Юный техник, 1999 № 12

С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА Зачем сушить пар?

Помните, как из носика кипящего чайника вырывается белое облачко? Думаем, это пар? Нет, водяной пар бесцветен, увидеть его нельзя. Учебники поясняют, что мы видим не сам пар, а лишь капельки воды, образовавшиеся от соприкосновения горячего пара с холодным воздухом. Однако это лишь часть правды. В действительности парообразование — процесс сложный. Вода, находящаяся в соприкосновении с горячими стенками, испаряется, и образуется паровой пузырь. Он всплывает к поверхности и выпрыгивает из воды, лопается в пар, но, кроме этого, возникает крохотная струйка воды, распадающаяся на мельчайшие капельки.

Их выносит наружу выходящий из носика чайника водяной пар. Эти капельки тоже принимают участие в создании живописного облачка возле носика чайника. Пить чай можно и не вдаваясь в детали физики. Однако процесс получения пара в котле электростанции происходит так же, как и в чайнике (в некотором смысле котел — это тот же чайник, только размером с многоэтажный дом).

Но в отличие от чайника здесь капельки могут натворить немало бед. В современных паровых котлах, работающих на хорошей воде, влажность пара может достигать 10, а на щелочной — 24 процентов. Проходя через сопла паровой турбины, пар увеличивает свою скорость до сотен метров в секунду и содержащиеся в нем капельки воды разрушают ее лопатки. Особенно вреден был влажный пар для паровоза. На нагрев содержащейся в нем влаги затрачивалось более 10 % топлива. (В масштабе страны это приводило к потерям многих миллионов тонн угля!) Кроме того, в некоторых случаях, например в момент троганья тяжелого состава с места или на крутых подъемах, влага выпадала на стенки цилиндра в очень больших количествах. Поршень парового двигателя возвращался в верхнюю мертвую точку, но цилиндр оказывался наполненным водою. Вода практически не сжимаема и через выхлопные отверстия быстро выйти не может. Происходил гидравлический удар. Давление мгновенно возрастало настолько, что паровая машина могла выйти из строя. Поэтому для паровоза был очень нужен паросушитель — прибор, очищающий пар от водяных капель.

Почти целое столетие изобретатели пытались создать паросушитель, надежно работающий на всех режимах движения паровоза.

Впервые же эффективный паросушитель удалось построить моему отцу, профессору А.Н.Шелесту. (Народный комиссариат путей сообщения 30 апреля 1938 года выдал ему авторское свидетельство на это изобретение.)

Он использовал для сушки пара центробежную силу (см. рис. 2).

На прямолинейном участке трубы капельки воды в потоке пара движутся параллельно стенкам. При повороте на капельки воды и молекулы водяного пара действует центробежная сила. Но масса капельки в сотни раз больше массы пара. Под действием центробежной силы капля воды сильно меняет свою траекторию, а пар весьма незначительно. Пар входит в паросушитель из сухопарника парового котла по воронке и сразу же попадает в криволинейный канал. Здесь под действием центробежной силы капельки воды перемещаются к внешней поверхности канала, а у его внутренней поверхности пар становится осушенным. Отделенная вода возвращается в котел, а сухой пар поступает в двигатель Первые же испытания паровозов, оснащенных паросушителями Шелеста, проведенные еще до войны, доказали возможность значительной экономии топлива Казалось бы, этим несложным в изготовлении прибором необходимо срочно снабдить все паровозы. Но…

13 февраля 1940 года профессора Шелеста прямо с лекции в институте, где он преподавал, срочно вызвали на станцию Москва-Сортировочная. Понятно, дочитав лекцию, он выехал на станцию. А между тем там произошла следующая история. Днем в депо прибыл нарком путей сообщения Л.М.Каганович. Начальник депо В.Р. Катков показал ему паровоз, оборудованный паросушителем А.Н.Шелеста. Паровоз на глазах наркома плевался кипятком, а машинист на чем свет стоял ругал паросушитель и его изобретателя.

Когда Алексей Нестерович приехал в депо, наркома там уже не было. Паросушитель в присутствии железнодорожников был разобран. И, к великому изумлению многих, из дренажной трубы был вынут то ли случайно, то ли не случайно попавший туда тугой комок обтирочных концов, о чем был составлен акт и подписан главным инженером депо и свидетелями. Но нарком увез с собой впечатление отрицательное. Благодаря этой случайности на наших паровозах всю войну паросушителей так и не было. После войны паросушителями Шелеста оснастили все паровозы страны. Но на этом история изобретения не закончилась. Сегодня в мире почти нигде, кроме, кажется, Аргентины и Бразилии, паровозов не осталось. Однако именно здесь в начале 60-х годов был повторно изобретен прибор, как две капли воды похожий на паросушитель Шелеста. А применили его для разделения изотопов урана, содержащихся в его газообразных соединениях.

И это логично. Центробежным силам все едино — выделять более тяжелые капли из потока пара или более тяжелые молекулы из газового потока.

По сравнению с другими, метод оказался настолько прост, что более двух десятков стран оказались способны получить свой собственный оружейный уран и даже атомные бомбы. Подобные устройства применяются и в химической промышленности для разделения газов, выделения кислорода из воздуха.

П. ШЕЛЕСТ, кандидат технических наук

Рисунки А. ИЛЬИНА