Оболочки или дымоход котел является ранней и относительно простой формой котла используется для изготовления пара , как правило , с целью вождения парового двигателя . Конструкция ознаменовала переходный этап в развитии котлов между ранними котлами с стогом сена и более поздними многотрубными жаротрубными котлами . Дымоходный котел характеризуется большой цилиндрической оболочкой котла, образующей резервуар с водой, через которую проходит один или несколько больших дымоходов, содержащих топку.. 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 времен Ватта были механически слабыми и часто представляли огню плоскую поверхность без опоры. Взрывы котлов , обычно начинающиеся с выхода из строя плиты топки, были обычным явлением. Было известно, что арочная конструкция прочнее плоской пластины, поэтому внутри кожуха котла была помещена 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 второстепенным преимуществом.
Хотя сегодня он считается низким давлением (возможно, 25 фунтов на квадратный дюйм (1,7 атм )), он считался высоким давлением по сравнению с его предшественниками. Это увеличение давления было основным фактором в превращении локомотивов (то есть небольших самодвижущихся транспортных средств), таких как Тревитик, в практическое предложение.
Котлы с центральным дымоходом [ править ]
.jpg/440px-Blenkinsop's_rack_locomotive,_1812_(British_Railway_Locomotives_1803-1853).jpg)
.jpg){kind=link}
Самый простой паровозный котел имел одинарный прямой дымоход. Он широко использовался многими из первых производителей локомотивов, включая локомотивы Бленкинсопа для железной дороги Миддлтон и « Локомотив Стивенсона» .
Этот тип котла прост в изготовлении и достаточно прочен, чтобы выдерживать пар «высокого давления» (на определенное время) при расширенной работе в цилиндрах. Также имеется хороший поток газа через большой дымоход, так что огонь получает достаточную тягу только от работы высокого дымохода . Однако он также имеет небольшую площадь нагрева, поэтому он неэффективен и сжигает большое количество угля.
Котлы с обратным дымоходом [ править ]
Чтобы обеспечить достаточную площадь обогрева, простой дымоход должен быть длинным. В короткой оболочке котла, такой как требуется для паровоза , это можно сделать с помощью U-образного возвратного дымохода, который загибается сам на себя.
Ричард Тревитик уже использовал дымоход в своем первом двигателе Pen-y-darren 1802 года и конструкции локомотива Coalbrookdale 1803 года . [1] Эти котлы были в значительной степени изготовлены из чугуна , с коротким и плоским концом. Его локомотив « Ньюкасл » 1805 года (на самом деле построенный в Гейтсхеде ) начал демонстрировать одну характерную особенность котла с обратным дымоходом - выпуклую куполообразную форму, способную противостоять давлению пара в твердом конце напротив печи и дымохода. В данном случае котельное производство, теперь из кованого железа.пластины, должно быть, были усложнены единственным длинноходным горизонтальным цилиндром Тревитика (9 дюймов × 36 дюймов (230 мм × 910 мм) диаметром × ход), который выходил через этот куполообразный конец. [1] Это действительно облегчило работу пожарному, так как он больше не пытался добраться до огневой рубки под длинной траверсой поршня.
Уильям Хедли использовал этот образец котла для своих локомотивов 1813 года Puffing Billy и Wylam Dilly . Через угольную шахту Wylam и ее владельца Кристофера Блэкетта Хедли мог быть знаком с двигателем Тревитика. [2]
В « Королевском Георге» Тимоти Хакворта 0-6-0 1827 года также использовался котел с обратным дымоходом, хотя он наиболее известен своим новаторским применением преднамеренной дымовой трубы для создания сквозняков в огне. [1] Его более легкая версия 0-4-0 для Rainhill Trials , Sans Pareil, была очень похожа. [2] Несмотря на то, что они казались устаревшими сразу после завершения испытаний, канадский Samson этого образца был построен в 1838 году и все еще находится в эксплуатации в 1883 году. [2]
Котлы Huber [ править ]
| Внешние изображения | |
|---|---|
 Тяговый двигатель "New Huber" | |
| Тяговый двигатель Хубера 1897 года | |
| Реклама Huber и схема котла в разрезе | |
Последние построенные котлы с обратным дымоходом (кроме некоторых стационарных котлов) часто считаются теми, которые были построены компанией Huber Co. из Мариона, Огайо, для своих тяговых двигателей «New Huber» с 1885 по 1903 год [3].
Однако это были не котлы с обратным дымоходом в том смысле, как здесь используется, а, скорее, котлы с обратным дымоходом . Они имели одну большую цилиндрическую трубчатую печь, камеру сгорания внешнюю по отношению к оболочке давления котла, а затем несколько, узкие пожарные трубы возвращаются к подковообразный Дымовая камера сверху и вокруг firedoor. Близость этой коптильни к пожарному дала им прозвище «горелки живота». Таким образом, их конструкция имеет больше общего с котлами горизонтального пускового типа (используемыми сэром Артуром Хейвудом ) или судовыми котлами Scotch, чем с простым однотопливным котлом.
К этому времени локомотивный котел стал применяться повсеместно в тяговых двигателях. По сравнению с этим преимуществом котла Huber было то, что дымовые трубы можно было легко заменить, без необходимости работать из закрытого топочного отсека.
Корнуоллский котел [ править ]
Самой простой формой дымоходного котла был корнуоллский котел «высокого давления» Ричарда Тревитика , впервые установленный на шахте Долкоат в 1812 году. [4] Это длинный горизонтальный цилиндр с одним большим дымоходом, сдерживающим огонь. Поскольку печь полагалась на естественную тягу , в дальнем конце дымохода требовался высокий дымоход, чтобы обеспечить хорошую подачу воздуха (кислорода) к огню.
Для повышения эффективности инновация Тревитика заключалась в том, чтобы заключить под котлом камеру из кирпича . Выхлопные газы проходят через центральный дымоход, а затем выводятся наружу и вокруг железной оболочки котла. Чтобы дымоход не попал в топочную камеру, кирпичный дымоход проходил сначала под центром котла к передней поверхности, а затем обратно по бокам и к дымоходу.
Котлы Корнуолла имели несколько преимуществ по сравнению с предшествующими котлами для вагонов : они состояли в основном из изогнутых поверхностей, чтобы лучше противостоять давлению. Их плоские концы были меньше , чем плоские стороны вагона котла и были остались от центральной печи дымохода, а иногда с помощью дополнительного длинного пребывания стержня . Менее очевидным преимуществом была котельная шкала. Котлы в вагонах или стогах сена нагреваются снизу, и любые накипи или загрязнения, образующие осадок, оседают на этой пластине, изолируя ее от воды. Это снижает эффективность нагрева и может в крайнем случаепривести 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 модельном проектировании котел Cornish, особенно когда он оснащен трубами Galloway ( 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 [ править ]
Котел Баттерли или «свистящий рот» - малоизвестная конструкция, производная от корнуоллского образца, произведенного известной котельной Баттерли в Дербишире. [7] Это в основном котел Корнуолла с удаленной нижней половиной кожуха вокруг печи, чтобы можно было зажечь большой огонь. Это сделало его популярным на текстильных фабриках Пеннинских островов , где каменный северный уголь имел меньшую теплотворную способность, чем валлийский уголь, используемый на Юго-Западе, и требовал большего огня. [8] В качестве альтернативы он может рассматриваться как укороченный котел Корнуолла с вагонным котлом.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 опор .
Ланкаширский котел [ править ]
Котел Ланкашира похож на котел Корнуолла, но имеет два больших дымохода, сдерживающих огонь, вместо одного. Обычно считается, что это изобретение Уильяма Фэйрберна в 1844 году, хотя его патент был на метод попеременного сжигания печей, чтобы уменьшить дымность, а не на сам котел. [9] Ранний локомотив Стивенсона 0-4-0 « Ланкаширская ведьма » уже продемонстрировал использование труб с двумя топками в котле 15 лет назад. [1]
Фэйрберн провел теоретическое исследование термодинамики более эффективных котлов, и именно это привело его к увеличению площади решетки печи по сравнению с объемом 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]
Трудности корнуоллского котла заключались в том, что для котла любой конкретной мощности потребовалась бы известная площадь топочной трубы в качестве зоны нагрева. Более длинные трубы требовали более длинного и более дорогого кожуха котла. Они также уменьшили соотношение площади решетки к площади нагрева, что затруднило поддержание надлежащего огня. Увеличение диаметра трубы уменьшило глубину воды, покрывающей трубу топки, и, таким образом, увеличило потребность в точном контроле уровня воды со стороны пожарного, иначе риск взрыва котла . Исследования Фэйрбэрна кольцевых напряжений в цилиндрах также показали, что трубы меньшего размера были прочнее, чем трубы большего размера. Его решение было простым: заменить одну большую топочную трубу двумя меньшими.
Патент [9] показал 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 бы дымовые газы, производимые топкой. огонь, чтобы гореть более полно и чисто, уменьшая дым и загрязнение. [10] Ключевым фактором в этом была отличительная вращающаяся воздушная заслонка с жалюзи в двери, которая стала особенностью 1840-х годов.
Использование двух дымоходов также имеет усиливающий эффект, действуя как две длинные стойки стержня , поддерживающие концевые пластины. [7]
Более поздние разработки добавили трубы Галлоуэя (после их изобретателя, запатентованные либо в 1848 [11], либо в 1851 [12] ) поперек водяных труб поперек дымохода, тем самым увеличив площадь нагреваемой поверхности. Поскольку это короткие трубы большого диаметра и котел продолжает использовать относительно низкое давление, он все еще не считается водотрубным котлом . Трубки имеют коническую форму, чтобы облегчить их установку через дымоход. [6]
Котлы Ланкашира часто имеют гофрированные дымоходы , которые поглощают тепловое расширение, не натягивая заклепанные швы. Другой разработкой стал « почечный дымоход» или котел Галлоуэя , где две печи соединяются в один дымоход, имеющий форму почки в поперечном сечении. Это расширено и плоская вершина дымоход был остались при использовании Galloway трубок. Он имеет максимальное давление до 20 бар. Диаметр котла может быть до 2-3м, имеет две дымовые трубы длиной от 6-10м и диаметром 0,8-1м.
Хотя котел Lancashire 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 на хлопковых фабриках Ланкашира .
Пятитрубный котел Фэйрберна [ править ]
концевая секция
Работа Уильяма Фэйрберна над котлом в Ланкашире продемонстрировала преимущества эффективности нескольких печей по сравнению с уменьшенным объемом воды. Также было широко известно, что более высокое давление пара повышает эффективность двигателей. Исследования Фэйрберна прочности цилиндров [13] привели его к разработке еще одного улучшенного котла, основанного на трубах гораздо меньшего диаметра, который, таким образом, мог бы работать при более высоких давлениях, обычно 150 фунтов на квадратный дюйм (1000 кПа ). Это был «пятитрубный» котел, пять трубок которого были расположены двумя вложенными парами, 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 способствовал производству «сухого» пара без уноса воды и риска заправки. Однако он также был сложен в изготовлении и не предлагал большой площади обогрева для работы. Вскоре на смену им пришли многотрубные котлы, такие как котлы Fairbairn-Beeley и Scotch .
См. Также [ править ]
- Скотч судовой котел
Дальнейшее чтение [ править ]
- Fairbairn, Уильям (1851). «О взрывах котлов». Две лекции: «Строительство котлов» и «О взрывах котлов со средствами предотвращения» . п. 20.
- Фэйрбэрн, Уильям (1856 г.). Полезная информация для инженеров . Лондон: Лонгманс.
Ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме котлов Flued . |
- ^ a b c d Британский железнодорожный локомотив, 1803–1853 гг . Музей науки . 1958 г. ISBN 0-11-290152-2.
- ^ a b c Снелл, JB (1964). Ранние железные дороги . Лондон: Вайденфельд и Николсон.
- ↑ Дэвид Берджесс Мудрый (1973). Пара в дороге . Хэмлин. п. 26. ISBN 0-600-38018-1.
- ↑ Hills, Power from Steam , p. 103.
- ↑ Hills, Power from Steam , p. 129.
- ^ а б К. Н. Харрис (1974). Модельные котлы и котельное производство . КАРТА. ISBN 0-85242-377-2.
- ^ a b Фэйрбэрн, О взрывах котлов .
- ^ a b Холмы, Power from Steam , p. 133.
- ^ a b GB 10166 , Фэрбэрн, 1844 г.
- ↑ Hills, Power from Steam , p. 138.
- ^ "Ланкаширский котел" (pdf) . Музей науки и промышленности, Манчестер .
- ↑ Hills, Power from Steam , p. 134.
- ^ Fairbairn, Полезная информация для инженеров .
- ^ Молсуорт, Гилдфорд Л. (1882). Карманный справочник инженерных формул Молсворта (21-е изд.). Лондон: Spon. п. 467.
