Котел с дымоходом - Flued boiler

Trevithick Двигатель 1806 г. построен на базе одного из первых котлов с дымоходом (в частности, с дымоходом).

А ракушка или же дымовой котел это ранняя и относительно простая форма котел раньше делал пар, обычно с целью вождения паровой двигатель. Этот проект ознаменовал переходный этап в развитии котла между ранними стогные котлы и более поздний многотрубный жаротрубные котлы. Дымоходный котел характеризуется большой цилиндрической оболочкой котла, образующей резервуар с водой, через которую проходит один или несколько больших дымоходы содержащий печь. Эти котлы появились примерно в начале 19 века, и некоторые их формы используются до сих пор. Хотя в основном они использовались для статических паровых установок, некоторые из них использовались в первых паровозах, железнодорожных локомотивах и кораблях.

Котлы с дымоходом были разработаны с целью поднять давление пара и повысить эффективность двигателя. Ранние конструкции стога сена Ватт Днем были механически слабыми и часто представляли огню плоскую поверхность без опоры. Взрывы котлов, обычно начинающиеся с выхода из строя этой плиты топки, были обычным явлением. Было известно, что арочная конструкция прочнее плоской пластины, поэтому внутри кожуха котла помещалась большая круглая дымовая труба. Сам огонь находился на железной решетке, помещенной поперек дымохода, с неглубоким зольником внизу для сбора негорючих остатков. Это имело дополнительное преимущество, заключающееся в плотном охвате нагревательной поверхности вокруг печи, но это было вторичным преимуществом.

Хотя считается низким давлением (возможно 25psi (1.7 банкомат )) сегодня это считалось высоким давлением по сравнению с его предшественниками. Это увеличение давления было основным фактором при создании локомотивов (то есть небольших самодвижущихся транспортных средств), таких как Trevithick's в практическое предложение.

Котлы с центральным дымоходом

Миддлтон локомотив

Самый простой паровозный котел имел одинарный прямой дымоход. Он широко использовался многими из первых производителей локомотивов, в том числе Бленкинсоп локомотивов для Миддлтон железная дорога и Стивенсона Передвижение.

Этот тип котла прост в изготовлении и достаточно прочен, чтобы выдерживать пар «высокого давления» (на время) с обширная работа в цилиндрах. Также имеется хороший поток газа через большой дымоход, так что огонь получает достаточно проект от действия высокого дымовая труба один. Однако он также имеет небольшую площадь нагрева, поэтому он неэффективен и сжигает большое количество угля.

Котлы с обратным дымоходом

Пыхтеть Билли 1813 года, показывая куполообразный конец его котла с обратным дымоходом (в центре рисунка)

Чтобы обеспечить достаточную площадь обогрева, простой дымоход должен быть длинным. В короткой оболочке котла, например, необходимой для паровоз, это можно сделать с помощью U-образного возвратный дымоход которая сгибается сама по себе.

Ричард Тревитик уже использовал дымоход с его первым 1802 Pen-y-darren двигатель и 1803 Coalbrookdale конструкция локомотива.[1] Эти котлы были построены из чугун, с коротким и плоским концом. Его 1805 "Ньюкасл "локомотив (фактически встроенный Gateshead ) начал проявлять одну характерную особенность котла с обратным дымоходом - выпуклую куполообразную форму, способную противостоять давлению пара в твердом конце напротив топки и дымохода. В данном случае котельная, теперь кованое железо пластины, должно быть, были усложнены единственным длинноходным горизонтальным цилиндром Тревитика (9 дюймов × 36 дюймов (230 мм × 910 мм) диаметром × ходом), который выходил через этот куполообразный конец.[1] Это действительно облегчило работу пожарному, поскольку он больше не пытался добраться до пожарный выход под длинной траверсой поршня.

Возвратный дымоход boiler.jpg

Уильям Хедли использовал этот образец котла для своих локомотивов 1813 г. Пыхтеть Билли и Вилам Дилли. Сквозь Wylam шахта и ее владелец Кристофер Блэкетт, Хедли был знаком с двигателем Тревитика.[2]

Тимоти Хакворт 0-6-0 Роял Джордж 1827 года также использовался котел с обратным дымоходом, хотя он наиболее известен своим новаторским использованием преднамеренного дымовая труба поощрять сквозняк в огне.[1] Его облегченная версия 0-4-0 для Рейнхилл Испытания, Sans Pareil было очень похоже.[2] Несмотря на то, что они казались устаревшими по окончании судебных процессов, канадские Самсон этого образца был построен в 1838 году и до сих пор находится в эксплуатации в 1883 году.[2]

Котлы Huber

Котел Хубер
Внешние изображения
значок изображения Тяговый двигатель "New Huber"
значок изображения Тяговый двигатель Хубера 1897 года
значок изображения Реклама Huber и схема котла в разрезе

Последние построенные котлы с обратным дымоходом (кроме некоторых стационарных котлов) часто считаются построенными Хубер Компания Марион, Огайо для своего "Нового Хубера" тяговые двигатели, с 1885 по 1903 год.[3]

Однако это не было возвращением -дымоход котлы в том смысле, который здесь используется, а скорее возвратная труба котлы. Они имели одну большую цилиндрическую трубчатую печь, камеру сгорания внешнюю по отношению к оболочке давления котла, а затем множественный, узкий дымовые трубы возвращаясь к подковообразной коптильня над огнем и вокруг него. Близость этой коптильни к пожарному дала им прозвище «брюхоногие». Таким образом, их конструкция имеет больше общего с горизонтальным котлы пускового типа (как используется Сэр Артур Хейвуд ) или Скотч судовой котел чем с простым однотопливным котлом.

К этому времени паровозный котел стали повсеместными для тяговых двигателей. По сравнению с этим, преимущество котла Huber заключалось в том, что дымовые трубы можно было легко заменить, без необходимости работать из закрытого топочного отсека.

Корнуоллский котел

Корнуоллский котел

Самая простая форма дымоходного котла была Ричард Тревитик котел «Корнуолл» высокого давления, впервые установленный на Шахта Долкоат в 1812 г.[4] Это длинный горизонтальный цилиндр с одним большим дымоходом, в котором находится огонь. В качестве топки сделали ставку на натуральный проект, вообще дымовая труба требовалось в дальнем конце дымохода для обеспечения хорошей подачи воздуха (кислорода) в огонь.

Для повышения эффективности инновация Тревитика заключалась в том, чтобы закрыть под котлом кирпич -встроенная камера. Выхлопные газы проходили через центральный дымоход, а затем выводились наружу и вокруг железной оболочки котла. Чтобы дымовая труба не попадала в топочную камеру, кирпичный дымоход сначала проходил под центром котла к передней поверхности, затем снова возвращался по бокам и к дымоходу.

Котлы Cornish имели ряд преимуществ перед предыдущими. вагонные котлы: они состоят из в основном изогнутых поверхностей, чтобы лучше противостоять давлению. Их плоские концы были меньше плоских стенок вагонного котла и были остался у центрального дымохода, а иногда и у дополнительных длинных стержень остается. Менее очевидным преимуществом была котельная шкала. Котлы в вагонах или стогах сена нагреваются снизу, и любые накипи или загрязнения, образующие отложения, оседают на этой пластине, изолируя ее от воды. Это снижает эффективность нагрева и может в крайнем случае привести к локальному перегреву и выходу из строя плит котла. В дымоходном котле любой осадок попадал в топку и оседал на дне кожуха котла, где он оказывал меньшее влияние.[5]

В модельная инженерия, котел Корнуолл, особенно когда он оснащен трубами Галлоуэя (см. Ланкаширский котел ниже), является отличным выбором для газовых котлов и моделей паровых лодок. Он прост в сборке и эффективен, как любой малогабаритный котел.[6]

Котел Баттерли

Котел Баттерли, из лекции Фэйрберна 1851 г.

Котел Баттерли или «свистящий рот» - малоизвестная конструкция, полученная по образцу Корнуолла, произведенному известной котельной Баттерли в Дербишире.[7] По сути, это корнуоллский котел с удаленной нижней половиной кожуха вокруг печи, чтобы можно было зажечь большой огонь. Это сделало его популярным на текстильных фабриках Pennines, где каменный северный уголь имел меньшую теплотворную способность, чем валлийский уголь, используемый на юго-западе, и требовал более крупного пожара.[8] В качестве альтернативы он может рассматриваться как укороченный котел Корнуолла с вагонный котел помещен перед ним с большим огнем под ним. У него тот же недостаток, что и у вагонного котла: вогнутая плита топки механически слабая, что либо ограничивает рабочее давление, либо требует дополнительных механических усилий. оставаясь.

Ланкаширский котел

Ланкаширский котел, из лекции Фэрберна
Ланкаширский котел на насосной станции Пинчбек

Котел Ланкашира похож на котел Корнуолла, но имеет два больших дымохода, сдерживающих огонь, вместо одного. Обычно это считается изобретением Уильям Фэйрбэрн в 1844 году, хотя его патент был на метод попеременного сжигания печей, чтобы уменьшить дымность, а не на сам котел.[9] Стивенсон рано 0-4-0 локомотив "Ланкаширская ведьма " уже 15 лет назад продемонстрировали использование двух топочных труб в котле.[1]

Фэйрберн провел теоретическое исследование термодинамики более эффективных котлов, и именно это привело его к увеличению печь площадь решетки относительно объема воды. Особой причиной этого было до сих пор плохое внедрение котла Корнуолла на хлопчатобумажных фабриках Ланкашира, где более твердый местный уголь не мог удовлетворительно сжигаться в меньшей печи в пользу более старого вагонного котла низкого давления и его большая решетка.[8]

Сложности котла Корнуолла заключались в том, что для котла любой конкретной мощности потребовалась бы известная площадь топочной трубы в качестве области нагрева. Для более длинных труб требовался более длинный и более дорогой кожух котла. Они также уменьшили соотношение площади решетки к площади нагрева, что затруднило поддержание надлежащего огня. Увеличение диаметра трубы уменьшило глубину воды, покрывающей трубу печи, и, таким образом, увеличило потребность в точном контроле уровня воды пожарным, иначе риск взрыв котла. Исследования Фэйрберна кольцевого напряжения в цилиндрах также показали, что трубы меньшего размера прочнее, чем трубы большего размера. Его решение было простым: заменить одну большую трубу печи двумя меньшими.

Патент[9] показали еще одно преимущество сдвоенных печей. Запуская их поочередно и закрывая дверцу топки между топками, можно было также организовать подачу воздуха мимо топки (в случае котла Ланкашира - через зольник под решеткой), что стимулировало дымовые газы произведенные огнем, чтобы гореть более полно и чисто, тем самым уменьшая дым и загрязнение.[10] Ключевым фактором в этом была отличительная вращающаяся воздушная заслонка с жалюзи в двери, которая стала характерной чертой 1840-х годов.

Использование двух дымоходов также имеет укрепляющий эффект, действуя как два длинных стержень остается которые поддерживают концевые пластины.[7]

Более поздние разработки добавлены Галлоуэйские трубы (после их изобретателя, запатентовано либо в 1848 г.[11] или 1851 г.[12]) водяные трубы, расположенные поперек дымохода, увеличивают площадь нагреваемой поверхности. Поскольку это короткие трубы большого диаметра и котел продолжает использовать относительно низкое давление, это все еще не считается водотрубный котел. Трубки имеют коническую форму, чтобы облегчить их установку через дымоход.[6]

Котлы Ланкашира часто показывают гофрированные дымоходы, которые поглощают тепловое расширение, не деформируя заклепанные швы. Еще одним событием стал "почка дымоход »или Галлоуэйский котел, где две печи соединяются в единый дымоход, имеющий форму почки в поперечном сечении. Этот расширенный дымоход с плоским верхом был остался с помощью трубок Галлоуэя.

Хотя котел Ланкашир считается устаревшей конструкцией, при условии, что дымоход достаточно длинный, он может быть достаточно эффективным. Это приводит к тому, что котел становится громоздким, особенно из-за его длины, и это всегда ограничивало его использование стационарными установками. Это был стандартный котел в Большом Манчестере и Ланкашире. хлопковые фабрики.

Пятитрубный котел Фэйрберна

Пятитрубный котел Fairbairn,
конец раздела

Уильям Фэйрбэрн Работа над котлом в Ланкашире продемонстрировала эффективность использования нескольких печей по сравнению с уменьшенным объемом воды. Также было широко известно, что более высокое давление пара повышает эффективность двигателей. Исследование Фэйрберна прочности цилиндров[13] побудил его разработать еще один улучшенный котел, основанный на гораздо меньших диаметрах труб, который, таким образом, мог бы работать при более высоких давлениях, обычно 150psi (1,000 кПа ). Это был «пятитрубный» котел, пять труб которого были расположены в две вложенные пары, как водяной барабан и топка, а оставшаяся труба была установлена ​​над ними как отдельный паровой барабан.[14] Объем воды был чрезвычайно низким по сравнению с предыдущими конструкциями котлов, так как топочные трубы почти заполняли каждую из водяных бочек.

Котел был успешным в соответствии со своими целями и имел две большие топки с небольшим объемом воды. Отдельный паровой барабан также способствует производству «сухого» пара без уноса воды и риска заправки. Однако он также был сложен в производстве и не предлагал большой площади обогрева для работы. Вскоре его заменили многотрубные котлы такой как Fairbairn-Beeley и Скотч котлы.

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Fairbairn, Уильям (1851). «О взрывах котлов». Две лекции: «Строительство котлов» и «О взрывах котлов со средствами предотвращения».. п. 20.
  • Фэйрбэрн, Уильям (1856). Полезная информация для инженеров. Лондон: Лонгманс.

Рекомендации

  1. ^ а б c d Британский железнодорожный локомотив, 1803–1853 гг.. Научный музей. 1958. ISBN  0-11-290152-2.
  2. ^ а б c Снелл, Дж. Б. (1964). Ранние железные дороги. Лондон: Вайденфельд и Николсон.
  3. ^ Дэвид Берджесс Мудрый (1973). Steam в дороге. Хэмлин. п. 26. ISBN  0-600-38018-1.
  4. ^ Холмы, мощность пара, п. 103.
  5. ^ Холмы, мощность пара, п. 129.
  6. ^ а б К. Н. Харрис (1974). Модельные котлы и котельное производство. КАРТА. ISBN  0-85242-377-2.
  7. ^ а б Фэрбэрн, о взрывах котлов.
  8. ^ а б Холмы, мощность пара, п. 133.
  9. ^ а б ГБ 10166 , Фэрбэрн, 1844 г.
  10. ^ Холмы, мощность пара, п. 138.
  11. ^ «Ланкаширский котел» (pdf). Музей науки и промышленности, Манчестер.
  12. ^ Холмы, мощность пара, п. 134.
  13. ^ Fairbairn, Полезная информация для инженеров.
  14. ^ Молесворт, Гилфорд Л. (1882). Карманная книга инженерных формул Молесворта (21-е изд.). Лондон: Spon. п. 467.