимо затратить 637 калорий. Испарительность топлива, пересчитанная на нормальный пар, называется истинной испарительностью топлива. Для учета полученного пара или пользуются паромерами разных систем, или же водомерами, считая при этом, что количество вкаченной воды равняется количеству пара, отданного из котлов. Во втором случае наблюдают температуру отходящих газов и состав их, большей частью лишь содержание углекислоты, что характеризует собой избыток воздуха; эти данные, при условии полного сгорания, дают возможность определить потерю отходящими газами и следить за постоянством этой потери. Для определения температуры употребляют в большинстве случаев или термоэлектрические пирометры, или термометры сопротивления, причем довольно редко пользуются самопишущими термометрами, — гораздо чаще централизуют показания термометров и довольствуются записью через ¼ — ½ часа. Состав газов очень часто определяется самозаписывающими анализаторами, среди которых на первом месте по надежности работы стоят анализаторы, основанные на принципе поглощения углекислоты едким кали, как, например, Адос, Эккардт и т. д. Отметим еще раз, так как это очень важно, что приборы эти не дают указания на неполноту сгорания и определить ее можно, только периодически анализируя газы прибором Орса.

Надзор за паровыми котлами и законодательство. Раньше все котлы в России находились под надзором правительственных техников. Закон 21 апреля 1910 года предоставил право министру торговли и промышленности утверждать уставы обществ и союзов, образуемых владельцами паровых котлов, причем котлы членов обществ и союзов освобождаются от надзора правительственных техников, и казенный сбор с них взимается в половинном размере. Насколько этот закон был жизненней, можно судить по тому, что уже к концу 1910 года организовалось 9 обществ: Петроградское, Московское, Одесское, Киевское, Южно-Русское (Харьков), Северное (Петроград), Бакинское, Рижское, Варшавское. Затем организовалась еще Волжское (Саратов), Северо-Западное (Вильна) и Общество по надзору за котлами частных железных дорог. Уставами этих обществ предусматривается не только надзор за паровыми котлами в смысле обеспечения их безопасности, но также и техническая помощь своим членам в самом широком смысле: обучение персонала, обслуживающего котлы и машины, производство испытаний, улучшение старых установок, проектирование новых, издание печатных органов и т. д., и т. д. Почти все общества еще находятся в периоде организационной работы, так как слишком велико предоставленное им поле деятельности и слишком велика в России потребность в этой деятельности; но уже сейчас мы имеем несколько подаваемых журналов, были организованы некоторыми обществами курсы кочегаров, другие общества остановились на инструкторах (подвижные школы), почти все общества начали производить так называемые «необязательные работы»: исследования парового хозяйства, индицировку машин, советы по переустройству теплового хозяйства и т. д., причем все эти работы у нас в России имеют особенное значение, так как часто даже довольно крупные фабрики лишены какого-нибудь технического надзора и работают с использованием тепла в 40—50%, тогда как без особых почти затрат возможно иметь использование тепла в 70—80%. Поэтому надо ожидать, что по окончании организационной работы общества смогут дать могучий толчок для поднятия нашей промышленности. Аналогичные общества в Англии работают с 1854 года, в Германии с 1865 г., и в 70-х г. уже возникло много обществ в Германии, Франции, Бельгии и других странах Европы. В России до закона 1910 г. возникли общества в Варшаве, в 1901 г., и в Москве, 1902 г., но они не могли сильно развить свою деятельность, так как параллельно с ними работал правительственный надзор, и поэтому следует считать 1910 г. годом возникновения котлонадзорных обществ. Законодательство наше относительно паровых котлов ждет переработки. Последние изменения были в 1890 г. и до сих пор оно находится в таком состоянии, что, например, нет никакого указания, какой толщины должна быть стенка парового котла, но имеется указание, что «помещение парового котла должно быть отделено от жилых комнат или мастерских, если таковые находятся рядом, каменной или кирпичной стеной, толщиной в 1 ¼ аршина», или, например, имеются указания, что стенки котлов, находящихся в соприкосновении с продуктами горения, должны быть из железа и не могут быть из чугуна, а в экономайзере, изготовляемом из чугуна, вода может нагреваться до какой угодно температуры (запрета нет), а взрыв экономайзера по своей разрушительности почти нисколько не уступает взрывам котлов. Следует надеяться, что на съездах котлонадзорных обществ вопросы эти будут подняты и разработаны и затем пройдут соответствующие законы.

Литература. Наибольшее представление о современном положении вопроса о тепловом расчете дает конспект лекций: «Котельные установки», К. Кирша, изданный на правах рукописи; но ввиду крайне конспективного изложения вполне понятен только для лиц, слышавших лекции автора. Очень много материала имеется в выпусках Известий Механического Института Имп. Техн. Уч. Ряд статей в текущей журнальной литературе: в «Бюллетенях Политехнического О-ва», в «Вестнике О-ва Технологов», в «Известиях Киевского О-ва для надзора за паровыми котлами» и других. Если же не касаться современного положения теплового расчета, то следует указать как наиболее полные курсы: А. Предтеченский, «Курс парового котла», А. П. Гавриленко, «Паровые котлы», Г. Ф. Депп, «Паровые котлы». Из иностранных книг нет ни одной с полным изложением теплового расчета, хотя у следующих авторов уже появились зачатки теплового расчета: G. Herberg,»Handbuch der Feuerungstechnik und des Dampfkesselbetriebes», С. Lanyi, «Berechnung der Dampfkessel, Feuerungen, Uberhitzer und Vohrwärmer»; R. Spalckhaver und Fr. Schneiders, «Die Dampfkessel nebst ihren Zubehorteilen und Hilfsein- richtungen». Другие книги теплового расчета касаются очень мало, но оне дают значительный материал юг других направлениях: F. Tetzner, «Die Dampfkessel»; А. Pehlhausen, «Die Dampfkessel-Anlagen»; O. Herre, «Die Dampfkessel»; Seufert, «Dampfkessel, Dampfmaschinen und andere Wärmekraftmaschinen» (как краткое руководство); Н. de В. Parsons, «Steam Boilers their theory and design»; Е. Shaly, «Steam Boilers»; Fr. S. Rowan, «The practical physics of the Modern Steam Boiler». Кроме того, надо указать на журнальную литературу, в которой разбросало очень много интересных статей и заметок.

И. Арбатский.