Для того же, чтобы давление в паровозном котле не заходило за красную черту, на котле — обычно, на сухопарниках — устанавливаются предохранительные клапаны; по закону их полагается на каждом паровом котле два. (Рис. 7.) Клапаны эти закрывают отверстия в сухопарнике коническими пробками, которые прижаты плотно к месту крепкой пружиной, иногда прямо, а иногда посредством рычага. Мы иногда называем эти приборы «весами», потому что и в самом деле их действие похоже на действие весов: пружина натянута или сдавлена в такой степени, что клапан может быть приподнят давлением или грузом, равным рабочему давлению пара: только иногда весы «качнутся», пробка приподымается, и пар из-под нее вырывается на волю шумною струей. Предохранительные клапаны фырчат так громко, что если мы и зазевались, не видя стрелки у красной черты, то слышим тотчас, что дело неладно. Пар улетает «на волю», и давление в котле от этого понижается, наконец пружина пересиливает и снова затыкает отверстие клапана пробкой. Все кончилось хорошо. Однако, мы не любим, чтобы паровозы парили через предохранительные клапаны: ведь вместе с паром для нас пропадает, улетая, тепло. Поэтому, если вы слышите, что паровозы долго «шипят» через предохранительные клапаны, — это знак недопустимого разгильдяйства бригад. Обычно мы спешим тотчас «унять» клапан. Прижать его мы не имеем права, да и не можем — клапаны пломбируются, чтобы никто не мог изменить предельного давления, ими указываемого. Уменьшение огня в топке сразу не достигнет цели и не всегда возможно, а иногда и вредно. Но у нас есть простое средство умерить пыл котла. Вы, вероятно, замечали, любуясь паровозом, готовым к отправлению поезда, что случается, когда фыркнет и запарит предохранительный клапан. Почти тотчас из-под будки машиниста вырывается облако пара и, пыхнув, пропадает, пролив из большого крана немного воды. И почти тотчас клапан на сухопарнике садится на свое место.
Рис. 7. Предохранительный клапан А прижимается к своему седлу рычагом Б, нагруженным пружиною В. Если давление в котле превзойдет допустимое, клапан поднимается и выпускает излишек пара наружу.
Иногда мне приходилось слышать со стороны зрителей замечания: «Ишь ты, ему не стоится». И в самом деле паровоз, готовый к отправлению, похож в эти минуты на горячего коня, который порывается вперед. Вот мы и охлаждаем пыл нашего стального коня, пуская в ход пароструйный насос (инжектор); пыхнув клубом пара, он гонит в котел холодную воду и в течение минуты пар в котле садится до нормы. Инжекторы служат для пополнения котла водой по мере ее расхода. Их устраивают на каждом паровозе два: закапризничает один, не откажет другой. Инжекторы располагаются или над кожухом топки, или под паровозной будкой по обеим сторонам зольника, так что одним инжектором может распорядиться машинист, другим — его помощник. К инжектору вода идет самотеком из тендера через резиновый рукав. В инжекторе вода увлекается струей пара, приобретая большую скорость движения, при чем сам пар целиком превращается, охлаждаясь, в воду. Вода, подогретая паром, устремляется по питательной трубе в отдаленную от топки часть котла и здесь, преодолевая давление питательного клапана, приподымает его и вливается в котел. Обратите внимание, что вода поступает в котел в отдаленной от топки части. Здесь есть то, что называют «парадоксом», т.-е. видимой нелепостью. Ведь мы знаем из обихода, что хозяйка чугун с холодной водой старается поставить поближе к огню. И казалось бы, надо холодную воду вводить в котел около топки. Но этого делать нельзя. В топочном кожухе очень много связей и заклепок; подвергать их попеременно быстрому охлаждению и нагреванию — значит расшатывать котел, потому что мы знаем, что от нагревания и охлаждения металлы, как и все тела, расширяются и сокращаются. Это соображение из-за устройства котла. Но у нас есть и другие. Техника охлаждения и нагревания определенно остановилась на противотоке, как на лучшем способе передачи тепла. Такой противоток мы видим и в паровозе. Сгорание топлива в топке дает газы очень горячие, они имеют температуру более 1000 градусов; уносясь по жаровым и дымогарным трубам котла, эти газы постепенно отдают свое тепло воде, поступающей в котел около дымовой коробки. В дымовой коробке газы имеют уже температуру около 500–600°. Вода в открытом сосуде, мы знаем, кипит при ста градусах. Стало-быть, порядочное количество тепла, которым мы могли бы воспользоваться для испарения воды, т.-е. для получения пара, у нас улетает даром в трубу. Выгоднее было бы сделать котел подлиннее и начинать нагревание воды в самом дальнем его конце. Новейшие паровые котлы, очень экономные, строятся именно в расчете на использование противотока газовых продуктов горения и воды и получают из нее пар очень горячий. Вообще строители паровых котлов пришли к убеждению, что выгоднее работать паром высоких давлений и очень перегретым. Свойства водяного пара вообще очень меняются в зависимости от давления и степени нагрева, под которым пар находится. Мы различаем пар влажный, сухой и перегретый.