Кіріспе

Қазанның түрі

От құбырлы қазандық – 1828 жылы Марк Сегюин тапқан қазандық түрі. Онда оттан ыстық газдар жабық су контейнері арқылы өтетін бір немесе бірнеше құбырлар арқылы өтеді. Газдардың жылуы құбырлардың қабырғалары арқылы жылу өткізгіштікпен беріліп, суды қыздырады және нәтижесінде бу пайда болады. От құбырлы қазандық қазандықтардың төрт негізгі тарихи түрінің үшіншісі болып дамыды: төмен қысымды ыдыс немесе «саман қазандығы», бір немесе екі үлкен түтігі бар қазандықтар, көптеген кішкентай құбырлары бар от құбырлы қазандықтар және жоғары қысымды су түтікті қазандықтар. Олардың бір үлкен түтігі бар қазандықтарға қарағанда артықшылығы – көптеген кішкентай құбырлар бірдей қазандық көлемі үшін әлдеқайда үлкен жылу беру бетін ұсынады. Жалпы құрылымы – оттан шыққан ыстық түтін газдарын тасымалдайтын құбырлармен тесілген су ыдысы. Ыдыс әдетте цилиндрлі болады, себебі ол қысымға төзімді контейнер үшін ең берік пішін. Бұл цилиндрлі ыдыс көлденең немесе тік болуы мүмкін. Бұл типтегі қазандықтар барлық локомотивтерде көлденең «локомотив» түрінде қолданылған. Ол от құбырларын қамтитын цилиндрлі бөшкеден және «оттық» орналастыру үшін бір жағынан созылмадан тұрады. Оттықтың ашық негізі үлкен торлы аумақты қамтамасыз етеді және көбінесе цилиндрлі бөшкеден тысқары ұзарып, төртбұрышты немесе конустық қоршау құрайды. Көлденең от құбырлы қазандық теңізде де қолданылады, шотланд қазандығын пайдаланады. Сондықтан бұл қазандықтар көбінесе «шотланд теңіз» немесе «теңіз» типті қазандықтар деп аталады. Тік қазандықтар да көптеген от құбырлары бар типте салынған, бірақ олар салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Көптеген тік қазандықтар түтікті немесе су түтікті болып келген.

Операция

Локомотивтік қазандықта отын от қорабында ыстық жанар-жағар газдар шығару үшін жағылады. От қорабы сумен салқындатылатын, ұзын цилиндрлі қазандық корпусына қосылған. Ыстық газдар қазандықтың ішінде орналасқан от түтікшелері немесе каналдар арқылы бағытталады, олар суды қыздырып, қаныққан (“ылғал”) буды жасайды. Бу қазандықтың ең жоғары нүктесіне, бу күмбезіне көтеріліп, онда жиналады. Күмбез – қазаннан будың шығуын басқаратын реттегіштің орны. Локомотивтік қазандықта қаныққан бу көбінесе қыздырғышқа жіберіледі, ол қазанның үстіңгі жағындағы кеңірек түтікшелер арқылы өтіп, буды кептіріп және оны қыздырылған буға дейін қыздырады. Қыздырылған бу бу машинасының цилиндрлеріне немесе сирек жағдайларда турбинаға жіберіліп, механикалық жұмыс атқарады. Қоқыс газдары түтін шығару құбығы арқылы сыртқа шығарылады және қазандықтың тиімділігін арттыру үшін суды алдын ала қыздыруға пайдаланылуы мүмкін. От түтікшелі қазандықтар үшін, әсіресе теңіздік қолдануда, көбінесе биік түтін шығару құбығы арқылы ауа тарту қамтамасыз етіледі. Стивенсонның "Ракетасынан" бастап барлық бу локомотивтерінде қосымша ауа тарту цилиндрлерден түтін шығару құбығына түтін құбығы арқылы шығарылатын бу арқылы жасалады, бұл жартылай вакуум құрайды. Қазіргі заманғы өнеркәсіптік қазандықтар қазандықты мәжбүрлі немесе табиғи ауа тартумен қамтамасыз ету үшін желдеткіштерді қолданады. "Ракетаның" тағы бір маңызды жетістігі – бір үлкен түтік орнына көптеген кішкентай диаметрлі от түтікшелерін (көп түтікшелі қазандық) пайдалану болды. Бұл жылу алмасу үшін беттік ауданын едәуір арттырып, буды әлдеқайда жылдам өндіруге мүмкіндік берді. Бұл болмаса, бу локомотивтері қуатты қозғалтқыш ретінде тиімді дамымаған болар еді.

Түрлері

Қосымша мәліметтер үшін, Flued қазандықтарына қараңыз.

Корнуолл қазандығы

Өрт құбырлы қазандықтың ең алғашқы түрі Ричард Тревитиктің "жоғары қысымды" Корнуолл қазандығы болды. Бұл – отты ұстайтын бір үлкен түтігі бар ұзын көлденең цилиндр. Өрттің өзі осы түтіктің үстіне қойылған темір торда жағылды, ал оның астында жанбайтын қалдықтарды жинау үшін беткей күл табасы орналастырылды. Бүгінде төмен қысымды деп есептелсе де, цилиндрлі қазандық қабығының пайдалануы Ньюкоменнің заманындағы "саман үйіндісі" сияқты қазандықтарға қарағанда жоғары қысымға мүмкіндік берді. Пеш табиғи тынысқа (ауа ағынына) тәуелді болғандықтан, отқа жеткілікті ауа (оттегі) беру үшін түтіктің соңына биік мұржа қажет болды. Тиімділік үшін қазандық көбінесе кірпіштен салынған камерамен астынан жабылды. Түтін газдары от құбырынан өткеннен кейін, осы камера арқылы жүргізіліп, қазандықтың алдыңғы жағында орналасқан мұржаға бағытталды.

Ланкашир қазандығы

Ланкаширлік қазандық Корнуолл қазандығына ұқсас, бірақ отты қамтитын екі үлкен түтікшесі бар. Ол 1844 жылы Уильям Фэрберн жасаған, оның тиімдірек қазандықтардың термодинамикасын теориялық тұрғыдан қарастыруы пештің торлы ауданын су көлеміне қатысты арттыруға әкелді. Кейінірек жасалған жетілдірулер Галлоуэй түтікшелерін (олардың авторы 1848 жылы патент алған) қосты, түтікше арқылы көлденең су түтікшелері орнатылды, осылайша қыздырылатын бетінің ауданы артты. Бұл түтікшелер үлкен диаметрлі және қысқа болғандықтан, сондай-ақ қазандық салыстырмалы түрде төмен қысымда жұмыс істейтіндіктен, ол әлі де су түтікшелі қазандық деп есептелмейді. Түтікшелердің конустық пішінді болуы оларды түтікшеге орнатуды жеңілдету үшін жасалған.

Шотландиялық теңіз қазандығы

Шотланд теңіз қазандығы алдыңғы үлгілерінен көптеген кішкентай диаметрлі құбырларды қолдану арқылы күрт ерекшеленеді. Бұл көлем мен салмағына қарағанда әлдеқайда үлкен жылу беру бетін қамтамасыз етеді. Оттық бір үлкен диаметрлі құбыр болып қалады, ал көптеген кішкентай құбырлар оның үстіне орналасқан. Олар жану камерасы арқылы байланыстырылған – қазандықтың қабығының ішінде толығымен жабық көлем – сондықтан түтін газдары оттық құбырлары арқылы арттан алға қарай ағылады. Осы құбырлардың алдыңғы бөлігін жабатын жабық түтін камерасы жоғары қарай дымқұрылғыға немесе түтікке дейін жетеді. Типик шотланд қазандықтарында екі оттық болған, ал үлкендерінде үш оттық болған. Осы көлемнен асып кеткенде, мысалы, үлкен бу кемелері үшін, бірнеше қазандықтарды орнату жиі кездесетін жағдай болды.

Тік от құбырлы қазандық

Тік от құбырлы қазан (VFT), көбінесе "тік қазандық" деп аталады, тік цилиндрлі корпусы бар, ішінде бірнеше тік түтін құбыры орналасқан.

Admiralty типті тікелей құбырлы қазандық

Британияда темір кемелер пайда болғанға дейін және олардың алғашқы жылдарында кеңінен қолданылған, қорғалатын жалғыз орын су сызығының астында, кейде брондалған палубаның астында болатын. Сондықтан, қысқа палубалардың астына орналасу үшін түтіктер пештің үстінен кері бұрылмай, тікелей созылып, арасында жану камерасы орналастырылды. Сондықтан осылай аталды және диаметрі шотландтық немесе кері түтік қазандықтарымен салыстырғанда айтарлықтай кіші болды. Бұл үлкен жетістікке ие болмады және күшті бортық қорғау енгізілгеннен кейін қолданылуы тоқтатылды. Пештің жоғарғы бөлігі су деңгейіне тым жақын болғандықтан, қатты қызуға бейім болды. Сонымен қатар, қазандықтың ұзындығы бірдей еңіс бұрышында су деңгейіне тигізетін әсері зор болды. Соңында, қазандықтың әртүрлі бөліктерінің теңсіз кеңеюі, әсіресе жоғарғы және төменгі бөліктерінде, қазандықтың ұзындығы мен диаметрі арасындағы қатынастың ұлғаюына байланысты күштірек байқалды; жергілікті кернеулер де ұзын және төмен қазандықтардағы салыстырмалы түрде нашар айналымның салдарынан күштірек болды. Бұлардың барлығы қазандықтың қызмет ету мерзімін қысқартуға әкелді. Сонымен қатар, жану камерасының бірдей ұзындығы тікелей түтік қазандықта, кері түтік қазандықтағыдан кем тиімді болды, кемінде, бөлігіштер болмаса.

Суға батыру арқылы жұмыс істейтін қазандық

Суға батыру қазандығы – 1940 жылдары Sellers Engineering компаниясы әзірлеген бір өтімді от түтік қазандық. Ол тек от түтіктерден тұрады, сонымен қатар пеш пен жану камерасы қызметін де атқарады, және бірнеше жанарғы мүндері арқылы қысыммен алдын ала араластырылған ауа мен табиғи газды шашыратады. Оның конструкциясының арқасында жылулық кернеулер төмендегендігі айтылады және отқа төзімді кірпіштер мүлдем қолданылмаған.

Су құбырлары

Өрт түтік қазандықтарында кейде жылу беру бетін арттыру үшін су түтіктері де болады. Корнуол қазандығының түтін арнасының диаметрі бойынша бірнеше су түтіктері орналасуы мүмкін (бұл бу кемелерінде жиі кездеседі). Кең оттықпен жабдықталған локомотив қазандығында аркалық түтіктер немесе термиялық сифондар болуы мүмкін. Оттық технологиясы дамыған сайын, оттық түтіктерге құйылар алдында ыстық газдар ағынын оттықтың жоғарғы бөлігіне бағыттау үшін оттықтың ішінде отқа төзімді кірпіштерден жасалған бөгеттерді (жақшаларды) орнатудың тиімділігі артатыны анықталды, бұл оттық түтіктерінің жоғарғы және төменгі бөліктері арасындағы жылуды теңестіруге көмектеседі. Бұл жақшаларды бекіту үшін металл тіреулер қолданылды, бірақ олардың күюі мен тозуын болдырмау үшін олар су түтіктері ретінде жасалды, қазандықтың төменгі бөлігінен салқын су конвекция арқылы жоғары көтеріліп, қызған кезде жылуды алып кететіндей етілді, металл бұзылу температурасына жетпейтіндей болды. Жылу беру бетін арттырудың тағы бір тәсілі – қазандық түтікшелерінің ішінде спираль тәрізді ойыстар жасау (бұл Серв түтікшелері деп те аталады). Барлық қазандықтар да бу өндірмейді; кейбіреулері қысымды суды қыздыру үшін ғана арналған.

Кері жалын

Ланкашир дизайнына құрмет ретінде, қазіргі заманғы қабықшалы қазандықтар екі пешті конструкциямен жабдылуы мүмкін. Жақындағы жаңалық – кері жалынды конструкция, онда жанар оттық жабық пешке от береді және күйіндеген газдар кері қайта оралады. Бұл конструкцияны ықшамдап, құбыр жүйесін азайтуға мүмкіндік береді.

Қаптамалық қазандық

"Пакет" қазандығы термині 20 ғасырдың басында және ортасында пайда болды; ол өндірушіде барлық оқшаулау, электр панельдері, клапандар, манометрлер және отын жағығыштары жиналған тұрғын үйді жылыту қазандықтарын сипаттау үшін қолданылады. Басқа жеткізу тәсілдері көмірмен жылыту дәуіріндегі бұрынғы практикаға көбірек ұқсайды, онда қалған компоненттер алдын ала жиналған қысым ыдысына немесе "бөлшектеп жиналатын" қазандығына орнатылды, онда қысым ыдысы құрастырылатын құймалар жиынтығы ретінде жеткізіледі. Жалпы ереже бойынша, зауытта жинау әлдеқайда тиімді, сондықтан "пакет" қазандығы тұрмыстық қолдану үшін басым болып табылады. Бөлшектеп жиналатын жеткізілімдер тек қажет болған жағдайларда ғана қолданылады, мысалы, кіру жолдары шектеулі болғанда, мысалы, жертөлеге тек тар баспалдақ арқылы кіру мүмкін болғанда.

Конденсациясыз қазандықтардағы оттың жағасындағы коррозия

Қазанға қайтарылатын судың температурасы, нақты конструкциясына байланысты, түтін газдарынан су буының конденсациялануын және түтін газдарынан көміртек қышқылы мен күкірт қышқылының еріуін болдырмау үшін қолданылады. Бұл қышқылдар жылу алмастырғышты зақымдайтын коррозиялық сұйықтықтар болып табылады.

Конденсациялық қазандықтар

Конденсациялық қазандықтар түтін газдарындағы су буынан булану жылуын алу арқылы төменгі оттық қуатында 2% немесе одан да тиімді болуы мүмкін. Тиімділіктің артуы отын түріне және жалпы энергияның қанша бөлігі қалпына келтіріле алатынына байланысты. Метан түтін газында пропанға немесе дизель отынына қарағанда қалпына келтірілетін энергия көбірек, ал оларға қарағанда азырақ. Конденсатталған су түтіннен еріген көмірқышқыл газы мен күкірт оксидтерінің әсерінен коррозияға ұшырайды және оны кәдеге жарату алдында бейтараптандыру қажет. Бүгінгі таңда сақталған локомотивтер әдетте үнемі бумен қамтамасыз етілмейді және ұсынылған жуу аралығы қазір он бес-отыз күн, бірақ 180 күнге дейін де мүмкін. Процесс қазандықта қысым сақталғанда "түсіруден" басталады, содан кейін оттық қорабының түбіндегі "құм тесіктері" арқылы қазандықтағы барлық су ағызылады және барлық "жуу тығындары" алынып тасталады. Содан кейін жоғары қысымды су ағыны және мыс сияқты жұмсақ металлдан жасалған таяқшаларды пайдалана отырып, ішкі беттердегі қабыршақтар ағызылады немесе сыпырылады. Қабыршақ пайда болуына әсіресе осал аймақтар, мысалы, оттық қорабының жоғарғы бөлігі және оттық қорабының айналасындағы тар су кеңістіктеріне ерекше назар беріледі. Қазанның ішкі жағы ілгіш тесіктерінен қарап тексеріледі, өрт түтікшелерінің, оттық қорабының жоғарғы бөлігі мен тіректерінің қауіпсіздігіне және қазандық тақталарындағы шұңқырлардың немесе жарықтардың жоқтығына ерекше назар аударылады. Газкөлденең шыны және түтікшелер мен қопсытылатын тығындар қабыршақтан тазартылуы керек; егер қопсытылатын тығынның өзегі күйген белгілер көрсетсе, оны ауыстыру керек. Қайта жинау кезінде бұрандалы тығындар бастапқы тесіктеріне орнатылғанына көз жеткізу керек: қайта бұрау салдарынан бұрандалардың пішіні өзгеруі мүмкін. Егер құм тесігінің тығындары асбесттен жасалған болса, оларды жаңалау керек, бірақ қорғасыннан жасалғандарын қайта пайдалануға болады; осы зиянды материалдарды жою бойынша арнайы нұсқаулар бар. Көптеген қазандықтар қазіргі кезде тұтқалар үшін жоғары температуралы синтетикалық материалдарды қолданады, себебі бұл материалдар тарихи нұсқаларға қарағанда қауіпсіз. Ірі техникалық қызмет көрсету орындарында локомотивті қызметке тезірек қайтару үшін қазандықты жуу және сыртқы көзден ыстық сумен толтыру жүзеге асырылатын еді.

Мерзімді тексеру

Көбінесе жылдық тексеру болып табылатын бұл процедура, инжекторлар, қауіпсіздік клапандары және қысым көрсеткіші сияқты сыртқы бөлшектерді алып тастауды және тексеруді қажет етеді. Жоғары қысымды мыс құбырлары пайдалану барысында қатаюы мүмкін және осының салдарынан қауіпті түрде сынғыш болуы мүмкін: оларды қайта орнату алдында қыздырып илеу (annealing) қажет болуы мүмкін. Сонымен қатар, қазандық пен құбыр жүйесіне гидравликалық қысым сынағы жүргізілуі де мүмкін.

Жалпы жөндеу

Ұлыбританияда толық жөндеулер арасындағы белгіленген ең ұзақ мерзім он жылды құрайды. Толық тексеру жүргізу үшін қазан локомотивтің шассисінен көтеріледі және жылу оқшаулағы алынып тасталады. Барлық оттық түтіктер тексеру немесе ауыстыру үшін демонтаждалады. Барлық арматуралар күрделі жөндеуге жіберіледі. Қазанды қайта пайдалануға беру алдында білікті тексеруші оның қызметке жарамдылығын тексереді және он жылға жарамды қауіпсіздік сертификатын ұсынады.