Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Термиялық іске қосылатын қауіпсіздік клапаны, бөгеттердегі су төгілетін арна.
Thermally triggered safety valve
the spillway in dams
Эритін тығын – әдетте қола, мыс немесе құймадан жасалған, ішінен бойлық саңылау салынған цилиндр тәрізді металл бөлік. Бұл саңылаудың іші еріп кетіп, алдын ала белгіленген жоғары температураға жеткен кезде ағып шығатын төмен балқу температуралы металлмен тығыздалады. Эритін тығын бастапқыда бу машиналары қазандықтарындағы су деңгейінің төмендеуіне қарсы қауіпсіздік шарасы ретінде қолданылған, бірақ кейіннен оның қолданылу аймағы ауа баптау жүйелері және коррозиялық немесе сұйытылған мұнай газын тасымалдауға арналған резервуарлар сияқты басқа жабық ыдыстарға дейін кеңейтілді.
A fusible plug is a threaded cylinder of metal, usually bronze, brass or gunmetal, with a tapered hole drilled completely through its length. This hole is sealed with a metal of low melting point that flows away if a pre determined high temperature is reached. The initial use of the fusible plug was as a safety precaution against low water levels in steam engine boilers, but later applications extended its use to other closed vessels, such as air conditioning systems and tanks for transporting corrosive or liquefied petroleum gases.
Мақсаты
Қауіпті қысым емес, қауіпті температураға жеткенде, жабық ыдыста балқымалы тығын қауіпсіздік клапаны ретінде жұмыс істейді. Бу қазандықтарында балқымалы тығын оттық қораптың (жоғарғы тақтаның) тажына бұралып, әдетте оның үстіндегі су кеңістігіне шамамен бір дюйм (25 мм) дейін созылады. Оның мақсаты – су деңгейі қауіпті түрде төмендеген жағдайда соңғы қауіпсіздік құрылғысы ретінде қызмет ету: тығынның жоғарғы бөлігі судан шыққан кезде ол қызып кетеді, төмен балқу температуралы ядросы балқып кетеді және осының салдарынан оттық қорапқа будың қатты шығуы операторларды қауіп туралы ескертеді, бұл оттық қорабының толығымен құрғап, қазандықтың күйреуіне алып келмес бұрын болады. Бу машинасының оттық қорабындағы түтін газдарының температурасы 1000°F (550°C) дейін жете алады, мұндай температурада мыс, одан көптеген оттық қораптар жасалған, қазандық қысымын көтере алмайтын жұмсақ күйге жетеді және егер қазандыққа тез су құйылмаса және от өшірілмесе немесе алынбаса, ауыр жарылыс болады. Тығын арқылығы тесік бу қысымын төмендетуге жеткіліксіз, ал одан өткен судың шамалы мөлшері, егер болса, өртті сөндіруге елеулі әсер етпейді.
A fusible plug operates as a safety valve when dangerous temperatures, rather than dangerous pressures, are reached in a closed vessel. In steam boilers the fusible plug is screwed into the crown sheet (the top plate) of the firebox, typically extending about an inch (25mm) into the water space above it. Its purpose is to act as a last resort safety device in the event of the water level falling dangerously low: when the top of the plug is out of the water it overheats, the low melting point core melts away and the resulting noisy release of steam into the firebox serves to warn the operators of the danger before the top of the firebox itself runs completely dry, which could result in catastrophic failure of the boiler. The temperature of the flue gases in a steam engine firebox can reach 1000 °F (550 °C), at which temperature copper, from which historically most fireboxes were made, softens to a state which can no longer sustain the boiler pressure and a severe explosion will result if water is not put into the boiler quickly and the fire removed or extinguished. The hole through the plug is too small to have any great effect in reducing the steam pressure and the small amount of water, if any, that passes through it is not expected to have any great impact in quenching the fire.
Тарих
Бұл құрылғы 1803 жылы Ричард Тревитикпен ойлап табылды, ол атмосфералық емес, жоғары қысымды бу машиналарының жақтаушысы болатын. Бір жаңа қазанның жарылуы салдарынан осы құрылғы пайда болды. Оның қарсыластары жоғары қысымды бу тұжырымдамасын толығымен сынауға асықты, бірақ Тревитик апаттың себебі оның отты жағушысы қазанды сумен толтыруды ұмытқандығын көрсетті. Ол бұл сынды жою үшін өнертабысын патентсіз кеңінен жариялады.
The device was invented in 1803 by Richard Trevithick, the proponent of high pressure (as opposed to atmospheric) steam engines, in consequence of an explosion in one of his new boilers. His detractors were eager to denounce the whole concept of high pressure steam, but Trevithick proved that the accident happened because his fireman had neglected to keep the boiler full of water. He publicised his invention widely, without patent, to counter these criticisms.
Тәжірибелер
1830 жылдары Бостондағы Франклин институтында жүргізілген тәжірибелер бастапқыда құрылғыдан бу шыққан кезде су қосу практикасына күмән келтірді. Бу қазандығына кішкентай шыны терезе орнатылып, су деңгейі оттықтан төмен болғанда, қалыпты жұмыс температурасынан артық қыздырылды. Су қосылғанда, қысым күрт өскені және бақылау әйнегінің сынығы анықталды. Бұл есепте металдың жоғары температурасы қосылған суды тым жылдам буландырып, жарылысқа себеп болды деген қорытынды жасалды. Алайда, 1852 жылға дейін бұл болжам күмәндалған жоқ: Институттың инспекторларының бірі Томас Редмонд, сол жылдың 3 сәуірінде Огайо өзеніндегі «Редстоун» кемесінде болған қазандықтың жарылуын тергеу барысында бұл теорияны нақты жоққа шығарды. 1907 жылы Уэльсте өткізілген тергеу де осыған ұқсас қорытындыға келді: «Римни» темір жолына тиесілі бу локомотиві қауіпсіздік клапандары дұрыс жиналмаған күйде жолға шығарылған. Қазандықтағы қысым инжекторлардың істен шығуына дейін көтерілді; қазан қақпағы ашылып, оттың ыстығынан әлсіреп, күшті жарылыс болды. Темір жол инспекциясының полковнигі Дрюит басқарған тергеу, машинистер инжекторларды іске қоса алған және суық судың күрт құйылуы будың көп мөлшерін тудырып, қазандықтың жарылуына себеп болған деген теорияны жоққа шығарды. Ол Манчестер Бу пайдаланушылар қауымдастығының (ұлттық қазандық сертификаттау және сақтандыру органы) жүргізген тәжірибелерінің нәтижелерін келтірді, олар мыстың салмағы (оның жылу сыйымдылығы ескерілгенде) қазандықтың қысымын көтеруге жеткілікті бу шығаруға жеткіліксіз екенін дәлелдеді. Шындығында, суық су қосылғанда қысым төмендеді. Осыдан кейін, балқымалы түйреуіш жұмыс істеген кезде дұрыс әрекет – су қосу екені қабылданды.
Experiments conducted by the Franklin Institute, Boston, in the 1830s had initially cast doubt on the practice of adding water as soon as the escape of steam through the device was noted. A steam boiler was fitted with a small observation window of glass and heated beyond its normal operating temperature with the water level below the top of the firebox. When water was added it was found that the pressure rose suddenly and the observation glass shattered. The report concluded that the high temperature of the metal had vaporised the added water too quickly and that an explosion was the inevitable result. It was not until 1852 that this assumption was challenged: Thomas Redmond, one of the Institute's inspectors, specifically ruled out this theory in his investigation into the boiler explosion on the steamship Redstone on the Ohio River on 3 April that year. A 1907 investigation in Wales came to a similar conclusion: a steam locomotive belonging to the Rhymney Railway was inadvertently sent out with its safety valves wrongly assembled. The pressure in the boiler built up to the extent that the injectors failed; the crown sheet became uncovered, was weakened by the heat of the fire and violently blew apart. The investigation, led by Colonel Druitt of the Railway Inspectorate, dismissed the theory that the enginemen had succeeded in starting the injectors and that the sudden flood of cold water had caused such a generation of steam that the boiler burst. He quoted the results of experiments by the Manchester Steam Users' Association, a national boiler certification and insurance body, that proved that the weight of copper present (considered with its specific heat) was insufficient to generate enough steam to raise the boiler pressure at all. Indeed, the addition of cold water caused the pressure to fall. From then on it was accepted that the correct action in the event of the operation of the fusible plug was to add water.
Кескілі тұтқалар
Бастапқы дизайн қарапайым қатты тығын болды, іші төмен балқу температуралы қорытпамен толтырылған. Бұл қорытпа балқығанда, тығынның ортасынан тар канал түрінде балқиды. Бу мен су бірден осы канал арқылы шыға бастайды. 1860 жылдары қорытпа жұмсақтай бастағанда кеңірек ашылу үшін ішкі қуысты тығын жасалды. Бұл нұсқада қатты мыс немесе қоладан жасалған орталық бөлік бар, ол төмен балқу температуралы қорытпаның қабатымен бекітілген. Тығын артық қызған кезде, қорытпа орталық бөлікті босатуға жеткілікті балқығанша, онда бу немесе су шықпайды. Енді тығын күрт бұзылады, толық диаметрі бірден ашылады. Осы толық ашылған каналды байқау мүмкіндігі артады.
The original design was a simple solid plug filled with a slug of low melting point alloy. When this melts, it first melts as a narrow channel through the plug. Steam and water immediately begin to escape through this. The cored fusible plug was developed in the 1860s to give a wide opening as soon as the alloy softens. This version has a solid brass or bronze centre, soldered into place by a layer of the low melting point alloy. When overheated, the plug does not release any steam or water until the alloy melts sufficiently to release the centre plug. The plug now fails dramatically, opening its entire bore immediately. This full bore jet is then more likely to be noticed.
Есілмеген балқытылған тығындар
1948 жылы 7 наурызда Лондон, Мидленд және Шотландия темір жолының «Коронация Тихоокеан» локомотиві «Принцесса Александра» Гласгоу қаласынан Лондонға жолаушылар пойызын тартқан кезде оттық қабырғасының жоғары жағында ақаулық анықталды. Тексерулер көрсеткендей, екі су деңгейін көрсететін аспап та бұрыс жұмыс істеген, ал сол күні ертерек бір немесе екі қорғаушы түтік балқыған, бірақ локомотив экипажы бұған назар аударған жоқ, себебі күшті жел шыққан бу олардан қашып кеткен.
A drawback to the device was found on 7 March 1948, when the firebox crown sheet of Princess Alexandra, a Coronation Pacific of the London, Midland and Scottish Railway, failed while hauling a passenger train from Glasgow to London. Enquiries established that both water gauges were defective and on a journey earlier that day one or both of the fusible plugs had melted, but this had gone unnoticed by the engine crew because of the strong draught carrying the escaping steam away from them.
Құрамында қорытпа бар
Зерттеулер қоспаның плагиннің тозуына (ескіруіне) тигізетін маңызды әсерін көрсетті. Алғашқыда қорытпалар таза металдарға қарағанда төмен эвтектикалық балқу температурасына ие болғандықтан басымдыққа ие болды. Бірақ, қорытпалар нашар тозатыны және плагиннің су бетінде оксидтердің қабатының пайда болуына себеп болатыны анықталды. Бұл қабаттың балқу температурасы тым жоғары болғандықтан плагиннің жұмыс істемей қалуына әкелді. 1888 жылы АҚШ Бу кемелерін тексеру қызметі плагиндерді таза банко қалайысынан жасау және оларды жыл сайын ауыстыру міндетті екенін талап етті. Бұл қорғасын мен мырышпен ластанудың алдын алды. Мырышпен ластану соншалықты қауіпті мәселе саналды, сол себепті плагиндердің корпусы мырыш қоспасы бар латуньден (мыс пен мырыш қорытпасы) мырышсыз мыс қолаға өзгертілді, корпустан плагинде мырыш көшіп кету қаупін болдырмау үшін.
Investigation showed the importance of the alloy on plug ageing. Alloys were initially favoured as they offered lower eutectic melting points than pure metals. It was found though that alloys aged poorly and could encourage the development of a matrix of oxides on the water surface of the plug, this matrix having a dangerously high melting point that made the plug inoperable. In 1888 the US Steamboat Inspection Service made a requirement that plugs were to be made of pure banca tin and replaced annually. This avoided lead and also zinc contamination. Zinc contamination was regarded as so serious a problem that the case of the plugs was also changed from brass (a copper zinc alloy) to a zinc free copper tin bronze, to avoid the risk of zinc migrating from the housing into the alloy plug.
Сымдырманың ескіруі
1920 жылдары АҚШ Стандарттар бюросының Бу кемелерін тексеру қызметімен бірлесіп жүргізген зерттеулерінде, пайдалану барысында, балқитын өзектің үстіндегі қабықшалану мен тотығу құрылғының балқу температурасын жоғарылатып, қажет болғанда жұмыс істеуіне бөгет жасайтыны анықталды: қолданылған мысалдарда 2000 °F (1100 °C) жоғары балқу температуралары кездесті.
In the 1920s investigations by the U. S. Bureau of Standards, in conjunction with the Steamboat Inspection Service, found that in use encrustation and oxidation above the fusible core can increase the melting point of the device and prevent it from working when needed: melting points in excess of 2000 °F (1100 °C) in used examples have been found.
Басқа қолданбалар
Қорытылатын тығын принципі сұйытылған мұнай газдарын тасымалдауға да қолданылады, онда қорытылатын тығын (немесе контейнерлердің қаптамалық мембранасының кішкентай, ашық бөліктері) тым жоғары температураға жеткен кезде балқып немесе кезеңді болады: әдеттегі 250°F (120°C) температурада бақыланатын шығарылым, жоғары температурадағы жарылыс шығарылымынан ("BLEVE") жақсы. Сұйық хлор сияқты коррозиялық газ контейнерлері 158–165°F (70–74°C) шамасындағы жұмыс температурасы бар бір немесе бірнеше қорытылатын тығындармен жабдықталады. Қорытылатын тығындар көбінесе ұшақтардың дөңгелектерінде, әсіресе үлкен немесе жоғары өнімділікке ие ұшақтарда қолданылады. Қалыпты емес қону және тежелу жағдайларында (мысалы, жоғары жылдамдықта ұшып көтерілуден бас тарту кезінде, жанармаймен ауыр ұшақ өте жоғары жылдамдықтан салыстырмалы түрде қысқа қашықтықта тоқтау үшін күшті тежелуі керек) туындайтын үлкен жылу жүктемелері дөңгелектердегі қысымды дөңгелек жарылуы мүмкін болатын деңгейге дейін көтеруі мүмкін, сондықтан қорытылатын тығындар жеңілдету механизмі ретінде қолданылады. Шығарылған газ тежегіш беттерді салқындатуға бағытталуы мүмкін. Ауа компрессорларының қабылдағыштарына кейде майлау майының буының тұтануына қарсы сақтық шарасы ретінде қорытылатын тығындар орнатылады. Егер компрессор ауаны қауіпсіз температурадан жоғары қыздырса, өзек балқып, қысымды босатады. Автомобильдердің кондиционерлерінде 100–110°C температурада жұмыс істейтін қорытылатын тығындар жиі орнатылған, бірақ шығарылған тоңазытқыш газдың қоршаған ортаға тигізетін әсеріне байланысты бұл функция электрлік қосқышқа ауыстырылды. 1867 жылы жарияланған патенттік өртке қарсы сейф сыртқы температура тым жоғары болған жағдайда оның ішіндегі заттарды сумен сөндіру үшін қорытылатын тығынды пайдаланады. Қорытылатын тығындар сұйық фторид торийлі ядролық реакторлардың қауіпсіздігін реактордың қызып кетуіне жол бермейтін арқылы арттырады. Егер шекті температураға жетілсе, реактордың түбіне орналастырылған қорытылатын тығын балқып, сұйық реакторлық отынның жер асты сақтау резервуарларына ағып кетуіне мүмкіндік береді, бұл ядролық балқудың алдын алады.
The principle of the fusible plug is also applied to the transport of liquefied petroleum gases, where fusible plugs (or small, exposed patches of the containers' lining membrane) are designed to melt or become porous if too high a temperature is reached: a controlled release, at a typical temperature of 250 °F (120 °C), is preferable to an explosive release (a "BLEVE") at a higher temperature. Corrosive gas containers, such as those used for liquid chlorine, are fitted with one or more fusible plugs with an operating temperature of about 158 to 165 °F (70–74 °C). Fusible plugs are common in aircraft wheels, typically in larger or high performance aircraft. The very large thermal loads imposed by abnormal landing and braking conditions (such as a high speed rejected takeoff, where an aircraft heavy with fuel must brake hard from a very high speed to a stop in a relatively short distance) can cause the already high pressure in the tyres to rise to the point that the tyre might burst, so fusible plugs are used as a relief mechanism. The vented gas may be directed to cool the braking surfaces. Fusible plugs are sometimes fitted to the receivers of air compressors as a precaution against the ignition of any lubricating oil vapour that might be present. Should the action of the compressor heat the air above a safe temperature the core will melt and release the pressure. Automobile air conditioning systems were commonly fitted with fusible plugs, operating at 100–110 °C, but from concerns about the environmental effects of any released refrigerant gas this function has been taken over by an electrical switch. A patented (Patent published 1867) type of fireproof safe uses a fusible plug to douse its contents with water if the external temperature gets too high. Fusible plugs enhance the safety of Liquid fluoride thorium Nuclear Reactors by preventing overheating of the reactor. In the event that a limit temperature is reached, a fusible plug placed at the bottom of the reactor melts, allowing the fluid reactor fuel to drain into underground storage tanks, preventing nuclear meltdown.