Котел тысячелистника

Котел тысячелистника со снятыми дымоходом и наружным кожухом

Котлы тысячелистника - важный класс водотрубных котлов высокого давления . Они были разработаны Yarrow & Co. (Лондон), кораблестроителями и инженерами и широко использовались на кораблях, особенно военных .

Конструкция котла Ярроу характерна для трехбарабанного котла : два ряда прямых водяных труб выстроены в треугольный ряд, между ними расположена одна топка. Сверху между ними установлен одиночный паровой барабан, а у основания каждого банка - водяные бочки меньшего размера. Циркуляция вверх и вниз происходит внутри одного и того же ряда трубок. Отличительными особенностями Yarrow были использование прямых трубок, а также циркуляция в обоих направлениях, происходящая полностью внутри ряда трубок, а не использование внешних сливных стаканов. ^{[1] [2] [3]}

Первые водотрубные котлы [ править ]

Раннее использование водотрубных котлов в Королевском флоте временами вызывало споры, что привело к « Битве котлов » около 1900 года. ^[4] Эти первые котлы, такие как Belleville и Niclausse , были конструкциями с большими трубами, с простыми прямыми трубками диаметром около 4 дюймов, расположенными под небольшим углом к ​​горизонтали. ^[5] Эти трубы были соединены в чугунные коллекторы и вызывали большие проблемы с утечкой в ​​этих соединениях. В то время предполагалось, что тепловое расширение в эти прямые трубы напрягали стыки. Эти котлы тоже были большими, и хотя они подходили ко многимЛинкоры до дредноута не могли быть установлены на небольшие торпедные катера и ранние эсминцы, которые тогда находились в очень активной разработке.

Чтобы обеспечить более легкий котел для малых судов, были разработаны типы «Экспресс» . Эти меньшие используемые водные трубы около 2" диаметра, что дает соотношение большого площади нагрева к объему (и весу). Большинство из них были из рисунка три барабана , в частности , от Du Temple и Нормэнд конструкции. ^[5]Это дало более вертикальное расположение водяных трубок, что способствовало циркуляции термосифона в этих узких трубках. Предыдущие проблемы расширения трубки все еще оставались теоретической проблемой, и поэтому трубки были либо изогнутыми, либо даже свернутыми в шпильки и S-образные формы, чтобы увеличить площадь нагрева. На практике эти формы породили еще две практические проблемы: трудности с очисткой трубок, а также трудности с образованием надежного соединения с водяными барабанами, особенно там, где трубки входят в барабан под разными углами.

Водотрубный котел Ярроу [ править ]

Альфред Ярроу разработал свой котел в ответ на другие, уже разработавшие водотрубные котлы . Это был долгий процесс, основанный скорее на теоретическом эксперименте, чем на развитии практических котлов. Работа началась в 1877 году, и первый коммерческий котел был поставлен только 10 лет спустя, торпедный катер 1887 года ^[6].

Несмотря на это долгое созревание, происхождение котла было самым прямым. Первоначальный разговор Ярроу с Уильямом Крашем, главой котельного отдела, как записано, включал в себя довольно прямой подход и высказывания Ярроу: «Мы должны проснуться насчет водотрубных котлов», «Почему не такой котел?» (складывает пальцы вместе, как будто молится) и "Прямые трубки?" уже выразили два из трех основных принципов конструкции котла. ^[6]

Прямые трубы [ править ]

Ранние конструкторы водяных труб были озабочены расширением труб котла при нагревании. Были предприняты усилия, чтобы позволить им свободно расширяться, в частности, чтобы те, которые были ближе к печи, могли расширяться относительно больше, чем те, что дальше. Обычно это делалось путем расположения трубок в виде больших петлевых кривых, как в котле Thornycroft . У них были трудности при изготовлении и требовалась поддержка при использовании.

Ярроу признал, что температура наполненных водой трубок поддерживалась относительно низкой и была постоянной среди них, при условии, что они оставались наполненными водой и не позволяли кипению внутри самих трубок. Высокие температуры и колебания возникали только тогда, когда трубы заполнялись паром, что также нарушало циркуляцию.

Таким образом, он пришел к выводу, что прямые водяные трубы приемлемы и имеют очевидные преимущества для изготовления и очистки в процессе эксплуатации. ^[6]

Получение труб, способных выдерживать возрастающее давление в котле, было трудным, и у большинства производителей уже были проблемы со сварными швами в трубах. Менее очевидным преимуществом прямых труб было то, что они могли использовать недавно разработанные цельнотянутые трубы, которые сейчас производятся для производства велосипедов . ^[6]

Эксперименты с циркуляцией Ярроу [ править ]

Уже было признано, что водотрубный котел основан на непрерывном потоке через водяные трубы, и что это должно быть результатом термосифонного эффекта, а не непрактичным требованием насоса.

Водяные трубы с подогревом представляли собой большое количество трубок малого диаметра, установленных между большими барабанами: водяными барабанами внизу и паровыми барабанами вверху. Исследования Фэйрберна уже показали важность диаметра трубы и то, что трубы малого диаметра могут легко выдерживать гораздо более высокое давление, чем трубы большого диаметра. Барабаны выдерживали давление благодаря своей прочной конструкции. Установленные на них люки позволяли проводить регулярный внутренний осмотр.

Предполагалось, что поток по водяным трубам будет направлен вверх из-за их нагрева в печи, и что уравновешивающий нисходящий поток потребует внешних ненагреваемых нисходящих стаканов . В большинстве конструкций водяных труб это были несколько внешних труб большого диаметра от парового барабана до водяного барабана. Таким образом, эти трубы большого диаметра представляли проблему с точки зрения надежности из-за их жесткости и действующих на них нагрузок.

Альфред Ярроу провел известный эксперимент, в котором опроверг это предположение. ^{[7] [8]} Источники неясны относительно того, обнаружил ли он это во время эксперимента или провел эксперимент просто для демонстрации теории, которой он уже придерживался.

Вертикальная U-образная труба была устроена так, чтобы ее можно было нагревать с помощью ряда горелок Бунзена с каждой стороны. Простой расходомер показал направление и приблизительную силу любого потока через резервуар наверху, соединяющий два плеча U.

Когда нагревается только одна сторона U-образной формы, в этом рукаве трубы ожидается восходящий поток нагретой воды.

Когда тепло было приложено к ненагретой руке, традиционная теория предсказывала, что циркуляционный поток замедлится или полностью прекратится. На практике поток действительно увеличился . Эксперимент Ярроу показал, что при условии некоторой асимметрии нагрева, циркуляция может продолжаться, а нагрев охлаждающей сливной трубы может даже увеличить этот поток.

Затем Ярроу повторил эксперимент, сначала с U-образной трубкой под небольшим углом к ​​горизонтали, наконец, со всей системой под давлением. ^[7] Результаты были такими же, и тираж сохранился.

Таким образом, в бойлере Yarrow можно обойтись без отдельных внешних сливных труб. Поток полностью находился внутри нагретых водяных труб, вверх в ближайших к печи и вниз через трубы во внешних рядах берега.

Описание [ править ]

Производственный котел Тысячелистника имел простой и оригинальный дизайн, который впоследствии практически не изменился. Три барабана были расположены в форме треугольника: один большой паровой барабан вверху и два меньших водяных барабана внизу. Они были связаны прямыми водяными трубками в многорядном ряду с каждым водяным барабаном.

Топка размещалась в пространстве между рядами труб. Ранние котлы работали вручную на угле, позже на жидком топливе. Котел был заключен в герметичный стальной кожух, облицованный огнеупорным кирпичом. Торцевые стены, облицованные кирпичом, вмещали топки или каменоломни для нефтяных горелок, но не имели поверхности нагрева. Дымоход от котла находился в центре верхней части кожуха, а отработанные газы проходили вокруг парового барабана. Чтобы уменьшить коррозию барабана от дымовых газов, его иногда оборачивали простым дефлекторным кожухом. Обычно нижняя часть водяных барабанов выходила за пределы кожуха, но выступали только концы парового барабана. Уровень воды составлял примерно одну треть диаметра парового барабана, этого было достаточно, чтобы покрыть концы погруженных водяных труб.

Вес котла опирался на водяные бочки, а значит, и на опоры с палубы топки. Паровой барабан поддерживался только водяными трубами и мог свободно перемещаться с тепловым расширением. При перегреве элементы перегревателя подвешивались к этому барабану. По сравнению с более ранними шотландскими и локомотивными котлами, водотрубные котлы с уменьшенным объемом воды считались легкими и не требовали обширных опор.

Более поздняя эволюция дизайна [ править ]

Бочки с водой [ править ]

Первые водяные бочки или «желоба» тысячелистника имели D-образную форму с плоской трубной пластиной, чтобы обеспечить легкий монтаж трубок. Трубная пластина была прикреплена к желобу болтами и могла быть разобрана для обслуживания и очистки трубки.

Эта форма D не является идеальной для барабана под давлением , хотя, как давление будет иметь тенденцию к искажению ее в более круглое сечение. Опыт взрывов котлов показал, что острые внутренние углы внутри котлов также подвержены эрозии за счет проточки.

В более поздних котлах использовалось более округлое сечение, несмотря на трудность вставки и герметизации концов труб, когда они уже не были перпендикулярны. Эти более поздние барабаны имели на концах люки для доступа.

Прибывшие [ править ]

Циркуляция в котле Ярроу зависела от разницы температур между внутренним и внешним рядами трубок и, в частности, от скорости кипения. Хотя это легко поддерживать при низкой мощности, бойлер тысячелистника с более высоким давлением будет иметь меньшую разницу температур и, следовательно, будет иметь менее эффективную циркуляцию. ^[2] Этому эффекту можно противодействовать, установив внешние сливные трубы за пределами обогреваемой зоны дымохода.

Хотя для большинства котлов Ярроу не требовались сливные трубы, некоторые из них были оборудованы. ^[9]

Двухсторонние котлы [ править ]

Первый двухконтурный котел был построен в 1905 году для правительства Испании. Конструкция уже хорошо подходила для сжигания с обоих концов, и было обнаружено, что двухсторонние котлы были немного более эффективными в использовании.

Верфь Ярроу всегда была ограничена в размерах кораблей, которые она могла построить. Многие из их котлов предназначались для больших военных кораблей, и Ярроу поставлял их в качестве компонентов на строительные верфи с большими стапелями.

Перегреватели [ править ]

Ранние котлы тысячелистника не перегревались, но с появлением паровых турбин возник спрос на все более высокие температуры пара.

Асимметричные котлы [ править ]

Пароперегреватель Ярроу состоял из шпилек, параллельных существующим трубам парогенератора. Один блок генераторных трубок был разделен на две части с отдельными нижними водяными барабанами для них. Пароперегреватель был помещен в зазор, образованный между ними, причем оба конца его труб были соединены с одним коллекторным барабаном пароперегревателя и внутренней перегородкой для разделения влажного и сухого пара. ^[10]

Вторичным эффектом пароперегревателя было увеличение разницы температур между внутренней и внешней трубами батареи, что способствовало циркуляции. Две емкости с водой часто соединялись ненагреваемыми сливными стаканами, чтобы обеспечить поток между барабанами. Этот эффект позже был поощрен в котле Адмиралтейства , где трубы банка были изогнуты в стороны, чтобы оставить место для пароперегревателя, сохранив при этом единственный водяной барабан.

Контролируемый поток [ править ]

Был установлен только один пароперегреватель только с одной стороны котла. В самых простых и самых маленьких котлах выхлопная труба перемещается в эту сторону, пропуская весь выхлоп через блок с перегревателем. Теперь асимметричный котел мог пропускать весь выхлопной газ через перегретую сторону как однопоточный. ^[10] Другой берег продолжал использоваться для чисто радиационного нагрева, часто с меньшим количеством рядов трубок.

В качестве альтернативы «двухпоточный» котел сохранял полный поток газа через обе стороны, хотя только один из них имел перегреватель. Управляемая перегородка на ненагреваемой стороне может быть закрыта для увеличения потока через перегреватель. ^[10] Эти котлы обычно включали дополнительные нагреватели питательной воды в восходящем потоке над этими перегородками. ^[10]

Адмиралтейский трехбарабанный котел [ править ]

Более поздней разработкой Yarrow стал трехбарабанный котел Admiralty , разработанный для Королевского флота в период между войнами. ^{[11] [12]}

Это было в целом похоже на более поздние версии Yarrow, работающие под высоким давлением и работающие на масле. Барабаны для воды были цилиндрическими, и иногда, но не всегда, использовались сливные трубы . Единственное существенное отличие заключалось в блоках трубок. Каждая труба была не прямой, а в основном прямой, но загнутой к концам. Они были установлены двумя группами внутри банка, так что они образовали разрыв между ними внутри банка. Внутри этого зазора размещались пароперегреватели . Преимущество размещения здесь пароперегревателей состояло в том, что они увеличивали разницу температур между внутренней и внешней трубами батареи, тем самым способствуя циркуляции.

Морское использование [ править ]

HMS  Hornet  (1893 г.) , эсминец класса Havock . HMS  терзал  (1893) , ведущий корабль класса, был построен в то время текущей форме локомотива котла , Hornet с котлом Ярроу для сравнения. ^[13]

Первые котлы Ярроу предназначались для небольших эсминцев и заполняли всю ширину корпуса. В ранних классах использовались три котла, установленных тандемом, каждый с отдельной воронкой . В более поздних наборах, поставляемых для крупных кораблей, использовалось несколько котлов, и они часто были сгруппированы в наборы по три, разделяя потребление.

Наземные котлы [ править ]

В 1922 году Гарольд Ярроу решил использовать растущий бум производства электроэнергии в качестве рынка для Ярроуза для строительства наземных котлов. ^[14] Первые котлы на электростанции Данстон и Брайтон были того же морского образца. Что касается их военно-морского успеха, они были известны тем, что имели большую площадь лучистого обогрева и быстро выпускали пар.

Для больших наземных турбин требовался высокий КПД и повышенный перегрев , поэтому морская модель была изменена на характерный наземный котел Ярроу. Это стало асимметричным. Одно крыло было увеличено и получило большую часть потока газа. Блоки внутренних труб остались и получали лучистое тепло от печи, но затем газы проходили через один из них, через блок перегревателей, а затем через дополнительный третий блок, чтобы увеличить отвод тепла.

Также увеличилось рабочее давление. С рабочего давления 575 фунтов на квадратный дюйм в 1927 году к 1929 году экспериментальный котел работал при давлении 1200 фунтов на квадратный дюйм. ^[14]

Двигатель 10000 [ править ]

Только один котел "Ярроу" использовался в железнодорожном локомотиве - экспериментальном " Двигатель 10000" Найджела Гресли 1924 г. для компании LNER . ^[15] Наблюдая за преимуществами более высоких давлений и сложных двигателей в морской практике , Гресли стремился поэкспериментировать с этим подходом на железнодорожном локомотиве . Как и в случае с наземными котлами , Гарольд Ярроу стремился расширить рынок котлов Ярроу.

Котел отличался от обычного тысячелистника. В работе, особенно в его циркуляционных путях, котел имел больше общего с другими трехбарабанными конструкциями, такими как Woolnough . Он также был описан как эволюция водотрубной топки Brotan-Deffner , в которой топка была расширена, чтобы стать целым котлом.

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме котла Ярроу .