Тепловой аккумулятор

Тепловой аккумулятор, впервые был устроен около 25 лет назад профессором Рато для совместной работы паровых турбин низкого давления и паровых поршневых машин, работающих неравномерно (см. паровые машины). Шахтные подъемные паровые машины, прокатные паровые реверсивные машины, паровые молота и т. п. работают обыкновенно с выпуском пара на воздух, так как устройство при них конденсации пара неудобно. Было бы очень выгодно пускать отработавший в них пар в паровую турбину низкого давления, но это затруднительно потому, что все названные машины работают непостоянно и неравномерно, давая то много, то мало отработавшего пара, а турбина требует равномерного притока пара, особенно если она соединена с генератором электрического тока. Рато ввел между такими машинами и турбиной низкого давления тепловой аккумулятор, запасающий в себя излишнюю теплоту отработавшего в машинах пара во время их усиленной работы и отдающий ее турбинам в периоды слабой работы машин. Таким образом, пар, неравномерно поступающий из машин в тепловой аккумулятор, идет в турбину равномерно; часть пара или сгущается в тепловом аккумуляторе в воду, или вода эта опять испаряется и пополняет недостаток пара из машин во время их слабой работы или остановки.

Самый тепловой аккумулятор состоит из железного резервуара, наполненного внутри чугунными сосудами с водой. При избытке пара чугун и вода отнимают у него теплоту, и часть пара конденсируется в воду; а при недостатке пара из машин давление в тепловом аккумуляторе слегка понижается, часть воды вновь испаряется, и этот пар прибавляется к идущему сквозь аккумулятор в турбину пару, даваемому машинами. Тепловые  аккумуляторы Рато строятся так, что запаса теплоты  в них хватает на обычные периоды остановки или слабой работы прокатных, подъемных и т. п. машин, продолжающиеся полминуты или минуту, две. Если остановка машин продолжительнее, то, во избежание сильного падения давления в тепловом аккумуляторе, в него приходится добавлять (автоматически) свежий пар из котла.

В 1918 г. инженер Рутс пошел по этому пути гораздо дальше. Для всех тех случаев, где на фабрике, заводе, электрической станции и т. п. имеет место неравномерное потребление пара или работы различными мастерскими или станками (железоделательные заводы, прокатные заводы, рудники, химические производства, где происходит крашение, варка, сушка и т. п.; обработка пищевых продуктов: сахара, пива, крахмала и пр.), он предлагает вместо теперешнего неравномерного ведения отопления котлов, сообразно переменному расходу пара (что очень неэкономично), устраивать огромный тепловой аккумулятор (по сути дела подобный тепловому аккумулятору Рато), который уравнивает расход пара в течение целых часов. Котлы здесь рассчитываются на средний суточный расход пара (а не на наибольший, как обычно), и роль аккумуляторов от них совершенно отнимается, так что они могут иметь очень малый объем воды и быть, водотрубными. В большом же тепловом аккумуляторе запасается количество теплоты, способное пополнять, — в часы усиленного расхода пара для целей нагрева, работы машин и пр., — недостаток пара, даваемого котлами в течение целых суток. В то время, как тепловые аккумуляторы Рато запасают сотни кг пара, тепловые аккумуляторы Рутса запасают десятки тысяч кг пара (тепловые аккумуляторы на городской электрической станции в Мальме, в Швеции, запасают 36 тысяч кг пара, работая при падении давления от 7 до 1 атм. избыт.), которые они могут отдавать при падении давления не на 0,2—0,3 атм., как у Рато, а  на 4-5-6 атм., как в примере Мальме.

По сути своей, устройство теплового аккумулятора Рутса весьма просто. Это — большие цилиндрические котлы, обычно горизонтальные, наполненные, примерно, на 0,9 своего объема водой. Для защиты от охлаждения тепловой аккумулятор покрывается слоем кизельгура с пробкой или магнезии и одевается железным чехлом, так как обыкновенно он устанавливается на открытом воздухе. Тепловой  аккумулятор снабжается арматурой, подобной котельной, автоматическими приспособлениями для регулирования его работы (сообщения и разобщения его с котлами, местами потребления пара и пр.), а все приспособления для управления его работой от руки машиниста сосредоточены, при сложных установках, в одном месте, на щите, напоминающем электрический распределительный щит.

В случае необходимости устраивают тепловой аккумулятор и для перегретого пара.

Выгоды теплового аккумулятора Рутса следующие: 1) независимость собственно фабричной установки и хода производства от паровых котлов, ввиду возможности иметь во всякое время пар для целей производства в неограниченном количестве, что позволяет иногда ускорить процесс варки сушки и т. п. в несколько раз; 2) повышение степени совершенства котлов благодаря упрощению ухода, так как  кочегару нет надобности заботится о получении переменного давления в котлах и различного количества пара и он все внимание может сосредоточить на равномерном ведении отопления котлов при постоянном расходе из них пара; 3) поверхность нагрева котлов может быть при тепловом аккумуляторе взята меньше, примерно, на 20—30%, 4) на больших электрических станциях, при постоянном токе, тепловые аккумуляторы во многих случаях могут заменить собой неудобные электрические аккумуляторы. И при трехфазном токе тепловые аккумуляторы могут заменить собой умформеры для получения постоянного тока и батарею электрических аккумуляторов. Установка теплового аккумулятора Рутса при теперешних высоких ценах на уголь окупается весьма быстро, иногда меньше чем за 1 год. В 1922 г. было построено (в Швеции, Норвегии и Финляндии) более 70 тепловых аккумуляторов Рутса.

Все подробности см.: «Zeitschrift des Vеrеіnes deutscher Ingenieure», 1922, №№ 21, 22 и 24.

А. Сидоров.