Конденсатор пара паровой машины

Паровая машина для своей работы должна расходовать пар. Если у нас машина однократного расширения (не компаунд), то расход пара будет в районе 10 кг в час на одну лошадиную силу. Если мы правильно построили золотник (у нас удался двойной), то можность будет от 20 до 30 лошадиных сил. Значит, каждый час работы такой машины нужно в котел заливать хотя бы 200 литров воды. И воды качественной.

Это можно пережить, если у нас стационарная машина. Можно еще пережить, если гонять паровозы по Европе, где маленькие городки через каждые 10 км дороги и где можно заправиться водой. Но что делать, если паровоз идет через Среднюю Азию, где даже если и будет городок километров через сто, то все равно с водой там — не фонтан?
И особенно — что нам делать на пароходе, где пресной воды нет в принципе?

Нас спасет конденсация отработанного пара!..

Для эффективной работы конденсатора из него откачивают воздух. Откачивают во всех видах конденсаторов, потому что это главный прием для эффективности. По идее, воздуха в паре не должно быть вообще. Ведь если герметично собрать выбрасываемый цилиндром машины пар, то воздуха в выхлопе почти не будет. Кроме того — пар там скондесируется и давление очень сильно упадет само по себе.

Однако, на практике воздух по чуть-чуть просачивается, и если не откачивать — то его давление в герметическом конденсоре очень быстро возрастет до таких величин, что машина просто остановится. Это, кстати, один из симптомов поломки паровика — воздух в конденсаторе.

Итак, мы имеем герметичную емкость с откачанным воздухом и подаем туда пар. Каким образом его конденсировать?
Есть несколько типв конденсаторов — поверхностный, смешивающий и испарительный.

Смешивающий конденсатор — это когда пар охлаждается струями воды и в эту же воду конденсируется.
Вот обычные схемы смешивающих конденсаторов:

Такой конденсатор — любимая схема для стационарной машины. Там тоже берегут воду, потому что для паровой машины она должна быть чем чище, тем лучше. А конденсат — он представляет собой дистиллированую воду. Но и на паровозах его тоже ставили, вот как выглядит простой смешивающий для паровоза:

Однако, существует разновидность смешивающего конденсатора, который называется паровой инжектор. Слева вы видите его конкретную конструкцию для паровоза.

Работает он так: По трубе 2 охлажденная вода подается насосом в верхнюю часть. Вода подается под давлением 1.5 — 1.7 атмосферы. Она проходит через мелкие сопла 3 и разбивается на струйки, которые увлекают за собой отработанный пар. Пар при этом конденсируется. В результате воздух из конденсатора отсасывается (принцип, аналогичный струйному вакуумному насосу).

Нагревшаяся охлаждающая вода в смеси с конденсатом и воздухом проходят через расширяющуюся трубу 5 (диффузор). В диффузоре кинетическая энергия смеси превращается в потенциальную, давление повышается и смесь поступает в сборный бак без насоса.

Ну а в случае затопления конденсатора на штуцер 1 ставят клапан, который открывает и сбросит воду.

Однако, у смешивающего конденсатора есть недостатки.
В нем смешивается конденсат и охлаждающая вода, что не дает пустить его опять в котел. Или требуется сделать еще один контур, чтобы охлаждать охлаждающую воду (вот ведь звучит как!). Очень часто на стационарных машинах для этого строили охлаждающие пруды и даже фонтаны!

Но если уже и есть отдельный контур охлаждения, то можно сразу построить другой тип конденсатора — поверхностный конденсатор. Тут принцип действия иной — пар осаждается на трубках, через которые течет холодная вода. Это основной тип конденсатора на паровозах и, фактически, единственный для судовых машин.

Конструкция очень проста, но муторная в изготовлении:

На картинке — двухходовой поверхностный конденсатор. Двухходовой — потому что вода в трубках делает два разворота — туда и обратно.
Были и трех- и четырех-ходовые. Но чем больше проходов — тем больше размер и хуже разрежение, но в то же время — меньше поток охлаждающей воды.

Если у нас не слишком мощный паровоз и нет возможности построить настоящий конденсатор, то мы можем соорудить простой тип — испарительный. Принцип действия знаком современному человеку — пар проходит по тонким трубкам, охлаждаемым воздухом. Собственно — это автомобильный радиатор. Скорее всего на первый паровоз попаданец поставит именно такой конденсатор. Главная проблема при его производстве — наличие хорошего качества латунных трубок. В свое время кроме латуни делали и чугунные испарительные конденсаторы, но теплоотдача у них куда ниже.