【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第八章熱機(jī)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?

§8-2鍋爐

【01】前面已經(jīng)講過，熱機(jī)都是利用氣體或蒸汽的膨脹來做功的。在技術(shù)上我們常稱氣體或蒸汽為熱機(jī)的工作物質(zhì)，或簡稱為工質(zhì)。蒸汽機(jī)和汽輪機(jī)中的工質(zhì)是蒸汽。在講蒸汽機(jī)以前，我們先要講講產(chǎn)生蒸汽的裝置——鍋爐。

【02】鍋爐是高壓蒸汽的發(fā)生器.在鍋爐中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝膬?nèi)能。

【03】鍋爐是由火室和汽鍋兩部分組成的。根據(jù)構(gòu)造和形式的不同，可以分為水管式鍋爐和煙管式鍋爐，圖8·12是水管式鍋爐的構(gòu)造示意圖。它的上面部分是汽鍋，下面部分是火室。在火室中，1 是鏈條爐排，燃料由爐排送入，并在爐排上燃燒；在爐排下裝有鼓風(fēng)機(jī)，用來供給空氣幫助燃燒。2 是一排熱水管，斜裝在火室中。它通過前后貯水管 3、4 和汽鍋相聯(lián)。5 是蒸汽過熱器，6 是送汽管，7、8 是爐檔，它的作用是使火焰和煙氣繞著水管、汽鍋和過熱器的外表面迂回流動，并把熱量傳給水和蒸汽。在汽鍋中，9 是進(jìn)水管，10 是輸汽管，11 是安全閥，12 是水位器。

【04】水在水管或汽鍋中受熱變成水蒸汽后，由前水管送到汽鍋的上部。汽鍋中的飽和水蒸汽又由輸汽管送到過熱器中，再次受熱變成過熱蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)過送汽管送到蒸汽機(jī)的汽缸中去推動活塞做功。

【05】鍋爐中為什么要有蒸汽過熱器的裝置？為什么要把飽和蒸汽再加熱成為過熱蒸汽呢？這是因為過熱蒸汽比飽和蒸汽貯藏著更多的內(nèi)能。如果從送汽管送出的是飽和蒸汽，那么當(dāng)周圍的溫度較低時，就會有一部分飽和汽液化成水。這些水在汽缸中不能做功，并將妨礙活塞的移動。飽和蒸汽經(jīng)過加熱變成為過熱蒸汽后，就不會在輸送過程中因冷卻而立即液化，僅僅是溫度稍微有些降低，因此進(jìn)入汽缸后仍能膨脹做功，并保證熱機(jī)的運行安全。

【06】從火室中出來的煙氣溫度也是很高的，通常在 350°C 到 400°C?左右。如果就讓它從煙囪中排出去，那就要損失很大一部分的能量，因此在鍋爐的煙道中又常常裝有一種叫做省煤器的設(shè)備。圖中 13 就是省煤器的構(gòu)造，它是由鑄鐵或鋼管組成的，在管內(nèi)通水，以便煙氣從管外通過時，使管內(nèi)冷水的溫度升高。將這樣預(yù)熱過的水送到汽鍋中，既可節(jié)省燃料又能延長汽鍋的使用壽命，因為用高溫的水送入汽鍋，可以避免汽鍋溫度的刷烈變化。

【07】煙氣經(jīng)過省煤器后，溫度還是很高，為了更充分地利用煙氣的能量，可以再讓它通過空氣預(yù)熱器來預(yù)熱送往火室中幫助燃燒的空氣。這樣就可以使燃料更加迅速地燃燒，從而提高燃燒的溫度。管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)和省煤器相似，所不同的是空氣預(yù)熱器中的煙氣由管內(nèi)通過，空氣在管外吸取熱量。

【08】水管式鍋爐的蒸發(fā)量很大，大型的每小時可以供應(yīng)蒸汽兒十噸到幾百噸、這對大型火力發(fā)電站和需要大量蒸汽的工廠來講是比較適合的。但是由于水管式鍋爐的水管、汽鍋和火室的體積很大，象一座樓房，因此它不適宜于使用在火車和小輪船中。

【09】在火車上常用的是一種煙管式鍋爐。如圖8·13所示，在火車車輪上面，橫臥著一個圓柱形的汽鍋，它是由鍋體（鋼板做的圓柱形筒）和許多管子構(gòu)成的.鍋爐里的管子叫做煙管或火管。圖中 1、2、3 就是煙管，4 是汽包，5 是過熱器，6 是煙箱，7 是蒸汽機(jī)。鍋體里面和煙管外面都充滿了水。煤在火室的爐篦上燃燒，產(chǎn)生的熱煙和火焰通過煙管到煙箱排出，管外的水受熱后變成水蒸汽，由汽包導(dǎo)入過熱管變成過熱蒸汽，再從過熱管引入蒸汽機(jī)的汽缸推動活塞作功。

【10】煙管鍋爐的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、體積比較小，容易管理，所以被廣泛地使用在火車上或小型工廠中。

【11】為了保證安全生產(chǎn)，各種鍋爐都裝有安全閥。安全閥平時是關(guān)閉著的。當(dāng)鍋爐里的蒸汽壓強(qiáng)超過一定的限度時，蒸汽就會頂開安全閥，而泄出其中的一部分，使鍋爐里的壓強(qiáng)恢復(fù)到安全限度以內(nèi)。這樣可以避免汽鍋爆炸的危險。

習(xí)題8-2

1、煙管式鍋爐和水管式鍋爐的構(gòu)造有什么不同？比較它們的優(yōu)缺點。

2、過熱器的構(gòu)造是怎樣的？為什么鍋爐要有過熱器？

3、省煤器的構(gòu)造和功能是怎樣的？

4、空氣預(yù)熱器的構(gòu)造和功能是怎樣的？