Котел тысячелистника - Yarrow boiler

Котел тысячелистника со снятыми дымоходом и наружным кожухом

Котлы тысячелистника являются важным классом высоконапорных водотрубные котлы. Они были разработаны Yarrow & Co. (Лондон), судостроители и инженеры и широко использовались на кораблях, в частности военные корабли.

Конструкция котла тысячелистника характерна для трехбарабанный котел: два ряда прямых водяных труб выстроены в треугольный ряд с одной топкой между ними. 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]

Ранние водотрубные котлы

Раннее использование водотрубный котел в пределах Королевский флот время от времени было спорным, что привело к 'Битва котлов ' около 1900 г.^[4] Эти первые котлы, такие как Бельвиль и Никлаус, были конструкции с большими трубками, с простыми прямыми трубками диаметром около 4 дюймов, расположенными под небольшим углом к ​​горизонтали.^[5] Эти трубы были соединены в чугунные коллекторы, и в этих соединениях возникали проблемы с утечкой. В то время предполагалось, что тепловое расширение в этих прямых трубках было натяжение суставов. Эти котлы также были большими, и хотя они были установлены на многих Дредноутные линкоры, не может быть приспособлен к маленькому торпедные катера и ранний разрушители тогда в стадии очень активной разработки.

Чтобы обеспечить более легкий котел для небольших судов, 'Выражать' типы были разработаны. В них использовались водяные трубки меньшего размера диаметром около 2 дюймов, что давало большее отношение площади нагрева к объему (и весу). Большинство из них были из трехбарабанный паттерн, особенно Du Temple и Норманд конструкции.^[5] Это дало более вертикальное расположение водяных трубок, что способствовало циркуляции термосифона в этих узких трубках. Предыдущие проблемы расширения трубок 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 тысячелистника

Альфред Ярроу разработал свой котел в ответ на другие, уже разработанные 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 г.^[6]

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

Прямые трубы

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 случае Котел Торникрофт. 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 трубок было то, что они могли использовать недавно разработанные цельнотянутые трубы сейчас производится для велосипед производство.^[6]

Эксперименты по циркуляции тысячелистника

Эксперимент с U-образной циркуляцией Yarrow

Очистка котла тысячелистника

Уже было признано, что водотрубный котел полагается на непрерывный поток через водяные трубы, и что это должно быть термосифон эффект, а не непрактично требующий насоса.

Водяные трубы с подогревом представляли собой большое количество трубок малого диаметра, установленных между большими барабанами: водяными барабанами внизу и паровыми барабанами вверху. Fairbairn Исследования уже показали важность диаметра трубы и то, как 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 через водяные трубы будет направлен вверх из-за их нагрева в печи, и что уравновешивающий нисходящий поток потребует внешнего ненагреваемого спустившиеся. 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 знаменитый эксперимент, в котором опроверг это предположение.^[7][8] Источники неясно, обнаружил ли он это во время эксперимента или провел эксперимент просто для демонстрации теории, которой он уже придерживался.

Вертикальная U-образная трубка была расположена так, чтобы ее можно было нагреть серией Горелки 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 трубки ожидается восходящий поток нагретой воды.

Когда тепло применялось к ненагретой руке, традиционная теория предсказывала, что циркуляционный поток замедлится или полностью прекратится. На практике поток действительно повысился. При условии, что было немного Из-за асимметрии нагрева эксперимент Ярроу показал, что циркуляция может продолжаться, а нагрев более холодного сливного стакана 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

Концевая полусекция котла с наружной топкой и дымоходом

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. В торцевых стенах этого корпуса, облицованных кирпичом, размещались пожарные двери или каменоломни масляных 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. В уровень воды составляла 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 ранним Скотч и паровозные котлы, водотрубные котлы с уменьшенными объемами воды считались легкими и не требовали обширных опор.

Поздняя эволюция дизайна

Бочки с водой

Котел Early Yarrow с D-образными желобами

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 в взрывы котлов показали, что острые внутренние углы внутри котлов также подвержены эрозии из-за 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.

Вниз

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

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

Асимметричный двухпоточный котел тысячелистника с пароперегревателем

Котлы раннего тысячелистника не перегревались, но с введением паровые турбины существовала потребность во все более высоких температурах пара.

Асимметричные котлы

Пароперегреватель Ярроу состоял из шпилечных трубок, параллельных существующим трубкам 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. Позднее этот эффект поощрялся в Адмиралтейский котел, где трубы банка были изогнуты в стороны, чтобы оставить место для пароперегревателя, сохранив при этом единственный водяной барабан.

Контролируемый поток

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 блок оставался 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 неперегретой стороне может быть закрыта для увеличения потока через перегреватель.^[10] Эти котлы обычно включают в себя дополнительные подогреватели питательной воды в восходящем потоке над этими перегородками.^[10]

Адмиралтейский трехбарабанный котел

Позднее развитие тысячелистника было Адмиралтейский трехбарабанный котел, разработан для Королевский флот между войнами.^[11][12]

Это было в целом похоже на более поздние версии Yarrow, работающие под высоким давлением и работающие на масле. Барабаны были цилиндрическими и спустившиеся иногда, но не всегда, использовались. Единственное существенное отличие заключалось в блоках трубок. Вместо прямых трубок каждая трубка была по большей части прямые, но загнутые к концам. Они были установлены двумя группами внутри банка, так что они образовали разрыв между ними внутри банка. Установлены пароперегреватели внутри этот пробел. Преимущество размещения здесь пароперегревателей заключалось в том, что они увеличивали разницу температур между внутренней и внешней трубами батареи, тем самым способствуя циркуляции.

Морское использование

Тройная группа котлов для чилийского линкора

HMSШершень (1893), а Эсминец класса Havock. HMSHavock (1893), головной корабль этого класса, был построен с современной на тот момент формой паровозный котел, Шершень с котлом тысячелистника для сравнения.^[13]

Первые котлы Ярроу предназначались для небольших эсминцев и заполняли всю ширину корпуса. В ранних классах использовались три котла, расположенных тандемом, каждый с отдельным воронка. Более поздние наборы поставляются для крупные корабли использовали несколько котлов, и они часто были сгруппированы в группы по три, разделяя потребление.

Котлы наземные

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

Большие наземные турбины требовали высокого КПД и увеличивали 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

В железнодорожном локомотиве использовался только один котел "Ярроу", Найджел Гресли экспериментальный Двигатель 10000 1924 г. для ЛНЕР Компания.^[15] Наблюдая за преимуществами более высокого давления и составные двигатели в морская практика, Гресли очень хотел поэкспериментировать с этим подходом на железной дороге. локомотив. Как и в случае с наземные котлы Гарольд Ярроу стремился расширить рынок котлов Ярроу.

Котел отличался от обычного тысячелистника. В работе, в частности, в его циркуляционных путях, котел имел больше общего с другими трехбарабанными конструкциями, такими как Woolnough. Это также было описано как эволюция Бротан-Деффнер водотрубная топка, с выдвинутой топкой, которая становится целым котлом.

Рекомендации