Бу локомотивтерде қолданылатын Белпер қазандықтары

Кіріспе

Бу локомотивтерінде қолданылатын оттық түрі – Белпаир оттығы. Оны 1864 жылы бельгиялық Альфред Белпаир ойлап тапты. Бүгінде бұл термин әдетте оттықтың сыртқы қабығының пішінін білдіреді: жоғарғы жағынан жалпақ, көлденең қимасы төртбұрышты, үстіңгі жағындағы бойлық қабырғалармен анықталады. Дегенмен, осыған ұқсас төртбұрышты көлденең қималы ішкі оттық, осы конструкцияның басты артықшылықтарын қамтамасыз етеді. Яғни, ол оттықтың ең ыстық бөлігінде – жоғарғы жағында жылу беру қабатын ұлғайтып, бу өндірісін жақсартады, дөңгелек пішінмен салыстырғанда. Оттықтың жалпақ жамылғысын қысымға қарсы қолдау (мысалы, тіреулер немесе қабырғалар арқылы) дөңгелек пішінге қарағанда қиынырақ. Алайда, ұқсас пішінді төртбұрышты сыртқы қазан қабығын пайдалану қабықтар арасында тік тіреулерді орнатуға мүмкіндік береді. Белпаир сыртқы оттығы, әдетте, дөңгелек пішінге қарағанда жасауға күрделі және қымбат. Осы қазанды жасауға кеткен қосымша шығындарға байланысты, АҚШ-тың екі ірі теміржолы ғана – Пенсильвания және Солтүстік теміржолы Белпаир оттығын қолданды. Ұлыбританияда 1920 жылдан кейін көптеген локомотивтер осы конструкцияны пайдаланды, бірақ LNER одан бас тартты.

Сипаттама

Бу қазандықтарында оттық, максималды жылу беруді қамтамасыз ету үшін бес жағынан (алдыңғы, артқы, сол, оң және жоғарғы) су қапшағымен қоршалған. Сыртқы және ішкі оттық қабырғалары арасындағы жоғары қысымға қарсы тұру үшін және ішінара қазандықтың ішіне жылуды өткізу үшін тіреулер қолданылады. Көптеген қазандық конструкцияларында қазандықтың жоғарғы бөлігі оттықтың үстінде цилиндр тәрізді болып келеді, ол қазандықтың қалған бөлігімен үйлеседі және қазандықтың қысымына оңай төтеп береді. Белпаир конструкциясында сыртқы жоғарғы қазандық қабырғалары жалпақ жоғарғы оттық қабырғаларымен шамамен параллель болып, оған шаршы пішін береді. Бұл конструкцияның артықшылығы – булануға арналған үлкен бет ауданы және классикалық цилиндрлі қазандықтың тарылған жоғарғы кеңістігімен салыстырғанда, судың цилиндрге түсуіне байланысты көбіктікке (примингке) бейімделуі аз. Бұл Ұлы Батыс темір жолының бас инженері Г.Дж. Черчвардқа буды жинау үшін бу күмбезін пайдалану қажеттілігін жойды. Черчвард Белпаир дизайнын жақсартты, оттықты және қазандықтың корпусын алдыңғы жағындағы ең жоғары бу өндірісіне қарай кеңейту арқылы берілген көлемдегі қазандықта су ағынын арттырды. Белпаир оттығының пішіні қазандық тіреулерін орнатуды жеңілдетеді, өйткені олар қабырғаларға перпендикуляр орналасқан. Осы артықшылықтарға қарамастан, LNER Engine Pacifics сияқты басқа локомотив қазандықтары дөңгелек сыртқы қабырғаларымен және Белпаир типтерімен салыстырылатын жылу тиімділігімен, қабырғалар арасында тіреулерді орнатуда үлкен қиындықтарсыз жазық ішкі оттықтарға ие болды. АҚШ-та Белпаир оттығын 1882 немесе 1883 жылдары Р.П.С. Сандерсон енгізді, ол сол кезде Шенадоа аңғары темір жолында жұмыс істеді (фактыде Пенсильвания темір жолының еншілес компаниясы, өйткені олардың қаржылық қолдауы E.W. Clark & Co. компаниясынан болды). Сандерсон – ағылшын (кейін американдық азаматтыққа натурализацияланған), ол 1875 жылы Германияның Кассель қаласында инженерлік білім алған. Белпаир типті локомотив қазандығының ерекше түрін білгеннен кейін, Сандерсон Кассельдегі Хеншель локомотив зауытында жұмыс істейтін колледждегі ескі танысына хат жазды. Ол Сандерсонға Хеншельдің соңғы Белпаир қазандығының схемасын жіберді. Схеманы көрсеткеннен кейін, Шенадоа аңғары темір жолының қозғалтқыш күшінің бастығы Чарльз Блэквелл дизайнға өте риза болды және Болдуин мен Грант локомотив зауытына екі жолаушылар локомотивіне (кейін 94 және 95 нөмірлерімен) және бес жүк локомотивіне (кейін 56, 57, 58, 59 және 60 нөмірлерімен) тапсырыс берді. Бұл АҚШ-та Белпаир типті локомотив қазандығын қолданудың бастамасы болды. Пенсильвания темір жолы өзінің шамамен барлық пар локомотивтерінде Белпаир оттықтарын қолданды. Локомотивтердің оттық бөлігіндегі қазандықтың ерекше төртбұрышты пішіні іс жүзінде "Pennsy" тауарлық белгісіне айналды, өйткені АҚШ-та тек Ұлы Солтүстік компаниясы Белпаир оттықтарын кеңінен қолданды.

In steam boilers, the firebox is encased in a water jacket on five sides, (front, back, left, right and top) to ensure maximum heat transfer to the water. Stays are used to support the surfaces against the high pressure between the outside wall and the interior firebox wall, and partially to conduct heat into the boiler interior. In many boiler designs, the top of the boiler is cylindrical above the firebox, matching the contour of the rest of the boiler and naturally resisting boiler pressure more easily. In the Belpaire design, the outer upper boiler wall sheets are roughly parallel with the flat upper firebox sheets giving it a squarer shape. The advantage was a greater surface area for evaporation, and less susceptibility to priming (foaming), involving water getting into the cylinders, compared with the narrowing upper space of a classic cylindrical boiler. This allowed G. J. Churchward, the chief mechanical engineer of the Great Western Railway, to dispense with a steam dome to collect steam. Churchward also improved the Belpaire design, maximising the flow of water in a given size of boiler by tapering the firebox and boiler barrel outwards to the area of highest steam production at the front of the firebox. The shape of the Belpaire firebox also allows easier placement of the boiler stays, because they are at right angles to the sheets. Despite these claimed advantages, other locomotive boilers such as the LNER Engine Pacifics had flat topped inner fireboxes with round topped outer shells and with as good a thermal performance as the Belpaire type, without suffering major problems with staying between shells. In the USA, the Belpaire firebox was introduced in about 1882 or 83 by R. P. C. Sanderson, who at the time was working for the Shenandoah Valley Railroad (essentially a subsidiary of the Pennsylvania Railroad, since they shared the same financial backing from E. W. Clark & Co.). Sanderson was an Englishman (later naturalized as an American citizen) who had attained his engineering degree from Cassel in Germany in 1875. Having obtained knowledge of a special form of locomotive boiler (the Belpaire), Sanderson wrote to an old acquaintance from his college days who was working at the Henschel locomotive factory at Cassel. He sent Sanderson a tracing of Henschel's latest Belpaire boiler. When shown the design, Charles Blackwell, Superintendent of Motive Power for the Shenandoah Valley Railroad, was very pleased with the design and placed an order with the Baldwin and Grant Locomotive Works for two passenger engines, afterwards numbered 94 and 95, and five freight engines, afterwards numbered, 56, 57, 58, 59, and 60. That marked the beginning of the use of the Belpaire type locomotive boiler in the United States. The Pennsylvania Railroad used Belpaire fireboxes on nearly all of its steam locomotives. The distinctive square shape of the boiler cladding at the firebox end of locomotives practically became a "Pennsy" trademark, as otherwise only the Great Northern used Belpaire fireboxes in significant numbers in the USA.