Текст книги "100 знаменитых изобретений"

Телескоп

Телескоп – устройство, предназначенное для наблюдения за небесными объектами – планетами, звездами, туманностями и галактиками. Слово «телескоп» образовано от двух греческих слов, обозначающих «вдаль» и «смотрю».

Первое устройство для наблюдения за отдаленными объектами – зрительную трубу – изобрел в начале XVII в. датский оптик И. Липперсгей. Ее схема была следующей: на переднем конце трубы была укреплена двояковыпуклая линза – объектив. Проходя через объектив, свет собирается в фокусе, где получается изображение небесного тела. На другом конце трубы находится окуляр, позволяющий рассматривать изображение в увеличенном виде. Сила увеличения этого оптического прибора зависит от размеров и выпуклости объектива и окуляра.

Вскоре после изобретения трубы о ней узнал итальянский ученый Галилео Галилей. Он увлекся задачей конструирования «перспективы», как тогда называли телескоп. Сначала он соорудил трубу с трехкратным увеличением, а позже довел этот показатель до тридцатикратного.

Галилей первым использовал подзорную трубу для астрономических наблюдений. Впервые он сделал это 7 января 1610 г. Даже скромных возможностей трубы Галилея хватило для нескольких открытий.

Галилей обнаружил, что поверхность Луны неровная и там, как и на Земле, есть горы и долины. Была раскрыта тайна Млечного Пути. Итальянец обнаружил, что Галактика является не чем иным, как собранием громадного множества звезд.

Помимо этого, Галилей открыл сразу четыре спутника Юпитера, которые назвал в честь Великого герцога Тосканского Козимо II Медичи «Медичейскими звездами».

В книге «Звездный вестник» ученый рассказал о своих наблюдениях. Его открытия вызвали ожесточенную полемику. Многие считали открытия Галилея иллюзией, порожденной зрительной трубой.

Галилей продолжил свои наблюдения. Рассматривая в телескоп Сатурн, он обнаружил по обе стороны планеты пятна. Он решил, что это такие же спутники, как у Юпитера. Два года спустя, к своему недоумению, исследователь увидел эту же планету в «полном одиночестве». Он так и не смог найти объяснения загадки. Лишь полвека спустя голландец X. Гюйгенс открыл, что на самом деле это было кольцо, окружающее Сатурн.

Дальнейшие исследования звездного неба позволили Галилею совершить еще несколько открытий. Он заметил, что Венера, «подражая» Луне, меняет свой облик. Это послужило решающим доказательством того, что Венера, в соответствии с теорией Коперника, вращается вокруг Солнца.

Галилей открыл пятна на Солнце и убедился, что Солнце вращается вокруг своей оси.

Независимо от Галилея, и даже раньше него, в 1609 г. внешний лик Луны с помощью телескопа зарисовал английский математик Т. Харриот. А приоритет открытия спутников Юпитера оспаривал у итальянца немец С. Мариус.

Галилей за пропаганду идей Коперника был подвергнут суду инквизиции и публично отрекся от своих взглядов. Церковь реабилитировала его лишь в 1980 г. В том же году журналы его наблюдений заново просмотрели историки астрономии. Они установили, что зимой 1612–1613 гг. ученый наблюдал планету Нептун, правда, приняв ее за звезду.

Эстафету создания телескопов подхватил у Галилея польский астроном-наблюдатель Ян Гевелий. В 1641 г. в Гданьске на крышах трех своих домов он оборудовал обсерваторию. Создание собственных телескопов Гевелий начинал со сравнительно небольших труб длиной 2–4 м. Совершенствуя технику изготовления, он сумел довести размеры телескопов до 10–20 м. Крупнейший из телескопов Гевелия не поместился в его обсерватории, и этот инструмент пришлось установить за городом, укрепив на специальной мачте высотой в 30 м. Длина трубы этого телескопа достигала 45 м.

Гевелий, как и Галилей, использовал в качестве объектива для своих труб двояковыпуклую линзу. Такие линзовые телескопы называют телескопами-рефракторами. Доведя свои телескопы до очень больших размеров, Гевелий смог добиться довольно значительных увеличений при удовлетворительном качестве изображения. Но он не смог расширить возможности своих телескопов для наблюдений слабых объектов. Это связано с тем, что обнаружение слабых объектов требует увеличения поверхности объектива. Но создание больших линзовых телескопов было сопряжено с непреодолимыми техническими трудностями.

Астрономы смогли решить эту проблему, используя в качестве объектива вогнутые зеркала. Изготовление больших вогнутых зеркал намного проще, чем изготовление линз тех же размеров. Телескопы с зеркальными объективами получили название отражательных телескопов, или телескопов-рефлекторов.

В рефлекторе вогнутое зеркало помещается в нижнем конце трубы. Отражаясь от него, свет собирается у верхнего конца трубы, где при помощи небольшого зеркала отводится наблюдателю.

Небольшие телескопы-рефлекторы мастерил в своей домашней лаборатории еще И. Ньютон в 60–70-е годы XVII в. Первые крупные телескопы такого типа изготовил в конце XVIII в. англичанин В. Гершель. У них были огромные объективы, позволявшие наблюдать очень слабые объекты. Самый крупный из зеркальных телескопов Гершеля имел зеркало поперечником 120 см при длине трубы 12 м. Вверх-вниз он двигался при помощи блоков, а вращался вокруг своей оси на специальной платформе. В 1789 г. при помощи своего телескопа Гершель открыл первую планету Солнечной системы, названную Ураном.

У телескопов-рефлекторов тоже есть серьезные недостатки. Поле обозрения таких телескопов, как правило, мало: в него не помещается даже диск Луны. Это вызывает серьезные неудобства, особенно при фотографировании объектов большой площади, поскольку обзор требует смещения всего инструмента. Кроме того, телескопы-рефлекторы в большинстве случаев не пригодны для точных позиционных измерений.

В связи с этим, в начале XIX в. конструкторская мысль вновь обратилась к линзовым телескопам-рефракторам. Их быстрое усовершенствование произошло благодаря мастерству Й. Фраунгофера. Он соединил в объективе линзы из двух различных сортов стекла – кронгласа и флинтгласа. Оба изготавливаются из кварцевого стекла, различаясь лишь применяемыми добавками. Различные коэффициенты преломления света в этих стеклах позволяют резко ослабить окрашивание изображений – основной недостаток линзовых систем, с которым безуспешно боролся Ян Гевелий.

Фраунгофер первым научился изготавливать крупные линзовые объективы, у которых поперечники были в несколько десятков сантиметров. Ему удалось преодолеть трудности, связанные с тонкостями технологии варки стекла и охлаждения готового стеклянного диска. Диск, из которого предстоит отшлифовать объектив, должен быть сварен без пузырей и охлажден таким образом, чтобы в нем не возникло никаких напряжений. Напряжения могут привести к неравномерным изменениям формы объектива, шлифующегося с точностью до десятитысячных долей миллиметра.

Фраунгофер не только усовершенствовал оптику телескопа-рефрактора, но и превратил его в высокоточный измерительный инструмент. Его предшественникам не удалось найти удачного решения, того, как вести телескоп за звездой. Из-за суточного движения небесной сферы звезда постоянно перемещается и, двигаясь по кривой, быстро выходит из поля зрения неподвижного телескопа.

Фраунгофер наклонил ось вращения телескопа, направив ее в полюс мира. Для слежения за звездой достаточно было вращать его вокруг одной только полярной оси. Фраунгофер автоматизировал этот процесс, добавив к телескопу часовой механизм.

Фраунгофер уравновесил все подвижные части телескопа. Несмотря на большой вес, они повинуются легкому нажиму.

В 1824 г. Фраунгофер изготовил первоклассный телескоп для обсерватории в Дерпте.

Во второй половине XIX в. лучшие телескопы изготавливал американский оптикА. Кларк. В 1885 г. он изготовил для пулковского телескопа-рефрактора крупнейший в то время объектив диаметром 76 см. В 1888 г. на горе Гамильтон близ Сан-Франциско был сооружен телескоп с диаметром объектива 92 см работы Кларка. Вскоре на крыше обсерватории Чикагского университета установили телескоп с объективом в 102 см, который также сделал Кларк.

По конструкции все вышеперечисленные телескопы были повторением телескопов Фраунгофера. Они легко управлялись, но из-за поглощения света в стеклах объектива и прогибания труб размеры этих телескопов оказались предельными для конструкций такого рода.

Внимание астрономов-конструкторов вновь обратилось к телескопам-рефлекторам.

В 1919 г. в Калифорнии в Маунт-Вилсоне вступил в строй телескоп-рефлектор с поперечником зеркала 2,5 м. Опыт его изготовления был учтен в проекте 5-метрового телескопа, на сооружение которого ушло четверть века. Он вступил в строй в 1949 г. в обсерватории Маунт-Паломар.

После Великой Отечественной войны в Крымской астрофизической обсерватории Академии наук СССР был введен в строй самый крупный в Европе телескоп-рефлектор с поперечником зеркала 2,6 м. Накопленный опыт позволил советским оптикам построить крупнейший в мире телескоп-рефлектор с поперечником зеркала 6 м. Его 24-метровая труба весит 300 т, а зеркало – 42 т. Зеркало телескопа в любом положении должно находиться в состоянии невесомости. Оно лежит на 60 подпорных точках. Три из них несущие, остальные – опорные.

Ведение инструмента за звездами осуществляет ЭВМ. Она рассчитывает смещение звезд, внося поправки на влияние рефракции и изгиб трубы, и поворачивает телескоп с необходимой скоростью. Масса подвижной части телескопа составляет 650 т.

В отличие от парагалактической монтировки, применявшейся Фраунгофером, в этом телескопе применена азимутальная монтировка. Сам телескоп называется БТА – большой телескоп азимутальный.

После долгих поисков места телескоп БТА был установлен в предгорьях Северного Кавказа близ станицы Зеленчукская на высоте 2070 м и вступил в строй в 1975 году.

В 1931 г. американец К. Янский при помощи антенны, предназначенной для исследования грозовых радиопомех, зарегистрировал радиоизлучение космического происхождения (от Млечного Пути). Длина его волны составляла 14,6 м.

В 1937 г. в США Г. Ребер построил первый радиотелескоп для исследования космического радиоизлучения – рефлектор диаметром 9,5 м.

Важнейшей характеристикой оптических приборов является разрешающая способность. Она равна наименьшему углу, под которым два объекта различаются данным прибором как самостоятельные. Для человеческого глаза в обычных условиях разрешающая способность составляет около Г. Разрешающая способность телескопа увеличивается с увеличением диаметра телескопа и уменьшением длины волны принимаемого излучения. Для оптических телескопов этот показатель ограничен атмосферой и не превышает 0,3 м.

В радиоастрономии этот показатель долгие годы был гораздо ниже, поскольку длина радиоволн в десятки тысяч раз больше, чем длина волн видимого света. В связи с этим возникла необходимость в постройке радиотелескопов с огромными объективами – параболоидами. Но разрешение радиотелескопов долгое время оставалось недостаточным. Оно составляло минуты и десятки минут. Это не давало возможности изучать тонкую структуру наблюдаемых на небе объектов и даже определять их протяженность.

Эта трудность была преодолена сооружением радиоинтерферометров. Они представляют собой два радиотелескопа, отнесенных друг от друга на сотни и тысячи километров. Сравнение одновременных наблюдений на обоих телескопах дает возможность добиться разрешающей способности до 0,00Г. Первый радиоинтерферометр был построен в Австралии в 1948 г. В 1967 г. были проведены первые наблюдения на интерферометрах с независимой записью сигналов и сверхбольшими базами.

В 1953 г. был сооружен первый крестообразный радиотелескоп. Полноповоротный радиотелескоп с диаметром параболоида 76 м был сооружен в английской обсерватории Джодрелл Бэнк. Позже в Эффельсберге (ФРГ), в радиотехническом институте им. М. Планка был построен телескоп с диаметром зеркала 100 м.

Крупнейший неподвижный радиотелескоп с неподвижной сферической чашей диаметром 300 м был построен в специально подготовленном кратере вулкана Аресибо (Пуэрто-Рико).

В 1976 г. вступил в строй радиотелескоп Академии наук СССР с поперечником 600 м – РАТАН-600. Элементы его зеркала – вертикально установленные на круговом фундаменте плоские отражающие панели размером 7,4 на 2,1 метра. Каждая панель смонтирована на отдельной ферме, которая может перемещаться в небольших пределах взад-вперед и поворачиваться в пределах 70°. Число панелей – около тысячи.

Наблюдения выполняются в отдельных секторах РАТАНа. По команде оператора в соответствии с программой ЭВМ панели разворачиваются в строго рассчитанные положения.

Телефон

В 60–70-е годы XIX в. наряду с развитием проволочного телеграфа стояла задача передачи по проводам человеческой речи в виде электрических сигналов.

Первый телефонный аппарат был создан в начале 60-х годов XIX в. англичанином И. Ф. Райсом. С его помощью можно было передавать музыку, однако передача человеческой речи была затруднена.

Дальнейшую разработку телефона вели в 70-е годы XIX в. американцы А. Г. Белл и И. Грей. Участвуя в конкурсе на решение проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. они оба сделали заявки на телефонные аппараты, которые можно применять на практике. Белл опередил Грея на два часа, и приоритет остался за ним. Грей возбудил процесс против Белла, но проиграл его.

В телефоне Белла звук преобразовывался в электрические колебания, которые индуцировались в электромагните вибрирующей металлической жесткой пластинкой, замененной впоследствии гибкой пластинкой – мембраной. Индуцированный ток, а следовательно, и звук были очень слабыми. Несколько месяцев спустя Белл продемонстрировал разработанный им электромагнитный телефон, выполнявший функции передатчика и приемника.

Телефонные трубки Белла хорошо передавали речь лишь на небольшом расстоянии и обладали рядом недостатков, делавших невозможным их практическое применение.

Над усовершенствованием телефона работали многие изобретатели. Уже в 1877 г. Д. Э. Юз изобрел стержневой угольный микрофон, а в 1878 г. русский изобретатель М. Махальский сконструировал более чувствительный порошковый угольный микрофон.

В 1878 г. свою конструкцию телефонного аппарата предложил Т. А. Эдисон. Он ввел в схему телефона индукционную катушку и применил микрофон из прессованной сажи. Это позволило передавать звук на большое расстояние.

Первая в мире телефонная станция была построена в 1878 г. в американском городе Нью-Хейвен по проекту венгра Пушкаша. В 1879 г. телефонная станция была сооружена в Париже, а в 1881 г. – в Берлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве.

На первых порах для телефонной связи использовались телеграфные линии. Но заманчивая экономия в проводах, достигнутая в однопроводных телеграфных линиях связи, обернулась резким ухудшением качества связи вследствие индуцирования токов от соседних линий. Пришлось вернуться к двухпроводной линии передачи, где помехи, наведенные в каждом из проводов, взаимно компенсировались. А для большего уменьшения влияния наведенных помех параллельные провода линии через определенное расстояние скрещивались.

Первые телефонные станции были ручными. Соединения на них производили телефонистки вручную по вызову одного из абонентов. Но одна телефонистка могла обслужить не более двухсот аппаратов. Кроме того, на каждое соединение уходило слишком много времени. Требовалось автоматизировать процесс коммутации. И уже в 1879 г. американские изобретатели М. Д. и Т. Э. Кеннеди и Т. И. Мак-Тай запатентовали устройство, в котором сигналы вызывающего абонента управляли автоматом, установленным на центральной станции: автоматический коммутатор осуществлял поиск нужного абонента и соединение с ним. Телефонный аппарат обрел номеронабиратель. С его помощью создавалась серия импульсов, посылаемых на автоматическую телефонную станцию (АТС) для управления коммутатором.

В 1882 г. П. М. Голубицкий изобрел высокочувствительный телефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы за счет изменения положения трубки. Такой принцип сохранился и в современных телефонах.

В 1885 г. Голубицкий предложил схему телефонной станции с электропитанием от центральной батареи, расположенной на самой станции. Она позволяла создать центральные телефонные станции на несколько тысяч абонентов.

В 1887 г. русский изобретатель К. А. Мосцицкий создал «самодействующий центральный коммутатор». В отличие от современных АТС соединение осуществлялось без телефонистки, но управлялся он самими абонентами.

В 1889 г. американец А. Строунджер получил патент на шаговый искатель – переключающее устройство для соединения абонентских линий в автоматических телефонных станциях.

В 1893 г. русские изобретатели М. А. Фрейденберг и С. М. Бердичевский-Апостолов предложили свой «телефонный соединитель» – автоматическую телефонную станцию с шаговыми искателями. В 1895 г. Фрейденберг запатентовал идею и конструкцию АТС с предыскателями (устройством для автоматического поиска вызываемого абонента), а 1896 г. – искатель машинного типа. В 1896 г. Бердичевский-Апостолов создал оригинальную систему АТС на 11 тысяч номеров.

Первая действующая АТС была сооружена в 1896 г. в Огасте (США).

В конце XIX– начале XX в. бурно строились линии телефонной связи. Внутри городов связь осуществлялась как при помощи воздушной телефонной сети, так и путем прокладки подземных кабелей. Наибольшую протяженность в то время имели линии Париж – Брюссель (320 км), Париж – Лондон (498 км) и Москва – Петербург (660 км).

В 1915 г. инженер В. И. Коваленков разработал и применил в России первую дуплексную телефонную трансляцию на триодах. Установка на линии такого промежуточного усилительного пункта позволила значительно увеличить дальность связи.

К 1910 г. в мире действовало около 10 000 АТС и было установлено около 10 млн телефонных аппаратов.

Развитие телефонной сети требовало разработки систем многоканальной связи. Еще в 1880 г. Г. Г. Игнатьев предложил способ одновременного телеграфирования и телефонирования.

В середине 20-х годов XX в. практически завершился переход от телефонирования токами тональных частот (до 3400 герц) к высокочастотной связи (выше 16 000 герц).

Изобретение высокоизбирательных электрических фильтров и модуляторов позволило создать системы многоканальной связи с частотным разделением каналов. Стали использоваться кабельные, радиорелейные и спутниковые линии связи, рассчитанные на большое количество каналов (до 10 000 и более).

Проводная телефонная связь и сейчас остается наиболее распространенным видом связи в мире.

Тепловая электростанция

На тепловых электростанциях производится преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (уголь, торф, сланцы, нефть, газы), в механическую, а затем в электрическую. Здесь химическая энергия, заключенная в топливе, проходит сложный путь преобразований из одной формы в другую для получения электрической энергии.

Преобразование энергии, заключающейся в топливе, на тепловой электростанции представляется возможным разделить на следующие основные стадии: преобразование химической энергии в тепловую, тепловой – в механическую и механической – в электрическую.

Первые тепловые электростанции (ТЭС) появились в конце XIX в. В 1882 г. ТЭС была построена в Нью-Йорке, в 1883 г. – в Петербурге, в 1884 г. – в Берлине.

Среди ТЭС большую часть составляют тепловые паротурбинные электростанции. На них тепловая энергия используется в котельном агрегате (парогенераторе).

Одним из важнейших элементов котельного агрегата является топка. В ней химическая энергия топлива в ходе химической реакции горючих элементов топлива с кислородом воздуха превращается в тепловую энергию. При этом образуются газообразные продукты сгорания, которые и воспринимают большую часть тепла, выделившегося при сгорании топлива.

В процессе нагрева топлива в топке образуется кокс и газообразные, летучие вещества. При температуре 600–750 °C летучие вещества воспламеняются и начинают гореть, что приводит к повышению температуры в топке. При этом начинается и горение кокса. В результате образуются дымовые газы, выходящие из топки при температуре 1000–1200 °C. Эти газы используют для нагрева воды и получения пара.

В начале XIX в. для получения пара применяли простые агрегаты, в которых подогрев и испарение воды не разграничивались. Типичным представителем простейшего типа паровых котлов являлся цилиндрический котел.

Для развивающейся электроэнергетики требовались котлы, вырабатывающие пар высокой температуры и высокого давления, поскольку именно при таком состоянии он дает наибольшее количество энергии. Такие котлы были созданы, и их назвали водотрубными котлами.

В водотрубных котлах топочные газы обтекают трубы, по которым циркулирует вода, тепло от топочных газов передается через стенки труб воде, которая превращается в пар.

Современный паровой котел работает следующим образом.

Топливо сгорает в топке, у стен которой расположены вертикальные трубы. Под действием тепла, выделившегося при сжигании топлива, вода, находящаяся в этих трубах, кипит. Образующийся при этом пар поднимается в барабан котла. Котел представляет собой толстостенный горизонтальный стальной цилиндр, заполняемый водой до половины. Пар собирается в верхней части барабана и выходит из него в группу змеевиков – пароперегреватель. В пароперегревателе пар дополнительно нагревается выходящими из топки дымовыми газами. Он имеет температуру более высокую, чем та, при которой вода кипит при данном давлении. Такой пар называется перегретым. После выхода из пароперегревателя пар поступает к потребителю. В газоходах котла, расположенных после пароперегревателя, дымовые газы проходят через другую группу змеевиков – водяной экономайзер. В нем вода перед поступлением в барабан котла подогревается теплом дымовых газов. За экономайзером по ходу дымовых газов обычно размещаются трубы воздухоподогревателя. В нем воздух подогревают перед подачей в топку. После воздухоподогревателя дымовые газы при температуре 120–160 °C выходят в дымовую трубу.

Все рабочие процессы котлового агрегата полностью механизированы и автоматизированы. Он обслуживается многочисленными вспомогательными механизмами, приводимыми в движение электродвигателями, мощность которых может достигать нескольких тысяч киловатт.

Котельные агрегаты мощных электростанций вырабатывают пар высокого давления – 140–250 атмосфер и высокой температуры – 550–580 °C. В топках этих котлов преимущественно сжигают твердое топливо, измельченное до пылевидного состояния, мазут или природный газ.

Превращение угля в пылевидное состояние производится в пылеприготовительных установках.

Принцип работы такой установки с шаровой барабанной мельницей заключается в следующем.

Топливо поступает в котельную по ленточным транспортерам и сбрасывается в бункер, из которого после автоматических весов питателем подается в углеразмольную мельницу. Размол топлива происходит внутри горизонтального барабана, вращающегося со скоростью около 20 об/мин. В нем находятся стальные шары. По трубопроводу в мельницу подается горячий воздух, нагретый до температуры 300–400 °C. Отдавая часть своего тепла на подсушку топлива, воздух охлаждается до температуры порядка 130 °C и, выходя из барабана, выносит образующуюся в мельнице угольную пыль в пылеразделитель (сепаратор). Освобожденная от крупных частиц пылевоздушная смесь выходит из сепаратора сверху и направляется в пылеотделитель (циклон). В циклоне угольная пыль отделяется от воздуха, и через клапан поступает в бункер угольной пыли. В сепараторе крупные частицы пыли выпадают и возвращаются в мельницу для дальнейшего размола. Смесь угольной пыли и воздуха подается в горелки котла.

Пылеугольные горелки представляют собой устройства для подачи в топочную камеру пылевидного топлива и необходимого для его горения воздуха. Они должны обеспечить полное сгорание топлива путем создания однородной смеси воздуха и топлива.

Топка современных пылеугольных котлов представляет собой высокую камеру, стены которой покрыты трубами, так называемыми пароводяными экранами. Они защищают стены топочной камеры от налипания на них шлака, образующегося при сжигании топлива, а также защищают обмуровку от быстрого износа вследствие химического воздействия шлака и высокой температуры, развивающейся при горении топлива в топке.

Экраны воспринимают в 10 раз больше тепла на каждый квадратный метр поверхности, чем остальные трубчатые поверхности нагрева котла, воспринимающие тепло топочных газов главным образом за счет непосредственного соприкосновения с ними. В топочной камере угольная пыль воспламеняется и сгорает в несущем ее газовом потоке.

Топки котлов, в которых сжигается газообразное или жидкое топливо, также представляют собой камеры, покрытые экранами. Смесь топлива и воздуха подается в них через газовые горелки или мазутные форсунки.

Устройство современного барабанного котельного агрегата большой производительности, работающего на угольной пыли, состоит в следующем.

Топливо в виде пыли вдувается в топку через горелки вместе с частью необходимого для горения воздуха. Остальной воздух подается в топку предварительно подогретым до температуры 300–400 °C. В топке частицы угля сгорают на лету, образуя факел, с температурой 1500–1600 °C. Негорючие примеси угля превращаются в золу, большая часть которой (80–90 %) выносится из топки дымовыми газами, образовавшимися в результате сжигания топлива. Остальная зола, состоящая из слипшихся частиц шлака, скопившегося на трубах топочных экранов и затем оторвавшегося от них, падает на дно топки. После этого она собирается в специальной шахте, расположенной под топкой. Струей холодной воды шлак охлаждается в ней, а затем выносится водой за пределы котельного агрегата специальными устройствами системы гидрозолоудаления.

Стены топки покрыты экраном – трубами, в которых циркулирует вода. Под действием тепла, излучаемого горящим факелом, она частично превращается в пар. Эти трубы присоединены к барабану котла, в который также подается подогретая в экономайзере вода.

По мере движения дымовых газов, часть их тепла излучается на трубки экрана и температура газов постепенно понижается. У выхода из топки она составляет 1000–1200 °C. При дальнейшем движении дымовые газы на выходе из топки соприкасаются с трубками экранов, охлаждаясь до температуры 900–950 °C. В газоходе котла размещены трубки змеевиков, по которым проходит пар, образовавшийся в экранных трубах и отделившийся от воды в барабане котла. В змеевиках пар получает дополнительное тепло от дымовых газов и перегревается, т. е. его температура становится более высокой, чем температура воды, кипящей при том же давлении. Эта часть котла называется пароперегревателем.

Пройдя между трубами пароперегревателя, дымовые газы с температурой 500–600 °C попадают в ту часть котла, в которой размещены трубки водоподогревателя, или водяного экономайзера. В него насосом подается питательная вода с температурой 210–240 °C. Такая высокая температура воды достигается в особых подогревателях, являющихся частью турбинной установки. В водяном экономайзере вода нагревается до температуры кипения и поступает в барабан котла. Дымовые газы, проходящие между трубами водяного экономайзера, продолжают охлаждаться и затем проходят внутри труб воздухоподогревателя, в котором производится подогрев воздуха за счет тепла, отдаваемого газами, температура которых при этом снижается до 120–160 °C.

Воздух, необходимый для сжигания топлива, подается в воздухоподогреватель дутьевым вентилятором и там нагревается до 300–400 °C, после чего поступает в топку для сжигания топлива. Вышедшие из воздухоподогревателя дымовые, или уходящие, газы проходят через специальное устройство – золоуловитель – для очистки от золы. Очищенные уходящие газы дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу высотой до 200 м.

Существенное значение в котлах этого типа имеет барабан. По многочисленным трубам к нему поступает пароводяная смесь из топочных экранов. В барабане пар отделяется из этой смеси, а оставшаяся вода смешивается с питательной водой, поступающей в этот барабан из экономайзера. Из барабана вода по трубам, расположенным снаружи топки, проходит в сборные коллекторы, а из них – в экранные трубы, расположенные в топке. Таким способом замыкается круговой путь (циркуляция) воды в барабанных котлах. Движение воды и пароводяной смеси по схеме барабан – наружные трубы – экранные трубы – барабан совершается за счет того, что общий вес столба пароводяной смеси, заполняющей экранные трубы, меньше веса столба воды в наружных трубах. Это создает напор естественной циркуляции, обеспечивающий круговое движение воды.

Паровые котлы автоматически управляются многочисленными регуляторами, за работой которых наблюдает оператор.

Приборы регулируют подачу в котел топлива, воды и воздуха, поддерживают постоянными уровень воды в барабане котла, температуру перегретого пара и др. Приборы, контролирующие работу котельного агрегата и всех его вспомогательных механизмов, сосредоточены на специальном щите управления. На нем также находятся приборы, позволяющие дистанционно производить с этого щита автоматизированные операции: открытие и закрытие всех запорных органов на трубопроводах, пуск и остановку отдельных вспомогательных механизмов, а также пуск и остановку всего котлоагрегата в целом.

Водотрубные котлы описанного типа имеют весьма существенный недостаток: наличие громоздкого тяжелого и дорогого барабана. Чтобы избавиться от него, были созданы паровые котлы без барабанов. Они состоят из системы изогнутых трубок, в один конец которых подается питательная вода, а из другого выходит перегретый пар требуемых давления и температуры, т. е. вода до превращения ее в пар проходит через все поверхности нагрева один раз без циркуляции. Такие паровые котлы названы прямоточными.

Схема работы такого котла следующая.

Питательная вода проходит через экономайзер, затем попадает в нижнюю часть змеевиков, расположенных винтообразно на стенах топки. Образовавшаяся в этих змеевиках пароводяная смесь поступает в змеевик, расположенный в газоходе котла, где заканчивается превращение воды в пар. Эта часть прямоточного котла называется переходной зоной. Затем пар поступает в пароперегреватель. После выхода из пароперегревателя пар направляется к потребителю. Воздух, необходимый для горения, подогревается в воздухоподогревателе.