Паровой котел для паровой турбины
В прошлом номере нашего журнала мы описали конструкцию паровой турбины, пригодной как для установки на модель глиссера, так, например, для освещения походной палатки. Как вы понимаете, для ее работы нужен пар. Вырабатывает его паровой котел. В отличие от простого чайника, котел — довольно сложное устройство, способное при малых размерах дать большое количество пара под давлением до 2–3 атмосфер. А чем больше пара, тем больше мощность турбины. Паровой котел конструкции А. Абрамова и И. Фролова (рис. 1) обеспечивал движение модели глиссера с паровой турбиной в течение десяти минут. За это время в нем испарялось около ста граммов воды, что является большим достижением для котла столь малых размеров.
Конструкция эта отработана на протяжении многих экспериментов, поэтому постарайтесь воспроизвести ее как можно точнее. Но для начала мы расскажем об устройстве и принципах работы котла.
Объем котла около 190 см3. Ради снижения центра тяжести и повышения устойчивости ему придана овальная форма. Давление пара раздувает котел, старается сделать его круглым. Чтобы этого избежать, внутри поставлены проволочные стяжки (рис. 2).
Делается котел из жести от консервной банки. Источником тепла служит спиртовка или фитильная горелка, в которой горит аптечный спирт. Если спирт заменить бензином или керосином, то пламя горелки будет сильно коптить и котел почернеет. Чтобы получить как можно больше пара при нагревании от небольшой и легкой горелки, в котле имеется ряд приспособлений. Например, в отверстиях на его дне впаяны латунные гильзы от мелкокалиберной винтовки. В них-то и происходит основное образование пара. Без гильз котел «не тянет».
Если вам не удастся достать латунные гильзы, попробуйте заменить их изогнутыми в виде буквы «U» медными трубочками. Их можно взять от старого холодильника.
Выходящий из котла пар проходит через так называемый сухопарник — небольшой колпачок, сделанный из наперстка. Он отделяет пар от попадающих в него капель воды. Несмотря на это, пар все же содержит много влаги, которая может конденсироваться на лопатках турбины и затруднять ее работу. Чтобы этого избежать, пар перегревают, пропуская через медную трубку (пароперегреватель), помещенную в пламя спиртовки. Здесь он становится сухим и значительно увеличивает свой объем, а это в свою очередь резко повышает мощность турбины. (В принципе температура перегретого пара может быть очень высока.
Если кончик трубки пароперегревателя дополнительно подогреть, то получится струя пара, от которой загораются спички! Это, несомненно, удивит ваших друзей. Однако такой горячий пар вреден. От него могут распаяться лопатки турбины.)
Связь между котлом и турбиной осуществляется кусочком толстостенного резинового шланга, применяемого в автомобилях для подачи бензина. Он туго натягивается на патрубки турбины и пароперегревателя без прикручивания проволокой. Этот кусочек шланга выполняет роль предохранительного клапана. Чрезмерное повышение давления срывает его с трубок, и пар свободно вытекает из котла.
Соединять паровой котел с турбиной при помощи металлической трубки недопустимо. Это может привести к взрыву котла!
Теперь — о технологии.
Для изготовления цилиндрической части котла (обечайки) требуется кусок жести размером 100x175 мм. Ему нужно придать кривизну. Для этого очень аккуратно и плавно, без складок и изломов изогните его по форме различных цилиндрических тел, постепенно доведя до диаметра 50–60 мм. (Во избежание порезов работу ведите в брезентовых рукавицах.)
После этого вы сможете легко спаять красивую и точную обечайку котла, имеющую форму кругового цилиндра. Аккуратно обожмите ее в тисках, чтобы в поперечном сечении получился овал с размерами примерно 35x70 мм.
Особое внимание обратите на впайку боковых стенок котла. Заложите их в котел, по линии пайки проложите медную проволоку диаметром 2 мм и тщательно пропаяйте. После этого можно сверлить в оболочке котла отверстия без опасности его смять.
Припаяйте две проволочные распорки, наперсток и трубку пароперегревателя, устройства для кипячения воды — гильзы либо U-образные трубочки. Для того чтобы заливать в котел воду, просверлите отверстие диаметром 4 мм и припаяйте к нему высокую гайку с резьбой М3. Через это отверстие при помощи большого шприца вы сможете заливать в котел точные дозы воды.