www.timberships.fora.pl

kgerlach

Silniki parowe nie tylko nie mogły działać bez kotłów wytwarzających potrzebną parę, ale przede wszystkim parametry tych ostatnich (ilość wytwarzanej pary, jej ciśnienie, temperatura) określały sensowność czy bezsensowność na danym etapie rozwoju wielu rozwiązań konstrukcyjnych w maszynach okrętowych. Trzeba tu od razu powiedzieć, że w całym omawianym okresie budowa kotłów nie nadążała za inwencją konstruktorów silników - głównie z powodów materiałowych. To instalacje do wytwarzania pary stanowiły najczęściej (obok skraplaczy) wąskie gardło w rozwoju siłowni używanych na jednostkach pływających. Zatem dla uzupełnienia cyklu o okrętowych maszynach parowych niezbędny wydaje się krótki zarys konstrukcji kotłów wykorzystywanych w tym samym czasie. Jednak tutaj nadzwyczaj istotna jest chronologia, więc właśnie w takim ujęciu zostaną wspomniane – bez wchodzenia w detale – najważniejsze lub najciekawsze rozwiązania. Rysunki natomiast wystąpią rzadko, ponieważ po wpisaniu w Google odpowiedniej nazwy angielskiej (którą podam), niemal do każdego typu kotła pojawia się bardzo wiele ilustracji. Z tego samego powodu skupię się na problemach, a nie szczegółach konstrukcyjnych.

1. OKRES PIONIERSKI DO 1819 R. - RÓŻNORODNOŚĆ
Zamknięcie przeze mnie okresu pionierskiego datą 1819 jest czysto umowne – wówczas pierwszy statek z pomocniczym napędem parowym (amerykański Savannah) przepłynął Atlantyk, co oznaczało pojawienie się potrzeby na znaczne przyspieszenie postępu technicznego w tej dziedzinie. Okres pionierski charakteryzował się bardzo ciekawym zjawiskiem – próbowano w nim (czasem zupełnie bez powodzenia) niemal wszystkich typów kotłów okrętowych, od najbardziej prymitywnych do takich, które znalazły szersze zastosowanie dopiero 100 lat później!

Pierwsze kotły instalowane na statkach stanowiły niemal bezpośrednią adaptację konstrukcji używanych na lądzie, gdzie pojawiły się znacznie wcześniej. Ponieważ pierwsze silniki parowe pracowały na zasadzie wykorzystywania różnicy między ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem w próżni powstałej na skutek skroplenia pary, zadaniem tej ostatniej nie było jakiekolwiek oddziaływanie na tłok, lecz jedynie wypchnięcie powietrza z jednej jego strony. Do tego zaś wystarczały niewielkie ilości pary i bardzo niskie ciśnienia, nie przekraczające 0,35 at (34 kPa) nadwyżki nad atmosferycznym.
Najwcześniejsze kotły okrętowe, zwane „TRUCK” BOILERS, były po prostu zwykłymi, zamkniętymi kociołkami, o nieco zaokrąglonych pokrywach górnych (czasem wklęsłych pokrywach dolnych), osadzonymi na ceglanych obmurowaniach i ogrzewanymi od dolnych palenisk.
Należał do nich był KOCIOŁ KOPIASTY (HAYSTACK BOILER, „HAYSTACK TANK” BOILER), użyty na lądzie już w 1725 r. przez Newcomena. W nieco zmodyfikowanej wersji, opracowanej przez Davida Napiera około 1812 r., znalazł zastosowanie na statkach – był dość popularny w pierwszym dwudziestoleciu rozwoju parowców. Kotły takie konstruowano z kilkudziesięciu nitowanych ze sobą płyt miedzianych (huty nie potrafiły jeszcze wykonywać wystarczająco dużych elementów), co nie sprzyjało ani szczelności, ani wytrzymałości. W stosunku do ilości dostarczanej energii kocioł kopiasty zajmował dużo miejsca i miał kiepską sprawność, ale przed 1820 r. lubiano go, ponieważ był bardziej zwarty od konkurencyjnego wówczas kotła wagonowego.
KOCIOŁ WAGONOWY (WAGON-TYPE BOILER) został skonstruowany już około 1785 przez Jamesa Watta. Celem było zwiększenie wydajności na drodze wzrostu powierzchni obmywanej gorącymi gazami. Kocioł taki miał formę poziomego walczaka przypominającego dzisiejszą cysternę, z upływem czasu rozmaicie kształtowanego (np. z dolną częścią quasi-skrzynkową, albo z dodaniem wypukłych den), osadzonego w ceglanym obmurzu. Te ceglane podstawy, ścianki, a nawet kominy, stanowiły bardzo charakterystyczną cechę pierwszych, prymitywnych parowców, zaś w niektórych rejonach geograficznych i zastosowaniach nie zniknęły całkiem przed końcem XIX w.
Z uwagi na dużą masę i wymiary kotły wagonowe nie były zbyt pożądane na wczesnych, małych jednostkach parowych, jednak ilustracje z epoki dowodzą, że – wbrew literaturze – stosowano je także w Europie całkiem często, nawet w wersji KOTŁA BATERYJNEGO (ELEPHANT BOILER), montowanego z kilku takich walczaków. Zdobyły przede wszystkim – tu dokumentacja i analizy są zgodne – wielką i trwałą popularność w Stanach Zjednoczonych, a konkretnie na statkach używanych w specyficznej, niezwykle rozbudowanej żegludze śródlądowej tego kraju.

Wszystkie powyższe kotły zwano też ogólnie ZBIORNIKOWYMI (TANK BOILERS) dla podkreślenia faktu stosowania paleniska zewnętrznego względem zamkniętego zbiornika z wodą, chociaż od razu trzeba zauważyć, że nazwa ta nie jest jednoznaczna.

Ponieważ na przełomie XVIII i XIX w. żegluga parowa dopiero raczkowała, najważniejsze dokonania w dziedzinie konstrukcji kotłów zachodziły na lądzie – do takich należy zaliczyć zastosowanie wewnętrznego (w środku walczaka), powrotnego (wymuszonego w kierunku paleniska) ciągu spalin oraz wewnętrznego paleniska, które znacznie zwiększyły powierzchnię wymiany ciepła między gorącymi spalinami a zbiornikami z wodą. W ten sposób powstał KOCIOŁ KORNWALIJSKI (CORNISH BOILER).

Na pojawiających się z początkiem XIX w. parowcach pełnomorskich silniki musiały być mocniejsze, kotły dostarczać więcej pary, więc proporcjonalny wzrost wymiarów maszynowni na ciągle małych jednostkach stawał się problemem. Dlatego specjalnie dla okrętów rozwinięto kotły o kształcie przypominającym prostopadłościenne pudełka, kufry czy skrzynki, zostawiające mniej martwych przestrzeni w kadłubie. Te KOTŁY KUFROWE (BOX-TYPE BOILERS) zostały wprowadzone około 1820 r.
Dla zwiększenia wydajności wymuszono w nich wielokrotną zmianę kierunku ruchu spalin wewnątrz kotła (poprzez zastosowanie specjalnych przegród) oraz zainstalowano po kilka wewnętrznych palenisk. W pierwszej połowie XIX w. dominującym typem kotła okrętowego miał się właśnie stać KUFROWY KOCIOŁ PŁOMIENICOWY (FLUE BOILER, FLAMMROHRKESSEL), występujący w wersjach labiryntowej i galeriowej, któremu – z uwagi na jego pozycję w historii wczesnych parowców - przyjrzymy się bliżej w następnym punkcie.

W anglojęzycznej literaturze często można spotkać bardzo mylącą nazwę „KOCIOŁ RURKOWY” (PIPE BOILER). Wprowadza ona wiele zamieszania, podobnie zresztą jak pokrewna TUBE BOILER. Terminy te określają bowiem kształt (rurkowy, rurowy) jednego z elementów kotła, ale wcale nie definiują – jak wydaje się niektórym tłumaczom – którego!
KOTŁEM RUROWYM można nazwać (i tak się rzeczywiście często robi) zarówno kocioł płomienicowy, jeśli płomienica (przewód gazowy wielkich rozmiarów) ma kształt rury, jak kocioł płomieniówkowy (gdyż płomieniówki to także rurowe kanały spalinowe, tyle że o dużo mniejszej średnicy niż rurowe płomienice i występujące w znacznie większej liczbie), a nawet kocioł wodnorurkowy (z opłomkami, czyli rurkami przez które płynie woda, nie spaliny).
Ta wieloznaczność powoduje częste błędy w opracowaniach, zwłaszcza nie-anglojęzycznych.

KOCIOŁ WODNORURKOWY (KOCIOŁ OPŁOMKOWY, WATER-TUBE BOILER, WASSERROHRKESSEL, VODOTRUBNYJ KOTIEŁ) został opatentowany już w 1776 r. w Holandii przez Williama Blakey. Jednak jego miedziane rury ze szwem rozpadały się od wytwarzanego ciśnienia, więc nie nadawał się do niczego. Nie zniechęciło to innych konstruktorów, którzy jeszcze przed 1806 r. zaproponowali masę odmiennych rozwiązań kotłów wodnorurkowych (celowali w tym zwłaszcza Amerykanie, jak John Fitch, Henry Voight, James Rumsey, Nathan Read, Joel Barlow, John Stevens, John Cox Stevens), ale cała ich pomysłowość nie zdała się na nic. Nie zawsze za ostateczne fiasko wszystkich tych instalacji odpowiadał tylko kocioł, jednak z reguły znajdował się na pierwszym miejscu wśród zawodzących elementów. Rozmaici inżynierowie kontynuowali flirt z konstrukcjami wodnorurkowymi przez cały XIX wiek. Mimo ich wysiłków, kotły tej konstrukcji wciąż się rozlatywały w sto lat pod pierwszym patencie Blakey’a!
Skąd ta pozornie dziwna zaciekłość w trzymaniu się tak zawodnego rozwiązania i z czego wynikało niezwykle długie pasmo porażek?
Otóż kocioł wodnorurkowy obiecywał wiele korzyści. Miał małą pojemność wodną, zatem również niski ciężar. Zajmował niewiele miejsca. Kolejną jego zaletą była możliwość (początkowo – ze względów technologicznych – raczej teoretyczna) uzyskiwania wyższych ciśnień pary, potrzebnych w doskonalonych stale silnikach. Znacznie szybciej dawało się go uruchomić, co miało szczególnie duże znaczenie przy napędzie pojazdów drogowych lub szynowych.
Jednak ówczesne technologie nie pozwalały na wystarczająco mocne i trwałe wykonanie KOTŁA WODNORURKOWEGO, a i tak jego przydatność na wczesnych parowcach morskich była wątpliwa, skoro aż do połowy XIX w. powszechnie używano skraplaczy natryskowych i wody morskiej, czyli problem narastania kamienia kotłowego (tu akurat wewnątrz cienkich rurek!) należał do zagadnień pierwszorzędnej wagi.

Czynnikiem najbardziej ograniczającym zarówno wielkość, jak i zdolność do przenoszenia wysokich ciśnień w budowanych wtedy kotłach - zbiornikowych czy wodnorurkowych - był brak odpowiednich materiałów konstrukcyjnych.
Pierwsze kotły wykonywano z blachy ołowianej (ze względu na łatwość kształtowania), później miedzi i (rzadziej) mosiądzu, pod koniec XVIII w. pojawiły się kotły żelazne. Złe materiały i wadliwa konstrukcja przyczyniały się do częstych eksplozji kotłów w pionierskim okresie, zwłaszcza jeśli próbowano podnosić ciśnienie pary dla takich nowinek, jak silnik sprzężony. Wypadki, zwykle zbierające obfite śmiertelne żniwo, bulwersowały opinię publiczną i zniechęcały ludzi do napędu parowego. Rząd brytyjski już w 1817 r. nakazał, aby jedynymi dozwolonymi materiałami konstrukcyjnymi na kotły były odtąd żelazo pudlarskie i miedź.
Miedź miała znacznie wyższą cenę niż żelazo, jednak wykonane z niej kotły wykazywały też dużo większą trwałość. Na skutek problemów z korozją przeciętny czas pracy żelaznego kotła płomienicowego wynosił około 5 lat (czy może nawet tylko około 3 lat), podczas gdy od kotłów miedzianych oczekiwano sprawności przez co najmniej 9 lat. Miedź charakteryzuje się kiepską wytrzymałością, więc nadawała się dobrze tylko na konstrukcje niskociśnieniowe. Żelazo pudlarskie było mocniejsze, lecz niehomogenne, a jego rzeczywistej jakości nie umiano wówczas ani przewidzieć, ani zbadać. Ponadto w tamtych czasach miedź była jedynym materiałem osiągalnym w wystarczająco dużych arkuszach by minimalizować liczbę łączeń, potencjalnego źródła przecieków. W kotłach żelaznych małymi przeciekami nie przejmowano się wcale, bowiem produkty korozji i kamień kotłowy wkrótce zapychały wszelkie szczelinki. Nawet kiedy ciśnienia absolutne pary wzrosły do 1,8 at (177 kPa), ciągle wykorzystywano z powodzeniem tymczasowe środki uszczelniające w postaci rozmaitych mieszanek, które dostając się z wodą do szczelin wytwarzały tam korki – używano trocin, mąki owsianej, mąki ziemniaczanej i łajna (sic!).
Zagrożenie korozją było wtedy dużo poważniejsze – odpadały całe dna kotłów. Powszechne używanie wody morskiej do zasilania kotłów prowadziło do błyskawicznego narastania kamienia kotłowego w przestrzeniach wodnych. Z jednej strony kamień ten chronił żelazne powierzchnie przed korozją, ale z drugiej redukował współczynnik wnikania ciepła od gazów spalinowych do wody – warstwa kamienia o grubości 6,5 mm zwiększała zużycie paliwa o 50%, zaś warstwa grubości 13 mm – o 150%! Tak narosły kamień prowadził więc do przegrzewania i ewentualnie eksplozji kotła. Z kolei jego usuwanie – chociaż konieczne – przyspieszało korozję.
Odświeżanie zawartości kotła było niezbędne z wielu względów, które przytaczam za Peterem M. Ripponem:
- ciągłe odparowywanie wody zwiększało zawartość soli pozostającej w kotle; w końcu pokrywałaby powierzchnie grzejne stałą skorupą, do czego nie można było dopuścić;
- woda cyrkulująca w obiegu była zanieczyszczona olejem z silnika głównego i urządzeń pomocniczych, mąką owsianą albo ziemniaczaną (wprowadzaną do kotła jako uszczelniacz), łojem lub grafitem (rozprowadzanymi niekiedy po wewnętrznych powierzchniach ścian kotłów); zanieczyszczenia były tak znaczne, że co kilka dni kotły musiały być całkowicie opróżniane i napełniane zupełnie świeżą wodą. W przeciwnym wypadku pojawiało się zjawisko plucia kotła (priming), tzn. porywania części wody przez parę, a w efekcie gwałtownych zaburzeń na powierzchni wody, wywołujących powstawanie piany, która mogła przedostawać się do cylindrów. W takich przypadkach dochodziło do gwałtownego wzrostu ciśnienia (w porównaniu z parą woda jest praktycznie nieściśliwa), co spęczało metalowe uszczelnienia na tłokach i w dławnicach, a mogło skończyć się pękaniem tłoków czy cylindrów.
Kiedy nastąpiło około dwukrotne podniesienie nadciśnienia stosowanej pary (z pierwotnych 0,35 at do 0,7 at) bardzo typową operacją dla prawie wszystkich parowców stało się PRZEDMUCHIWANIE KOTŁA, realizowane zwykle 2 razy w ciągu jednej wachty – wypychano część wody znajdującej się w obiegu (odmuliny) i zastępowano ją świeżą wodą morską.

Tym niemniej w okresie pionierskim zdecydowana większość kotłów okrętowych produkowała parę pod bardzo niskim ciśnieniem, ponieważ miały one za małą wytrzymałość i nie mogły utrzymać szczelności. W silnikach Watta ciśnienie absolutne nie przekraczało 1,22 at (120 kPa), co dla względnie wolnoobrotowych maszyn górnobalansjerowych całkowicie wystarczało. Do 1820 r. konstruktorzy woleli na ogół nie wykorzystywać większych ciśnień niż 1,35 ata. Zysk na ciężarze i wymiarach maszyny parowej, niezmiernie istotny dla pojazdów drogowych czy lokomotyw, absolutnie nie rekompensował niebezpieczeństwa używania na pełnym morzu zawodnych i niebezpiecznych kotłów.

Natomiast na lądzie i akwenach śródlądowych, w zupełnie innych warunkach pod względem zaopatrzenia w wodę, wymogów bezpieczeństwa i koniecznej niezawodności, było więcej propagatorów rzeczywiście wysokich ciśnień. Na początku XIX w. przodowali w tej dziedzinie Amerykanin – Oliver Evans, oraz Anglik – Richard Trevithick. Budowali silniki pracujące bez skraplacza, czyli z wydmuchem zużytej pary do atmosfery, a w efekcie lekkie, zwarte i małe. Ciśnienia absolutne wahały się w nich od 3,8 do 10 at (373 do 980 kPa), potrzebowały więc wysokociśnieniowych kotłów i specjalnych pomp zasilających (wtedy nie stanowiły one jeszcze standardowego wyposażenia silników). Dla Trevithicka skończyło się to raczej kiepsko, ale długie, cylindryczne kotły Evansa z wewnętrznym, powrotnym ciągiem spalin oraz podobne konstrukcje wagonowe czy bateryjne rozpowszechniły się szybko w amerykańskiej żegludze śródlądowej, zwłaszcza w dorzeczu Mississippi. W połowie XIX w. kotły statków z tego rejonu produkowały już parę o ciśnieniu absolutnym 1,13-1,27 MPa, chociaż na okrętach pełnomorskich normą było wówczas około 0,235 MPa.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

2. OKRES PIERWSZYCH PAROWCÓW OCEANICZNYCH 1820-1830 – KUFROWE KOTŁY PŁOMIENICOWE

Niemal wszystkie kotły wczesnych jednostek pełnomorskich były dużymi SKRZYNKOWYMI (KUFROWYMI) KOTŁAMI PŁOMIENICOWYMI (BOX FLUE BOILERS, RECHTECKIGEN FLAMMROHRKESSELN) w odmianie labiryntowej, z wewnętrznymi paleniskami o prostokątnym przekroju i długimi płomienicami (kanałami, którymi płynęły gorące gazy spalinowe ogrzewające wodę) „korytarzowymi” (rys.1).
Prostopadłościenne, pudełkokształtne były nie tylko całe kotły, ale i płomienice, które np. na HMS Comet z 1828 r. miały przeciętnie 40 cm szerokości i około 140 cm wysokości. Kocioł na tym okręcie mierzył 5,7 m długości (z tego paleniska zajmowały 1,8 m), 3,76 m szerokości, 2,85 m wysokości; woda krążyła w nim w przestrzeniach o szerokości 9 cm. Został wyposażony w 4 paleniska. Droga spalin od palenisk do komina wynosiła około 21 m.
Kotły te wykonywano z miedzi lub żelaza pudlarskiego. Na przykład statek Enterprise, który był pierwszym parowcem na wodach indyjskich, docierając do Kalkuty w 1825 r. po 113 dniach rejsu (pary używano na nim przez dwie trzecie tego czasu) miał kufrowy kocioł miedziany.
Ze względu na płaskie ściany płomienic i płaszcza, labiryntowe KOTŁY PŁOMIENICOWE z lat 1820. wytrzymywały bezpiecznie tylko ciśnienia do około 180 kPa. Zazwyczaj utrzymywano się zresztą w jeszcze niższym zakresie – przykładowo na bocznokołowcu Rising Star, który w 1821 r. przepłynął Atlantyk ze wschodu na zachód, kotły wytwarzały parę o ciśnieniu 114-119 kPa.

Rys.1. Kufrowy kocioł płomienicowy w odmianie labiryntowej, z prostokątnymi w przekroju płomienicami, przedstawiony w trzech rzutach oraz w najbardziej typowym zestawieniu dla pierwszej połowy XIX w., czyli razem z silnikiem boczno-wahaczowym – rysunki z traktatu opublikowanego około 1850 r.

Zaletą takiej konstrukcji, obok dobrego wypełniania wnętrza maszynowni, była zdolność do wytwarzania dużej ilości pary oraz względna łatwość czyszczenia – starano się robić płomienice o wymiarach umożliwiających wczołganie się do środka człowieka, który przeprowadzał drobne naprawy i skutecznie oczyszczał ścianki. Odmiana piętrowa tych kotłów, z powrotnymi płomienicami, nazywana przez Przemysława Urbańskiego kotłami galeriowymi, rozwinęła się w latach 1830.,więc zostanie przybliżona w następnym punkcie.

Jak zazwyczaj, terminologia może budzić wiele wątpliwości. Polska nazwa „płomienicowe” nie pozwala podkreślić późniejszej zmiany kształtu tych kanałów spalinowych z prostopadłościennego na rurowy. Ponieważ te ostatnie przetrwały znacznie dłużej i utrwaliły się w pamięci kilku pokoleń konstruktorów, spotykane w dwudziestowiecznych czy współczesnych encyklopediach definicje KOTŁA PŁOMIENICOWEGO oraz samych płomienic, nie mają niemal żadnego związku z wspominanymi tutaj rozwiązaniami. Pisze się w nich o walczaku z wodą, o cylindrycznych płomienicach (gładkich i falistych), czyli o rzeczach, które w większości pojawiły się dopiero około 1870 r. Przemysław Urbański ilustruje kotły galeriowe (nawet najwcześniejsze) wyłącznie jako wyposażone w płomienice rurowe, chociaż najpierw stosowno w nich takie same kanały prostopadłościenne, jak w labiryntowych. Nazwę „kufrowe” (box-shaped) używa po raz pierwszy w odniesieniu do powrotnych kotłów płomieniówkowych z lat 1870. (sic!), chociaż historycznie kotły skrzynkowe (kufrowe) rozwinięto już w latach 1820. Korzystnie z literatury wymaga więc ostrożności.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

3. OKRES PIERWSZYCH REGULARNYCH TRANSATLANTYKÓW I PIERWSZYCH FREGAT PAROWYCH 1830-1842 – PANOWANIE KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENICOWYCH, EKSPERYMENTY Z KOTŁAMI PŁOMIENIÓWKOWYMI, CYLINDRYCZNYMI, itp.

Niezależnie od kontynuacji prób skonstruowania użytecznych kotłów wodnorurkowych, skraplaczy przeponowych, instalacji wysokociśnieniowych itd., prawie całe pierwsze półwiecze żeglugi parowej stało pod znakiem niskich ciśnień, skraplaczy natryskowych, wody morskiej w układzie, kufrowych kotłów płomienicowych.
Pomimo wielkich rozmiarów i masy oraz ogromnego ciężaru znajdującej się w nich wody, KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENICOWYCH (BOX-TYPE FLUE BOILERS) powszechnie używano na statkach handlowych aż do lat 1860. W okresie 1830-1842 były one także praktycznie jedynym typem kotłów stosowanych na okrętach Royal Navy. Bocznokołowce HMS Hecla i HMS Hecate (zwodowane w 1839 r., a ukończone w 1839 i 1840 r.) miały po 4 takie kotły (każdy z dwoma paleniskami) o długości 8,1 m oraz łącznej szerokości 4,7 m (rys.2), służące do zasilania silnika o mocy 240 koni nominalnych.

Rys.2. Zespół: kufrowe kotły płomienicowe w odmianie labiryntowej + silnik boczno-balansjerowy, w aranżacji zastosowanej na bocznokołowcach brytyjskiej marynarki wojennej Hecate i Hecla z 1839 r.

Jedynie na najmniejszych jednostkach zastępowano je czasem wspomnianymi wcześniej KOTŁAMI KORNWALIJSKIMI (CORNISH BOILERS), które można uważać za prymitywne pierwowzory późniejszego kotła „szkockiego”. W kotłach kornwalijskich cylindryczna przestrzeń wodna otaczała paleniska (skrzynię ogniową) i płomienice, przez co zwano je też KOTŁAMI ZBIORNIKOWYMI (TANK BOILERS) – może to jednak łatwo wprowadzać w błąd, ponieważ dużo częściej taka nazwa służy do wyróżniania pierwszych, prymitywnych kotłów z zewnętrznym paleniskiem.

KUFROWE KOTŁY PŁOMIENICOWE miały znaczną powierzchnię wymiany ciepła, bowiem gazy spalinowe przechodziły od skrzyni ogniowej przez labiryntowo poprowadzone prowadnice, o wielokrotnych zmianach kierunku przepływu i bardzo dużej sumarycznej długości (np. 21 czy 23 m). Spaliny ostatecznie spotykały się we wspólnej dymnicy (czopuchu). Płomienice, paleniska i popielnik były otoczone wodą. Z grubsza prostopadłościenne płomienice, zwykle o przybliżonych wymiarach 45 x 210 cm, często zwężały się nieco ku górze, aby generowane z zewnątrz na ich ścianach bąble parowe mogły się łatwiej odrywać. Budowa tych kotłów stała się możliwa dzięki zwiększonej dostępności dużo większych niż w pionierskim okresie płyt miedzianych i żelaznych. Z uwagi na rozmiary przekrojów, czyszczenie płomienic było względnie łatwe – przynajmniej dopóki wzrastające ciśnienia nie wymusiły zastosowania w tych płaskościennych konstrukcjach ogromnej liczby usztywniających zespórek kotłowych. Natomiast mechaniczne czyszczenia przestrzeni wodnych – gdzie narastał kamień kotłowy – stwarzało zawsze bardzo poważne problemy.
Kotły okrętowe tamtej epoki montowano z reguły na drewnianych platformach i osadzano na mastyksie (specjalnym kicie), w celu zapewniania niezmienności pozycji. Ów mastyks był mieszaniną piasku, sproszkowanego kamienia, tlenku ołowiu i oleju. Na drewnianych jednostkach woda zęzowa mogła stać się bardzo kwaśna, co zwiększało podatność na korozję żelaznych płyt kotłowych w miejscach nie chronionych tym kitem.
Przykładowe parametry okrętowych kotłów kufrowych w jednopoziomowej odmianie labiryntowej, instalowanych w okresie 1830-1842:
- na bocznokołowcu HMS Medea z 1833 r. przy silniku o mocy 220 koni nominalnych, ważącym 165 ton, masa kotłów wynosiła 35 ton, a masa wody w nich zawartej – 45 ton;
- na bocznokołowcu HMS Driver ukończonym w 1841 r., trzy trójpaleniskowe kotły z żelaza pudlarskiego ważyły łącznie około 40 ton, zaś ogrzewana w nich woda – około 50 ton; ciśnienie robocze wynosiło 129 kPa.
W latach 1830-tych zaczęto zwiększać powierzchnię ogrzewalną kufrowych kotłów płomienicowych przez skierowanie spalin do dodatkowych, poziomych rzędów kanałów (od jednego do czterech) wykonanych z blach, umieszczonych nad płomienicami głównymi. Przemysław Urbański stosuje względem tej odmiany określenie „kotły galeriowe”, jednak przyjęta międzynarodowo nazwa angielska RETURN FLUE BOILER (Francuzi pisali o chaudière a retour de flamme), czyli KOTŁY PŁOMIENICOWE ZWROTNE, zwraca uwagę na fakt, że spaliny musiały tutaj wracać ponad palenisko, co zwiększało skuteczność grzania. Z drugiej strony nazewnictwo przyjęte przez docenta Urbańskiego pozwala uniknąć mieszania tych konstrukcji z późniejszymi kotłami o cylindrycznych płomienicach, a nieporozumienia mogą sięgać nawet do dużo nowocześniejszych, płomieniówkowych kotłów zwrotnych. W przypadku kotłów galeriowych niektóre ówczesne terminy podkreślały układ piętrowy (double-storeyed, albo two-levels boilers). Ich sprawność sięgała 50 procent, podczas gdy w jednopoziomowej odmianie labiryntowej wynosiła tylko 30-35 procent.

Na bocznokołowym transatlantyku Great Western z 1837 r. zainstalowano cztery żelazne kotły o układzie piętrowym, przy czym płomienice nadal miały kształt prostopadłościenny. Wykonane – tak jak silnik – przez firmę Maudslay, Sons & Field, ustawione zostały w parach, „plecami” do siebie (tzn. z paleniskami po przeciwnych stronach), przy czym gazy spalinowe ze wszystkich podążały ostatecznie do pojedynczego, wspólnego komina. Każdy z kotłów miał trzy paleniska. Wyposażono je w dodatkowy wymiennik ciepła - ponieważ woda kotłowa wyrzucana podczas operacji przedmuchiwania miała dużo wyższą temperaturę niż pompowana na jej miejsce woda ze zbiornika skroplin, co powodowało straty cieplne, w tym egzemplarzu woda przed wydmuchaniem przechodziła między rurkami rekuperatora, oddając swoje ciepło wodzie zasilającej, tłoczonej środkiem rurek. Zwiększyło to jednak opory hydrauliczne w układzie i przy niskim ciśnieniu absolutnym w kotle (zaledwie 1,35 at) zmusiło do zainstalowania specjalnych pomp „solankowych” (tak określano wydmuchiwane odmuliny) napędzanych od silnika.
Ukończone w 1842 r. amerykańskie fregaty bocznokołowe Mississippi i Missouri miały po cztery miedziane KOTŁY PŁOMIENICOWE ZWROTNE (czyli odmiany galeriowej), też ustawione w parach, „plecami” do siebie i ze wspólnym kominem (ważące w sumie prawie 300 ton!), ale już z trzema rzędami płomienic (rys.3).

Rys.3. Piętrowe kotły płomienicowe (galeriowe) na amerykańskiej fregacie bocznokołowej Missouri, ukończonej w 1842 r., dostarczające pary do ukośnego silnika o mocy 517 koni nominalnych.

Podstawowymi materiałami konstrukcyjnymi pozostawały w tym okresie żelazo pudlarskie i miedź. Jak już wspomniałem, słabo korodujące w wodzie kotły miedziane charakteryzowały się wyższą trwałością, ale też znacznie wyższą ceną – to drugie z grubsza w proporcji 3,3 do 1. powodowało to, że preferowały je przede wszystkim marynarki wojenne. Oprócz wspomnianych wyżej bocznokołowców US Navy Mississippi i Missouri można tez wymienić przykładowo amerykański bocznokołowiec Fulton II z 1836/1827 r. (cztery miedziane kotły płomienicowe o wymiarach 3,05 x 4,88 m) czy brytyjski bocznokołowiec Gorgon (pierwszy parowiec Royal Navy wystarczająco duży, by w oczach mu współczesnych zasłużyć na miano fregaty), który miał cztery miedziane kotły ważące po 66,25 tony.
Jednak miedź także stwarzała problemy – okazała się nieodporna na korozję w strefie parowej. Odkrywano ciężkie ataki korozji u podstawy czopucha, a w dnach płomienic przecieki prowadziły do gwałtownego spadku wydajności i chociaż próbowano temu zaradzić, nie uzyskano sukcesów. Znany jest również oczywisty fakt niskiej wytrzymałości miedzi. Kiedy zatem równolegle rosły ceny tego materiału i żądane ciśnienia pary, stopniowo zaprzestano produkcji kotłów miedzianych, aczkolwiek zdarzało się to jeszcze w latach 1840.

Chociaż w okresie 1830-1842 KUFROWE KOTŁY PŁOMIENICOWE absolutnie dominowały, pojawiały się też bardziej przyszłościowe konstrukcje. Amerykanin Robert Stevens, wzorując się na wcześniejszych rozwiązaniach kotłów parowozowych George’a Stephensona (udane próby słynnej „Rocket” z takim kotłem już w 1829), zastosował w 1832 r. w charakterze kanałów gazowych dużą liczbę rur o małej średnicy (około 75 mm), zwanych potem płomieniówkami (fire tubes, tubes de fumée). Dzięki temu znacznie zwiększył powierzchnię wymiany ciepła, uzyskując kocioł o wyższej efektywności przy mniejszych wymiarach zewnętrznych. Te nowe KOTŁY PŁOMIENIÓWKOWE (czy też PŁOMIENICOWO-PŁOMIENIÓWKOWE, ponieważ część kanałów spalinowych była nadal w postaci wielkogabarytowych płomienic) – mające zresztą jeszcze więcej cennych przymiotów i niemało wad, którymi zajmiemy się w następnym punkcie – zaczęły nieśmiało zyskiwać popularność od około 1835 r. Np. firma J. & W. Napier zainstalowała je w 1837 r. na pływającym po rzece Clyde parowcu Luna.

Płaskościenne kotły kufrowe były nieodporne na ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne (to ostatnie też było groźne, gdyż w stygnącym kotle para ulegała skropleniu i wytwarzała się próżnia), stąd musiały być wzmacniane zespórkami, zastrzałami, ściągami, które bardzo przeszkadzały w czyszczeniu. Rozwiązanie mogło leżeć w stosowaniu kotłów cylindrycznych, kulistych, owalnych. Już w latach 1830. lub najpóźniej 1840. na okręcie HMS Echo, którego oryginalne kotły dawały parę o nadciśnieniu tylko 24 kPa, próbowano kotły CYLINDRYCZNE, z wewnętrznymi cylindrycznymi paleniskami i cylindrycznymi płomienicami. Wytwarzały parę o nadciśnieniu 103 kPa.
Jednak obawy (uzasadnione!) przed konsekwencjami eksplozji kotłów, które u mniej konserwatywnych Amerykanów kosztowały życie setek ludzi, odsunęły na dalsze czasy zarówno wyższe ciśnienie jak i cylindryczną konstrukcję, przynajmniej na okrętach wojennych, z natury rzeczy narażonych na ostrzelanie przez przeciwnika.

Jak już pisałem, stale pojawiały się nowe rozwiązania eksperymentalnych KOTŁÓW WODNORURKOWYCH (OPŁOMKOWYCH). Nowoczesny w formie (skośne rurki wodne w kanale spalinowym) kocioł tego typu został np. zbudowany w 1842 przez Johna Penna i zastosowany wkrótce w wielu egzemplarzach na małych statkach kołowych żeglujących po Tamizie, ale nadciśnienie produkowanej pary pozostawało nadal bardzo niskie i nie przekraczało 50-55 kPa, a i warunki pracy na rzece nie były zbyt ciężkie.
Prawdziwą popularność kotły wodnorurkowe miały zdobyć znacznie później.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

4. OKRES KONFRONTACJI NAPĘDU ŚRUBOWEGO Z TRADYCYJNYM NAPĘDEM BOCZNOKOŁOWYM 1843-1850 – UTRZYMUJĄCA SIĘ PRZEWAGA LICZEBNA KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENICOWYCH, ROZWÓJ KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENIÓWKOWYCH, KONTYNUACJA EKSPERYMENTÓW Z KOTŁAMI WODNORURKOWYMI, CYLINDRYCZNYMI, itp.

Na statkach handlowych w okresie 1843-1850 nadal dominowały KUFROWE KOTŁY PŁOMIENICOWE (BOX-LIKE FLUE BOILERS) z prostopadłościennymi płomienicami, które zresztą stosowano powszechnie aż do lat 1860.

Rywalizacja wśród pędników okrętowych między kołami łopatkowymi a śrubą zaczęła się już w drugiej połowie lat 1830.; za najważniejszą datę można uznać rok 1840, kiedy swoje możliwości zaprezentował szeroko Archimedes (przekonując m.in. Isambarda Brunela), ale z punktu widzenia rozwoju kotłów przełomowe znaczenie miał rok 1843.
W tymże bowiem roku po raz pierwszy zainstalowano na okręcie Royal Navy KOCIOŁ PŁOMIENIÓWKOWY, czyli typu, który miał stać się podstawowym na brytyjskich śrubowcach wojennych z lat 1850.

Za typowy przykład KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENICOWYCH na cywilnym parowcu z lat 1840. może posłużyć instalacja na pierwszym transatlantyku śrubowym, czyli ukończonym w 1844 r. Great Britain. Był tam jeden prostopadłościenny kocioł podzielony na trzy sekcje. Miał długość 10,4 m, szerokość 9,5 m i wysokość 6,6 m (lub 7,15 m, zależy dokąd mierzyć), a wyposażono go w 24 paleniska (po 12 z każdej strony) o łącznej powierzchni rusztów 33 metry kwadratowe. Dawał parę o nadciśnieniu 34 kPa.

Wprawdzie nadciśnienie pary około 34 kPa było w tych czasach STANDARDOWE, a na statkach słynnego towarzystwa Peninsular & Oriental Company aż do roku 1850 nie przekraczało 48 kPa (pół atmosfery), to ogólnie stale się trochę podnosiło, by we flocie handlowej osiągnąć w 1849 r. przeciętnie około 69-83 kPa, a wyjątkowo spotykano nawet wartości rzędu 110-130 kPa.

Jaku już wspomniałem, w okresie 1843-1850 rozpoczęto instalowanie na okrętach Royal Navy KOTŁÓW PŁOMIENIÓWKOWYCH (FIRE-TUBE BOILERS, TUBULAR BOILERS, MULTITUBULAR BOILERS, HEIZROHRKESSELN, VIELROHRKESSELN, CHAUDIERES A TUBES DE FUMEE), nadal w kształcie KOTŁÓW KUFROWYCH. Niektóre nazwy są mylące, podkreślają bowiem wyłącznie wielorurkowość, a to przecież było cechą również kotłów wodnorurkowych – stąd spotyka się określanie tą samą nazwą tak skrajnie różnych typów jak płomieniówkowe i opłomkowe.

Pierwszymi okrętami Royal Navy wyposażonymi w KOTŁY PŁOMIENIÓWKOWE były w 1843 r. bocznokołowce Penelope i Firebrand, przy czym ten ostatni nosił od 1843 r. nazwę Black Eagle.
Na Black Eagle dwa oddzielne kotły (każdy z własnym kominem) miały aż 2250 mosiężnych płomieniówek (spaliny przepływały w tysiącach strumieni przez te cienkie rurki, zamiast przez wielkie płomienice) o średnicy 51 mm, grubości ścinek 3 mm i długości 1,55 m. Takie same wymiary płomieniówek były na Penelope. Mocowano je w płytach sitowych podobnych do używanych w kotłach lokomotyw. W stosunku do dotychczas stosowanych kotłów okrętowych wymiary i masa zostały zredukowane o około jedną piątą, przy równoczesnym zwiększeniu powierzchni ogrzewalnej. Ilość wody zmalała prawie dwukrotnie, dzięki czemu spadły straty cieplne przez promieniowanie, a czas potrzebny do wytworzenia pary uległ skróceniu. Były też negatywy: mała ilość wody powodowała, że należało zwracać wielką uwagę na stałe utrzymywanie jej odpowiedniego poziomu w kotle, co przy stosowaniu wody morskiej i skraplaczy natryskowych, z ciągłym wyrzucaniem części wody kotłowej za burtę, nie przedstawiało się prosto. Próba użycia skraplacza przeponowego na Penelope nie powiodła się, z uwagi na jego zawodność. W kotle opory przepływu gazów spalinowych przez rury o stosunkowo małej średnicy przysparzały tych samych problemów co od dawna w lokomotywach (francuski inżynier i fizyk, Marc Seguin, wynalazł płomieniówki już w 1827), ale na okręcie – znacznie mniej ograniczonym wymiarami i masą - łatwiej było zaradzić kłopotom. Inną wadą pierwszych okrętowych kotłów płomieniówkowych, o której pisał z troską admirał William Parker w 1848 r., był fakt wydobywania się z kominów płomieni, stwarzających potencjalne zagrożenie dla takielunku. Mała ilość wody, przy niedostatecznej jej cyrkulacji, oznaczała również przepalanie się denek palenisk; z tego powodu na Penelope trzeba było wymienić kocioł już w 1849 r. Jednak – mimo wspomnianych problemów – korzyści uzyskiwane dzięki większej efektywności KOTŁÓW PŁOMIENIÓWKOWYCH były tak oczywiste, że również nowy egzemplarz na tym okręcie był tego typu.

Kotły płomieniówkowe występowały w dwóch zasadniczych odmianach, znanych jako kocioł wysoki i kocioł niski. W pierwszej odmianie, nazywanej też kotłem płomieniówkowym zwrotnym (return-tube boiler) płomieniówki znajdowały się powyżej palenisk, zebrane w pęki. Spaliny przepływały z położonej z tyłu kotła komory spalania poprzez poziomo lub prawie poziomo ułożone płomieniówki z powrotem w kierunku przedniej ściany (tzn. tej, na której usytuowano otwory palenisk), do położonej nad paleniskami dymnicy, a stąd do czopucha kominowego i samego komina (rys.4).
W odmianie drugiej, zwanej także kotłem płomieniówkowym nieckowym (through-tube boiler), paleniska i płomieniówki znajdowały się na tym samym poziomie, co albo poszerzało albo wydłużało kocioł, ale znacznie obniżało jego wysokość i redukowało masę (rys.5).

Rys.4. Typowy kufrowy kocioł płomieniówkowy zwrotny (właściwie dwa kotły ustawione obok siebie i kierujące spaliny do wspólnego komina) z liczbą poziomych płomieniówek liczoną w setkach.

Rys.5. Trzy rzuty kotła płomieniówkowego niskiego na brytyjskim okręcie śrubowym z 1850 r.

Kiedy w 1844 r. wymieniano kotły na bocznokołowym transatlantyku Great Western, właściciele doszli do wniosku, że powinny to już być konstrukcje PŁOMIENIÓWKOWE. Zaprojektował je ich własny inżynier, Thomas Guppy, a zbudowane zostały przez samą kompanię w Bristolu. Były to prawie typowe KOTŁY PŁOMIENIÓWKOWE ZWROTNE (RETURN-TUBE BOILERS), czyli odmiany wysokiej. Jednak na Great Western gazy spalinowe przepływały jeszcze przez drugi komplet płomieniówek znów do tyłu kotła i dopiero stąd do komina. Instalacja na tym statku składała się z trzech połączonych ze sobą jednostek – zewnętrzne miały po 3 paleniska, centralne – 2. Mając tylko 3,66 m długości i wszystkie paleniska po jednej stronie, nowy kocioł oznaczał wydatną oszczędność miejsca w porównaniu z pierwotnymi KOTŁAMI PŁOMIENICOWYMI zainstalowanymi na tym statku. Miał łącznie 750 rur i dawał nadciśnienie pary 83 kPa, wyższe niż poprzednio, przy dużo lepszej efektywności, czyli poważnych oszczędnościach w zużyciu paliwa. Ale sprawiał też problemy – pojawiały się okresowe trudności w utrzymaniu żądanego ciśnienia. Uznano, że są one wynikiem niedostatecznego ciągu w paleniskach na skutek zbyt dobrej wymiany ciepła na ogromnej powierzchni płomieniówek – w poprzedniej instalacji stosunek powierzchni ogrzewalnej do powierzchni rusztów wynosił 19,2 do 1, w nowej osiągnął wartość 49,5 do 1. W rezultacie spaliny opuszczające kocioł były tak chłodne, że pogarszał się ciąg. Niektórzy może wiedzą, że z problemem tym borykamy się czasem do dzisiaj – np. w podstawowej, wapiennej technologii odsiarczania spalin istnieje konieczność ich wychłodzenia w reaktorze dla zwiększenia efektywności reakcji, a przez to muszą być potem z powrotem podgrzewane, by zapewnić naturalny ciąg kominowy. W przypadku Great Western Brunel zaproponował, by użyć dmuchu parowego (wymuszonego ciągu), jak w lokomotywach, ale wybrano prostsze rozwiązanie – wycięto otwór z tyłu komory spalania i przepuszczono część gazów spalinowych poprzez przestrzeń wodną wprost do komina, z pominięciem płomieniówek, co podniosło temperaturę spalin w kominie i w ten sposób poprawiło ciąg – oczywiście kosztem pewnej redukcji efektywnej powierzchni grzewczej.

Niewystarczająca precyzyjność angielskiej nazwy TUBULAR BOILER (KOCIOŁ RUROWY), powszechnie używanej w odniesieniu do KOTŁÓW PŁOMIENIÓWKOWYCH (ściśle FIRE-TUBE BOILERS), ale pasującej równie dobrze do KOTŁÓW WODNORURKOWYCH (ściśle WATER-TUBE BOILERS), doprowadziła do sytuacji, w której panuje kompletna rozbieżność sądów na temat instalacji kotłowej bocznokołowego slupa HMS Janus, zbudowanego ściśle wg projektu earla Dundonalda (lorda Thomasa Cochrane), zwodowanego w lutym 1844 r. Zdaniem Erica G. Twitchetta, powołującego się na Johna Bourne, chodziło w tym przypadku o pierwowzór kotła wodnorurkowego, o kotle wodnorurkowym pisze również David K. Brown. Jednak Keith T. Rowland, Clarence Winchester i Edgar C. Smith nie mają wątpliwości, że chodziło o kocioł płomieniówkowy, powołując się na model przechowywany w Science Museum, a wg fiszki ofiarowany przez samego Dundonalda i przedstawiający kocioł z okrętu Janus (il.6). Jeśli muzealnicy się nie mylą, mylił się tak wybitny specjalista jak David Brown, bowiem na zdjęciu widzimy z całą pewnością typowy, zwrotny kocioł płomieniówkowy, którego rurkami płynęły spaliny, a nie woda.

Il.6. Model z Science Museum, przedstawiający oficjalnie kocioł z okrętu HMS Janus. Prawie poziome rury łączą komorę spalania z dymnicą pod kanałem wylotowym (czopuchem) do komina; gorące spaliny przechodziły przez rurki i dodawały swe ciepło otaczającej je wodzie morskiej.

Jeden z pierwszych prostopadłościennych kotłów płomieniówkowych zainstalowano też na francuskiej fregacie śrubowej Pomone z 1845 r.
Wielka, brytyjska fregata bocznokołowa Terrible z 1845 r. również otrzymała takie kotły. Przykłady można mnożyć. W latach 1840. na większości okrętów Royal Navy stare kotły płomienicowe wymieniono na płomieniówkowe.
Dość charakterystyczną cechą było spore zróżnicowanie nadciśnienia pary wytwarzanej w tych konstrukcjach. W zasadzie typowe wartości mieściły się w zakresie 55-69 kPa (np. 55 kPa dawały kotły na śrubowcach HMS Megaera i Vulcan z 1849 r.), ale na bocznokołowcach HMS Caradoc, Banshee i St Columba z 1847 r. nadciśnienie wynosiło 96 kPa, na wspomnianej Terrible – 103 kPa, zaś na bocznokołowcu Llewellyn z 1847 i na śrubowcu Simoom z 1849 – nawet 138 kPa.
W charakterze płomieniówek najczęściej używano rur mosiężnych, mimo ryzyka oddziaływań elektrolitycznych, gdyż korozja rur żelaznych postępowała zbyt szybko.

Na „polu” kotłów wodnorurkowych pojawił się w 1849 r. patent Clarka i Motley’a, dotyczący konstrukcji o przyspieszonej cyrkulacji wody, w którym dwa dolne walczaki wodne łączyły się z jednym górnym walczakiem parowym za pomocą szeregu prostych opłomek. W 1850 r. firma Stillman Allen & Co. zbudowała dla transatlantyku Collinsa Atlantic kocioł z dwoma poziomami palenisk, w którym gorące gazy przypływały poziomo przez wielkie, prostopadłościenne płomienice (prawie jak w kotłach labiryntowych, chociaż tu bez tylu zwrotów kierunku ruchu), napotykając na swojej drodze setki napełnionych wodą pionowych rurek o małej średnicy – rurki te łączyły przestrzeń wodną pod płomienicami z przestrzenią wodną nad nimi (ale woda otaczała całość kotła, także po bokach). Nad poziomem wody w górnej komorze zostawiono dużą przestrzeń na parę – dla zwiększenia odporności na nadciśnienie (wynoszące tu 117 kPa) miała kształt zbliżony do półwalcowego. Konstrukcja ta mocno przypominała powstały prawie w tym samym czasie (chociaż rozpowszechniony bardziej w latach 1860.) kocioł Martina. Dzisiejsi klasyfikatorzy mają wątpliwości, czy te kotły z pionowymi opłomkami łączącymi dwie nie rozdzielone w gruncie rzeczy strefy z wodą można naprawdę zaliczać do wodnorurkowych i proponują dla nich np. nazwę rurkowo-płomienicowych (tubular/flue boilers). Ówcześni konstruktorzy zdawali już sobie dobrze sprawę, że dalsze zwiększanie ciśnienia pary wymaga zmiany kształtu kotłów z prostopadłościennych na cylindryczne, elipsoidalne czy zbliżone do kuli. Ta sama firma Stillman Allen & Co wykonała w 1850 r. taki cylindryczny kocioł, z wieloma poziomymi, cylindrycznymi płomienicami (rurami gazowymi dużej średnicy) dla statku Franklin, ale ponieważ generował on parę o nadciśnieniu tylko 103 kPa, była to raczej wprawka dla przyszłych konstrukcji niż sensowna propozycja w czasach, kiedy podobne wartości uzyskiwały również kotły kufrowe (aczkolwiek z setkami zespórek), znacznie lepiej wypełniające wnętrze kadłuba, zaś większość armatorów cywilnych i marynarek wojennych nie widziała potrzeby przechodzenia na instalacje prawdziwie wysokociśnieniowe.

Krzysztof Gerlach
CDN

Smok Eustachy · Dołączył: 21 Wrz 2010 Posty: 33 Przeczytał: 0 tematów

A czemu KOTŁA BATERYJNEGO (ELEPHANT BOILER), nie nazywamy kotłem słoniowym?
Jak rozumiem do paszczy kotła sypali węgiel, choć czasem drzewo też się zdarzało?

kgerlach

Może od końca. Spalano zarówno drewno, jak węgiel (i nie tylko te paliwa), ale na ogół w zupełnie innych okolicznościach.
W kotłach okrętowych z połowy XIX w. trzeba było spalić od 2,5 do 3 funtów drewna (w zależności od stanu wysuszenia) dla uzyskania tego samego efektu, co przy spaleniu 1 funta węgla. Oznaczało to, że w czasach transatlantyków walczących o rekordy prędkości i zarabiających na regularności połączeń, płynących pod parą prawie przez cały rejs, statek opalany drewnem musiałby za sobą holować drugi wypełniony tym paliwem i przeładowywać je na pełnym morzu, np. podczas sztormu na północnym Atlantyku, albo odbywać podróże całkowicie zapchany drewnem opałowym, bez pasażerów i poczty. Oznaczało to także, że śrubowo-żaglowy liniowiec, na którym każdy cal przestrzeni przeznaczony na bunkry paliwowe wymuszał redukcję albo uzbrojenia, albo zapasów amunicji i żywności, byłby przy paleniu drewnem znacznie gorszym okrętem od konkurenta wykorzystującego węgiel.
Sytuacja wyglądała jednak zupełnie inaczej w żegludze śródlądowej, na pierwszych statkach oceanicznych, które w czasie trwającej miesiąc podróży wykorzystywały silnik parowy przez kilka, góra kilkanaście godzin, czy w końcu na „krążownikach” bojowych, które przemierzając miesiącami (lub latami) obszary pozbawione jeszcze stacji bunkrowych z węglem, używały napędu parowego tylko podczas flauty, wyjątkowo przeciwnych wiatrów i szczególnych manewrów (wejście do portu lub wyjście z niego). Z reguły we wszystkich tych miejscach występowała jeszcze obfitość taniego (czy wręcz darmowego) drewna opałowego, a o kosztownym węglu można było tylko pomarzyć. Szczególnie zaznaczyło się to w amerykańskiej żegludze śródlądowej. Niby wszyscy o tym wiemy, ale czasem sobie na co dzień nie uświadamiamy, że na początku XIX w. realne Stany Zjednoczone wciąż ograniczały się do wąskiego pasa wybrzeża atlantyckiego, a od prerii Zachodu (już nie mówię o wybrzeżu kalifornijskim za Górami Skalistymi) oddzielały ludzi gigantyczne puszcze. Głównym szlakami komunikacyjnymi były wdzierające się w te lasy rzeki. Posuwający się po nich parowiec nie potrzebował zabierać żadnych wielkich zapasów paliwa – kiedy się kończyło, załoga wychodziła na brzeg i zbierała leżące wszędzie w nieskończonych ilościach, darmowe drewno; jeśli pasażerom się spieszyło, także mogli dołączyć do zbiórki. Wyższość opałowa drogiego i zajmującego cenne miejsce węgla (trudno go było znaleźć po drodze, więc trzeba było taszczyć ze sobą) nie miała w tych warunkach żadnego znaczenia. Oczywiście, przyszłość należała jednak do węgla.
Inne paliwa. Próbowano wykorzystywać bardzo tanią darń, lecz bez większych sukcesów. Niska wartość kaloryczna i szybkość, z jaką się spalała, wymagały niemal ciągłego trzymania otwartych palenisk (to była epoka szuflowania paliwa), aby stale podawać nową darń, co obniżało temperaturę spalin. Próby wykazały, że w okrętowym kotle płomieniówkowym trzeba było spalać około sześć razy więcej darni niż węgla dla odparowania takiej samej ilości wody, więc nie była to atrakcyjna alternatywa mimo taniości. Rozwijano za to masę paliw „patentowych”, które dziś nazwalibyśmy brykietami. Robiono rozmaite mieszanki bitumiczne lub smoliste z pyłem węgla kamiennego (oraz dodatkami, np. wapnem, solą, gipsem) i formowano w bryły o takim kształcie i własnościach mechanicznych, by dało się je składować w znacznie mniejszej przestrzeni niż węgiel. Te „patentowe” paliwa stanowiły atrakcję dla brudnych, tanich w eksploatacji statków towarowych, lecz wydzielające się z nich kłęby gęstego, czarnego dymu nie były mile widziane ani na okrętach wojennych (zdradzały przeciwnikowi obecność na długo, zanim mógł ujrzeć nad horyzontem choćby czubki masztów) ani na wymuskanych statkach pasażerskich z przechadzającymi się po ich pokładach damami w szykownych toaletach.
Tym niemniej także i węgiel bywał bardzo różny. Próby z 1848 wykazały, że w dobrych kotłach lądowych można było w wyniku spalania 1 funta węgla angielskiego (ale z różnych kopalni i różnej granulacji) odparować od 7,66 do 9,5 funta wody. Nadto wartość opałowa była tylko JEDNĄ Z WIELU właściwości paliwa, które musiano brać pod uwagę. Nie chcę się tu rozgadywać, więc powiem jedynie, że w połowie XIX w. rozróżniano w Wielkiej Brytanii przynajmniej 105 gatunków węgla krajowego oraz 24 zagranicznego, dostępnego wtedy dla brytyjskich armatorów, a ponadto 115 przemysłowych paliw brykietowych.

Nazewnictwo kotłów okrętowych to zagadnienie samo w sobie. Z uwagi na naszą historię pojawiło się w Polsce – jak niemal wszystkie terminy nautyczne - później niż w typowych krajach morskich, a na dodatek często za pośrednictwem bezpośrednich sąsiadów (Niemcy, Rosja), więc już ze swoistą „interpretacją”, angielskich, holenderskich lub francuskich oryginałów. To późne pojawienie się oznacza także, że część konstrukcji zdążyła zniknąć z horyzontu, zanim komukolwiek było potrzebne, by je nazwać po polsku. NIE MAJĄ WIĘC W OGÓLE NAZW historycznych, tylko muszą być jakoś nazywane dzisiaj, w książkach z historii techniki. Ja nie mam żadnej inklinacji do wymyślania własnej terminologii, więc proponuję swoje nazwy WYŁĄCZNIE w sytuacjach, gdy określenia przyjęte już w polskiej literaturze fachowej są ZŁE, WPROWADZAJĄCE W BŁĄD, NIEPRECYZYJNE, FAŁSZYWE HISTORYCZNIE. Natomiast w pozostałych przypadkach powtarzam nazwę ustaloną przez innych. Na naszym rynku kompendium wiedzy historycznej na temat napędu mechanicznego statków i okrętów, wraz z polskim nazewnictwem, zawarte jest w dwóch książkach Przemysława Urbańskiego. Pan docent Urbański był nie tylko zapalonym badaczem tych zagadnień, ale przed przejściem na emeryturę także wykładowcą na wydziale okrętowym Politechniki Gdańskiej. Zatem w czasach, kiedy ja pisałem wyłącznie do szuflady (więc całkowicie zadowalało mnie zrozumienie obcych terminów, bez dbałości o polskie), on już musiał myśleć, jakie będą najlepsze określenia w naszym języku. Z tych powodów wszędzie tam, gdzie to możliwe, powtarzam jego ustalenia słowotwórcze. Nazwa „kocioł słoniowy” musiała się komuś w Anglii tak kojarzyć, kiedy pojawiły się pierwsze takie konstrukcje, lecz chodziło przecież dokładnie o zespół kilku walczaków, więc docent Urbański (albo jeszcze ktoś przed nim, nie badam tego) uznał, że dzisiaj, kiedy dość trudno zauważyć w takim kotle słonia, lepsza będzie nazwa „kocioł bateryjny”. I tyle. Ale żadna norma na to określenie raczej nie obowiązuje.

Krzysztof Gerlach

kgerlach

5. OKRES ROZKWITU ŚRUBOWO-ŻAGLOWYCH LINIOWCÓW 1850-1860 –PANOWANIE KUFROWYCH KOTŁÓW PŁOMIENIÓWKOWYCH

Na statkach handlowych używano powszechnie kufrowych kotłów płomienicowych aż do lat 1860., ale w marynarkach wojennych podstawowym typem stał się KUFROWY (SKRZYNKOWY) KOCIOŁ PŁOMIENIÓWKOWY, najczęściej w postaci kotła zwrotnego (kotła wysokiego).
Anglicy już w 1847 r. ukończyli przeróbkę jednego ze starych, małych liniowców żaglowych na tzw. okręt blokadowy z pomocniczym napędem śrubowym, ale dość powszechnie przyjętą datą początku krótkiej ery liniowców śrubowych jest wodowanie w 1850 roku francuskiego okrętu Napoleon. Natomiast w 1860 r. Brytyjczycy zwodowali ostatni na świecie trójpokładowiec śrubowy, Howe, olbrzymi liniowiec parowo-żaglowy typu Victoria.
Okres ten był niezwykle ciekawy, ponieważ pomimo panowania kufrowych kotłów płomienicowych (statki handlowe) i płomieniówkowych (okręty wojenne), rozwijano i doskonalono inne konstrukcje, a pierwsze praktyczne zastosowania okrętowych silników podwójnego rozprężania pary (silników sprzężonych), przystosowanych do wykorzystywania pary pod wysokim ciśnieniem, wymusiły wkrótce rewolucyjne zmiany także w budowie kotłów.
Już ostateczne uznanie przewagi napędu śrubowego nad kołowym i wprowadzenie w związku z tym maszyn okrętowych o wyższej liczbie obrotów, nadających się do bezpośredniego napędzania wału śrubowego (bez przekładni przyspieszających), wymagało zwiększenia ciśnienia pary. Na okrętach wojennych lat 1850. zwykłym nadciśnieniem było 69-138 kPa, przy czym najwyższe wartości z tego zakresu stosowano raczej na małych jednostkach, a na wielkich liniowcach zadowalano się (w trosce o niezawodność) nadciśnieniem rzędu 69-103 kPa. Standardowy wówczas kocioł płomieniówkowy wykonywany był przede wszystkim z żelaza pudlarskiego, a brytyjska Admiralicja wymagała, by materiał ten w wypadku użycia na kotły okrętowe charakteryzował się wytrzymałością na rozciąganie wzdłuż ziaren minimum 340 MPa, a w poprzek ziaren minimum 278 MPa (oczywiście nie posługując się tymi jednostkami). Są to całkiem przyzwoite wartości, odpowiadające parametrom dzisiejszych stali konstrukcyjnych zwykłej jakości i plasujące się niewiele poniżej dolnej granicy zakresu żądanego od blach kotłowych jeszcze w połowie XX w (353-657 MPa). Jednak żelazo pudlarskie formowano w procesie agregacji, co powodowało ryzyko późniejszej laminacji i powstawania defektów trudnych do wykrycia. Wytrzymałość KOTŁÓW KUFROWYCH zależała więc w dużej mierze od ściągów, których wielka ilość wiązała razem boki, szczyt i dno. Paleniska, o przekroju w przybliżeniu prostokątnym, także były ze wszystkich stron wzmacniane ściągami. Standardowe PŁOMIENIÓWKOWE KOTŁY KUFROWE używane w brytyjskiej marynarce wojennej miały 4 do 5 palenisk, ale na statkach cywilnych stosowano czasem większe kotły, mające więcej niż 5 palenisk.
Płomieniówki kotłów we flocie handlowej wykonywano zwykle z żelaza, a na okrętach wojennych – z mosiądzu.

Specyficznym typem kotła, popularnym w tamtym czasie, był kocioł o BARDZO WĄSKICH, PIONOWYCH PŁOMIENICACH, faktycznie pośredni między kotłem płomienicowym a płomieniówkowym, opatentowany przez firmę Lamb & Summers, a używany na jednostkach kompanii P. & O. w latach 1850. W rozwiązaniu tym rurowe płomieniówki zostały zastąpione przez wąskie, pionowe płomienice płaskościenne o szerokości 44,5 mm (wobec 406-457 mm „normalnych” płomienic i średnicy 30-102 mm najczęstszych płomieniówek), łatwiejsze do czyszczenia z sadzy i drobnego popiołu od rurek.

Francuski inżynier Julien Belleville próbował w 1856 r. kocioł WODNORURKOWY z żelaznymi, pionowymi wężownicami na jednostce Biche, a w 1861 r. na okrętach Argus i Sainte Barbe, ale na razie ze złymi wynikami.
J.M. Rowan i F.J. Rowan z Glasgow (ojciec i syn) doprowadzili do ponownego użycia kotłów wodnorurkowych w brytyjskiej flocie handlowej. Ich kocioł składał się z wielu rurek z wodą (opłomek) otaczających paleniska oraz szeregu opłomek nad paleniskami, ze zbieraniem pary w górnych walczakach. Zmodyfikowane kotły wg patentu Rowanów zastosowała firma Scotts z Greenock w 1858 r. na parowcu Thetis z silnikiem sprzężonym (rys.7), uzyskując rewelacyjne obniżenie zużycia paliwa – przy nadciśnieniu 0,8 MPa jeden funt węgla wystarczał na odparowanie aż 11 funtów wody. Rowanowie opatentowali też konstrukcję trójwalczakową, gdzie dwa wodne walczaki dolne łączyły się z górnym walczakiem parowym za pomocą skośnie wygiętych opłomek, co miało się stać rozwiązaniem przyszłości. Ale – na swoje nieszczęście – wyprzedzali technologię czasów, w których działali. Ich kotły błyskawicznie korodowały i ulegały erozji, co spowodowało liczne przecieki i szybkie zastąpienie przez urządzenia bardziej konwencjonalne.

Rys.7. Dwa rzuty kotła wodnorurkowego z pionowymi opłomkami na statku Thetis z 1858 r.

Wodowane w latach 1854-1856 śrubowe kanonierki brytyjskie, tzw. kanonierki krymskie (toczyła się właśnie wojna krymska, dla potrzeb której je budowano), otrzymały KOTŁY PAROWOZOWE (LOKOMOTYWOWE), opracowane z myślą o maksymalnym obniżeniu wysokości oraz redukcji masy i wymiarów (rys.8), więc szczególnie nadające się dla małych okrętów wojennych (na niewielkich jednostkach cywilnych, nie narażonych na ostrzał z dział, często oszczędzano miejsce przez wstawianie wysokiego kotła pionowego o małej podstawie). KOTŁY LOKOMOTYWOWE działały wg tej samej idei, co omawiane poprzednio płomieniówkowe kotły niskie, tzn. miały paleniska i płomieniówki ustawione nisko, na jednym poziomie. Prostopadłościenna skrzynia ogniowa z umieszczonym wewnątrz rusztem łączyła się z wiązką prawie poziomych płomieniówek umieszczonych w cylindrycznym walczaku z wodą. Spaliny uchodziły do dymnicy (gdzie zbierano sadze, wygaszano iskry itd.), a potem do komina. W egzemplarzach użytych na kanonierkach krymskich Brytyjczycy nastawiali zawory bezpieczeństwa na 259-290 kPa, ale przy pracy z nadciśnieniem przekraczającym 241 kPa kotły ulegały nieustannym awariom. Jedni widzieli przyczynę tych powtarzających się defektów w zbyt płytkich skrzyniach ogniowych – inni w braku sklepieniowej ochrony płyt sitowych do mocowania płomieniówek. Przypuszczano również, że brak wibracji, jak była udziałem kotłów w lokomotywach poruszających się z maksymalnymi prędkościami, mógł pogarszać samooczyszczanie się płomieniówek, a przez to przyspieszać ich przepalanie. W każdym razie nie znaleziono zadowalającego remedium i przed końcem XIX w. kotły parowozowe definitywnie zniknęły z okrętów.

Rys.8. Szkice rozmieszczenia kotłów lokomotywowych na dwóch brytyjskich kanonierkach z lat 1850. nie pokazują ich konstrukcji, ale dobrze tłumaczą powód użycia na tak małych jednostkach wojennych, o bardzo niewielkim zanurzeniu.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

6. OKRES CORAZ SZYBSZYCH PRZEMIAN PO 1860 ROKU – PRZEJĘCIE PIERWSZEŃSTWA PRZEZ KOTŁY CYLINDRYCZNE, część pierwsza

Stan na początku lat 1860. był już charakteryzowany – mimo wielu konstrukcji eksperymentalnych i przyszłościowych, standard polegał na używaniu KOTŁÓW KUFROWYCH (SKRZYNKOWYCH), skraplaczy natryskowych, wody morskiej i nadciśnień pary nie przekraczających 200 kPa. Na statkach cywilnych chodziło o KOTŁY PŁOMIENICOWE, czyli z szerokimi kanałami dla spalin, a na okrętach wojennych o KOTŁY PŁOMIENIÓWKOWE, czyli z wąskimi rurkami do przeprowadzania gorących gazów przez strefę wodną.
Jednak już pojawienie się w 1854 r. pierwszego pełnomorskiego statku wyposażonego w silnik podwójnego rozprężania pary (silnik sprzężony) zwiastowało nadejście zupełnie nowej epoki, ponieważ stosowanie tego typu maszyny parowej było opłacalne tylko przy dużo wyższych ciśnieniach. Dlatego już pod koniec latach 1860. typowe stały się wartości rzędu 400 kPa. Musiało to jednak pociągnąć za sobą dwie bardzo ważne zmiany w instalacjach kotłowych. Bardzo wskazane okazało się przejście na wodę słodką w zamkniętym obiegu (oczywiście pomijając nadal świetnie prosperujące konstrukcje śródlądowe, z silnikami pracującymi z wydmuchem, skoro tam pełno było darmowej słodkiej wody – na dodatek wciąż czystej). W przeciwnym wypadku przy ciśnieniu przekraczającym 175 kPa formował się z wody morskiej na ściankach kotła prawie nieusuwalny w tamtych czasach kamień gipsowy. Poza tym, ciągłe wydmuchiwanie odmulin z kotła oraz wyprowadzanie za burtę sporej części gorących skroplin niweczyło korzyści ekonomiczne uzyskiwane z wielokrotnego rozprężania pary. Ale zamknięty obieg wody słodkiej wymuszał powrót do skraplaczy przeponowych (zwanych powierzchniowymi). Jak wiemy, tę odmianę skraplacza znano już od 1834 r., lecz wtedy okazała się chybionym pomysłem: para przeciskana przez cienkie rurki skraplacza Halla przynosiła tam łój, mąkę i inne ówczesne uszczelniacze oraz smary, prędko je zatykając; chłodząca woda morska, otaczająca rurki, nie krążyła wystarczająco intensywnie, ponieważ napędzane od silnika głównego pompy tłokowe charakteryzowały się zbyt małą wydajnością; zanim układ się rozpędził, w ogóle nie przynosiły skraplania pary – zalany parą skraplacz stwarzał wielkie problemy na starcie; nie znano wystarczająco niezawodnych uszczelnień do oddzielania części wodnej i parowej w skraplaczu; teoretycznie mniej agresywna korozyjne woda słodka nieporównanie szybciej korodowała kotły od agresywnej wody morskiej, ponieważ kamień osadzający się z tej ostatniej pełnił (pod warunkiem, że tworzył tylko cienką warstewkę) rolę izolacji antykorozyjnej, zaś nie zdawano sobie sprawy z bardzo istotnej, negatywnej roli spełnianej przez rozpuszczony tlen. Przez kilkadziesiąt lat w sporej części tych kwestii dokonano jednak istotnego postępu. Udoskonalono środki smarne i uszczelnienia, zastosowano pompy wirowe o wielkiej wydajności do wody chłodzącej, nauczono się odtleniać wodę kotłową, opracowano procedurę wstępnego wytwarzania cieniutkiej warstwy ochronnego kamienia podczas rozruchu kotła na wodzie morskiej, ulepszono konstrukcję, mocowanie i uszczelnianie rurek parowych (gwintowane dławiki wypełnione bawełną na miedzianych rurkach). Zupełnym novum była z czasem zamiana ról – wodę tłoczono odtąd przez rurki skraplacza, a niosąca zanieczyszczenia para krążyła sobie bez problemów wokół nich. Co prawda to ostatnie udoskonalenie przyszło dużo później, ale nawet parowo-rurkowe skraplacze powierzchniowe z lat 1860. szybko zaczęły wypierać natryskowe zwłaszcza tam, gdzie bardzo istotna była oszczędność paliwa – czyli głównie na pełnomorskich parowcach cywilnych. Na okrętach marynarek wojennych nie musiano zwracać takiej uwagi na oszczędną eksploatację, lecz i tam prędko się przekonano do rozwiązań pozwalających na poświęcenie większych przestrzeni na uzbrojenie, wyposażenie, systemy ochrony itd., zamiast na bunkry paliwowe.
Drugą niezwykle ważną modyfikacją wymuszoną przez wzrost ciśnień pary była zmiana kształtu kotłów, palenisk i płomienic – prostopadłościenne działały zadowalająco tylko przy nadciśnieniach nie przekraczających 200 kPa. Teraz trzeba się było uciec do kotłów z cylindrycznymi lub owalnymi powłokami, paleniskami i płomienicami. Pancernik Thunderer, zwodowany w 1872 r., a ukończony w 1876, był ostatnim wielkim okrętem Royal Navy wyposażonym w kotły kufrowe (wytwarzały parę o nadciśnieniu około 300 kPa) – eksplozja jednego z nich (podczas prób w lipcu 1876 r.) zabiła 45 ludzi.
Ponieważ KOTŁÓW CYLINDRYCZNYCH używano na lądzie od wielu lat (znano je zresztą i na wczesnych okrętach parowych), więc pod względem konstrukcyjnym przejście od zwrotnych (czyli wysokich, z płomieniówkami nad paleniskiem) i nieckowych (czyli niskich, z płomieniówkami na tym samym poziomie co paleniska) kotłów kufrowych do ZWROTNYCH I NIECKOWYCH KOTŁÓW CYLINDRYCZNYCH, czyli tzw. KOTŁÓW SZKOCKICH (SCOTCH BOILER) nie przedstawiało trudności.
Innym zróżnicowaniem był podział na kotły jednostronne (single-ended boilers) i kotły dwustronne, inaczej zdwojone (double-ended boilers) – z paleniskami z obu końców i wspólną skrzynią ogniową.
Wielu inżynierów w tym samym czasie przedstawiało podobne idee, lecz za pierwszy KOCIOŁ SZKOCKI na morskiej jednostce pływającej uchodzi powszechnie ten zaprojektowany przez Jamesa Howdena z Glasgow, wykonany przez firmę Randolph, Elder & Co. i zainstalowany w 1862 r. na statku McGregor Laird. Zdwojony (każda część o średnicy 3 m i długości 4,4 m), z dwoma cylindrycznymi paleniskami (o średnicy 0,91 m) na obu końcach i wspólną skrzynią ogniową, w rzucie bocznym prawie się nie różnił od typowych kotłów płomieniówkowych zwrotnych z lat 1850., lecz rzut od czoła zdradzał cylindryczność wszystkich najważniejszych elementów. Od tego momentu KOTŁY CYLINDRYCZNE, zwrotne i nieckowe, zyskiwały coraz większą popularność, aż około 1870 r. KOCIOŁ SZKOCKI stał się najpowszechniej używanym kotłem w marynarkach handlowych i stąd wszedł do międzynarodowej terminologii morskiej pod nazwą KOTŁA OKRĘTOWEGO (MARINE BOILER, SCHIFFSKESSEL - rys.9, 10). Uważa się go często za kocioł płomienicowo-płomieniówkowy (czyli kombinowany; Kombinierter Flammrohr-und-Heizrohrkessel), ponieważ cylindryczne przestrzenie palenisk otaczające ruszty można uznać za płomienice o dużej średnicy.

Rys.9. Kocioł szkocki jednostronny. W przekroju wzdłuż płomieniówek trudno go odróżnić od wcześniejszych kufrowych kotłów zwrotnych, ale przekrój poprzeczny dobrze obrazuje zmianę kształtu najważniejszych elementów oraz – przy okazji problem nierównej wysokości palenisk.

Rys.10. Kocioł szkocki dwustronny – po trzy paleniska w każdym końcu, wspólna skrzynia ogniowa w środku.

Chociaż przejście do cylindrycznej formy kotłów było niezbędne z uwagi na wzrost ciśnień, przyniosło również wiele niedogodności, stąd akceptowano je powoli i z oporami.
Redukcja wymiarów palenisk spowodowała obniżenie zdolności odparowywania i pogorszyła sprawność; możliwy wzrost średnic kanałów paleniskowych był ograniczony, ponieważ nie dało się ich wystarczająco usztywnić na długości – rozmaite zespórki, pierścienie i kołnierze ulegały osłabieniom i uszkodzeniom w ogniu; w rezultacie cylindryczne płomienice nie nadawały się do ciśnień przekraczających 0,55 MPa. Było to i tak więcej niż dla dawnych palenisk prostopadłościennych, ale też tamte występowały w kotłach niskociśnieniowych. Właściwe rozwiązanie tego problemu zaproponowano dość szybko, ale dopiero Samson Fox, opierając się na swojej konstrukcji opatentowanej w 1877, przekonał producentów do stosowania płomienic falistych (corrugated flue, gewellte Flammrohre), zwłaszcza że opracował praktyczną metodę ich wytwarzania. W rezultacie w latach 1880. większość kotłów miała już paleniska w formie pofałdowanych kanałów, co nadawało im dobrą sztywność wzdłużną, umożliwiając zwiększenie średnic i podniesienie ciśnień (rys.11).

Rys.11. Kocioł cylindryczny z paleniskami w formie płomienic falistych.

Cylindryczne kotły gorzej wykorzystywały wnętrze kadłuba okrętowego i na to nie znaleziono remedium. Dawały też jednak mniejszą przestrzeń parową, co łączyło się z wieloma niedogodnościami i było obwiniane za zwiększenie niebezpieczeństwa „plucia” przez kocioł. Jak pisze Denis Griffiths, bąble parowe przedzierając się przez strefę wodną do góry, zabierały ze sobą kropelki wody do cylindrów silnika i uważano, że względnie mała powierzchnia zwierciadła wody na szczycie kotła szkockiego w porównaniu z ogromną powierzchnią grzewczą przyczynia się do wzrostu tego bardzo groźnego zjawiska w stosunku do natężenia obserwowanego w kotłach kufrowych. W związku z tym niektóre kotły szkockie wyposażono w pierścieniowe przegrzewacze pary wokół podstawy komina, co miało powodować osuszanie, ale potem (w miarę zwiększania ciśnień) na długo typowym rozwiązaniem stało się instalowanie osobnych, bardzo charakterystycznych, małych walczaków na szczycie kotłów, jako zbiorników pary (rys.12). Czasem lokowano je w czopuchach, by wykorzystać ciepło uchodzących spalin dla dodatkowego osuszania, jednak zazwyczaj znajdowały się na zewnątrz, dobrze izolowane. Dopiero w 1914 przegrzewacz pary typu Schmidta, usytuowany wewnątrz płomieniówek, na dobre wyparł te zabawne cylinderki ze szczytów kotłów.

Rys.12. Kocioł cylindryczny z cylindrycznym zasobnikiem pary.

Przy liczbie palenisk większej niż dwa, w kotle cylindrycznym nie można ich było sensownie ustawić na tej samej wysokości. Fakt ten bardzo utrudniał obsługę, szczególną uciążliwość stwarzając dla palaczy.
Wszystkie te problemy z kotłami cylindrycznymi powodowały, że próbowano rozwiązań pośrednich. Stosunkowo najbardziej popularne były KOTŁY OWALNE – miały płaskie boki, ale półsferyczne partie szczytowe i denne (rys.13). Umożliwiało to wzrost ciśnień w stosunku do dopuszczalnych w kotłach kufrowych, a zarazem dawało lepsze wykorzystanie przestrzeni wewnątrz kadłuba okrętowego w stosunku do kotłów cylindrycznych. Płaskie elementy usztywniano ściągami, zespórkami itp. Firma Maudslay, Sons & Field dostarczyła kotły owalne na wiele wczesnych transatlantyków kompanii White Star (np. Britannic z 1874 oraz Germanic z 1875 miały po osiem zdwojonych kotłów tego typu, pracujących przy nadciśnieniu pary 517 kPa), a brytyjska marynarka wojenna wyposażyła w kotły owalne bezpośrednich następców pechowego pancernika Thunderer – okręty Dreadnought i Inflexible. Mimo wielkich firm, słynnych spółek żeglugowych i znanych jednostek skojarzonych z kotłami owalnymi, konstrukcja ta szybko osiągnęła kres swoich możliwości, ponieważ nadawała się do nadciśnienia o wartości co najwyżej około 0,6 MPa. Były to niezłe osiągi gdzieś do połowy lat 1880., potem przestały wystarczać.

Rys.13. Kocioł owalny.

Po zaadaptowaniu i ostatecznym zaakceptowaniu cylindrycznych powłok i cylindrycznych palenisk, następny ważny etap doskonalenia budowy kotłów okrętowych wyznaczyło użycie stali w latach 1870. Do tamtej pory dominującym materiałem konstrukcyjnym – mimo swoich wad – pozostawało żelazo pudlarskie. Jednak w miarę podnoszenia ciśnień, kotły trzeba było robić z coraz grubszych blach, co z kolei sprawiało kłopoty przy wykonywaniu otworów pod nity. Długo nie istniała żadna tania alternatywa, ponieważ stal osiągalna w latach 1850. miała kiepskie własności i kosztowała za drogo. Od początku lat 1860. pojawiły się znacznie większe ilości dobrej stali za rozsądną cenę, dzięki zastosowaniu konwertora Bessemera. Początkowo materiał ten znalazł uznanie głównie u wytwórców kotłów lądowych – stacjonarnych i parowozowych. Pewną wstrzemięźliwość producentów kotłów okrętowych wobec stali zlewnej można wytłumaczyć jej większą podatnością na korozję niż w przypadku żelaza pudlarskiego. Kiedy jednak na przełomie lat 1860. i 1870. w pełni rozwinięto proces Siemensa-Martina i zaczęto wytwarzać w ogromnych ilościach bardzo dobrą, a nadal dość tanią stal martenowską, wszelkie opory zniknęły. Materiał ten miał większą wytrzymałość na rozciąganie i inne własności pożądane przy konstruowaniu zbiorników ciśnieniowych, więc w latach 1870. wyparł wszystkie pozostałe w budowie kotłów. Stal użyta też na paleniska, skrzynie ogniowe i płomienice ułatwiła podnoszenie ciśnienia, sprawne wykonywanie połączeń oraz zmniejszanie grubości ścianek – a tym samym obniżanie masy i poprawę wymiany ciepła.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

7. OKRES CORAZ SZYBSZYCH PRZEMIAN PO 1860 ROKU – PRZEJĘCIE PIERWSZEŃSTWA PRZEZ KOTŁY CYLINDRYCZNE, część druga

W zasadzie wszystkie kolejne ważne zmiany w konstrukcji kotłów okrętowych miały miejsce już po 1870 roku, więc nie mieszczą się w ramach tego opracowania. Ponieważ jednak z reguły opierały się na rozwinięciu pomysłów badanych dużo wcześniej, można je tu zasygnalizować.
W latach 1877-1885 na okrętach torpedowych używano powszechnie KOTŁÓW LOKOMOTYWOWYCH (PAROWOZOWYCH) z uwagi na potrzebę uzyskiwania znacznych ilości pary na bardzo małych i niskich jednostkach (rys.14). Jak tego doświadczono już przy wcześniejszych kanonierkach krymskich, niezbędne było przy tym użycie stałego ciągu wymuszonego. Jednak próby bezpośredniego przeniesienia rozwiązań z lądu, czyli użycia do tego pary odlotowej, okazały się niepraktyczne – na westernach parowozy zatrzymują się od czasu do czasu pod malowniczymi wieżami ciśnień dla uzupełnienia swojego zapasu wody, stale wypuszczanej do atmosfery pod postacią pary, lecz na oceanach spotkanie takiej wieży ze słodką wodą z pewnością należało do rzadkości. Stosowanie eżektorów parowych u podstawy komina okazało się marnotrawstwem. Przyszłość należała do zamkniętych systemów z mechanicznym tłoczeniem powietrza potrzebnego do spalania.

Rys.14. Cztery rzuty płomienicowo-płomieniówkowego kotła lokomotywowego w zastosowaniu okrętowym.

Wentylatorów i dmuchaw próbowano już w pionierskim okresie rozwoju kotłów parowych, a rozpoczęte w 1827 r. w Stanach Zjednoczonych eksperymenty Edwina Augustusa Stevensa, do którego potem dołączył brat, Robert Livingston Stevens, dały podstawy do stworzenia trzech różnych systemów w tym zakresie. Najpierw za pomocą dmuchaw doprowadzali powietrze do zamkniętych popielników, potem umieścili wentylatory u podstawy komina, w końcu tłoczyli powietrze do zamkniętej kotłowni. Nie mam pojęcia, czy są na to odpowiednie nazwy polskie, ale przez bezpośrednie tłumaczenie terminów angielskich otrzymujemy „ciąg wymuszony z zamkniętymi popielnikami”, „ciąg wytwarzany przez zasysanie” oraz „ciąg wymuszony z zamkniętą kotłownią”.
Konstruktorzy silników okrętowych i armatorzy odnosili się do nich na ogół z niechęcią i niewiarą jeszcze w latach 1880. Mieli zresztą ku temu uzasadnione powody. Umieszczenie wentylatora na wylocie, w strumieniu gazów spalinowych, nie było zbyt efektywne, a kończyło się bardzo prędkim zużyciem łopatek w wyniku erozji i korozji. Z kolei wymuszony ciąg z zamkniętą kotłownią – zastosowany przez Thornycrofta w 1876 na jachcie Gitana, a w 1877 na torpedowcu HMS Lightning, mniej więcej w tym samym czasie zaadoptowany we Francji, użyty w 1879 na chińskich krążownikach Yang Wei i Chao Yung (zbudowanych w Anglii), a także na torpedowym taranowcu HMS Polyphemus, od około 1883 powszechnie przyjęty w Royal Navy, wykorzystywany na wielkich transatlantykach City of Paris z 1889 i City of New York z 1888 itd. – zmuszał mechaników, palaczy i ładowaczy węgla do zabierającego czas przechodzenia przez śluzy powietrzne i powodował niekiedy wydmuchiwanie pyłu węglowego przez pokrywy bunkrów paliwowych, co musiało być szczególnie atrakcyjne na statkach pasażerskich o wypucowanych pokładach i odpoczywających na nich eleganckich pasażerach. Ostatecznie na statkach cywilnych największe uznanie zyskał z czasem system Jamesa Howdena, z powietrzem do spalania podgrzewanym przez gazy wylotowe (w wymienniku rurowym), a potem tłoczonym przez specjalne zawory do zamkniętych popielników, ale częściowo także nad ruszty. Howden przeprowadzał pierwsze eksperymenty z wymuszonym ciągiem już w 1862 r., jednak dopracował swój system w pełni dopiero w 1880, a zastosowano go po raz pierwszy w 1884 r. na statku New York City wyposażonym w silniki podwójnego rozprężania pary, pracujące przy nadciśnieniu 0,55 MPa, zasilane z kotłów szkockich.

Francuski inżynier Julien Belleville nie zraził się nieudanymi próbami w 1855 i 1861 r. z KOTŁAMI WODNORURKOWYMI o pionowych opłomkach; skonstruował kocioł o opłomkach poziomych, a potem rozwinął rozmaite konstrukcje z lekko nachylonymi rurkami biegnącymi kolejnymi zakosami w górę, osiągając względny sukces na szybkim jachcie parowym Hirondelle w 1872 r. Po wprowadzeniu szeregu udoskonaleń, jak regulatory samoczynnego zasilania w wodę kotłową, odkraplacze, podgrzewacze wody zasilającej, skrzynie odmulaczy itp., kotły wodnorurkowe Belleville’a (rys.15) znalazły szerokie zastosowanie na statkach pocztowych (od 1884), okrętach marynarek wojennych Francji (od 1879 r.) i innych państw, w tym Royal Navy (od 1892).

Rys.15. Kocioł wodnorurkowy Belleville’a w wersji z 1896 r.

Pod koniec lat 1870. wielkie zainteresowanie wzbudzał w Wielkiej Brytanii kocioł wodnorurkowy Loftusa Perkinsa (jego dziadek Jacob Perkins eksperymentował z parą o wysokim ciśnieniu już w 1823 r.), w którym całą powierzchnię ogrzewalną stanowiło 11 poziomych rur żelaznych, o średnicy 76 mm, połączonych razem pionowo pięcioma krótkimi, gwintowanym złączkami żelaznymi o średnicy 33 mm, testowanymi na ciśnienie 27 MPa, podczas gdy walczak kotła próbowano przy 14 MPa. Na co dzień nadciśnienie robocze w tym kotle wynosiło 2-3,5 MPa, co i tak przekraczało 3-5 razy typowe dla tamtych czasów wartości. Zainteresowanie nie przerodziło się w chęć wykorzystywania choćby dlatego, że brakowało wówczas pomp zasilających mogących sprostać takim wymaganiom.
Pod koniec XIX w. pojawiło się wiele rozmaitych konstrukcji kotłów wodnorurkowych (Babcocka-Wilcoxa, Thornycrofta, Yarrowa, White’a, Normanda i innych), często polegających na udoskonaleniu wcześniejszych pomysłów (jak kocioł sekcyjny Babcocka-Wilcoxa, opatentowany w 1867, ale popularny w marynarkach wojennych USA i Wielkiej Brytanii dopiero w zmodyfikowanych wersjach z lat 1890.).
Oczywiście potrzeby armatorów większości jednostek cywilnych były inne, chodziło im przede wszystkim o ekonomię, a nie uzyskiwanie wielkich mocy za wszelką cenę. W efekcie, o ile na początku XX w. KOTŁÓW WODNORURKOWYCH używano już we wszystkich liczących się marynarkach wojennych świata, to na statkach handlowych jeszcze w latach 1930. przeważały wypróbowane, niezawodne i zwarte CYLINDRYCZNE KOTŁY PŁOMIENIÓWKOWE ZWROTNE.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

8. DODATKOWE URZĄDZENIA KOTŁOWE DO PODGRZEWANIA LUB PRZEGRZEWANIA WODY, PARY I POWIETRZA

8.1. URZĄDZENIA DO PODGRZEWANIA WODY
Wstępne podgrzewanie wody zasilającej kocioł podnosi ogólną sprawność i zmniejsza naprężenia cieplne powstające w wyniku różnicy temperatur między gorącą wodą już znajdującą się w środku, a zimną wodą napływającą.
O podgrzewaniu wody zasilającej myślano już bardzo wcześnie – w opatentowanym około 1825 r. przez firmę Maudslay, Son & Field systemie odpompowywania gorącej solanki z kotła, używano jej do ogrzewania świeżej wody wlotowej. Wymiennik ciepła zainstalowany na transatlantyku Great Western w 1837 r. utworzony był z cylindrycznego walczaka wypełnionego rurami – gorąca solanka przed wyrzuceniem za burtę obmywała z zewnątrz owe rury, a w środku nich płynęła woda zasilająca, odbierająca ciepło. Metoda ta oszczędzała nieco węgla, ale nie zyskała zbytniej popularności, ponieważ samo wypompowywanie solanki uważano za niepotrzebną komplikację, skoro można ją było skutecznie i prosto wydmuchiwać – przy regularnym przeprowadzaniu tej operacji, co 2 godziny (przez stale doskonalone „wydmuchowe” kurki spustowe – blowdown cocks), utrzymywano całkiem dobrą czystość kotłów.
Inna formą wczesnego PODGRZEWACZA WODY ZASILAJĄCEJ (popularnie zwanego ekonomizerem czy ekonomajzerem – jednak słowniki uważają to słowo za brzydkie), opatentowaną przez Davida Napiera, była pierścieniowa osłona wokół podstawy komina, przez którą pompowano wodę zasilającą, odbierającą tutaj ciepło od uchodzących kominem spalin. Następnie ogrzana woda spływała do kotła pod wpływem siły grawitacji (rys.16).
Przejście w latach 1860. ze skraplaczy natryskowych do skraplaczy powierzchniowych, czyli z obiegów otwartych do zamkniętych, na długo odsunęło na margines kwestię podgrzewania wody zasilającej. Teraz do kotła doprowadzano prawie wyłącznie kondensat o wysokiej temperaturze i zyskanie kilkunastu stopni nie było warte komplikacji konstrukcyjnych oraz eksploatacyjnych. Dopiero dalsze śrubowanie parametrów silników i siłowni pod koniec XIX w. przywróciło zainteresowanie problemem i nowe rozwiązania.
Taki znacznie już doskonalszy podgrzewacz rurowy (o budowie identycznej jak partia zasadnicza), stanowił integralną część kotła opłomkowego Belleville’a z 1896 (zobacz górny wymiennik na rys.15).
Tym niemniej praktyka podgrzewania wody zasilającej kocioł stała się powszechna dopiero w XX wieku. Utrzymano dwa główne warianty, czyli wymienniki płaszczowo-rurowe (z wodą wewnątrz rur), w których czynnikiem grzewczym była bądź to para upustowa z silnika, bądź spaliny z kotła.

Rys.16. Szkic zespołu pierwotnych kotłów na statku Great Britain z 1843 r., z pierścieniowatym zgrubieniem wokół podstawy komina – podgrzewaczem wody zasilającej.

8.2. URZĄDZENIA DO PODGRZEWANIA POWIETRZA
Przez cały interesujący nas tu okres (do 1870 r.) absolutnie dominował ciąg naturalny w podawaniu powietrza potrzebnego w kotle do spalania paliwa, więc jego podgrzewanie praktycznie nie wchodziło w grę. Rozmaite eksperymenty z ciągiem wymuszonym, prowadzone sporadycznie od 1827 r., nie mogły tego zmienić, chociaż zdecydowana większość z proponowanych w takich przypadkach rozwiązań obejmowała również wykorzystanie ciepła gazów unoszących się w czopuchu ku kominowi. Powietrze o temperaturze znacząco podniesionej jeszcze przed wejściem do komory spalania minimalizowało szok termiczny w palenisku i obniżało szkodliwe chłodzenie tworzących się tam gorących spalin, zwiększając efektywność procesu.
Jednak dopiero rozpowszechnienie się w latach 1880. opisanego wcześniej systemu Jamesa Howdena, z powietrzem tłoczonym przez wentylatory do zamkniętych popielników i zamkniętej przestrzeni nad rusztami, oznaczało ogólne przechodzenie do wymuszonego ciągu, a zarazem do uprzedniego podgrzewania tego powietrza w wymiennikach rurowych (rys.17). Na statkach pasażerskich Teutonic i Majestic (1890), gigantyczne, napędzane parą wentylatory mogły dostarczać do podgrzewaczy i dalej do kotłów aż 450 metrów sześciennych powietrza w ciągu minuty. Z czasem nawet w popularnych w marynarkach wojennych rozwiązaniach z ciągiem wymuszonym w układzie „zamkniętej kotłowni” zastosowano wymienniki rurowe usytuowane w czopuchach, chociaż i bez nich w ówczesnej kotłowni okrętowej panowało piekło. Później do rurowych doszły płytowe wymienniki ciepła, a w latach 1930. normalna temperatura powietrza tłoczonego do spalania wynosiła już 150 stopni Celsjusza i więcej.

Rys.17. Idea rurowego pogrzewacza powietrza w układzie wymuszonego ciągu wg systemu Howdena z lat 1880.

8.3. URZĄDZENIA DO PRZEGRZEWANIA PARY
Przegrzewanie pary podnosi sprawność silnika. Jednak na wczesnych parowcach przegrzewacze (superheaters) stosowano przede wszystkim do osuszania pary, aby zapobiegać „pluciu” kotła, a potem także dla polepszania parametrów tego medium między poszczególnymi stopniami w silnikach wielokrotnego rozprężania – w tym przypadku urządzenia do tego służące zwano reheaters.
Jedno z pierwszych urządzeń do przegrzewania pary czy właściwie – w myśli intencji twórcy – do jej osuszania, skonstruował Amerykanin James Allaire już w 1827 r. Nazwał je „kominem parowym”. Chodziło o pierścieniową skrzynię z wewnętrzną, pionową przesłoną – przez środek pierścienia przechodziły uchodzące do komina spaliny, zaś do wnętrza skrzyni podawano od góry parę, którą przesłona zmuszała do ruchu w dół; ciepło gazów powodowało odparowywanie ostatnich kropelek cieczy porwanych przez parę. Podobna konstrukcja na słynnym Great Eastern z 1858 r. także miała zapobiegać „pluciu” kotła. W przypadku wielu wczesnych kotłów, zarówno płomienicowych, jak płomieniówkowych, przegrzewanie (suszenie) pary przebiegało samoistnie – występowała w nich nad poziomem wody wysoka przestrzeń parowa, przez środek której przechodził czopuch, a w rezultacie spaliny miały dość czasu i wystarczającą powierzchnię wymiany ciepła, by odpowiednio dogrzewać parę bez pomocy dodatkowych rozwiązań. Na wykorzystaniu tego samego efektu, ale skuteczniej wskutek zwiększenia powierzchni ogrzewalnej, opierał się pomysł dość jeszcze prymitywnego przegrzewacza Napiera, w którym gazy wylotowe przeciskały się przez przestrzeń parową nie jednym szerokim czopuchem, lecz wieloma węższymi rurami. Później swojej wyższości dowiodły rozwiązania z parą wewnątrz rur, a spalinami na zewnątrz nich.
Próby ze specjalnymi przegrzewaczami prowadzono w 1856 r. na bocznokołowcach Royal Navy Black Eagle i Dee. Podczas tych eksperymentów wiązki rur umieszczono w podstawie komina i kierowano do nich część pary z kotłów, przegrzewając ją do 260 i 316 stopni Celsjusza. Następnie ta porcja pary przegrzanej mieszana była z „normalną”, dzięki czemu uzyskiwano poważne oszczędności w zużyciu paliwa, rzędu 20 do 30 procent. Nie spowodowało to radykalnej zmiany niechętnego dotąd stosunku do pary przegrzanej (wynikającego głównie z zawodności wczesnych przegrzewaczy), wysunięto też zastrzeżenia co do ścisłości wniosków wyciągniętych z opisanych prób.
Jednak w 1858 r. William Beardmore i William Rigby opatentowali swój rurowy przegrzewacz pary, również umieszczany na samym szczycie kotła, u podstawy komina (rys.18), zaś wkrótce firmy Lamb & Summers z Southampton oraz Robert Napier & Co. rozpoczęły produkcję takich urządzeń umożliwiających regulację stopnia przegrzania i w latach 1860. stały się one powszechnie akceptowanym wyposażeniem kotłów. W tym samym czasie wyrażano się z dużym uznaniem o parametrach maszynowni cywilnego śrubowca Thunder (zwodowanego w grudniu 1859), wyposażonego przez firmę J. & W. Dudgeon z Millwall w nieregulowane przegrzewacze podnoszące temperaturę pary do 150 stopni Celsjusza (rys.19).
W 1860 r. przegrzewacze pary zastosowano na HMS Rhadamanthus, a potem, w ciągu następnych lat, znalazły się w kotłach większości brytyjskich okrętów wojennych.
W 1863 r. wczesnej formy przegrzewacza użyto na statku Carnatic kompanii P.&O., wyposażonym w jeden z pierwszych silników sprzężonych, co znacznie podniosło efektywność termiczną maszynowni.

Rys.18. Kocioł Beardmore’a z rurowym przegrzewaczem pary u podstawy komina.

Rys.19. Kotły z przegrzewaczami pary u podstaw kominów na statku Thunder z 1859/1860 r.

Tym niemniej przegrzewanie pary wcale nie okazało się jednokierunkową drogą postępu technicznego. Przy nadciśnieniu do około 275 kPa wszystko było w zupełnym porządku, a przy 140 kPa typowe dla ówczesnych przegrzewaczy podniesienie temperatury pary o dodatkowe 55 stopni Celsjusza dawało znakomity wynik w postaci około 20-procentowej oszczędności węgla. Kiedy jednak ciśnienie przekraczało 0,4 MPa, czyli poczynając od połowy lat 1870. prawie zawsze, temperatura przegrzanej pary łatwo dochodziła do 200 stopni Celsjusza, a wówczas pojawiały się problemy powodujące daleko wyższe straty niż wartość zysków z przegrzewania: znacznie wzrastało tarcie w cylindrach, dławnicach tłoczysk, komorach suwakowych, ponieważ znikały resztki wilgoci służące normalnie jako dodatkowy czynnik smarujący, zaś ówczesne smary pochodzenia zwierzęcego nie wytrzymywały takich temperatur; cząsteczki skorodowanego żelaza z przegrzewaczy wpadały z parą do komór suwakowych i cylindrów, powodując dodatkowe szkody. Wszystkie te kłopoty wzrastały wraz z ciśnieniem, więc przegrzewanie pary wypadło z łask na kilka dziesięcioleci, aż do wynalezienia smarów wysokotemperaturowych dobrej jakości u schyłku XIX w. Pomagało też zastępowanie typowych uszczelnień konopnych z dławnic tłoczysk nowoczesnymi uszczelnieniami metalowymi – jak zastosowane w silniku Penna na pancerniku Warrior – ale długo były one zbyt drogie dla szerszego wykorzystania w marynarkach handlowych.

Tymczasem jedna z pierwszych jednostek Royal Navy wyposażonych w silnik podwójnego rozprężania pary, śrubowa korweta Briton z 1869 r., otrzymała maszynę parową (firmy J. & G. Rennie), która okazała się bardzo ekonomiczna. Pomiędzy cylindrem wysokiego ciśnienia a cylindrem niskiego ciśnienia umieszczono w niej przegrzewacz wtórny pary (reheater) zaprojektowany przez E.A. Coopera. Urządzenie to likwidowało wykraplanie się silnie rozprężonej pary na chłodnych ściankach drugiego cylindra, powodujące nieodwracalne straty energii (oprócz innych niedogodności), czyli wydatnie podnosiło sprawność i było potem stosowane w większości nowoczesnych silników wielokrotnego rozprężania pary; ciepła dostarczała para kierowana z kotła do cylindra wysokiego ciśnienia. Nie mam danych temperaturowych takich instalacji dla XIX w., ale przykład z następnego stulecia może być ilustratywny: kotły szkockie z przegrzewaczami generowały parę o temperaturze 400 stopni Celsjusza; przechodząc przez przegrzewacz wtórny oddawała ona część ciepła parze wychodzącej z cylindra wysokiego ciśnienia, podnosiła jej temperaturę do 293 stopni, a obniżała własną – przed wejściem do cylindra wysokiego ciśnienia – do 335 stopni.

W latach 1930. przegrzewacze pary w kotłach okrętowych podnosiły jej temperaturę do około 345 stopni Celsjusza, co w połączeniu z podgrzewaczami powietrza kierowanego do komory spalania oraz podgrzewaczami wody zasilającej pozwalało na uzyskiwanie przez kotły sprawności przekraczającej 80 procent. Rurki przegrzewaczy pary umieszczano w różnych miejscach – w dymnicach, wśród rur kotła, a nawet w komorach paleniskowych.

Krzysztof Gerlach
KONIEC