Записки инженера. Шесть вопросов. План жизни с конца. Выращивание себя. Выращивание Родины. Сказки из физики

42. Камера двухступенчатого сгорания

У меня крепкие и, как говорят женщины, красивые ноги. Шел шестой час беготни и перемещения всех возможных регуляторов. Ноги явно болели. Мозг по-прежнему не мог зацепиться. Явление то появлялось, то не появлялось.

Камеры двухступенчатого горения были новшеством, которое Центральный котлотурбинный институт передрал из японского патента. ЦКТИ много исследовал этот процесс, делал расчеты, изучал аэродинамику на моделях и т. п. Целью было растянуть мазутный факел. Обычно мазут дает очень выраженное по тепловыделению ядро горения – кольцо, которое сжигает обмуровку камеры сгорания. Поэтому хотели сначала газифицировать мазут, потом газ дожечь. Получался длинный красноватый факел. Обычно мазутный факел ослепительно белый, невозможно смотреть глазами.

В ЦКТИ ко мне отнеслись тепло. Как к безобидному очкастому существу, которое почему-то переписывает весь их отчет в свою тетрадку. Пожали плечами, но мешать не стали. Переписывал я несколько дней. С утра до поздней ночи.

Поехал на спиртовый завод, где стоял первый в Союзе котел с камерой двухступенчатого горения. Там ко мне тоже отнеслись тепло. Все были на уборке сахарной свеклы, из которой делают спирт. Котел стоял, и энергетик мне все рассказал и показал. Там делали попеременно этиловый спирт и синюху – метиловый. Переключали не предупреждая. Если шла синюха, то «опять мужики по лесу будут мертвыми валяться», – так говорили на заводе.

Потом мы, передрав идеи ЦКТИ, разработали конструкцию теплогенераторов с двухступенчатой камерой сгорания, и их установили на Среднеуральском МПЗ. Сначала произошла история «Ленин – Сталин…». Через неделю мне разрешили испытания.

Особенность установки БГС, к которой установили генераторы, была в том, что камере сгорания нужно было работать при давлении около плюс 30 мбар, что для энергетики редкость. Обычно минус 0,2—0,5 мбар.

У меня были изготовлены разные зонды, чтобы мерить температурные поля в факеле: точечные открытые спаи ХА-термопар, специальные зонды с охлаждением для измерения давлений, скоростей и направлений газов в крутящемся вокруг оси мазутном факеле. Также были специальные пробоотборники для измерения сажистого углерода в факеле. Тогда я сильно увлекался такими измерениями. Был специальный лючок в конце – по оси камеры сгорания, через который можно было видеть весь факел, его положение, крутку, длину и все такое.

Мерил, менял режимы, смотрел на длину факела. Через какое-то время заметил, что факел иногда резко укорачивается без изменения тепловой мощности. Обычно длина факела показывает время выгорания топлива пропорционально тепловой мощности. Укорачивание факела, тем более значительное, на 30—50%, говорит, что каким-то путем удалось сильно интенсифицировать горение. Этого все хотят, но это не удается без изменения конструкции горелки и камеры сгорания.

Уже часа два бегал вокруг генератора, менял режимы, пытаясь понять, что именно дает короткий факел. Чертовщина какая-то! Факел то укорачивается, то не укорачивается. От чего это зависит, я не мог понять. 16-мегаваттный генератор – это не лабораторный прибор. Установка длиной 20 метров и 4,5 метра в высоту. Чудес на нем без причины не происходит.

Вокруг заколдованной машины я бегал уже четвертый час. Вокруг машины, которую сам разработал. И не мог понять, что происходит. Что-то менял, и это изменяло факел. Изменяло очень резко, почти в два раза. Что именно приводит к изменению, не мог понять. Было странное чувство, что мне сделали подарок, подарили редкое явление, но взамен лишили разума. Решение было у меня перед носом, но мозг не мог ни за что зацепиться.

Это был явный редкий подарок судьбы. Он лежал передо мной, но мозг не дотягивался, и я не мог принять этот подарок. В этом отличие сильного мозга от слабого. Сильный сразу понимает, слабый и через пару сотен повторений не может понять.

Господь бог изощрен, но не злобен. Он сжалился над убогим, и я понял. Теперь нужно понять и вам. Возьмите стакан с чаем, с чаинками и помешайте ложкой. Вы увидите, что при перемешивании посередине уровень воды в стакане понижается, а чаинки собираются вдоль оси стакана.

То же самое происходит и в современных мощных камерах сгорания. Горелка создает сильно закрученный поток воздуха, закрутка передается факелу. В факеле при вращении посередине возникает пониженное давление (как и в стакане). Возникает узкий шнур обратного тока горячих газов, которые, двигаясь к корню факела, поджигают новые порции топлива. Так устроены все турбулентные горелки с круткой.

В горелке борются между собой два явления: обратный осевой зажигающий поток горячих газов и основной поток, который отталкивает зажигающий поток от корня факела. Чем лучшие условия созданы зажигающему обратному потоку, тем интенсивнее происходит горение топлива.

То, что я делал на генераторе, не имело никакого отношения к изменению режима горения. На фронте горелки был маленький лючок, через который я смотрел на факел спереди. На лючке была крышка. Если я забывал закрыть крышку, то факел укорачивался. Если закрывал – факел оставался длинным. Через открытый (по забывчивости) смотровой лючок выходил наружу небольшой поток горячих газов из осевой зоны корня факела. Это малое и слабое воздействие смещало равновесие и помогало зажигающему шнуру горячих газов поближе подобраться к корню факела, куда подавалось свежее топливо.

Увидеть такое на обычной установке, когда в камере сгорания разрежение, невозможно. Через смотровые лючки подсасывается атмосферный воздух. Это не помогает зажигающему шнуру. В нашем случае в камере сгорания было значительное давление, и «стравливание наружу» давления из корня факела резко интенсифицировало выгорание топлива.

Этот способ интенсификации горения применим для всех современных горелок, на любом топливе. Можно и патент написать, если кому-то не лень.

43. Пульсационное горение. Седой капитан

Пульсационное горение – это микровзрывы. Такая организация процесса может его очень сильно интенсифицировать. Это используется в космической технике при ориентировании спутников путем импульсного включения двигателей.

В земных условиях пульсационное горение не используется. По той причине, что возникающие при «микровзрывах» волны давления разрушают оборудование.

Мы «ввели» мощную, 10-мегаваттную установку в пульсационный режим и вернулись из него живыми. Эта история смыкается с первым пробным расчетом, описанным в тексте «Отчет». Рассчитывал я тогда именно такие установки. Установки делали на мощность 1 МВт, 2 МВт, 5 МВт. Считал я только аэродинамику, попросту говоря – аэродинамические сопротивления. О тепловых расчетах, стабильности воспламенения и т. п. речи не было. В реальных установках 1—5 МВт ничего плохого не происходило. Возникла уверенность, что на тех же принципах можно строить установки любой мощности.

Принцип, по-простому, заключался в следующем. Устанавливали небольшие «трубные горелочки» мощностью 0,1—0,2 МВт по концентрическим окружностям. Таким путем набирали нужную мощность: 1 МВт, 2 МВт, 5 МВт. Просто увеличивая число малых горелочек и число концентрических окружностей. Так разработали и генератор на 10 МВт. Такой подход и в Европе распространен – например, при сжигании низкокалорийных топлив, сбросных газов, на газовых турбинах и т. п.

Ведущий конструктор «десятки» был уже седым, а в годы войны он занимался обслуживанием самолетов, авиационных моторов на военных аэродромах. Еще во время истории, описанной в «Отчете», я спросил его, почему так необычно, как ракетное сопло, выполнен рассекатель периферийного воздуха на смешение. Он сказал: «Знаешь, я хотел, чтобы было похоже на ракету». Это ему удалось.

Установка на 10 МВт оказалась «несчастливой». В ночную смену произошел взрыв, громадный вентилятор раздуло и выбросило из цеха, проломив боковую стену примерно до третьего этажа. Оперативность ремонтных служб в черной металлургии была невероятной. К приходу утренней смены вентилятор втащили в цех, а стену цеха снова заложили кирпичом и покрасили. «Ничего не произошло». Поэтому в середине зимы я появился в казахстанских степях.

У меня было с собой «снаряжение». Баллон со спиртом, подкрашенный под компот и закатанный крышкой (забытая сейчас техника консервации), четыре напоромера, куча шлангов для присоединения к точкам отбора, две горсти патрубков для отбора давления, которые я собственноручно выточил на токарном станке, пневмометрическая трубка НИИгаза. Последнее в те времена было редкостью.

Всю установку уже опутали датчиками, прошли период холодной прогонки. Подошли к горячим испытаниям. Нужно было понять, какую часть воздуха можно подать внутрь «горелочек», а какую часть – в периферийный канал.

Мне дали самого лучшего оператора. Это был седой человек в очках, с лицом университетского профессора. Как профессор оказался в рабочей робе, было непонятно. Его задачей было удерживать регулирование, пока я меряю параметры. Но в случае, если он почувствует опасность, он должен был возвращаться на прежний «безопасный» режим. Об этом я его специально предупреждал. Так в программу испытаний были введены «мудрость» и «природное чувство опасности», свойственные опытным людям «с сединой на висках».

Установка была доброжелательна к нам. Перед входом в режим пульсационного горения нарастал внутренний глухой низкочастотный рокот, как будто танки приближаются. Молодежь всегда имеет «безумство храбрых». Это должно быть уравновешено «мудростью седин». Поэтому у штурвала у нас стоял мудрый седой капитан. Рокот нарастал, танки приближались. Вот они и въехали в нашу установку…

Ташкентцам, пережившим землетрясение, может быть примерно понятно, что при этом происходит. Земля начинает подниматься под ногами или дергаться в стороны, дома изгибаются, из стыков железобетонного каркаса вырываются струи пыли – это рвутся связи арматуры с бетоном…

В нашем случае начал изгибаться цех, его стальные перекрытия, с них посыпалась пыль, накопленная годами, стало сумрачно, как при солнечном затмении. Голосовая связь исчезла, утонула в грохоте танковой армии, двигающейся по установке. Передать голосом или знаками «указания» я уже не мог. Оставалась надежда на «мудрость» и «природное чувство опасности», свойственные опытным людям «с сединой на висках».

Седой капитан стоял на мостике и крутил штурвал, открывавший вентиль подачи топливного газа, увеличивающий пульсации. Он мозолистыми руками уверенно вел «корабль» в открытый гроб. В его мозгу не было ни капли сомнений. Все это было как в фильме Apocalypse now. Только без музыки Вагнера.

Факел отрывался от корня, стабилизировался в конце камеры сгорания, накапливалась порция горючей смеси, она поджигалась не с начала, а с конца, происходил взрыв, факел снова отрывало – и далее как описано. «Поршень» взрывного давления ходил по камере сгорания диаметром более двух метров по длине 4—5 метров с частотой в районе низких звуковых волн. Классика!

Устойчивость нервной системы седого капитана была невероятной, или у него полностью отсутствовала нервная система. На мои истерические интеллигентские вопли про «полный пи… ец» он не реагировал. В кино он должен был бы спокойно сказать: «Еще не вечер…» Но он только посмотрел на меня с недоумением.

Даже не помню, как мы вернулись. Видимо, благодаря тому, что фланцевые соединения на установке были из стали толщиной 40 мм. По проекту нужно было 20 мм, но такого листа не нашли и сделали из другого, который не порвался.

На той установке я просидел пару месяцев, что-то чертил, мне это сразу делали в металле, монтировали. Обходить зону пульсаций стало легче. Но почему она возникает и как этого «по-серьезному» избежать, я тогда не понял.

Решение, как стабилизировать такой факел, я увидел в Германии. Немцы делали очень похожие установки для низкокалорийных доменных газов, но делали немного иначе. Это решение – единственное новое, что я узнал в Германии про процессы горения.

Союз был местом многих чудес. Почитайте «Восстание грибов в Воронежской области», «Рыба клюет с головы» Андрея Колесникова. Посмотрите фильм Андрея Лошака «Кыштымский карлик».

44. Молибден для танковой брони

«Сочетание высокой твердости с вязкостью крайне необходимо для броневой стали. Броня первых англо-французских танков, появившихся в 1916 году на полях сражений мировой войны, была выполнена из твердой, но хрупкой марганцевой стали. Увы, этот массивный панцирь толщиной 75 миллиметров снаряды немецкой артиллерии прошивали как масло.

Но стоило добавить к стали лишь 1,5—2% молибдена, как танки оказались неуязвимыми, несмотря на то что толщина броневого листа была уменьшена втрое. Дело в том, что молибден задерживает рост зерна в процессе кристаллизации стали и тем самым придает ей мелкую однородную структуру, обеспечивающую высокие свойства металла. Танк становится неуязвимым.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.