Взрыв паровозного котла

[OlegN]

Взрыв паровозного котла.

На заре эпохи паровой энергетики взрывы котлов были весьма частым явлением. Это было обусловлено, прежде всего, недостаточным уровнем знаний в области термодинамики и сопротивления материалов, а также низким качеством материалов, применяемых для изготовления первых котлов и примитивной технологией их производства. К началу 19 века был накоплен достаточный уровень знаний в области проектирования и эксплуатации паровых котлов и взрывы стационарных котельных установок стали редкими.

В XIX веке взрывы котлов были характерны, в основном, для паровозов, так как их котлы выполняются облегченной конструкции и при этом высокофорсированы, а, кроме того, испытывают еще и ударные нагрузки при движении по рельсам. В дополнение ко всему паровозный котёл жаротрубный, где давление пара действует на внешнюю поверхность труб теплообменника, что также снижает прочность. Именно по этой причине в конце XIX века были выработаны и приняты жесткие нормы на проектирование, содержание и ремонт паровозных котлов. Конструкции стационарных и судовых котлов имеют значительно больший запас прочности и взрываются гораздо реже паровозных. Официально самый первый взрыв котла на паровозе произошёл ещё в 1813 году, когда инженер Брунтон, демонстрируя свой «Механический путешественник», решил повысить его скорость путём дополнительного повышения давления пара в котле, однако котёл неожиданно взорвался, убив при этом 15 человек.








Не было придумано кардинального способа борьбы с этим явлением, возникающим как правило исключительно благодаря "человеческому фактору".

Управлять паровозом нелегко. При помощи водомерных стекол машинист должен следить за уровнем воды в котле, не допуская сильного повышения или понижения уровня. В зависимости от режима, расход пара получается разный и приходится увеличивать или уменьшать подачу воды в котел.
Если машинист по каким-то причинам прозевал уровень, подавать воду он должен очень осторожно. Если открыть инжекторы до отказа, струи воды хлынут в перегретый котел с раскаленными, нагретыми докрасна стенками и трубами, образуется сразу слишком большое количество пара, и в некоторых случаях быстродействия предохранительного клапана может не хватить - давление образовавшегося пара просто разорвет котел. Иногда это происходило, но нарушивший инструкции машинист редко имел возможность рассказать кому-то о своей ошибке...

















Источник: http://feldgrau.info/2010-09-02-14-48-28/13641-vzryv-parovoznogo-kotla  Спасибо!

[Ppav]

Спасибо, Олег. Интересная тема.

[Дмитрий N]

Спасибо, очень интересно. Откровенно говоря, я как то не задумывался какая мощь у пара, глядя на фотки просто волосы дыбом.

[VSergN]

Картины, действительно, жуткие!    Говорят, что после взрыва котла иногда от бригады находили только пряжки ремней...

Спойлер: маленькое уточнение (кликните для показа/скрытия)

В общем не суть, но так, для чистоты терминологии:

При помощи водомерных стекол машинист должен следить за уровнем воды в котле, не допуская сильного повышения или понижения уровня.

Вроде, этим занимается помощник, и инжектор в его "ведении"...

[Wooster]

Немного дополню 

Если открыть инжекторы до отказа, струи воды хлынут в перегретый котел с раскаленными, нагретыми докрасна стенками и трубами, образуется сразу слишком большое количество пара, и в некоторых случаях быстродействия предохранительного клапана может не хватить - давление образовавшегося пара просто разорвет котел.

Описанная ситуация не приводит к взрыву большой мощности. Как можно видеть по фотографиям,  разрушения носят разный характер - от выбитого лобового листа, где крепятся трубы котла, при этом сам котел остался цел. Это случай повышения давления в котле, превышающего возможности предохранительного клапана, и хотя быстрого, но плавного повышения давления, вызванного выработкой пара сильно сверх нормального количества.

Но есть причина, вызывающая практически взрыв котла - и первопричина этого - снижение давления в котле.

Резкое снижение давления при аварийной разгерметизации котла - например, если упустить уровень воды в котле, оголится верхний лист топки. Он начнет перегреваться, ведь его не омывает вода, забирая тепло. Нагреваясь, металл теряет прочность. Давлением его начинает выгибать внутрь топочного пространства, обрывая связи ,крепящие лист топки к стенкам котла - они также, не омываясь водой, перегреваются и теряют прочность. Продолжая действовать на лист потолка топки, давление пара проламывает его, и через топку начинает хлестать пар. Давление в котле резко снижается....

И тут надо вспомнить, что в котле паровоза находится несколько тонн воды. Воды нагретой, но не до 100 градусов по Цельсию, а гораздо выше. Ведь при рабочем давлении котла в 10 атм. температура кипения воды составляет более 170 градусов, а паровозы имеют рабочее давление до 15 атм. И вот при аварийной разгерметизации котла давление резко падает, а температура воды так и остается 170-180 градусов. И тут весь объём воды вскипает мгновенно, по всему объему... Несколько тонн вода практически мгновенно превращаются в пар, и давление взрывообразно подлетает до огромных величин и получается оооочень мощный взрыв....

Так что резкое падение давления в котле тоже чревато взрывом 

[VSergN]

Управлять паровозом нелегко. При помощи водомерных стекол машинист должен следить за уровнем воды в котле

Следить за уровнем - казалось бы, чего проще? На водомерном стекле есть метки... Но это только на первый взгляд кажется просто!

Водомерное стекло находится за задним краем котла. Редкие маршруты проходят по идеально горизонтальному пути. На спуске или подъёме фактический уровень воды в передней части котла отличается от уровня в топочной части и, соответственно, показаний водомера. Чем длиннее котёл, тем больше разница. Сделать правильную поправку к показаниям водомера в зависимости от уклона - большое искусство, требующее огромного опыта. Держать уровень при переходе пути от "нырков" к "горкам" - высший пилотаж!
Для наглядности: при длине котла (грубо) в 10 м разность уровней в противоположных концах котла на уклоне в 5 тысячных будет составлять 50мм!

Превысил уровень - увеличил массу и снизил температуру воды, что приведёт к перерасходу угля, попутно уменьшился объём для накопления пара. На затяжном подъёме (тягуне) эдак можно и встать за нехваткой пара (и такое случалось!).
Последствия понижения уровня исчерпывающе описал Геннадий.

[Wooster]

Кроме того, слишком высокий уровень воды уменьшает площадь испарения в котле - ведь котел цилиндрический, и чем выше к потолкк, тем Уже ширина "зеркала" воды - а "съём" пара идёт именно с него. И может возникнуть ситуация, когда паровоз встанет для "нагонки пара" - т.е. вследствие слишком малой площади "зеркала" паропроизводительность котла снизилась, и расход пара машиной, например повысившийся на затяжном подъёме, превысил производительность. Пара не хватает, давление в котле падает - вода начинает кипеть интенсивнее и паровоз "нагоняет" пар. Это в некотором роде автоматический процесс, но требует от бригады хорошего знания не только машины но и маршрута - где накопить пар, а где можно поэкономить топливо...

[Сергеевич]

при длине котла (грубо) в 10 м разность уровней в противоположных концах котла на уклоне в 5 тысячных будет составлять 50мм!

однако 10м это всё же большие паровозы типа ФД или ЛВ, у овечек котел сильно короче  И от средней линии это всего 25 мм, собственно на водомерном стекле столько и будет. даже для 20 тысячных  это 10 см, водомерное стекло примерно 50 см.
Кроме того опасно оголять только ту часть, которая непосредственно над топкой, остальное на трубами не так сильно  нагреты.

[VSergN]

И от средней линии это всего 25 мм, собственно на водомерном стекле столько и будет.

Вполне могу не знать каких-то тонкостей; понимаю так, что водомерное стекло действует по принципу сообщающихся сосудов (как ватерпас) и показывает уровень воды в том месте, где оно расположено, т.е. в топочном конце котла, но не в средней его части. Следовательно, повышение/понижение (на уклоне) уровня воды в передней части котла (относительно показаний водомера) нужно считать всё-таки по полной длине котла. 

(10 м я взял "от фонаря" для упрощения расчёта и наглядности. Понятно, что, скажем,  у "9п" котёл ещё короче.)   

[Сергеевич]

(относительно показаний водомера) нужно считать всё-таки по полной длине котла. 

то есть по вашему, при наклоне сосуда с жидкостью , она сжимается?   
вообще то в центральной точке уровень жидкости не меняется, при любом наклоне, пока не  начнёт выливаться через край. 
так что по краям разница 50мм, но 25 вверх и 25 вниз.  значит на стекле будет 25 мм.
http://img-fotki.yandex.ru/get/169995/20597181.56/0_d924a_a4abad61_orig

[VSergN]

вообще то в центральной точке уровень жидкости не меняется, при любом наклоне

Абсолютно согласен!!! Видимо, мы с Вами об одном и том же, только с разных "точек отсчёта" смотрим, т.ч. противоречий я не вижу.   
Отлично! Наглядный чертёж - лучший аргумент! 
Синяя линия, как я понял, это "нулевой" уровень при движении по "площадке". Красная - уровень при переходе на спуск.
На спуске уровень на водомере упал на 25мм, впереди - поднялся на 25мм. Спору нет!

Я же делал акцент но том, что если помощник, не делая поправку на уклон, поднимет (инжектором) уровень до "нуля" по водомеру, т.е. на наши 25мм, то в районе дымовой коробки фактический уровень воды поднимется на 25 + 25 = 50мм. В таком случае на Вашем чертеже уровень будет отражать линия, параллельная красной, но проходящая выше (через нулевую отметку водомера).

(пока писал, цвета линий изменились  )
... и добавил:А может на водомере есть что-то типа шкалы, отградуированной в тысячных уклона ( в "+" и в "-")? 

[Gematogen]

вообще то в центральной точке уровень жидкости не меняется, при любом наклоне

Если наклоняем симметричный цилиндр и в нормальном состоянии уровень доходит до середины.
В случае, приведённом на рисунке вода сливается из более широкой части и заливается в более узкую. Уровень в середине котла растёт.
Когда оголится верхний лист топки, уровень воды посередине начнёт понижаться.