KOTLOVI, BRODSKI, uređaji za proizvodnju pare, koja služi za rad pogonskih i pomoćnih strojeva i za druge svrhe na brodovima.

Princip kotla. Parni je kotao u principu zatvorena posuda, u kojoj se nalazi voda. Ako se voda ugrijava, toplina prelazi najprije na stijenku posude, a od stijenke na vodu i ugrijava je do temperature isparivanja, koja odgovara tlaku u posudi. Zatim počinje isparivanje vode; pritom u prvoj posudi ostaje jednaka temperatura vode i pare. Za isparivanje se mora utrošiti određena količina topline (toplina isparivanja, latentna toplina). U prvoj posudi nastaje zasićena para. Ako se ta para kroz cijev vodi u drugu posudu, koja se opet ugrijava (sl. 1), u drugoj će se posudi zasićena para ugrijati na višu temperaturu nego je imala u prvoj posudi, a da se pritom pritisak ne mijenja. Tu se dobiva t. zv. pregrijana para. U kotlu, u kojemu se želi trajno proizvoditi para, mora se isparena voda stalno nadomještati drugom vodom i para odvoditi.

Za pravilno razumijevanje rada brodskih kotlova potrebno je objasniti određene dijelove kotlova i obraditi u najkrupnijim crtama neke fizičke zakone, koji su u vezi s djelovanjem kotlova uopće, a osobito brodskih kotlova.

Sastavni su dijelovi svakog kotla:

Ložište, gdje gorivo (ugljen ili ulje za loženje) izgara pomoću dovedenog uzduha. Plinovi izgaranja prelaze preko ogrevne površine kotla, koju ugrijavaju, i ohlađeni izlaze u atmosferu kroz dimnjak. Ogrevne površine kotla s jedne su strane u dodiru s vrućim plinovima, a s druge s vodom, koja se isparuje.

Trup kotla, zatvorena posuda pod pritiskom, u kojoj je voda. Trup može biti izrađen s jednim ili sa više bubnjeva, međusobno spojenim cijevima, na koje prelazi toplina od plinova izgaranja.

Unutrašnja i vanjska armatura služi za dovod vode u kotao, za odvod pare, kontrolu rada kotla, regulaciju kotla i čuvanje kotla od oštećenja zbog lošeg rukovanja.

Pored toga, mnogi kotlovi imaju: formula

Pregrijač pare, koji služi za ugrijavanje pare iznad temperature zasićenja.

Zagrijač zraka, kojim se pomoću izlaznih plinova ugrijava uzduh, potreban za izgaranje goriva u ložištu; time se postiže veća ekonomičnost kotla.

Zagrijač napojne vode ( ekonomizer), kojim se napojna voda ugrijava, da bi s višom temperaturom ulazila u kotao; i ona se ugrijava izlaznim plinovima; time se povišuje ekonomičnost kotla.

Najjednostavniju shemu brodskog uređaja s turbinom i cilindričnim kotlom, koji ima pregrijač pare, zagrijač napojne vode i zagrijač uzduha prikazuje sl. 2. Ložište kotla nalazi se u valovitoj cijevi velikog promjera, koja se zove plamenica. Plinovi izgaranja izlaze iz plamenice i prelaze najprije u plosnatu plamenu komoru, a zatim se kroz velik broj užih ogrevnih cijevi (vatrocijevi), vraćaju prema prednjoj strani kotla u dimnu komoru. U ogrevnim cijevima plinovi predaju toplinu tankim cijevima pregrijača pare, koje su umetnute u ogrevne cijevi. U dimnoj komori plinovi predaju toplinu zagrijaču napojne vode (ekonomizeru), pa odatle prelaze kroz cijevi zagrijača uzduha u dimnjak. Plamenica, plamena komora i ogrevne cijevi opkoljene su vodom i nalaze se u velikom cilindru, koji čini vodeni prostor kotla. Gornji dio toga cilindra ispunjen je parom.

Uzduh se iz kotlovnice siše i tlači oko cijevi zagrijača zraka, od kojih se ugrije, a zatim vodi u plamenicu ispod rešetaka, na kojima izgara ugljen.

Napojna sisaljka siše vodu iz brodskog zdenca i tlači je kroz zagrijač napojne vode preko napojnog ventila u kotao. Para se odvodi iz kotla kroz glavni zaporni ventil i vodi u pregrijač pare. Iz pregrijača para struji u turbinu, a iz turbine u kondenzator, gdje se opet pretvara u vodu. Sisaljka kondenzata siše vodu iz kondenzatora i vraća je u zdenac.

Osnovni pojmovi. U osnovne pojmove iz područja fizike, u vezi s radom kotlova idu: tlak (pritisak). Za mjerenje tlaka u kodovima upotrebljava se tehnička atmosfera, 1 at = 1 kg/ cm ² , koja odgovara tlaku atmosferskog uzduha pri 735,5 mm Hg (stupca žive) kod 0°C ili 10 m stupca vode pri temperaturi od 4°C. Jedna fizička atmosfera = 1 Atm = 1,033 kg/ cm ² = tlak atmosferskog uzduha pri 760 mm Hg i temperaturi od 0°C.

Dio ukupnog tlaka, koji je veći od 1 at (tlaka uzduha), zove se pretlak i označuje se s atp, dok se ukupni tlak zove apsolutni tlak i označuje se s ata (na pr. 7 ata = 6 atp).

Temperatura se mjeri u stupnjevima Celsiusa °C i označuje sa t°C. Apsolutna temperatura označuje se sa T i iznosi T = t + 273° (u stupnjevima Kelvina, T °K).

Volumen (zapremina). Sve tvari pri ugrijavanju ili ohlađivanju mijenjaju volumen. Plinovi se pri ugrijavanju rastežu, i to za svaki stupanj Celsiusa povišene temperature povećavaju svoj volumen za 1/273 onog volumena, koji su imali pri 0°C i pri tlaku od 760 mm Hg. 1 m ³ plina pri 0°C i tlaku od 760 mm naziva se normalni kubni metar i označuje se sa Nm ³.

Ako se neki plin, koji kod 0°C i barometarskog tlaka od 760 mm ima volumen V ₀ ugrije na temperaturu t, njegov će novi volumen V _t biti: formula

Pri drugom barometarskom tlaku b, njegov će volumen biti: formula

Toplina je oblik energije, kao na pr. električna ili mehanička energija, a mjeri se jedinicama topline. Tehnička jedinica topline je kilokalorija, kcal; to je ona količina topline, koja je potrebna, da se 1 kg vode od 14,5°C ugrije na 15,5°C (pri tlaku od 760 mm, Hg).

Toplina i mehanički rad. Po prvom, glavnom stavku termodinamike, toplina i mehanički rad su ekvivalentni. Na pr. za ugrijavanje 1 kg vode potreban je mehanički rad od 427 kgm (kilogram-metar); pritom je: formula

J se zove mehanički ekvivalent topline. formula

A se zove toplinski ekvivalent mehaničkog rada.

Prema tome, 1 kcal i 427 kgm označuju jednake količine energije, samo mjerene u različitim sustavima mjera. Pomoću mehaničkog ekvivalenta topline i toplinskog ekvivalenta mehaničkog rada može se količina topline preračunati u mehanički rad i obrnuto.

Tehnička jedinica za rad je kgm (kilogram-metar). To je rad, koji izvrši sila od 1 kg na putu od 1 m; na pr. ako se uteg od 1 kg digne 1 m visoko. 1 KS (konjska sila) = 75 kgm/ sek = 0,736 kW (kilovata).

1 kW (kilovat) = 102 kgm/ sek = 1,36 KS.

1 KSh (konjska sila sat) = 75∙3600 = 270.000 kgm =

=270.000 ∙ 1/427 = 632,2 kcal.

1 kWh (kilovat sat) = 102∙3600 = 367,000 kgm =

= 367.000 ∙ 1/427 = 860 kcal.

Specifična toplina с nekog krutog tijela ili tekućine jest ona količina topline u kcal, koja je potrebna, da se 1 kg te tvari ugrije za 1°C. Specifična toplina vode с iznosi otprilike 1. Specifična toplina plinova kod jednakog tlaka označuje se sa c _v, a kod jednakog volumena sa c _v. Specifična toplina plinova može se odnositi na količinu od 1 kg plina = c _p ^', na količinu od 1 Nm ³ plina = c _p i na količinu od 1 Mola plina = C _p. (1 Mol neke tvari je toliko kg te tvari, koliko iznosi njezina molekularna težina.) Prema tome je 1 Mol = 22,4 Nm ³ plina.

Specifična toplina mijenja se s temperaturom. Da bi se to mijenjanje kod računanja uzelo u obzir, upotrebljava se srednja specifična toplina c _m, c _vm ili c _pm. Pri ugrijavanju od 0° do t° to je prosječna vrijednost specifičnih toplina između tih temperaturnih granica.

Sadržaj topline (entalpija). Sadržaj topline 1 kg neke tvari označuje se sa i, a ukupni sadržaj topline sa I. Ako se uzme kao početno stanje neka tvar s temperaturom t ₀ = 0°C, sa sadržajem topline i ₀ = o, onda х kg krutog tijela ili tekućine ima kod temperature t sadržaj topline:

I = х · i = х · t · c _m kcal;

pritom je c _m srednja specifična toplina te tvari između temp. o° do t°C.

x kg plina pri t°C ima sadržaj topline:

I = x · i = x · t · c' _pm kcal, ∙ c' _pm kcal,

gdje je c' _pm srednja specifična toplina 1 kg plina kod stalnog tlaka.

x Nm ³ plina pri t°C ima sadržaj topline:

I = x · t · c _pm, kcal,

gdje je c _pm srednja specifična toplina 1 Nm ³ plina kod stalnog tlaka.

Toplina Q kcal, koju neka tvar primi, ako se ugrije od temperature t ₁ na temperaturu t ₂ jednaka je razlici sadržaja topline te tvari pri tim temperaturama:

Q = I ₂ — I ₁

Ako se na pr. 500 kg vode ugrije od 20°C na 8o°C, a specifična toplina c _m = 1, onda je voda primila količinu topline

Q = I ₂ — I ₁ = x (i ₁, — i ₂) = 500 (80—20) = 30.000 kcal.

Specifična težina neke tvari je težina jedinice volumena te tvari kod određenog stanja. U tehničkom sustavu jedinica, specifična je težina γ izražena u kg/ m ³ . Ako je G težina u kg i V volumen u m ², onda je formula. Specifična težina vode stanja 4°C i 760 mm Hg tlaka u tom sustavu iznosi γ = 1ooo kg/ m ³ . Za plinove i vodenu paru najčešće se kao normalno stanje upotrebljava temperatura 0°C i tlak od 760 mm Hg.

Količina plinova od 1 m ³ normalnog stanja naziva se normni ili normalni kubni metar tog plina i označuje s Nm ³ .

Specifična težina suhog uzduha pri 0°C i tlaku od 760 mm Hg iznosi γ = 1,293 kg/ m ³ , a specifična težina vodene pare istog stanja iznosi, γ = 0,804 kg/ m ³ .

Prema Avogadrovu zakonu, 1 Mol bilo kojeg plina ima pri 0°C i tlaku od 760 mm Hg volumen od 22,4 m ³ , a 1 Mol plina je toliko kilograma, koliko iznosi njegova molekularna težina. Specifična težina nekog plina normalnog stanja može se, prema tome, naći tako, da se njegova molekularna težina podijeli s 22,4. Na pr. 1 Mol dušika N ₂ ima 22,4 Nm ³ i teži 28 kg, njegova specifična težina pri 0°C i 760 mm Hg iznosi formula

Težina jednog tijela volumena х m ³ iznosi х · γ kg, težina plina ili pare х Nm ³ je х · γ kg.

Specifični volumen. Volumen 1 kg neke tvari (krutog tijela, tekućine, plina ili vodene pare) zove se specifični volumen v i može se izraziti u m ³/ kg ili u Nm ³/ kg.

Postoje odnosi: formula

Za suhi je uzduh γ = 1,293 i, prema tome, formula

Jedan kg uzduha ima volumen od 0,773 Nm ³ .

Volumen nekog tijela ili tekućine od х kg jest х · v · m ³ , a volumen x kg nekog plina ili pare : х · v · Nm ³ .

Vodena para. Voda pod barometarskim tlakom od 760 mm Hg ključa i isparuje se kod 1oo°C. Pri većem tlaku voda počinje vreti tek kod više temperature, a kod nižeg tlaka već ispod 1oo°C: početak vrenja ovisan je о tlaku. Temperatura vode za cijelo vrijeme isparivanja ostaje jednaka, a istu temperaturu kao voda ima i para iznad vode. Za svaki °C ugrijavanja vode do vrelišta povišuje se sadržaj topline vode otprilike za 1 kcal/ kg.

Para, koja nastaje, zove se zasićena para. Volumen pare, koja je nastala, biva to manji, što je veći tlak, pod kojim se vrši isparivanje, a kod tlaka od 226 ata volumen je pare jednak volumenu vode. Taj se tlak zove kritični tlak. Temperatura, koja odgovara isparivanju vode kod toga tlaka, iznosi 374°C i ta se temperatura zove kritična temperatura.

Ako se zasićena para, koja je nastala pod bilo kojim tlakom, dalje zagrijava, povišuje joj se temperatura iznad temperature zasićenja, koja odgovara tome tlaku i dobiva se t. zv. pregrijana para (v. sl. 1). Na pr. kod 16 ata voda se isparuje pri temperaturi od 200,4°C; ako se ta para dalje ugrijava, na pr. na temperaturu od 250°C, dobiva se pregrijana para od 16 ata temperature 250°C. Volumen se pare pri pregrijavanju povećava, pa je volumen 1 kg pregrijane pare uvijek veći od volumena 1 kg zasićene pare. Količina topline, koja se mora dovesti jednom kg vode od 0°C, dok se ne postigne temperatura isparivanja, koja odgovara nekom određenom tlaku (na pr. 16 ata), zove se sadržaj topline ili entalpija tekućine i'. Ta će vrijednost na pr. za 16 ata iznositi 203,9 kcal/ kg. Za drugi tlak bit će taj broj drugi.

Količina topline, koja je potrebna, da se ispari 1 kg vode pri određenom tlaku i temperaturi, zove se toplina isparivanja r. Toplina isparivanja na pr. za vodu kod tlaka od 16 ata iznosi 463,2 kcal/ kg. Sadržaj topline tekućine i' + toplina isparivanja r = sadržaj topline zasićene vodene pare i". Tako je na pr. sadržaj topline zasićene pare od 16 ata: i" = i' + r = 203,9 + 463,2 = 667,1 kcal/ kg. Vrijednosti i", i' i r mogu se naći u tablicama ili dijagramima. S porastom tlaka povećava se sadržaj topline tekućine, a toplina isparivanja smanjuje, tako da konačno kod kritičnog tlaka od 226 ata toplina isparivanja postaje = 0.

Budući da se volumen tvari pri ugrijavanju mijenja, s temperaturom se mijenja i specifični volumen. Specifični volumen vode kod određene temperature i određenog tlaka označuje se sa v', a specifični volumen zasićene pare kod iste temperature i istog tlaka označuje se sa v". Volumen pare mnogo je veći od volumena vode pri istom tlaku i istoj temperaturi. Tako je na pr. specif. volumen vode od 16 ata i 200,4°С v' = 0.001157 m ³/ kg = 1,757 dm ³/ kg. Specifični volumen pare kod istog tlaka i iste temperature iznosi v" = 0,1262 m ³/ kg = 126.2 dm ³/ kg. Ako bi na pr. iznad 1 kg vode, čija je temperatura 200,4°C, bio stap, koji je opterećen sa ukupno 16 kg/cm ² , uzevši tu u obzir i vanjski tlak uzduha, to bi se prilikom isparivanja vode taj stap morao dići toliko, da ukupni volumen ispod stapa iznosi 126,2 dm ³ . Volumen bi se, dakle, povećao za v"— v' = 126,2 — 1,157 — 125,043 dm ³ . Pritom se izvrši neki rad, koji se zove vanjski rad. Tome radu odgovara količina topline, koja se za taj rad utrošila. To je vanjska toplina. Unutarnja toplina je ona, koja je potrebna da bi se svladala unutarnja veza molekula vode i da se ona pretvori u paru.

Toplina isparivanja r jednaka je zbroju unutarnje i vanjske topline.

Toplina, koja je potrošena za pregrijavanje pare do određene temperature, može se odrediti, ako je poznata srednja specifična toplina pare. Toplina pregrijavanja u kcal po kg pare = temperatura pregrijanja — temperatura zasićene pare × srednja specifična toplina.

Specifična toplina za pojedine temperature može se naći u dijagramima i tabelama, a srednja specifična toplina između 0°C do neke temperature t ₁ ili t ₂ dobiva se također iz tabela ili dijagrama. Ako se želi odrediti srednja specifična toplina c _pm između dvije temperature t ₁ i t ₂ , može se to učiniti prema formuli: formula

Za proračun parnih strojeva mnogo se upotrebljava Molliéreov i-s dijagram (sl. 3), u kojemu su na ordinati naneseni sadržaji topline i u kcal, a na apscisi entropija s. Entropija s je pomoćna računska veličina.

U i-s dijagramu nalazi se granična linija za suho zasićenu paru. Ispod te granične linije je područje vlažne ili mokre pare, a iznad granične linije je područje pregrijane pare. U i-s dijagramu unesene su linije jednakog tlaka (izobare) za vodenu paru, na pr. stanje pare za 20 ata u području vlažne pare i u pregrijanom stanju, i linije jednake temperature (izoterme) u pregrijanom području. U području vlažne pare izoterme i izobare padaju zajedno, jer u tom području tlak ovisi samo o temperaturi. U području vlažne pare nalaze se х linije, koje označuju, koliki je postotak pare u vlažnoj pari; na pr. х = 0,85 znači, da na toj liniji vlažna para ima 85% pare i 15% vode. Voda je u pari razdijeljena u sitne čestice u obliku magle.

U parnom kotlu nastaje vlažna para sa oko 2—4% vlage, dakle sa х = 0,98—0,96. Različitim uređajima nastoji se dobiti što više suho zasićenu paru, ali sasvim suhu nije moguće dobiti, dok je para u dodiru s vodenom površinom. Ostatak vlage, 2—4%, može se odstraniti tek u pregrijaču pare, u kojem se najprije isparuje ostatak vlage, a poslije toga se para odmah pregrijava.

Pregrijana para. Vlažna para ima uglavnom ove nedostatke: 1. kvari cjevovode i strojeve zbog korozije; 2. erozijom troši unutrašnje dijelove strojeva, cjevovoda i ventila zbog udaranja čestica vode, sadržanih u vlažnoj pari, koja struji velikom brzinom; 3. gubi toplinu, koja prelazi s vlažne pare na cjevovode i unutrašnje dijelove strojeva zbog kondenzacije zasićene pare na hladnijim stijenkama.

Pregrijana para ne uzrokuje koroziju i eroziju, jer u njoj nema čestica vlage. Prijelaz topline s pregrijane pare na hladnije stijenke mnogo je manji nego kod vlažne pare, jer se pregrijana para vlada kao plin, pa ima i manju vodljivost topline. Gubitak topline zbog ohlađivanja obično nije tako velik, da bi pregrijanu paru doveo do temperature zasićenja i stoga nema kondenzacije. Osim toga, pregrijana para pri upotrebi u parnim strojevima termički poboljšava proces parnog stroja. Kad se upotrebljava pregrijana para (na pr. kod turbine manje snage) stupanj se djelovanja povišuje otprilike za 1% za svakih 20°C pregrijanja. Kod većih je turbina taj dobitak znatno veći.

Izgaranje goriva u kotlu. Za loženje brodskih kotlova dolazi u obzir kameni ugljen, antracit, rjeđe smeđi ugljen, a u novije vrijeme najviše se upotrebljava ulje (v. Brod, str. 718 i Goriva, str. 184).

Od ugljena se na brodovima najradije upotrebljava kameni ugljen zbog svoje visoke ogrevne moći i ostalih svojstava (manje pepela, dobro upaljiv i t. d.). Antracit ima visoku ogrevnu moć, ali da bi dobro gorio treba visoku temperaturu ložišta i teško je upaljiv. Smeđi se ugljen upotrebljava više u obalnoj plovidbi, u krajevima, gdje ga ima, a za oceanske se brodove manje upotrebljava zbog niske ogrevne moći, pa ga za istu daljinu vožnje treba više ukrcati; to ide na štetu i korisne nosivosti broda. Sva su pomenuta goriva sastavljena od ugljika, nešto vodika, a imaju i stranih primjesa (pepeo, vodu, sumpor i t. d.). Kod ugljena je naročito važan sastav plinovitih tvari, t. j. ona količina plinova, koja nastaje pri suhoj destilaciji ugljena. Plinovi utječu na oblik plamena i na razvijanje dima.

Pri izgaranju, ugljen se najprije suši, pri čemu se isparuje gruba i higroskopska vlaga. Gruba je vlaga ugljenu mehanički primiješana (na pr. vlaga u rovu). Ona nestaje sušenjem na zraku. Higroskopska je vlaga (kristalinična) svojstvena ugljenu i može se iz njega odstraniti tek ugrijavanjem na oko 110°C. Nakon sušenja nastaje proces destilacije, pri čemu se oslobađaju plinovi, koji se lako zapale i gore. Poslije destilacije ostaje koks (uglavnom C), koji izgara u CO ₂, ako nema dovoljno uzduha u CO. Da bi se dobilo potpuno izgaranje, treba dovesti u ložište dovoljnu količinu uzduha. Miješanje uzduha s plinovima, koji nastaju, nije nikad potpuno; zato se mora dovesti više uzduha nego je teoretski potrebno. To je t. zv. višak uzduha. Što je miješanje povoljnije, to je manje potrebno viška uzduha, kao što je to kod goriva s velikim plinovitim sadržajem i kod ulja za loženje. Preveliki je višak uzduha nepovoljan, iako kotao pritom ne dimi, jer smanjuje temperaturu izgaranja i povećava količinu izlaznih plinova, a time i izlazne gubitke. Kod premalog viška nastaje nepotpuno izgaranje, stvara se čađa i kotao dimi. Zato treba kod kotla za najpovoljnije izgaranje naći prelaznu točku od bezdimnog izgaranja na početak dimljenja, jer tada kotao radi najekonomičnije.

Ogrevna moć goriva. Za spomenuta goriva obično je poznat njihov sastav u težinskim udjelima с (ugljik) kg/ kg goriva, h (vodik) kg/ kg, o (kisik) kg/ kg, n (dušik) kg/ kg, s (sumpor) kg/ kg, a (pepeo) kg/ kg, w (vlaga) kg/ kg. Obično je za gorivo poznata i ogrevna moć, t. j. ona količina topline, koja nastaje od 1 kg goriva.

Razlikuje se gornja ogrevna moć H _g i donja ogrevna moć H _d. Gornja je ogrevna moć ukupna toplina, koja je sadržana u plinovima izgaranja. Ona se na pr. mjeri u kalorimetru. Donja se ogrevna moć dobije, ako se od gornje ogrevne moći odbije toplina, sadržana u vodenoj pari, koja se nalazi u plinovima. Kod kotla se uvijek računa s donjom ogrevnom moči H _d, jer se toplina isparivanja, koja je sadržana u vodenoj pari, većim dijelom ne može dobiti natrag, budući da para izlazi s plinovima kroz dimnjak u atmosferu. Ako je poznat sastav goriva, približna donja ogrevna moć za i kg goriva može se izračunati po formuli: formula

Ova formula daje samo približnu vrijednost. Točnije se ogrevna moć određuje kalorimetrički.

Količina uzduha potrebna za izgaranje. Minimalna ili teoretska količina potrebnog kisika za izgaranje O _min u Nm ³ može se izračunati iz sastava goriva po formuli, koja je dobivena prema stehiometrijskim odnosima pri izgaranju: formula

a teoretska količina uzduha: formula

K toj teoretskoj količini mora se još dodati višak uzduha, koji je stvarno potreban za potpuno izgaranje.

Faktor viška uzduha λ zove se onaj broj, koji kazuje, koliko je puta veća stvarno potrebna količina uzduha L od teoretski potrebne količine L _min. Prema tome je:

L = L _min · λ Nm ³/ kg goriva.

Višak je uzduha u tom slučaju (λ — 1) · L _min.

Vrijednost λ za pojedine slučajeve:

Tablica

Minimalna količina uzduha L _min za kameni ugljen iznosi oko 7,5—8,2 Nm ³/ kg goriva, a kod ulja za loženje 10—11 Nm ³/ kg.

Količina plinova, koja nastaje pri izgaranju. Pri izgaranju 1 kg goriva nastaje teoretski količina suhih plinova: formula

vodene pare, koje nastaju pri izgaranju:

V _H2O = 1,244 (9 h + w) Nm ³/ kg goriva, gdje je w ukupna težina vlage u 1 kg goriva.

Ukupna je teoretska količina vlažnih plinova:

V _{vl min} = V _{s min} + V _H2O Nm ³/ kg goriva.

U slučaju da se radi s viškom uzduha i da je faktor viška λ, mora se pribrojiti i uzduh, koji ostaje u plinovima te se dobije stvarna količina plinova:

V _vl = V _{vl min} + (λ — 1) · L _min Nm ³/ kg goriva.

Volumen plinova u m ³, s kojim se računaju presjeci prolaza plinova kroz kotao, znatno je veći zbog visoke temperature tih plinova. Ako se uzme u obzir temperatura t plinova i barometarski pritisak b na pojedinim mjestima, gdje ti plinovi prolaze, dobije se volumen (V _vl) _tb kod barometarskog pritiska b i temperature t iz jednadžbe: formula

Teoretska količina plinova V _{vl min}, koja nastaje pri izgaranju kamenog ugljena, iznosi oko 7,5—8,4, a za ulje za loženje 10—11,8 Nm ³/ kg.

Temperatura izgaranja i temperatura ložišta. Pri izgaranju goriva pomoću uzduha nastaju plinovi izgaranja s visokom temperaturom. Ta temperatura ne odgovara srednjoj temperaturi plinova u ložištu, jer se mnogo topline gubi zbog zračenja na okolne stijene ložišta. Stoga je temperatura plinova, koji iz ložišta prelaze na ogrevne površine kotla manja. Ta se temperatura plinova naziva stvarna temperatura ložišta t. Teoretska temperatura izgaranja može se dobiti, ako se uzme da je toplina, koja je sadržana и В kg goriva, jednaka sadržaju topline plinova: formula

gdje je: η _l = stepen djelovanja ložišta, H _d = donja ogrevna moć goriva, I _pl = sadržaj topline plinova, V _vl = količina vlažnih plinova u Nm ³/ kg goriva, c _pm = srednja specifična toplina za Nm ³ plina između 0° С i temperature t _t, t _t = teoretska temperatura izgaranja. Ta formula vrijedi uz uvjet, da kotlovnica ima 0°C i da uzduh koji se dovodi gorivu, nije ugrijan. Ako je temperatura u kotlovnici t _a i ako se uzduh, koji se dovodi, najprije ugrijava u zagrijaču uzduha na t _z, to se u ložište dovodi i toplina uzduha. Onda je temperatura izgaranja u ložištu: formula

gdje je t _a = temperatura okoline °C, t _z = temperatura, na koju je uzduh bio ugrijan, c _pm = srednja specifična toplina plinova između temperature t _a i t _tl, c _pml = srednja specifična toplina Nm ³ uzduha između temperature t _a i t _z.

Stvarna temperatura na kraju ložišta t može se izračunati tako, da se toplina Q _z, koja odlazi zračenjem na stijene ložišta, odbije od topline, koja se dovodi u ložište: formula

U poglavlju Prijelaz topline objašnjeno je kako se izračunava Q _z. Teoretska temperatura izgaranja ovisna je, prema gornjim formulama, uglavnom о ogrevnoj moći goriva i о toplini uzduha, koji se dovodi. Stvarna temperatura na kraju ložišta, osim gornjeg, ovisna je i o tome, koliko je ložište hlađeno ogrevnim površinama, koje omeđuju ložište (ekran), i о količini goriva, koje izgara.

Gubici topline i stupanj djelovanja. Kod brodskih kotlova postoje, zbog različitih uzroka, gubici koji smanjuju iskoristivost topline u kodu. To je: a) V _p = gubitak u pepelu, koji nastaje zbog toga, što neizgorene čestice ugljena zajedno s pepelom padaju kroz rešetku u pepeonik, a nešto i zbog topline, koju u sebi sadržava pepeo. Taj gubitak iznosi 0,5—2% pri loženju ugljenom; b) V _č = gubitak zbog čađe, koja neizgorena izlazi kroz dimnjak kotla i koja se sastoji uglavnom od ugljika C. Taj je gubitak kod modernih kotlova vrlo malen; c) V _u = gubitak zbog nepotpunog izgaranja. Nastaje stoga, što svi izgorivi plinovi ne izgaraju i izlaze kroz dimnjak u atmosferu. Najviše je to СО, a manje CH ₄ i H. I taj je gubitak malen; d) V _k = gubitak zbog letećeg koksa. Nastaje zbog odlaženja neizgorenih čestica koksa kroz dimnjak; kod brodskih kotlova loženih ugljenom normalno iznosi о—2%. e) V _z = gubitak zbog zračenja i odvođenja topline na okolinu. Smanjuje se dobrom izolacijom kotla. Kod malih kotlova iznosi 3—5%, kod srednjih 2—3%, a kod velikih 1—2%; f) V _i = gubitak zbog topline izlaznih plinova. Nastaje zato, što plinovi, koji izlaze kroz dimnjak, sadržavaju još dosta topline, jer imaju temperaturu 150°—200°C i više. Taj gubitak iznosi u %: formula

gdje je: V _vl = količina izlaznih plinova, c _pm = srednja specifična toplina izlaznih plinova između temperature t _a i t _i,· t _i = izlazna temperatura plinova, t _a = temperatura okoline, H _d = donja ogrevna moć goriva. Taj se gubitak može približno odrediti pomoću Siegertove formule: formula gdje je k postotak CO ₂ u izlaznim plinovima, а С je konstanta, koja uglavnom ovisi о vlažnosti ugljena. С iznosi za kameni ugljen sa 10% vlage oko 0,70. To je najveći gubitak kod kodova. Kod loženja uljem postoje samo gubici V _č, V _u, V _z i V _i.

Stupanj djelovanja kotla η u postocima može se dobiti iz odnosa dobivene topline prema utrošenoj: formula

U toj je formuli:

ip = sadržaj topline pare, koja se odvodi iz kotla u kcal/ kg,

i _v = sadržaj topline napojne vode, koja se dovodi u kotao u kcal/ kg,

D = količina pare, koju proizvodi kotao u kg/ h, В = količina goriva u kg/ sat, H _d = donja ogrevna moć goriva u kcal/ kg.

η kotlovskog uređaja dobije se također, ako se od 100% odbiju gubici:

η = 100 — V _p — V _č — V _k — V _u — V _z — V _i.

Ukupni stupanj djelovanja kotla η može se podijeliti u stupanj djelovanja ložišta η _i i stupanj djelovanja ogrevne površine η _og.

Vrijednosti η za brodske kotlove ovise о načinu loženja, о tipu kotla, upotrebljenom gorivu, о kapacitetu kotla i o tome, da li kotao ima zagrijače ili nema. Manji kotlovi imaju manji η.

Prosječne su vrijednosti za brodske kotlove: tablica

Kod kotlova za ratne brodove, koji radi lakše izgradnje imaju više temperature izlaznih plinova, η je manji za 5—8%.

Prijelaz topline. Toplina, koja nastaje pri izgaranju goriva i koja je sadržana u plinovima izgaranja, prenosi se najprije na ogrevnu površinu kotla. Ona prolazi kroz nju i dalje se prenosi na vodu. Toplina se može prenijeti provođenjem (stacionarno), konvekcijom i zračenjem.

Provođenjem se toplina izmjenjuje, kada se dva tijela ili tvari različitih temperatura dodiruju i kad toplina s tijela više temperature prelazi na tijelo niže temperature. Prema jednom od osnovnih zakona termodinamike, toplina može prelaziti samo iz područja više na područje niže temperature, a ne obrnuto.

Konvekcijom se toplina izmjenjuje u tekućinama i plinovima, kad se ovi gibaju uz površinu nekog drugog tijela ili tvari s višom ili nižom temperaturom. Prijelaz topline provođenjem i konvekcijom često se naziva zajednički: prijelaz topline dodirom.

Izmjena topline zračenjem zbiva se, kad su dvije površine različitih temperatura postavljene jedna prema drugoj, a između njih je medij, koji propušta toplinske zrȁke. Zračenje je izmjena topline pomoću valova, slično kao kod svjetlosti ili radio-valova. Sunčana se toplina na pr. prenosi na Zemlju zračenjem. Zrȁke dobro prolaze kroz zrakoprazan prostor i kroz uzduh, dok ih neki plinovi, na pr. СО ₂ i vodena para, ne propuštaju. Intenzitet zračenja proporcionalan je četvrtoj potenciji apsolutne temperature; prema tome se intenzitet zračenja nekog tijela s povišenjem temperature naglo povećava. Neke tvari, koje ne propuštaju toplinske zrȁke, mogu same zračiti. Tako na pr. zrače plinovi izgaranja, koji imaju visoku temperaturu i koji u sebi sadržavaju CO ₂ i vodenu paru.

Zračenje u ložištu. Vrući plinovi izgaranja, koji nastaju u ložištu, zrače u svima smjerovima, a njihove zrȁke apsorbiraju sve površine, kojima su izložene. Površine su: a) sve stijene i dno ložišta kod loženja uljem, a kod loženja ugljenom površine iznad rešetke. Ako su stijene od vatrostalnog materijala, one se užare i zrače natrag; b) sve ogrevne površine, koje se nalaze oko ložišta i koje primaju direktno zrȁke od vrućih plinova i od zračenja užarenih ložišnih stijena.

U kotlu se pojavljuju sve tri vrste prijelaza topline. U ložištu se toplina prenosi uglavnom zračenjem, a kod strujanja plinova preko ogrevnih površina zračenjem, konvekcijom i provođenjem. Količina topline, koja se u ložištu prenosi na ogrevne površine zračenjem, može se odrediti pomoću Stefan-Boltzmanova zakona: formula

U ovom je izrazu С ₁₂ = koeficijent zračenja ovisan о površinama, koje zrače; za brodske kotlove iznosi 3,5—4; T ₁ = apsolutna temperatura površine, koja zrači u °K. Za tu se temperaturu uzima, da je apsolutna temperatura plinova u ložištu jednaka temperaturi plinova pri izgaranju, uz odbitak smanjenja temperature zbog zračenja u ložištu; T ₂=apsolutna temperatura ogrevne površine jednaka je apsolutnoj temperaturi vode u kotlu, uz dodatak od 15° do 25°C; F _z = projekcija ozračene ogrevne površine u m ² . Za jednu cijev dužine l i promjera d uzima se, prema tome, površina l · d m ²; °K = °C + 273.

Toplina Q _z računa se tako, da se temperatura plinova pretpostavi, t. j. da se temperatura izgaranja plinova smanji za neki postotak. S tom temperaturom računa se Q _z. Pomoću izračunatog Q _z može se izračunati stvarna temperatura ložišta, pa ako se ona slaže s pretpostavljenom, dobiva se stvarna vrijednost temperature ložišta i odgovarajući Q _z. Ako se temperatura ne slaže sa pretpostavljenom, mora se uzeti druga pretpostavka i račun ponoviti.

Prolaz topline kroz stijenke. Plinovi izgaranja, koji su jedan dio svoje topline predali zračenjem u ložištu, struje iz ložišta na ogrevne površine kotla, kojima predaju preostalu toplinu. Budući da im je temperatura još uvijek visoka, plinovi i na tom putu predaju ogrevnim površinama toplinu zračenjem, ali i dodirom t. j. konvekcijom i provođenjem. Toplina, koja je predana metalnoj površini, mora proći kroz stijenke, a poslije toga se prenosi na vodu, paru ili uzduh prema tome, koji je medij s druge strane. Kod ogrevnih površina kotla to je voda, kod pregrijača para, a kod zagrijača uzduha to je uzduh. Prolaz topline konvekcijom i provođenjem pokazuje sl. 4.

Prelazom plinova preko ogrevnih površina, stvaraju se vrtlozi, i u tom se području toplina prenosi konvekcijom (miješanjem čestica).

Iz ovog sloja toplina prelazi na film plina, koji miruje ili se giba veoma polako. Kroz film toplina prolazi većim dijelom provođenjem, a samo neznatno konvekcijom, i prenosi se na sloj čađe, kojega uvijek ima na ogrevnim površinama. Kroz čađu, metal i sloj kamenca s druge strane metalne stijenke toplina prolazi provođenjem.

Konačno se toplina sa stijenka prenosi na film vode, koji miruje ili se polako giba, provođenjem i konvekcijom, a slično, kao i na strani plina, predaje se kroz turbulentni sloj vodi, koja struji preko ogrevnih površina. Svi ovi slojevi pružaju prolazu topline neki otpor, koji se kod kotlova nastoji što više smanjiti; zato se kotao u prvom redu mora čistiti od čađe i kamenca. Filmovi mirnog sloja plina i vode nastoje se smanjiti pogodnom konstrukcijom kotla, kojom se postiže povećanje brzine strujanja vode i plinova, da bi se time što više uklonili nepomični filmovi, koji pružaju velik otpor prolazu topline.

Količina i temperatura plinova, koji struje preko ogrevnih površina, povećavaju se, ako se izgara više goriva; zato se povećava i brzina strujanja plinova. Zbog toga je prijenos topline dodirom veći kod većeg opterećenja kotla.

Radi jednostavnijeg računanja prolaza topline kod kotlova zračenjem, konvekcijom i provođenjem služi zajednički koeficijent prolaza topline k, koji uzima u obzir sve navedene otpore: formula

1/ k je u tom slučaju otpor, koji se suprotstavlja prolaženju topline. U ovoj je formuli: α _pl = koeficijent prijenosa topline od plinova na stijenku. On se sastoji od koeficijenta prijenosa topline zračenjem α _z i koeficijenta prijenosa topline dodirom α _d te je α _pl = α _z + α _d. Koeficijent α _z ovisan je uglavnom о debljini sloja plina, о sadržaju СО ₂ i Н ₂O u plinovima (tvari, koje zrače), о temperaturi plina i stijenke, koja prima zračenje. Za izračunavanje α _z upotrebljavaju se dijagrami i tabele (na pr. Münzingerove). α _d može se izračunati formulama, koje su sastavljene od različitih autora za različite slučajeve (Nusselt, Reiher, Schack i t. d.) ili pomoću dijagrama (na pr. Bauer, Schiffsmaschinenbau, II), a ovisan je uglavnom о brzini strujanja, gustoći, žilavosti, vodljivosti topline i temperaturi plinova; α = koeficijent prijenosa topline na medij (tvar) s druge strane stijenke; medij kod brodskih kodova može biti voda, koja se isparuje (kod ogrevnih površina), voda, koja struji (kod zagrijača vode), para (kod pregrijača pare) i uzduh (kod zagrijača uzduha). Vrijednosti za različite slučajeve računaju se prema empiričkim formulama ili se uzimaju iz tablica i dijagrama; δ = debljina stijenke um; λ = koeficijent vodljivosti stijenke. Za čelik i željezo λ = 50—6o, za mjed λ = 8o, za kamenac λ ' = 0,5, kamenac s uljem λ ' = 0,1—0,2 i pepeo sa čadom λ " = 0,06—0,12 kcal/ m°C h.

Ako u kotlu ima naslaga pepela i čađe debljine δ ' i naslaga kamenca debljine δ ", koeficijent prolaza topline morat će uzeti u obzir ove naslage i bit će: formula

Obično se k izračunava za novi kotao bez slojeva pepela, čađe i kamena i množi se koeficijentom ζ, koji uzima u obzir zamazanost kotla u pogonu prema iskustvu. Onda je

k' = ζ · k.

Pri prolazu od plinova kroz metal na vodu, koja se isparuje, k’ iznosi: 20—50 kcal/ m ² h°C; pri prolazu od plinova kroz metal na paru (pregrijač) 20—35 kcal/ m ² h°C; pri prolazu od plinova kroz metal na vodu, koja struji, ali se ne isparuje (zagrijač vode) 9—30 kcal/ m ² h°C; pri prolazu od plinova kroz metal na uzduh (zagrijač uzduha) 6—12 kcal/ m ² h°C.

Proračun površina za prolaz topline. Toplina Q kcal/ h, koja u 1 satu prelazi na drugi medij preko neke površine F m ², kad su temperatura plina t ₁ i medija s druge strane metalne površine t ₂ konstantne, iznosi:

Q = k·F (t ₁ — t ₂) kcal/ h.

Kod ogrevnih površina kotla temperatura je vode t ₂ s druge strane površine približno konstantna, dok se plin strujanjem preko tih površina hladi i mijenja temperaturu. Kod pregrijača pare, zagrijača vode i zagrijača uzduha temperatura se s obje strane metalne površine mijenja, kako struje plinovi i medij preko te površine. Zato se kod proračuna svih tih površina, umjesto razlike t ₁ — t ₂ , uzima srednja logaritamska razlika temperature: formula

gdje je:

δ _u = razlika temperatura plina i medija na ulaznoj strani plinova; δ _i = razlika temperatura na izlaznoj strani plinova; δ _u i δ _i, moraju se odrediti za pojedine slučajeve.

U tom slučaju Q = k · F (Δ t _m) _log kcal/ h,

a ako je Q poznat, onda je formula

Proračun kotlova. Pri proračunu kotlova uzimaju se u obzir ove glavne karakteristike, (vidi tablicu karakteristika brodskih kotlova, na str. 494): F _k = ogrevna površina kotla ( т ²); Fp = ogrevna površina pregrijača pare ( т ²); F _e = ogrevna površina zagrijača napojne vode ( m ²); F _l = ogrevna površina zagrijača uzduha ( m ²); F _r = površina rešetke ( m ²); V _f = volumen ložišta ( m ³); D = težina pare, koju kotao proizvodi na sat u kg; Q = D(i _p — i _v) = toplinski kapacitet kotla (kcal/ h), pri čemu je i _p sadržaj topline pare, koju kotao proizvodi, a i _v sadržaj topline napojne vode u kcal/ kg; В = ukupna težina goriva ubačena u 1 satu u ložište u kg; Q _b = В · H _d = toplinski kapacitet ložišta (kcal/h); q _r = Q _b / F _r = toplinsko opterećenje rešetke ( kcal/m ²h); q _f = Q _b / V _r = toplinsko opterećenje ložišta ( kcal/m ³h); η = stupanj djelovanja kotlovskog uređaja: formula;

b = B/F _r = opterećenje površine rešetke gorivom ( kg/m ²h); D/F _k = specifična proizvodnja pare po m ³ ogrevne površine u satu ( kcal/m ²h); x = D _kg/B _kg = moć isparivanja. Taj broj pokazuje, koliko se kg pare sa sadržajem topline i _p dobiva po kg goriva.

Posljednje dvije vrijednosti obično se preračunavaju na normalnu paru, t. j. na suho zasićenu paru od 1 ata, koja je nastala od vode temperature 0°C, na pr.: formula

Za proračun kotla obično je poznata količina pare D, koju kotao mora proizvesti, tlak pare p, temperatura pregrijane pare t _p, ogrevna moć goriva H _d, sastav goriva i temperatura napojne vode t _v. Sadržaj topline pregrijane pare i _p određuje se iz tablica ili iz i-s dijagrama, a sadržaj topline napojne vode i _v približno je jednak temperaturi napojne vode t _v.

Prema sastavu goriva može se izračunati minimalna ili teoretska količina uzduha L _min, koja je potrebna; ako se pretpostavi faktor viška uzduha λ, dobije se stvarni volumen uzduha L. Prema sastavu goriva i stvarnoj količini uzduha može se izračunati volumen V _vl plinova izgaranja u Nm ³ po kg goriva.

Količina potrebnog goriva računa se iz količine pare D, sadržaja topline pregrijane pare i _p, poj ne vode i _v, ogrevne moći H _d goriva te pretpostavljenog ili iz gubitaka približno izračunatog η: formula

S ovim se može računati ukupno potrebna količina uzduha = В · L Nm ³/ h i količina plinova izgaranja = В · _υl V Nm ³/ h.

Prema vrsti broda, odabira se tip kotla, koji najbolje odgovara.

Iz podataka о sličnim kotlovima može se, prema tipu kotla, pretpostaviti približno opterećenje rešetke q _r ili b i opterećenje ložišta q _f. Iz toga se izračuna površina rešetke formula i volumen ložišta formula

Približna veličina ogrevne površine kotla F _k može se dobiti iz specifične proizvodnje pare D/F _k, ako se na osnovi tablica pretpostavi za odabrani tip kotla. Na osnovi tako dobivenih glavnih dimenzija može se kotao skicirati i približno odrediti veličine označene površine, snopova cijevi, slobodni prostor za prolaz plinova i t. d. Količine topline, koje se mogu u kotlu prenijeti, iznose:

a) kroz ogrevne površine kotla: Q _k = D (i " — i _e), gdje je i" sadržaj topline zasićene pare, i _e sadržaj topline napojne vode na izlazu iz zagrijača napojne vode kotla; b) u zagrijaču napojne vode kotla (ekonomizeru): Q _e = D(i _e — i _v), gdje je i _v sadržaj topline napojne vode prije ulaza u ekonomizer kotla; c) u pregrijaču pare: Q _p = D(i _p — i"), gdje je i _p sadržaj topline pregrijane pare; d) u zagrijaču uzduha Q _l = В · L · c _pml (t _z — t _a), gdje je c _pml = srednja specifična toplina uzduha, t _z = temperatura uzduha, koji izlazi iz zagrijača, t _a = temperatura uzduha, koji ulazi u zagrijač.

Kotao se može računati počevši od ložišta ili od izlaza plinova iz kotla. Ako se računa od ložišta, treba odrediti temperaturu plinova izgaranja na kraju ložišta. Srednja specifična toplina c _pm određuje se prema sastavu plinova izgaranja iz tablica, a približno se može uzeti kod loženja uljem na kraju ložišta za 1 Nm ³ plinova c _pm = 0,375; na izlazu iz kotla c _pm = 0,335; a srednje 0,355· Kod loženja kamenim ugljenom c _pm = 0,368, 0,332 i 0,350. Ako plinovi izgaranja na kraju ložišta imaju temperaturu t _u, a na izlazu iza prve ogrevne površine t _i,·(na pr. iza prvog snopa cijevi kod vodocijevnih kotlova), onda će na prvu ogrevnu površinu kotla F ₁ prijeći toplina Q ₁ = В · V _vl · c _pm ( t _u — t _i) kcal/ h. Izlazna temperatura t _i može se pretpostaviti (na рr. pred рrеgrijačem) ili, ako je poznata količina topline Q, koja se mora predati bilo kojoj ogrevnoj površini, može se izlazna temperatura naći iz I-t dijagrama plinova izgaranja; dijagram se može konstruirati za zadanu vrstu goriva ili uz pomoć I-t dijagrama po Rosinu i Fehlingu.

Toplina, koja prelazi na prvu ogrevnu površinu, također je jednaka Q ₁ = F ₁ · k (∆ t _m) _log kcal/ h.

Iz ovih dviju jednadžbi može se izračunati potrebna veličina prve ogrevne površine: formula

Slično se postupa s ostalim ogrevnim površinama.

Pri računanju s izlazne strane kotla, izlazna se temperatura pretpostavi i pomoću topline, koja se mora predati zagrijaču uzduha, odredi ulazna temperatura u zagrijaču.

Površina pregrijača pare. Temperatura t _u, kojom plinovi ulaze među cijevi pregrijača pare, obično se uzima prema iskustvu, te je najčešće između 700°—900°C.

Toplina, koju treba predati pregrijaču, iznosi: formula

pritom je: D = ukupna količina pare kg/ h; i _p = sadržaj topline pregrijane pare kcal/ kg; i" = sadržaj topline zasićene pare kcal/ kg; r = toplina isparivanja kcal/ kg (te se vrijednosti mogu uzeti iz parnih tabela ili dijagrama); w = vlažnost pare u % . S druge strane, kroz površinu pregrijača može proći toplina

Q _p = F _p · k (∆ t _m) _log kcal/ h.

Iz ovih dviju jednadžbi može se izračunati površina pregrijača pare: formula

k se za pregrijač pare izračuna ili se uzme prema iskustvenim podacima о sličnim pregrijačima.

Izlazna temperatura t _i plinova iz pregrijača može se računati prema jednadžbi: formula

Površina zagrijača napojne vode. Toplina Q _e, koja se predaje napojnoj vodi u kodu, kad se zagrijava od ulazne temperature t _v na izlaznu temperaturu t _e:

Q, = D(t _e — t _v). Iz toga se dobije formula na isti način kao kod pregrijača pare.

Površina zagrijača uzduha. Temperatura, na koju se ugrije uzduh, uzima se prema vrsti loženja. Za ugljen se uzima kod brodskih kotlova sredina od oko 100°—150°C, da ne bi izgorjele rešetke. Kod ulja za loženje uobičajene su temperature do 300°, a kao srednje uzimaju se 150°—250°C. Ulazna temperatura plinova t _u u zagrijač uzduha, ako je na kraju koda, iznosi između 300°—500°C. Izlazna temperatura t _i nije niža od 170° do 18o°C.

Toplina Q _l, koja se predaje uzduhu, jest:

Q _l = B · L · c _plm( t _z — t _a); iz toga je površina:

formula

U ovoj je formuli:

L = količina potrebnog uzduha za 1 kg goriva; c _pml = srednja specifična toplina uzduha; t _a = ulazna temperatura uzduha; t _z = izlazna temperatura uzduha.

Izlazna ili ulazna temperatura plinova izgaranja računa se slično kao kod pregrijača pare.

Proračun čvrstoće kotla. Čvrstoća pojedinih dijelova brodskog koda mora odgovarati propisu klasifikacionog društva, koje nadzire gradnju čitavog broda. Formule za proračun koje propisuju pojedina društva, osim teoretske osnove za proračun čvrstoće, uzimaju u obzir sigurnost pogona nakon višegodišnje upotrebe, pojavu korozije i t. d. Propisi su veoma iscrpni, kako za proračun, tako i za izradbu važnijih dijelova. Od ovih se propisa u osobitim slučajevima izuzimaju kotlovi ratnih brodova, kad se traži veoma mala težina i dopušta manji vijek trajanja.

Cirkulacija vode u kotlu. Prirodna cirkulacija vode u kotlovima nastaje zbog razlike težina toplije i hladnije vode. Voda, koja se ugrijava na ogrevnim·površinama i počinje se isparivati, pomiješana je s mnoštvom sitnih mjehurića pare, te ima znatno manju specifičnu težinu od vode, koja ima samo malo ili nikakvih mjehurića. U cilindričnim je kodovima prirodna cirkulacija prilično neregularna; zato se na početku loženja često upotrebljava pomoćni uređaj hidrokineter za poboljšanje cirkulacije. Kod vodocijevnih kodova cirkulacija je dobra zbog toga, što cijevi koje su bliže vatri, primaju mnogo veću toplinu od udaljenijih, osobito zbog prijelaza topline zračenjem. U cijevima, koje su bliže vatri (sl. 5) bit će stupac vode znatno lakši od stupca vode u udaljenijim cijevima. Stoga će kroz te cijevi nastati strujanje prema parovniku, u kojem para izlazi iz vode u parni prostor. Te se cijevi zovu uzlazne cijevi. Kroz udaljenije cijevi voda struji prema vodenoj komori. Te se cijevi zovu silazne cijevi. Kod modernih je kodova dobra cirkulacija jedan od najvažnijih uvjeta; zato se nastoji, da kod svakog opterećenja jedan dio cijevi radi kao uzlazni, a drugi dio kao silazni. To se može postići razdvajanjem snopova cijevi, tako da se između njih umetne pregrijač pare, pa je razlika u toplini, koju primaju prve i druge, još veća. Kod mnogih se kotlova, radi bolje cirkulacije, namješta i određeni broj cijevi, koje uopće nisu u dodiru s vrućim plinovima. Takve se cijevi nazivaju neložene silazne cijevi. Ako kroz silazne cijevi ne bi dotjecalo dovoljno vode, uzlazne bi cijevi dobile premalo vode i pregrijale bi se.

Promaha. Uzduh koji je potreban za izgaranje goriva u kotlovima, može se dovesti u ložište pomoću prirodne ili pomoću prinudne promahe. Jačina promahe mjeri se u m/m stupca vode. О promahi je ovisno dopušteno opterećenje rešetke t. j. koliko može goriva u satu izgorjeti na m ² površine rešetke: formula

Prirodna promaha nastaje zbog podtlaka, koji nastaje od razlike težine stupca ugrijanih izlaznih plinova u dimnjaku i težine istog stupca hladnijeg uzduha okoline. Prirodna je promaha, dakle, ovisna о temperaturi izlaznih plinova (što je veća temperatura plinova, to im je specifična težina manja) i о visini stupca, t. j. о visini dimnjaka. Zbog ograničene visine dimnjaka na brodovima se ne može postići veća jačina prirodne promahe. Prirodnim se načinom može na brodovima postići jačina promahe do 20 mm stupca vode i opterećenje rešetke od 80 do 95 kg/m ²h.

Umjetna promaha se dobiva pomoću ventilatora i ima tu prednost, što je nezavisna od vanjskih atmosferskih prilika. Dobrom se umjetnom promahom može dobiti veće opterećenje rešetke i ložišta, a kotao se može daleko brže i lakše prilagoditi traženom opterećenju t. j. može se forsirati. S umjetnom se promahom može upotrebiti zagrijač uzduha i time znatno poboljšati ekonomičnost kotla. Umjetna promaha može biti tlačna, kad se uzduh siše iz prostora kotlovnice ili direktno s palube i tlači u ložište. Na trgovačkim je brodovima poznata t. zv. Howdenova promaha, kod koje ventilator tlači zrak kroz zagrijač uzduha u ložište.

Usisna promaha nastaje, kad ventilator, koji je smješten u dimnjaku, stvara podtlak u kotlu i time promahu, jer zrak zbog većeg tlaka u kotlovnici struji u ložište.

Kod kombinirane promahe jedan ventilator tlači zrak kroz zagrijač uzduha u ložište, dok usisni ventilator siše iz dimnjaka plinove izgaranja (balanced draught) (sl. 48).

Ventilacija pri zatvorenoj kotlovnici nastaje, kad ventilator tlači uzduh u zatvorenu nepropusnu kotlovnicu, koja je cijela pod tlakom; i u tome slučaju uzduh može ići kroz zagrijač. Taj je način često upotrebljen na trgovačkim brodovima; prije se gotovo isključivo upotrebljavao na ratnim brodovima.

Tlak umjetne promahe kod cilindričnih kotlova ne smije biti veći od 20 do 40 mm stupca vode; kod kotlova s vodenim cijevima iznosi normalno do 100 mm, a na ratnim brodovima i kod kotlova loženih uljem i znatno više.

Kapacitet kotlova. Kapacitet kotla određen je količinom pare, koju kotao može dati i izražava se u kg pare na sat. Količina pare, koju može dati neki kotao, ograničena je: 1. cirkulacijom vode u kotlu; 2. vlagom, koju para vuče sobom; 3. opterećenjem ložišta.

1. Kad bi kotao bio toliko opterećen, da bi u njemu došlo do poremećaja pravilne cirkulacije vode, pojedini bi sastavni dijelovi kotla mogli biti pregrijani, cijevi bi mogle pregorjeti i puknuti, pa bi tako nastale velike opasnosti za osoblje, koje rukuje kotlom. Granica opterećenja, do koje se smije ići, da ne dođe do pregrijavanja, zove se granična točka cirkulacije.

2. Para iz parovnika odvodi se kroz cijev, koja je smještena pri vrhu parovnika, gotovo po cijeloj dužini. Gore su otvori za ulaz pare u cijev; time para mora mijenjati naglo smjer, pa se zbog toga odvaja voda iz pare. Količina vlage, koju para smije imati, ograničena je, i kod modernih kotlova smije iznositi najviše oko 2%. Što je parovnik manji, to se više povlači vlage. Za pojedine tipove kotlova određeno je dopušteno opterećenje parnog prostora, koje za kotlove s vodenim cijevima prema iskustvu iznosi od 300 do 600 m ³ pare/ m ³ h. Isto je tako određena razina površine vode u parovniku, čije opterećenje može iznositi oko 300—450 m ³ pare na m ² površine razine na sat. Kod veoma opterećenih kotlova te se vrijednosti premašuju, ali se ugrađuju različite pregrade i posebni separatori vlage, da bi se dobila suša para.

Kad bi opterećenje kotla bilo preveliko, svi ti uređaji ne bi bili dovoljni i para bi vukla sobom previše vode. Ta bi se voda isparivala u pregrijaču, u kojemu bi se nakupile soli, koje bi odlazile parom u turbinu i u njoj oštetile lopatice i ostale dijelove. Opterećenje, kod kojeg bi to nastupilo, određuje drugu graničnu točku opterećenja.

3. Maksimalna količina goriva, koja može izgorjeti u ložištu, određena je količinom uzduha, koji se može dovesti l0žištu, sposobnošću plamenika i ložišnog uređaja, da uzduh dobro izmiješa s gorivom, te oblikom i veličinom ložišta. Ako gorivo ne izgori potpuno, u ložištu može doći do naknadnog izgaranja na ogrevnim površinama. Temperatura plinova na izlazu se povisuje, i plamen može izlaziti kroz dimnjak i oštetiti njega i nadgrađe. Opterećenje, kod kojega to nastupa, određuje treću graničnu točku.

Kod dobro konstruiranog kotla pri preopterećenju smije se najprije dostići treća granična točka, jer uzrokuje najmanje štete, a kao posljednja prva točka, kod koje su u opasnosti ljudski životi i sigurnost broda.

KARAKTERISTIKE BRODSKIH KOTLOVA (srednje vrijednosti za novije kotlove)

Tablica

Podjela kotlova. Brodski se kotlovi mogu podijeliti na dva načina: prema prolazu plinova izgaranja, t. j. prema tome, da li plinovi izgaranja prolaze unutar ogrevnih površina ili izvan njih i prema načinu cirkulacije vode u kotlu. Prema prolazu plinova izgaranja razlikuju se: 1. kotlovi s ogrevnim ili vatrenim cijevima(vatrocijevni kotlovi), kod kojih plinovi izgaranja prolaze kroz cijevi, koje oplakuje voda; 2. kotlovi s vodenim cijevima (vodocijevni kotlovi), kod kojih plinovi izgaranja struje oko cijevi, u kojima se nalazi voda. Ovi se opet dijele: na kotlove s kosim cijevima i kotlove sa strmim cijevima; 3. kombinirani kotlovi s ogrevnim cijevima i vodenim cijevima.

Prema načinu cirkulacije vode u kotlu, razlikuju se: 1. kotlovi s prirodnom cirkulacijom vode; 2. kotlovi s prinudnom (umjetnom) cirkulacijom i višestrukim prolazom vode; 3. kotlovi s prinudnom cirkulacijom s jednostrukim prolazom vode.

Uporedba raznih tipova kotlova. Kotlovi s ogrevnim cijevima, od kojih se na brodovima najviše upotrebljava cilindrični ili škotski kotao, imaju nekolike prednosti pred drugim brodskim kotlovima: oni su jednostavne konstrukcije; zahtijevaju manji nadzor nad loženjem, jer zbog velikog volumena vode i pare u kotlu dopuštaju manje promjene opterećenja, a da se pritom tlak pare odmah znatno ne promijeni; manje su osjetljivi na nečistu vodu, jer rade s niskim temperaturama, te su slojevi kamenca mekši, a zbog velike količine vode manja je i koncentracija soli; lako se čiste zbog pristupačnosti svim dijelovima kotla.

Imadu i nedostataka, među kojima se ističu: velika težina po kg proizvedene pare; dugo vrijeme za parospremnost zbog velike količine vode i nepravilnog rastezanja; teško prilagođavanje znatnijim promjenama opterećenja zbog velike količine vode u sebi; ne mogu se graditi za velike kapacitete, jer zbog velikih promjera nisu više izvodljivi; ne mogu se graditi za velike pritiske (iznad 20 ata), jer postaju preteški; opasni su u slučaju eksplozije kotla zbog velike količine vode u sebi.

Zbog nabrojenih svojstava, kotlovi navedenog tipa upotrebljavaju se na brodovima, kod kojih se traži jednostavan pogon sa manje stručnim osobljem. To su uglavnom brodovi s parnim stapnim strojevima, bez visokokvalificiranog osoblja, što plove u zabitne manje luke, u kojima nema mogućnosti Za veće popravke i snabdijevanje čistom vodom. Mnogo se upotrebljavaju i za brodice na parni stapni pogon (tegljače i ribarske brodove) i kao pomoćni kotlovi na motornim brodovima, osobito na motornim tankerima.

Vodocijevni kotlovi imaju ove prednosti pred kotlovima s ogrevnim cijevima: lakši su po kg proizvedene pare; manje im vremena treba za parospremnost; lakše se prilagođuju većim opterećenjima u pogonu; lakše se mogu montirati i demontirati; mogu se graditi za velike kapacitete, visoke pritiske i visoka pregrijanja pare; dobro se mogu forsirati u pogonu zbog dobre cirkulacije vode u sebi. Upotrebljavaju se većinom na brodovima s turbinskim pogonom, i to teži tipovi u trgovačkoj mornarici, a lakši u ratnoj mornarici.

Kombiniram kotlovi imaju, uglavnom, svojstva kotlova s ogrevnim cijevima, ali nedostaci su im ublaženi dodatkom vodenih cijevi. Nešto su lakši od škotskih kotlova, imaju bolju cirkulaciju vode i zbog toga su brže parospremni.

Kotlovi s prinudnom cirkulacijom vode obično su dosta jeftiniji od drugih vodocijevnih kotlova raznih vrsta. Njihova se konstrukcija vrlo dobro može prilagoditi raspoloživom prostoru na brodu, imaju dobar stepen djelovanja i nisu teški. Dodatne su komplikacije: cirkulacijska sisaljka i to, što takvi kotlovi zahtijevaju vrlo dobru regulaciju, koja je obično komplicirana.

Opis kotlova. Kotlovi s ogrevnim cijevima. Od ovog tipa kotla upotrebljavao se na brodovima tip lokomotivskog kotla za manje plovne objekte. Široko se primjenjuje na brodovima cilindrični ili škotski kotao. Ovaj se kotao razvio od kotla u obliku kutije s ravnim stijenama kotla i unutarnjeg ložišta. Cilindrični ili škotski kotao počeo se upotrebljavati negdje oko 1860. Otad se upotrebljava na brodovima u vrlo velikoj mjeri. Sastoji se od čeličnog cilindričnog plašta, koji je kod manjih kotlova izrađen od jednog komada, a kod većih je kotlova sastavljen stikovima i šavovima od više limova. U cilindričnom dijelu nalaze se jedna ili više plamenih cijevi (plamenice) valovitog uzdužnog presjeka. U plamenicama su postavljene rešetke ložišta. Prema veličini kotla upotrebljavaju se 1—4 plamenice. Plinovi, koji se stvaraju izgaranjem ugljena na rešetkama, prelaze iz plamenice u plamenu komoru, a odatle kroz velik broj ogrevnih cijevi manjeg promjera odlaze u dimnu komoru ispred kotla i dalje izlaze kroz dimnjak u atmosferu. Plamenica, plamena komora i vatrocijevi opkoljene su vodom i čine ogrevnu površinu kotla. Cilindrični je dio kotla s prednje i stražnje strane zatvoren prednjim i stražnjim čelom kotla. Čela su stiještena u obliku tave od jednog lima ili sastavljena od više komada, te spojena sa cilindričnim dijelom kotla. Da ne bi, zbog unutarnjeg pritiska u kotlu, došlo do savijanja velikih ravnih površina i uopće površina, koje nemaju cilindrični oblik, sve su površine učvršćene jedna prema drugoj pomoću sprežnjaka. Tako je stražnja stijena plamene komore po cijeloj površini spojena sa stražnjim čelom kotla. Oba su čela spojena sprežnjacima (dugim kotvenim vijcima), a prednja strana plamene komore učvršćena je s prednjim čelom kotla posebnim debljim cijevima, koje se zovu kotvene cijevi. Na gornjoj je površini plamena komora učvršćena pomoću stremena i vijaka. Za ulaz u kotao predviđeni su eliptični otvori vel. 300 × 400 mm, nazvani provlake.

Škotski kotlovi bili su obično zakiveni (sl. 6). Tek se u novije vrijeme, umjesto zakivenih spojeva, upotrebljavaju električno zavareni spojevi i zavarena učvršćenja (sl. 7).

U kotlove s ogrevnim cijevima idu i neki tipovi pomoćnih kotlova, koji se upotrebljavaju za lučki pogon, t. j. za grijanje prostorija, za rasvjetu i za pomoćne strojeve. Takav je kotao Cochrane (sl. 26), koji je opisan kod kotlova na ispušne plinove.

Kombinirani kotlovi po konstrukciji su nalik na cilindrične kotlove. Konstruktivno su jednostavniji, jer nemaju plamenu komoru komplicirana oblika, a plinovi koji izlaze iz plamenice, skreću uz stražnju stranu kotla u prostoru, koji je zatvoren zidom. Kotao Prudhon-Capus (sl. 8) ima na stražnjoj strani gore četiri široke cijevi, koje su spojene s vodenim i parnim prostorom glavnog cilindričnog dijela kotla. Dolje između plamenica su dvije takve cijevi, spojene s vodenim prostorom cilindričnog dijela. Između gornjih i donjih širokih cijevi postavljene su vodene cijevi, koje ih spajaju. Plinovi izgaranja, izlazeći iz plamenice, prelaze preko vodenih cijevi i cijevi pregrijača, koji je također smješten u tom prostoru, i tek onda prolaze kroz ogrevne cijevi prema prednjoj strani kotla u dimnu komoru.

Kotao Howden-Johnson (sl. 9) ima vodene cijevi direktno spojene sa cilindričnim dijelom kotla; one idu s donje strane, gdje su smještene na stražnjem čelu kotla, na jednom kružnom luku prema gore, i ulaze blizu vodene površine u kotao. Pregrijač pare smješten je u stražnjem ozidanom prostoru.

Vodocijevni kotlovi. Među prvim vodocijevnim kotlovima, koji su se upotrebljavali na brodovima, bili su kotlovi Niclausse i Belleville. Posljednji se sastojao od širokih, koso položenih cijevi, koje su bile sastavljene pomoću koljena. Imali su mnogo smetnja u pogonu zbog propuštanja na spojevima i ubrzo su nadomješteni drugim kotlovima s kosim i strmim cijevima.

Kotlovi s kosim cijevima održali su se do danas na brodovima kao sekcioni kotlovi Babcock-Wilcox. Dijele se u kotlove s trostrukim i s jednostrukim prolazom plinova.

Moderni kotao, koji ima trostruki prolaz plinovima i mehaničko loženje ugljenom s ložištem Erith (sl. 10), odlikuje se svojom robustnom konstrukcijom, jednostavnošću i pristupačnošću pojedinih dijelova; time je osigurano lako čišćenje kotla i brzo uklanjanje smetnji. Danas se gradi sa širim cijevima te je stoga manje osjetljiv na kvalitetu napojne vode. Upotrebljava se na brodovima, za koje se zahtijeva manje osjetljiv pogon i kod kojih težina nije toliko važna.

Iz parovnika, koji je na brodovima normalno smješten poprečno prema kosim cijevima, ide voda preko kratkih spojnih cijevi u valovite sekcije (sl. 11). Sekcije su na dnu spojene preko kratkih cijevi s vodenom komorom kvadratnog presjeka, koja služi za bolju razdiobu vode i za skupljanje nečistoća, što se iz te komore ispuštaju pomoću ventila za odmuljivanje. Valovite sekcije spajaju kose cijevi sa isto takvim sekcijama na stražnjem kraju. Kose cijevi griju se plinovima te u njima nastaje smjesa vode i pare, koja se širokim cijevima pri vrhu sekcija odvodi u parovnik. Zidano ložište nalazi se ispod kosih cijevi, a udešeno je ili za loženje ugljenom (u tom su slučaju u ložištu smještene rešetke) ili loživim uljem (tada su na prednjoj strani ložišta smješteni plamenici za uštrcavanje goriva i dovod uzduha). Prve cijevi iznad ložišta obično su većeg promjera od svih ostalih.

Kotlovi za pregrijanu paru imaju pregrijač (sl. 12), koji je smješten ili između redova isparivačkih cijevi ili iznad njih, kad se traži manje pregrijanje. Osim toga imaju i zagrijač uzduha ili zagrijač napojne vode.

Kotao s jednostrukim prolazom plinova (sl. 13) nema pregrada, koje sile plinove na višestruk prolaz i upotrebljava se većinom za jače opterećene kodove. Obično ima tanje cijevi a stijene ložišta često su hlađene širokim cijevima (ekran), u kojima se također stvara para zbog prijelaza topline zračenjem u ložištu. Na dijelovima ložišta, gdje hlađenje mora biti slabije (u blizini prednje strane pri loženju uljem), te su cijevi sasvim pokrivene masom od kromove rude (sl. 14); a tamo, gdje se želi jače hlađenje, cijevi ostaju gole. Kromova se ruda drži pomoću privarenih igličastih nastavaka na cijevima.

Kotlovi sa strmim cijevima gradili su se u različitim konstrukcijama i odlikovali se od početka manjom težinom; zbog toga su odmah mnogo primjenjivani na ratnim brodovima. Od starijih tipova spominje se kotao Yarrow s ravnim cijevima (sl. 15), zatim kotlovi: Normand, Thornycroft i Thornycroft-Schulz.

Moderni brodski kotao Yarrow (sl. 16) sastoji se od parovnika, koji je snopovima ravnih cijevi spojen sa tri vodene komore. Pregrijač pare izrađen je od bubnja velikog promjera, paralelnog s vodenim komorama i snopa U-cijevi, koje su uvaljene u bubanj. Bubanj pregrijača podijeljen je uzdužnom pregradom u dva dijela, tako da zasićena para, koja ulazi u bubanj, mora proći kroz cijevi pregrijača, da bi došla u pregrađeni dio, iz kojeg se odvodi pregrijana para. Poprečnim pregradama bubnja može se dobiti i višestruk prolaz pare. Regulacija pregrijanja postiže se zaklopkom na izlazu plinova, pomoću koje se može prolaz plinova izgaranja voditi više ili manje preko one strane, na kojoj je pregrijač, i time dobiti veće ili manje pregrijanje.

Kotlovi Yarrow odlikuju se jednostavnošću, a kako su mu cijevi ravne, mogu se lako pregledavati, čistiti i mijenjati. Upotrebljavali su se na ratnim jedinicama.

Kotao D tipa danas se mnogo upotrebljava na trgovačkim i ratnim brodovima. Obično se loži uljem. Sastoji se od parovnika i bubnja za vodu, koji su spojeni ili vertikalnim cijevima ( Forster Wheeler i dr.), ili strmo nagnutim cijevima ( Babcock Wilcox Integral Furnace). Oba su bubnja spojena još pomoću vodenih komora kvadratnog presjeka sa sistemom cijevi, koje omeđuju ložište kotla i primaju toplinu zbog zračenja i pritom hlade ložište. Pregrijač pare smješten je između snopa cijevi isparivača; time se postiže bolje odvajanje uzlaznih cijevi od silaznih. Ti kotlovi imaju vrlo dobar stupanj djelovanja, razmjerno malu težinu, a prednost im je i u tome, što imaju izlaz plinova samo s jedne strane, pa su vrlo pogodni za upotrebu u parovima radi boljeg smještaja izlaza plinova u dimnjak. Na sl. 17 prikazan je par kotlova Foster Wheeler sa zagrijačem napojne vode i zagrijačem uzduha, a na sl. 18 moderni kotao Babcock & Wilcox D tipa s nagnutim cijevima i reguliranim pregrijanjem. Prikazani kotao ima dvostruko kućište, kroz koje prolazi zrak do plamenika na prednjoj strani kotla; pritom se zagrijava i ujedno izolira kotao prema vani. Široke, negrijane silazne cijevi nalaze se u zračnom prostoru na prednjoj strani kotla.

Po istom principu kao kotao D tipa građeni su i njemački kotlovi tipa Wagner. Ložište je često prilagođeno jednom ili dvama plamenicima velikog kapaciteta, koji su smješteni samo s prednje ili po jedan s prednje i stražnje strane kotla. Ima kotlova toga tipa i za loženje ugljenom. Shema takva kotla za ratni brod vidi se na sl. 19.

Da bi se moglo regulirati pregrijanje pare, izrađuje se također tip kotla s parovnikom i sa dva bubnja za vodu. Kotao ima dva ložišta, koja su podijeljena snopom cijevi u sredini ili samo vodenom stijenom. Pregrijač može biti smješten ili između snopa cijevi u sredini ili na jednom od krajnjih snopova. Ako se želi jače pregrijanje, loži se više ono ložište, iz kojeg plinovi izgaranja moraju prijeći preko pregrijača pare; inače se više loži protivna strana. Shema takva kotla Babcock & Wilcox vidi se na sl. 20.

Upotrebljavaju se također kotlovi s posebno loženim pregrijačem, kod kojih cijevi pregrijača okružuju ložište (sl. 21). Kod takva se kotla pregrijanje pare dade regulirati jačim ili slabijim loženjem pregrijačkog dijela.

Kombinacija kotla sa strmim i s kosim cijevima jest t. zv. kavezni kotao, koji se u novije vrijeme upotrebljava na manjim brodovima kao glavni kotao i na većim brodovima kao pomoćni kotao. Sastoji se od vertikalnih širokih cijevi, koje čine neku vrstu kaveza i koje su spojene s kosim ili horizontalnim cijevima, što čine ogrevnu površinu. Vertikalne široke cijevi služe kao sakupljači pare, tako da ovi kotlovi mogu biti s parovnikom ili bez njega. Cijeli je kotao zavaren i cijevi su većinom ravne, te dobivaju na krajevima čepove, tako da se mogu čistiti. Kotlovi su lagani, jednostavni i izdržljivi u pogonu; najveća im je odlika što su jeftini. Konstruirani su s namjerom, da bi se nadomjestili škotski kotlovi kotlom, koji nije osjetljiv na nečistu vodu, a bio bi lakši i jeftiniji. Takav je kotao prikazan na sl. 22 i gradi se s ogrevnim površinama do 500 т ² . Kotao se loži uljem. Kose su cijevi privarene uz vertikalne cijevi te smjesa vode i pare kroz njih i kroz vertikalne cijevi dolazi u široke horizontalne cijevi (koje su prikazane u presjeku), a odatle kroz široke okvirne cijevi u parovnik.

Kotlovi s prinudnom cirkulacijom vode. Na brodovima se najviše upotrebljava kotao La Mont, koji je shematski prikazan na sl. 23. Ide među kotlove s višestrukim prolazom vode. Ima stojeći ili ležeći bubanj, iz kojega jedna cirkulaciona pumpa siše vodu i tlači je u različite razvodne komore, odakle voda struji snopovima cijevi kroz kotao. Obično je cijelo ložište obloženo cijevima, kroz koje struji voda, a iznad ložišta nalazi se snop isparivačkih cijevi, preko kojih struje plinovi, koji zatim prelaze preko pregrijača pare, preko drugog snopa isparivačkih cijevi i zagrijača napojne vode u dimnjak. Zasićena se para uzima iz parovnika, pregrije se u pregrijaču i odlazi u stroj. Napajanje kotla vrši se pomoću posebne napojne pumpe preko zagrijača napojne vode u bubanj kotla. Tlačni vod cirkulacione pumpe spojen je preko automatskog ventila s tlačnim vodom napojne pumpe. Kod manjeg opterećenja kotla pada pritisak u napojnom vodu. U tom se slučaju otvara automatski ventil zbog većeg pritiska u tlačnom vodu cirkulacione pumpe, pa cirkulaciona voda prolazi i kroz cijevi zagrijača napojne vode. Zbog jednakomjerne raspodjele vode, svaka cijev ima sapnice kraj izlaza iz razvodnih komora. Kroz kotao cirkulira oko četiri do osam puta veća količina vode, nego je težina proizvedene pare; time se dobija brži protok i cijevi se ne mogu pregrijati. Oblik ovog kotla može se prilagoditi raspoloživu prostoru, jer cijevi mogu biti, zbog prinudne cirkulacije vode, kakogod nagnute ili smještene. Potrebno im je kratko vrijeme za parospremnost, a mana im je velika kompliciranost zbog cirkulacione pumpe i sapnica za vodu.

U kotlove sa višestrukom cirkulacijom vode ide i kotao Velox Brown Boveria. Kod toga se kotla uzduh dovodi u ložište pod tlakom od 2 do 3 at, a plinovi izgaranja imaju veliku brzinu, koja može doseći do 200 m/ sek. Time se dobija vrlo povoljan koeficijent prijelaza topline od plinova na stijenke ogrevne površine. Plinovi, koji prolaze kroz kotao i pregrijač pare, na izlazu daju svoju energiju još jednoj plinskoj turbini, koja tjera kompresor za uzduh potreban kotlu. Kotlovi Velox imaju stepen djelovanja do preko 90%, ali se ipak zbog svoje kompliciranosti malo upotrebljavaju na brodovima.

Jednostruki prolaz imade kotao Benson i jednocijevni kotao Sulzer. Oni uopće nemaju parovnika, jer se sva para proizvodi u cijevima. Najprije se voda u hladnijim predjelima kotla zagrijava, zatim dolazi u više predjela isparivanja, a konačno se proizvedena para pregrijava. Kotlovi zahtijevaju veoma čistu napojnu vodu i zbog male sadržine vode u sebi veoma preciznu regulaciju dovoda vode i loženja, da bi se mogli prilagoditi promjenljivim opterećenjima. Zbog toga se malo upotrebljavaju na brodovima, iako su jeftiniji.

Specijalne konstrukcije. Od tih konstrukcija upotrebljeni su na brodovima: kotao Schmidt-Hartmann (sl. 24). On ima primarni i sekundarni sistem. Primami se sistem sastoji od dva manja bubnja, koji su spojeni vodenim cijevima. Djelovanje je toga primarnog kotla kao kod svakoga drugog vodocijevnog kotla. Loži se uljem, a plinovi prelaze na lijevu stranu i dalje preko pregrijača pare ulaze u zagrijač uzduha, a odavle u dimnjak. Radi reguliranja pregrijavanja mogu se plinovi propustiti i mimo pregrijača direktno preko jedne zaklopke u dimnjak. Iz primarnog sistema uzima se para iz gornjeg malog bubnja i vodi u jedan svežanj cijevi, koji je položen u većem bubnju sekundarnog sistema. U kotlovnim cijevima primarnog sistema para se kondenzira i daje toplinu vodi gornjeg bubnja, koja se isparuje. Kondenzirana voda vraća se u donji bubanj primarnog sistema. Para primarnog sistema mora imati veću temperaturu, a prema tome i veći tlak od pare sekundarnog sistema, da bi se dobio prijelaz topline. Pritisak je na pr. 90 ata u primarnom i 55 ata u sekundarnom sistemu. Iz velikog bubnja sekundarnog sistema para se odvodi preko pregrijača u stroj. Prema tome, troši se samo voda sekundarnog sistema i zato se veliki bubanj napaja svježom vodom. U primarnom sistemu upotrebljava se destilirana voda, a cijevi ostaju potpuno čiste od kamenca. Sekundarni sistem, koji je grijan vodenom parom, nije mnogo osjetljiv na nečistu vodu; u tome je prednost toga kotla.

Kotao Löffler upotrebljava pregrijanu paru, koja se uvodi direktno u parovnik, u kojem se isparuje voda. Zasićena para koja nastaje, tjera se kroz sistem pregrijača parnom pumpom i ponovo se pregrijava. Jedan dio pregrijane pare odvodi se u stroj, a drugi se dio opet upotrebljava za ¡sparivanje vode u parovniku. Taj se kotao vrlo malo upotrebljava na brodovima.

Kotlovi na ispušne plinove. Kod motornih brodova ispušni plinovi dizel-motora imaju još visoku temperaturu (350°—400°C), koja se dade iskoristiti za proizvodnju pare. Prosječno se može računati s proizvodnjom pare pritiska 7 atp, od 0,35 do 0,45 kg po KS satu; to znači, da bi motor od 5000 KS mogao još proizvesti oko 2000 kg pare na sat.

Za pogon samo ispušnim plinovima mnogo se primjenjuje kotao Lamont, jer se dade smjestiti na bilo kojem dijelu ispušnog voda. On se sastoji od spiralno savijenih cijevi, koje su krajem spojene s razvodnom komorom (sl. 25). U razvodnu komoru tlači vodu cirkulaciona pumpa, a smjesa vode i pare tlači se u bubanj kotla, koji može biti smješten bilo gdje. Za lučki pogon potreban je drugi pomoćni kotao, ložen uljem, koji služi za ugrijavanje prostorija, za pogon motovila, rasvjetu i t. d. Najčešće su zbog toga upotrebljeni kombinirani kotlovi, koji se mogu ložiti ispušnim plinovima za vrijeme vožnje i uljem u luci, ili se mogu upotrebiti obje vrste loženja zajedno. Takav tip ima na pr. kotao Cochrane (sl. 26). To je stojeći kotao s ogrevnim cijevima; dolje ima ložište za ulje, a gore za ispušne plinove. Kotao ima poseban dimnjak za ispušne plinove i poseban za loženje uljem. Taj se tip kotla gradi i kao kotao ložen samo uljem (ili ugljenom) ili samo ispušnim plinovima.

Drugog je tipa kotao Clarkson, koji je zapravo u principu kotao s vodenim cijevima, ali umjesto njih ima samo kratke izdanke cijevi, zatvorene na jednom kraju.

Dijelovi kotla, konstrukcija i materijal. Trup kotla. Kod cilindričnih kotlova parovnik čini ujedno i trup. Izgrađen je od kotlovskih limova, kojima mehaničke osobine propisuju klasifikaciona društva. To je čelik sa razmjerno dosta velikim rastezanjem; propisi Jugoslavenskog registra brodova propisuju čelik kvalitete JR46K, čvrstoće 46—54 kg/mm ² i rastezanja δ ₁₀ = 20%.

Čela kotlova su stiješnjena i obično se naručuju kod velikih poduzeća, koja zato imaju potrebne uređaje. Zakiva se ručno ili hidraulički posebnim velikim prešama. Hidrauličko je zakivanje bolje, jer se postiže veća nepropusnost spojeva. U novije se doba iza ove kodove upotrebljava zavarena konstrukcija (sl. 7).

Plamenice su učinjene od valovitog čeličnog lima; za njih Jugoslavenski registar brodova propisuje čvrstoću 35—44 kg/mm ² s rastezanjem δ ₁₀ = 25—27%. Plamenice su varene uzdužnim šavom i izrađene valovito radi veće čvrstoće i elastičnosti. Danas se upotrebljavaju uglavnom tri tipa: Fox, Morrison i Deighton (sl. 27). Broj plamenica ravna se prema promjeru kotla. Do 3 m promjera kotla upotrebljavaju se obično dvije plamenice, od 3 do 5 m tri plamenice, a preko toga četiri. Plamenice su tako spojene s ostalim dijelovima kotla, da se mogu izvući, jer se od svih dijelova kotla najlakše kvare. Spojevi se u tom slučaju moraju raskivati, a kod zavarenih konstrukcija plamenica se odsiječe i druga privari.

Plamena komora sastavljena je od materijala iste kvalitete kao i plamenica.

Bubnjevi kotlova s vodenim cijevima prije su se zakivali, sada se najviše upotrebljava zavarena konstrukcija. Za kotlove vrlo visokog pritiska rade se bubnjevi iskovani od jednog komada. Bubnjevi su deblji na onome dijelu, ni koji ulaze vodene cijevi, jer su oslabljeni zbog rupa za cijevi. Ako su izrađeni od dva dijela, jedan je deblji, a drugi tanji; međusobno su zavareni uzdužnim šavovima (sl. 28).

Čela su privarena na stikovima. Električno se zavarivanje vrši ručno ili strojevima za automatsko zavarivanje, od kojih su najpoznatiji Unionmelt. Zavareni spojevi moraju se kod kotlova ispitati rentgenskim aparatom, da ne bi bilo griješaka na tim spojevima, a nakon toga moraju se svi zavareni dijelovi žariti na temperaturi od 600°—650°C, da popuste napetosti u materijalu.

Bešavno kovani bubnjevi mogu biti izrađeni tako, da je cilindrični dio iskovan zajedno s jednim čelom (proces Chesterfield, sl. 29). Drugi se kraj savine tako, da ostane slobodan samo otvor za ulaz čovjeka. Na drugi se način šuplji ingot kuje do željene veličine na jednom valjku. Krajevi se i u tome slučaju uvuku tako, da ostane samo ulaz za čovjeka. Materijal je bubnjeva za niže tlakove otprilike isti kao i za plašt cilindričnog kotla, dok se za visoke tlakove, kojima odgovaraju visoke temperature, upotrebljavaju legirani čelici s molibdenom, kromom i vanadijem, koji zadržavaju dovoljnu čvrstoću i kod viših temperatura.

Cijevi kotlova su danas bešavne, od Siemens-Martinova čelika, kvalitete po JR 35K, čvrstoće 35—44 kg/mm ² i s rastezanjem δ ₅ = 30%. Za visoke temperature i tlakove upotrebljavaju se i legirani čelici. Normalne dimenzije cijevi za škotske kotlove jesu: 70/62, 76/68, 82,5/75, 89/81 mm (brojnik znači vanjski, a nazivnik unutarnji promjer). Kotvene cijevi imaju iste vanjske promjere, ali su debele 8 mm. Za kotlove s vodenim cijevima upotrebljavaju se cijevi vrlo različitih dimenzija, prema veličini kotla i tipu.

Cijevi se uvaljaju u rupe, koje su izbušene u bubnjevima kotla, pomoću razvrtala, kojima se krajevi cijevi proširuju, dok ne drže nepropusno u stijeni kotla (sl. 30). U stijene kotla istokare se obično dva utora, da bi cijevi bolje brtvile.

Kotvene cijevi kod cilindričnih kotlova imaju narez te su zavijene u stijene (sl. 31).

Na vodenim i drugim komorama moraju se za uvaljivanje cijevi ostaviti otvori s druge strane, koji se zatvaraju poklopcima pomoću stremena i matica za pritezanje. Kod mnogih se tipova, a osobito kod pregrijača pare, na komore privari kratka cijev, na koju se zatim zavari duga cijev pregrijača (sl. 32).

Sprežnjaci su od Siemens-Martinova čelika, obično imaju narez i zavijeni su u stijene kotla. Katkada imaju matice s obje strane, ili su pak s jedne strane zakiveni. To je kod zavarene konstrukcije različito (sl. 7).

Ložišta. Na brodovima se za ručno loženje ugljenom najviše upotrebljavaju horizontalne rešetke. Šipke rešetke načinjene su od posebnog željeznog lijeva i moraju biti tako smještene, da se na jednom kraju mogu slobodno širiti. Takvo ložište za prirodnu promahu cilindričnog kotla prikazano je na sl. 33. Za veće kotlove s vodenim cijevima upotrebljavaju se ložišta s mehaničkim loženjem. Najpoznatiji su sistemi na brodovima: ložište Erith Roe (v. sl. 10), ložište s mehaničkim ubacivanjem naprijed (spreader), Steinmüllerovo ložište i različiti sistemi lančanih pokretnih rešetaka. Mehaničko loženje ima prednost, jer se njime mogu postići znatno veća opterećenja rešetaka, jer ima dobar stepen djelovanja i jer se njime može postići bezdimno izgaranje. Mana mu je, što je potreban ugljen jednake veličine i što je ložište teško.

Loženje ugljenom prašinom, zbog svojih prednosti, mnogo se upotrebljava na kopnu. Na brodu se vrlo rijetko primjenjuje. Razlog je tome, što su uređaji komplicirani, a donekle i to, što su danas kotlovi modernih brodova gotovo isključivo građeni za loženje uljem.

Uređaj za loženje uljem sastoji se uglavnom od tankova za taloženje, pumpi za gorivo, filtra i zagrijača goriva (sl. 34).

Tankovi za taloženje (obično dva) služe za odvajanje vode iz loživa ulja, a grijani su, da bi ulje dobilo manji viskozitet, ako je hladno, i da bi se bolje odvajala voda. Tankovi se upotrebljavaju izmjenično i svaki ima kapacitet barem za 12 sati plovljenja. Iz tankova gorivo ide preko usisnog filtra u pumpu za gorivo; pumpa tlači gorivo kroz zagrijače preko tlačnog filtra u plamenike. Obično su postavljene dvije pumpe i dva zagrijača goriva. Tlačni vod ispred plamenika spojen je preko cirkulacionog ventila s usisnim vodom pumpe. Taj je ventil potreban pri stavljanju u pogon, da bi se ulje moglo višestrukom cirkulacijom kroz zagrijače ugrijati na potrebnu temperaturu. Temperatura ulja normalno je 65° do 115°C, a tlak je ulja, u slučaju da se upotrebljava rasprskač pomoću pritiska goriva, kod novijih uređaja 10—20 kg/ cm ² .

Gorivo se može rasprskivati pomoću pare, komprimiranog uzduha, pritiska goriva i mehanički rotacijom. Danas se na brodovima ugrađuju uglavnom samo rasprskači pomoću pritiska goriva i rotacioni rasprskači. Jedan rasprskač na pritisak prikazan je na sl. 35. Gorivo ulazi kroz tangencijalne kanale u srednju šupljinu pločice i dobije rotaciono gibanje, tako da ono, kad izlazi kroz rupicu u sredini, zbog centrifugalne sile, izlazi u obliku konusa, fino rasprskano. Kod rotacionih rasprskača gorivo ulazi u konično zvono, koje rotira visokim brojem okretaja i zbog centrifugalne sile izbacuje gorivo u obliku konusa. Rotacioni rasprskači imaju velik kapacitet i mogu rasprskati do 3000 kg goriva na sat. Rasprskači se montiraju na plamenike, koji dovode primarni i sekundarni uzduh rasprskanom gorivu. Primarni uzduh služi za upaljivanje čestica ulja, a sekundarni za stvaranje dobre smjese ulja i uzduha. To se postiže pomoću mehanizma plamenika (sl. 36).

Pregrijači pare. Pomoću njih se para pregrijava na 250°—350°C za parne stapne strojeve, a za brodske parne turbine i do 500°C.

Kod cilindričnih škotskih kotlova razlikuju se tri vrste pregrijača: pregrijač, koji je smješten u dimnoj komori (njime se može postići tek malo pregrijanje, do 275°C); pregrijač, kojemu su cijevi položene u šire ogrevne cijevi kotla (t. zv. Schmidtov pregrijač), kojim se mogu postići temperature pregrijanja od 300°—320°С (v. sl. 2); pregrijač u plamenoj komori za temperature pregrijanja 350°—450°C. Razvodna i sabirna komora za paru kod ovog posljednjeg mogu se nalaziti ili u dimnoj komori — u tom se slučaju para u cijevi pregrijača dovodi kroz ogrevne cijevi kotla — ili iza kotla, kada cijevi k pregrijaču moraju prolaziti kroz posebne kratke spojne cijevi između plamene komore i stražnjeg čela kotla (sl. 37).

Pregrijači kod kotlova s vodenim cijevima smješteni su obično između cijevi kotla (v. slike tih kotlova i sl. 12). Sastavljeni su od snopa savijenih tankih cijevi, koje s jednog i drugog kraja ulaze u komore, često puta podijeljene poprečnim pregradama, tako da se dobije višestruki prolaz pare. Snopovi cijevi obično su tako pričvršćeni uz kotao, da se mogu kompletno izvući, ako je potreban popravak na pregrijaču. Cijevi su na komorama pregrijača za veće tlakove privarene (sl. 32), ili su pričvršćene pomoću stremena i matice (sl. 38) ili su uvaljene. U tom slučaju imaju na stražnjoj strani komora otvore s poklopcima (v. sl. 12).

Zagrijač napojne vode (ekonomizer) zagrijava napojnu vodu pomoću plinova izgaranja, kojima se izlazna toplina tako iskorištava. Kod modernih se kotlova napojna voda ugrijava gotovo do temperature zasićene pare. Napojna se voda prije ulaza u zagrijač napojne vode kotla obično već predgrijava do neke temperature pomoću ispušne pare pomoćnih strojeva ili parom iz nižih stepena turbine. To je povoljno za zagrijač napojne vode, jer ako bi u nj ulazila hladna voda, dolazilo bi do kondenzacije vodenih para, koje se nalaze u plinovima izgaranja, pa bi se voda skupljala na cijevima ekonomizera. Zbog sumpornog dioksida, koji se nalazi u plinovima i koji s vodom stvara kiseline, došlo bi do jakog nagrizanja cijevi. Temperatura ulazne napojne vode ne bi smjela biti niža od rosišta plinova, koje prema njihovu sastavu kod brodskih kotlova leži između 35° i 50° С. Zagrijač napojne vode, slično kao i pregrijač pare, sastavljen je od razdjelnih komora i snopa cijevi, kroz koje protječe voda. Cijevi mogu biti glatke ili rebraste, da bi se dobila što veća površina za prijelaz topline s plinova na vodu u cijevima. Rebraste su cijevi od željeznog lijeva ili sastavljene od glatkih čeličnih cijevi, na koje se navlače prsteni od aluminija (sl. 39). Uzdužna rebra, koja se ponekad upotrebljavaju, privarena su na čelične cijevi.

Zagrijač uzduha građen je od velikog broja tankih, ravnih čeličnih cijevi. Uglavnom se razlikuju dva tipa: zagrijač, kod kojega plinovi izgaranja prolaze kroz cijevi, a uzduh, koji se zagrijava, struji oko cijevi (sl. 40) i zagrijač, kod kojega uzduh prolazi kroz cijevi, a plinovi izgaranja oko cijevi (sl. 41). Višestruki prolaz uzduha kroz cijevi ili oko cijevi može se dobiti ugrađivanjem pregrada.

Ljungströmov zagrijač uzduha sastoji se od bubnja, u kojem su aksijalno smještene vertikalne ploče. Bubanj rotira oko vertikalne osovine. S jedne strane bubnja prolaze plinovi, a s druge uzduh. Ploče bubnja, koje se u plinovima ugriju, rotiraju na onu stranu, gdje prolazi uzduh, kojeg ugrijavaju svojom toplinom.

Kućište kotlova i ziđe. Škotski kotao nema posebnog kućišta oko kotla, već je samo dobro izoliran azbestnim jastukom, vunom od troske ili staklenom vunom. Na prednjoj je strani preko dimne komore spojen s dimnjakom.

Kotlovi s vodenim cijevima imaju kućište od tankog čeličnog lima, koje je učvršćeno uporama od profilnog čelika. Na ratnim brodovima kućište je učinjeno od čelika, koji ne rđa, da bi kotlovi bili što lakši. Kućište mora biti nepropusno za uzduh i plinove; stoga se pojedine sekcije, vrata i poklopci brtve azbestom ili drugim brtvilima. Kod modernih se kotlova upotrebljava dvostruko kućište, kroz koje prolazi uzduh k prednjoj strani, kamo se dovodi plamenicima. Time se izolira kotao, a ujedno predgrijava uzduh.

Ziđe brodskih kotlova s vodenim cijevima sastoji se od unutarnjeg zida od vatrostalnih opeka, koje su načinjene uglavnom od smjese silicijskog dioksida i aluminijeva oksida. Takve opeke mogu izdržati temperaturu do oko 1600°C. Uglovi i dijelovi, gdje se ne mogu postaviti opeke, načinjeni su od plastične smjese, koja je sličnog sastava kao i vatrostalne opeke, samo nije pečena. Iza vatrostalnih opeka dolazi jedan do dva sloja materijala za izolaciju, koji se sastoji od sirovih blokova infuzorijske porozne i lake zemlje, koja je nastala od fosilnih ostataka sitnih životinjskih organizama. Taj je materijal upotrebljiv za temperature do 800°C. Za više temperature upotrebljavaju se kalcinirane izolacione opeke, koje se dobivaju žarenjem infuzorijske zemlje, od koje se onda, uz dodatak materijala za vezivanje, peku opeke. Te izolacione opeke za visoke temperature mogu izdržati do 1400°C. Kao vanjski izolacioni sloj često se upotrebljavaju azbestne ploče.

Kod kotlova s dvostrukim kućištem izolirano je samo unutrašnje kućište iznutra i obično ima slabiju izolaciju. Vanjsko je kućište izolirano samo onda, ako je uzduh predgrijan. Kad između dva kućišta ulazi hladan uzduh, nije potrebna nikakva vanjska izolacija. Sl. 42 prikazuje presjek kroz jedno ložište ispod kotla sa ziđem i izolacijom.

Armatura kotlova može se podijeliti na unutrašnju i vanjsku. Unutrašnju armaturu kotla čine: 1. unutarnja cijev za napajanje, koja je u vodocijevnim kotlovima obično položena blizu dna bubnja, a u cilindričnim je kotlovima obično nema; 2. cijev za otpjenjivanje, koja je položena blizu površine vode i služi za odvod pjene, ulja i rastopina lakih soli, koje se skupljaju blizu površine vode; 3. cijev za odvod pare, koja je pričvršćena blizu vrha bubnja (cijev ima otvore na gornjoj strani, da bi što manje vode prodrlo u nju, s donje strane ima nekoliko rupa za odvod vode); 4. pregrade i separatori, koji služe za bolje odvajanje pare od vode; 5. reduktor pregrijanja ( desuperheater). On se često upotrebljava kod kotlova s pregrijanom parom, da bi jedan dio pare, koja služi uglavnom za palubne pomoćne strojeve, opet doveo u stanje zasićenosti ili na manje pregrijanje. Potreban je radi toga, što uvijek kod kotla u pogonu nešto pare mora protjecati kroz pregrijač, da ne bi pregorio. Zasićena se para, prema tome, ne smije uzeti neposredno iz parovnika, već se iz pregrijača mora uzeti pregrijana para, koja se hladi u vodi parovnika i onda u zasićenom ili slabo pregrijanom stanju odvodi k strojevima. Reduktor pregrijanja sastoji se od nekoliko zmijasto savijenih cijevi i potreban je samo kod kotlova, kod kojih se pregrijanje ne može regulirati.

Vanjsku armaturu kotla tvore: 1. glavni zaporni ventil za paru, koji je kod kotlova sa zasićenom parom smješten na bubnju kotla, a kod kotlova s pregrijanom parom na izlazu iz pregrijača pare; on odvodi paru glavnom stroju; 2. pomoćni zaporni ventil, koji odvodi paru u pomoćni parni vod; kod kotlova sa zasićenom parom i kod kotlova s reguliranim pregrijanjem smješten je na parovniku, a kod kotlova s reduktorom pregrijanja na izlazu pare iz reduktora; 3. napojni ventil, preko kojeg dolazi napojna voda u kotao; 4. ventil ili pipac za otpjenjivanje, koji je priključen na cijev za otpjenjivanje u kotlu; 5. ventil za odmuljivanje (рrоtiskivanje); smješten je na dnu kotla ili vodene komore, a upotrebljava se za ispuštanje u more mulja i otopina teških soli, koje se kupe na dnu kotla; 6. sigurnosni ventili (obično dva) služe za otpuštanje pare, ako tlak u kotlu prekorači dopuštenu mjeru; 7. pipac za uzduh, kojim se otpušta uzduh pri punjenju kotla i dovodi pri njegovu pražnjenju; 8. priključak za oduzimanje vode za ispitivanje; 9. priključak za mjerenje tlaka uzduha, koji se dovodi ložištu; 10. indikator dima, kojim se kontrolira izgaranje u kotlu; 11. otpuhivači čađe, koji se namještaju u kotlu na mjestima, gdje treba čistiti od čađe ogrevne površine za vrijeme pogona. Obično se sastoji od jedne cijevi s rupicama, u koju se povremeno pušta para, što izlazi velikom brzinom i otpuhuje čađu; 12. manometri za mjerenje tlaka u kotlu; 13. vodokazi za pokazivanje vodostaja u kotlu; 14. termometri za mjerenje temperature pregrijane pare i drugih temperatura; 15. automatski regulator napojne vode, koji regulira dovod napojne vode prema vodostaju u kotlu.

Na sl. 43 prikazan je cilindrični škotski kotao s glavnom armaturom, koja se kod njega upotrebljava i od koje su specijalne konstrukcije:

Napojni ventil, sastavljen od zapornog i odbojnog ventila, propušta vodu u jednom smjeru, kad tlak napojne pumpe nadvlada tlak kotla. Voda najprije prolazi kroz odbojni, zatim kroz zaporni ventil, koji je u pogonu normalno otvoren. Odbojni ventil ima pero, koje ga vraća na sjedište i zatvara, čim tlak u napojnom vodu pada (sl. 44). Obično postoje dva napojna ventila, jedan za priključak glavne, a drugi za priključak pomoćne napojne pumpe.

Sigurnosni ventil. Postoje različite vrste, kojima se nastoji postići to, da pri otvaranju ventila zbog predaka ventil ostane otvoren, dok tlak pare ne padne ispod dopuštenog. Na ventilu, koji je prikazan na sl. 45, učinjeno je to pomoću izdanka s ravnom površinom i prstena za reguliranje. Čim se ventil otvori, para udara u ravnu površinu izdanka i pomaže da ventil ostane otvoren. Pomoću prstena za reguliranje može se naravnati tlak, kod kojeg će se ventil opet zatvoriti. Tlak otvaranja regulira se maticom na vrhu ventila. Službeni organi reguliraju otvaranje ventila, potom se ventil zatvori kapom i plombira ili zaključa. Za ručno otpuštanje pare služi poluga, kojom se ventil povremeno ispituje.

Vodokaz. Na svakom su kotlu dva vodokaza. Razlikuju se dva tipa: 1. škotski tip ima staklenu cijev okrugla presjeka i služi za niskotlačne kotlove; 2. metalni tip sastoji se od metalnog okvira i plosnatih debelih stakala, koja su poklopcima pritisnuta na okvir. Iza takvih vodokaza obično je žarulja, da bi se bolje vidjela razina vode (sl. 46). Metalni se vodokazi upotrebljavaju na visokotlačnim kodovima.

Regulacija kotlova. Kod modernih, većih kotlovskih uređaja regulacija se vrši u dva smjera: 1. regulacija proizvodnje pare: a) reguliranjem količine dovoda goriva plamenicima prema promjenljivu opterećenju kotla; b) reguliranjem hoda pumpe za gorivo, da bi tlak ispred plamenika ostao konstantan; c) reguliranjem hoda ventilatora, da bi tlak uzduha, koji se dovodi u ložište, bio stalan; 2. regulacija napojne vode: a) reguliranjem dovoda napojne vode u kotao, čime se postiže određena razina vode u kotlu; b) reguliranjem napojne pumpe, čime se dobiva nepromijenjen pritisak u napojnom vodu.

Regulator napojne vode. Količina vode u kotlovima s vodenim cijevima malena je u odnosu na proizvedenu paru. Stoga je takvim kotlovima potreban automatski regulator napojne vode. Regulatori rade termički ili pomoću plovaka, od kojih su najpoznatiji Weier Robot i Mumford. Termički (termostatski) regulatori rade ili pomoću razlike rastezanja metalnih cijevi kod različita vodostaja u njima, ili pomoću različita pritiska pare, koji nastaje u jednoj vanjskoj cijevi s vodom, kroz koju prolazi druga cijev, spojena s kotlom i koja vodu u vanjskoj cijevi prema vodostaju u kotlu manje ili više ugrijava. Na sl. 47 prikazan je regulator Mumford. Odbojni ventil A ima na donjem kraju klip В istog promjera, tako da je tlak, koji tvori ulazna napojna voda na ventil i na klip, izjednačen. Klip В ima nešto zračnosti u cilindru C, koji je na donjem kraju spojen preko cijevi D s ulaznom stranom igličastog ventila E. Izlazna je strana toga ventila spojena preko cijevi F s tankom napojne vode. Za vrijeme pogona napojna voda prolazi kroz zračnost klipa В u cilindru C, a odatle kroz cijev D k igličastom ventilu. Ako je vodostaj u kotlu visok, igla E bit će otvorena i voda ispod klipa В bit će odvedena u napojni tank, tako da će tlak ispod klipa biti atmosferski. U tom će slučaju tlak u kotlu pritisnuti odbojni ventil na sjedište, i napojna voda neće moći kroza nj ulaziti u kotao. Kad vodostaj padne, igličasti se ventil zatvara i ne da vodi ispod klipa В da ode u napojni tank. Kako je tlak ulazne napojne vode veći od tlaka u kotlu, to pritisak ispod klipa В raste, dok ne savlada tlak u kotlu i ne otvori odbojni ventil. Regulator radi na prekide: čas otvara čas zatvara.

Pogon i održavanje kotlova. Napojna voda. Nečistoće su u napojnoj vodi ponajveća opasnost za kotao. U glavne nečistoće, koje mogu s napojnom vodom doći u kotao, idu: 1. različite soli koje uzrokuju stvaranje kamenca, kiselinsku koroziju i prekuhavanje kotla; 2. gorivo i ulje, koje može doći u napojnu vodu kroz zagrijače (propuštanje cijevi) ili iz strojeva. Ulje stvara pjenjenje i prekuhavanje, a u cijevima tanak sloj slabe vodljivosti topline, koji može uzrokovati pregrijavanje isparivačkih cijevi; 3. otopljen kisik, koji dolazi u napojnu vodu svagdje, gdje je ona u dodiru s uzduhom; veoma je opasan kod modernih visokotlačnih kotlova, jer stvara korozije. Stoga se napojnoj vodi oduzima zrak ugrijavanjem ili mehanički; kisik ubrzava i elektrolitičku koroziju; 4. produkti korozije, koji u napojnu vodu mogu doći iz cjevovoda i dijelova strojeva, mogu uzrokovati pjenjenje i stvaranje taloga u kotlu.

Prije svega valja nastojati, da morska voda ne dođe u napojnu vodu kroz kondenzator, evaporator, kroz ventile za odmuljivanje i otpjenjivanje ili kroz aparate hlađene morskom vodom, štetne su sastojine morske vode: natrijev klorid NaCl, koji uzrokuje pjenjenje i prekuhavanje kotla, te se izlučuje u pregrijaču, odakle struja pare odvlači čestice soli u turbinu; magnezijev klorid MgCl ₂, koji raspadanjem stvara solnu kiselinu i tako uzrokuje koroziju kotla; magnezijev sulfat MgSO ₄ i kalcijev sulfat CaSO ₄ tvore tvrdi kamenac na najtoplijim dijelovima kotla; kalcijev hidrokarbonat Ca (HCO ₃) ₂ tvori talog kalcijeva karbonata i mekši kamenac.

Slatka voda, ako se upotrebljava za napajanje kotlova, izlučuje i druge soli, a njihovi silikati stvaraju veoma tvrd i proziran kamenac.

Da bi se smanjilo djelovanje štetnih soli napojne vode, dodaju se kemikalije različita sastava. To je obično smjesa od trinatriumfosfata Na ₃PO ₄ ili dinatriumfosfata Na ₂HPO ₄, sode Na ₂CO ₃ ili lužine NaOH i organskih tvari, kao na pr. škroba, koji pomaže taloženje u mek, a ne u tvrd kamenac.

Elektrolitička se korozija smanjuje umetanjem cinkovih protektora u kotao. Kod kotlova s cinkovim protektorom troši se cink, a limovi kotla ostaju sačuvani. Voda, u kojoj ima mnogo rastopljena kisika, znatno ubrzava elektrolitičku koroziju.

Za kontrolu napojne vode uzimaju se probe i ispituju se salinometrom, koji pokazuje koncentraciju topljivih soli u vodi. Osim toga, ispituje se alkaličnost, tvrdoća vode, a kod modernih kotlova i sadržaj kisika.

Pogon i održavanje. Opće je načelo kod pogona kotla, da napojna voda mora biti što čistija, te da se kotao i njegova okolina održavaju u što većoj čistoći.

Kod potpaljivanja cilindričnih kotlova treba paziti, da se kotao polako ugrijava; pritom treba pritezati brtvenice provlaka. Od potpaljivanja do punog tlaka pare treba da prođe najmanje 12 sati (najbolje oko 24 sata). Cirkulaciju vode u kotlu treba započeti odmah, čim se kotao počne ugrijavati. Cirkulacija se vrši ili hidrokineterom, ako ima pare iz pomoćnog kotla, ili pomoću pumpe, kojom se voda siše sa dna kotla i tlači kroz napojne ventile. Preporučuje se, da se nešto vode, 25—50 mm, protiskuje kroz ventil za odmuljivanje, kad tlak u kotlu naraste na 0,5—0,75 at pretlaka, ali se mora paziti, da se zadrži vidljivi vodostaj u vodokazu. Ako se kotlovi ne upotrebljavaju, mora se mijenjati vodostaj u kotlu svaki dan; najbolje je kotao sasvim napuniti i zatvoriti, ako zato ima dovoljno vremena, ili kotao sasvim isprazniti i suho konzervirati. Za vrijeme pogona treba nastojati, da vrata ložišta budu što kraće otvorena zbog stezanja kotla, kad hladan uzduh dođe na vruće metalne površine. Pri otvaranju kotla mora se paziti, da vakuum u kotlu bude potpuno poništen prije nego se počnu otvarati provlake. Kad je otvoren, kotao mora pokazivati bijelu prašinastu površinu. Mjesto, gdje su cijevi učvršćene u stijene, moraju se dobro očistiti, inače cijevi počnu propuštati. Nakon unutrašnjeg čišćenja uvijek treba kotao dobro pregledati. Preostali su slojevi kamenca na pojedinim mjestima opasni za kotao, a povisuju i potrošak goriva.

Kod vodocijevnih kotlova treba na strani plinova izgaranja održavati za vrijeme pogona što veću čistoću, da se izbjegne korodiranje kotla i da ne padne stepen djelovanja. Otpuhivač čađe valja održavati u dobrom stanju, inače se troši vrlo mnogo napojne vode. Pregledima je potrebno ustanoviti, u kojem se najkraćem vremenu mora vršiti otpuhivanje čađe. Otpuhivanje se ne smije nikad vršiti na hladnu kotlu. Plinovi izgaranja troše kotao pri lošem izgaranju, koje je i uzrok onečišćavanju, korozijama i lošem stepenu djelovanja. Zato je često bolje imati nešto suviše uzduha za dobro izgaranje, da kotao bude što čistiji.

Zagrijači uzduha mogu biti uništeni zbog zapaljivanja čađe u cijevima; pritom se razvijaju veoma visoke temperature i zbog toga zagrijač uzduha mora biti uvijek čist. Čestim pregledima treba utvrditi, koji je najmanji vremenski razmak potreban za čišćenje. Temperatura izlaznih plinova ne bi smjela nikad biti viša od 15°C preko normalne temperature. Čim ona poraste, potrebno je staviti u pogon otpuhivače čađe. U svakom se slučaju mora otpuhivati barem svaka 24 sata. Zapaljivanje zagrijača uzduha može se primijetiti po iznenadnom porastu temperature izlaznih plinova.

Iskuhavanje kotla vrši se nakon većih popravaka i uvijek, kad je kotao onečišćen uljem. Iskuhavanje se može vršiti dodatkom 3 kg sode i 3 kg natrijeve lužine na svaki m ³ vode, koju kotao sadržava.

Vrijeme potpaljivanja vodocijevnih kotlova ravna se prema tipu kotla, a određeno je propisima proizvođača. Preporučuje se općenito tri ili više sati, da bi se smanjili troškovi uzdržavanja zida.

Ako se za vrijeme pogona primijeti stalno padanje vodostaja, treba: pojačati napajanje; pregledati, da li ne propušta napojni vod ili da li koji ventil nije otvoren; pregledati ventil za odmuljivanje (protiskivanje), da ne bi propuštao ili bio otvoren i konačno uputiti pomoćni napojni sistem. Ako bi vodostaj pao tako, da ne bi bio više vidljiv u vodokazu, mora se kotao isključiti iz pogona.

U slučaju gubitka vode zbog pucanja cijevi u kotlu, moraju se vatre odmah obustaviti i nastaviti s napajanjem, te nastojati, da se opet postigne normalna razina vode. Ventil za protiskivanje treba upotrebiti samo u slučaju, kad izlazna para iz kotla dovodi u opasnost život osoblja u kotlovnici. U tom slučaju treba zatvoriti glavni zaporni ventil za paru i kotao isprazniti protiskivanjem. Ventilatori se ostavljaju u pogonu, da bi se para istjerala kroz dimnjak.

Za normalna obustavljanja pogona moraju se zatvoriti svi otvori ložišta, da se spriječi naglo ohlađivanje. Vodostaj treba održavati na normali. Nakon zatvaranja glavnog zapornog ventila, treba otvoriti uređaje za odvodnjivanje i priključke za zrak iz pregrijača pare.

Kad kotao ostaje nekoliko dana van pogona, puni se vrućom vodom do ventila ili pipca za zrak. Pipci za vodokaze ostaju otvoreni, a zatvorene odvodnje iz pregrijača pare.

Ako kotao ostaje duže vremena van pogona, treba ga isprazniti i suho konzervirati. Treba odstraniti vodu i vlagu iz svih onih elemenata kotla, koji se ne odvodnjavaju sami. To se obično čini propuhivanjem. Kad je kotao sa zagrijačem napojne vode i pregrijačem pare potpuno suh, umeću se u sve bubnjeve kotla tave sa živim vapnom radi apsorbiranja vlage, a zatim se otvori nepropusno zatvaraju.

Cijevi kotla moraju izvana i iznutra biti što čistije. Kod otvaranja kotla treba pregledati cijevi, da bi se ustanovio mogući početak korozije. Preglede treba svakako vršiti u određenim vremenskim razmacima. Čišćenje cijevi iznutra poduzima se najkasnije nakon prvih 6 mjeseci pogona; pritom će se ustanoviti, koji je stvarni period za čišćenje potreban, jer to ovisi о čistoći napojne vode. Cijevi, koje su najbliže ložištu, obično su najviše onečišćene. Čisti se mekim čeličnim četkama na gipkim osovinama, koje rotiraju.

Ziđe treba pomno pregledati i odmah popraviti, ako je negdje oštećeno, jer se inače troškovi popravka brzo i znatno povećavaju.

Kućište kotla treba da bude nepropusno i čisto; treba uklanjati početke korozije čeličnim četkama i nastojati, da površine budu uvijek pokrivene antikorozivnim bojama. Izolacija kotla mora biti uvijek u dobru stanju.

Kotlovnica na brodu služi za smještaj kotlova i nekih, a ponekad i svih uređaja za pogon kotla, na pr. ventilatora kodova, pumpi goriva, zagrijača goriva, napojnih pumpi, destilatora, vatrogasnih uređaja, tankova goriva i t. d. Često su neki uređaji, koji služe za pogon kotlova, smješteni u strojarnici, a u kotlovnici mogu biti smješteni i strojevi i uređaji za opću brodsku službu, na pr. kaljužne pumpe, tankovi plinskog ulja i dr.

Kotlovnica može biti potpuno odvojena od strojarnice, ili kotlovi mogu biti smješteni i u istom prostoru s pogonskim strojevima. To ovisi о veličini i tipu broda i upotrebljenom gorivu. Ovisi i о tome, da li je kotlovnica pod tlakom ili ventilatori tlače direktno uzduh u kotlove.

Pri loženju ugljenom kotlovnice su redovno odijeljene od strojarnice.

Kod modernih brodova s kotlovima loženim uljem, kotlovi su obično u istom prostoru sa strojevima, ukoliko su samo dva kotla smještena jedan kraj drugoga. Kod više kotlova ili smještaja jednog prema drugome, kotlovnica je obično odijeljena od strojarnice. Jednako je kod tankera na dizelmotorni pogon, kod kojih je kotlovnica iza strojarnice, prema krmi broda, iznad tunela osovine. Kotlovnice pod tlakom odvojene su od strojarnice nepropusnom pregradom i svaka kotlovnica ima poseban neprodušan ulaz s palube. Na nekim modernim ratnim brodovima strojevi za pogon jedne osovine čine često sa svojim kotlom jednu pogonsku cjelinu, kako bi, u slučaju teških oštećenja, druga cjelina ostala u pogonu.

Pri loženju ugljenom cilindrični su kotlovi redovito okrenuti stražnjom stranom prema strojarnici, a kotlovnica je odijeljena od strojarnice pregradom protiv prašine.

Bunkeri za ugljen smješteni su na stranama kotlovnice, a često se nasuprot kotlovima nalazi i poprečni bunker. Računa se prosječno sa 1,3 m ³ prostora za 1 t ugljena. Obično je u kotlovnici smješten i pomoćni kotao za lučki pogon. Bunkerima za ulje nije tako strogo određen položaj kao bunkerima za ugljen; za bunker se može upotrebiti i dvodno. Ulje se može smjestiti i iznad dvodna u kotlovnici ili upotrebiti prostor kraj tunela ili između njih. Iz bunkera se ulje crpe u dnevni tank u kotlovnici, koji može primiti količinu ulja potrebnu za 24 sata pogona.

Cilindrični su kotlovi teški i predstavljaju veliko opterećenje za brodsku konstrukciju, pa opterećenje može biti do 6 i na m ² površine. Ktomu dolaze i momenti pri ljuljanju i posrtanju broda.

Kotlovi se postavljaju na postolja, koja su sagrađena od profila i limenih ploča te obuhvataju otprilike ¼ opsega kotla. Prema duljini, kotao ima dva do četiri postolja. Ispred kotla i iza njega smještene su potpore (stoperi), koje sprečavaju uzdužno pomicanje kotlova pri posrtanju broda. Rebrenice ispod ležišta kotlova pune su i pričvršćene uz hrptenicu, obično dvostrukom uglovnicom. Kotlovi s vodenim cijevima postavljaju se na nogare zavarene konstrukcije. Pričvršćuju se vijcima, tako da se bubnjevi mogu slobodno rastezati (sl. 49). Iznad kotlova nalazi se kotlovski rov, kroz koji prolaze dimovodni kanali u dimnjak. Da bi se očuvala čistoća na brodu, u novije se vrijeme upotrebljavaju sakupljači prašine (čađe i pepela), smješteni na izlazu dimovoda iz dimnjaka.

Dimni se kanali kotlova dobro izoliraju, a kod modernih kotlova izrađuju se sa dvostrukim stijenama, između kojih struji uzduh. Razmak kotlova od susjednih stijena ne bi smio biti nigdje manji od 300 do 400 mm, a tamo gdje se moraju čistiti dijelovi kotla, razmak mora biti još veći. Razmak između dna kotla i poda mora biti dovoljan, da bi se mogao čistiti pod i spriječiti prskanje vode na oplatu kotla. Ako se ispod kotla nalazi tank za ulje, mora se paziti, da toplina kotla ne bi prešla na ulje. Najmanji je razmak 450 mm. Kod ratnih brodova upotrebljava se i manji razmak, ali kaljuža mora biti čista i često se moraju vršiti pregledi, da ne bi bilo korozije.

Sl. 48 prikazuje smještaj cilindričnih kotlova s kombiniranom promahom, sl. 50 jednu modernu kotlovnicu s vodocijevnim kotlovima, a sl. 51 centralno mjesto za upravljanje kotlovima.

LIT.: Spalckhaver i Rüster, Die Dampfkessel, Berlin 1934; А. Loschge, Die Dampfkessel, Berlin 1937; Hütte, IV, Berlin 1938; G. Bauer, Der Schiffsmaschinenbau, III, Berlin 1941; Marine Engineering, I, New York 1944; A. Osbourne, Modern Marine Engineer’s Manual, New York 1945; J. W. M. Sothern, »Verbal« Notes and Sketches for Marine Engineer Officers, Glasgow; The Running and Maintenance of Marine Machinery, London 1949; F. Nuber, Wärmetechnische Berechnung der Feuerungs- und Dampfkesselanlagen, München 1949; H. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Berlin 1949; Naval Boilers, Annapolis 1950; I. M. Labberton, Marine Engineer’s Handbook, London i New York 1950; L. Baker, The Design of Marine Water-Tube Boilers, London 1950; Newnes Marine Engineering, I, London 1952; M. Ledinegg, Dampferzeugung, Dampfkessel, Feuerungen, Wien 1952; W. Leder, Schiffsmaschinenkunde, I, Schiffskessel, Leipzig 1953; J. H, Milton, Marine Steam Boilers, London 1953; Л. В. Арнолд, Паровие котли и котельние установки речних судов, Ленинград 1954.J. Š.