Введение
Часть паровой машины
В паровой машине топка – это область, где сжигается топливо, производя тепло для кипячения воды в котле. Большинство из них имеют более или менее форму коробки, отсюда и название. Горячие газы, образующиеся в топке, проходят через систему труб, расположенных внутри котла.
Коминтерн паровоза
В стандартном паровозе, жаротрубный котел окружен водой с пяти сторон. Дно топки открыто для атмосферного давления, но покрыто колосниковой решеткой (для твердого топлива) или фурмой (для жидкого топлива). Если двигатель сжигает твердое топливо, такое как древесина или уголь, большая часть дна топки покрыта решеткой для удержания огня. Пепельник, установленный под топкой и ниже решетки, улавливает и собирает горячие угли, золу и другие твердые продукты сгорания, проваливающиеся сквозь решетку. В угольном локомотиве решетку можно встряхивать для очистки от прогоревшей золы. Встряхивание производится вручную или (в более крупных локомотивах) с помощью механического встряхивателя решетки. Локомотивы, работающие на дровах, имеют фиксированные решетки, которые нельзя встряхивать. Зола от дров обычно представляет собой порошок, который просыпается сквозь решетку без дополнительной взбалки, кроме вибраций, возникающих при движении локомотива по рельсам. Колосниковые решетки необходимо периодически заменять из-за экстремальных температур, которым они подвергаются. Воздух для горения (первичный воздух) поступает через нижнюю часть топки, а воздушный поток обычно регулируется заслонками над зольным карманом пепельника. Локомотив, сжигающий жидкое топливо, обычно мазут "Бункер С" или аналогичное тяжелое масло, не имеет решетки. Вместо этого, он оснащен массивной металлической фурмой, плотно прикрепленной к дну топки. Фурма покрыта огнеупорным кирпичом, а топки имеют огнеупорную кирпичную облицовку, обычно до уровня топковой дверцы, по всему периметру. Масляная форсунка представляет собой сопло с щелью для подачи масла на струю пара, которая распыляет масло в мелкий туман, который воспламеняется в топке. Форсунка обычно устанавливается в передней части топки, защищена колпаком из огнеупорного кирпича и направлена на кирпичную стенку под топковой дверцей. Заслонки регулируют подачу воздуха к масляному пламени.
Кирпичная арка
Большая кирпичная арка (выполненная из огнеупорного кирпича) прикреплена к передней стенке (бойлерной горловине) топки непосредственно под жаровыми трубами. Она простирается назад на переднюю треть или половину колосниковой решетки. Арка опирается на арочные трубы, термосифоны или циркуляторы. Кирпичная арка направляет тепло, пламя и дым обратно над огнем к задней части топки. Видимый дым содержит несгоревшие частицы угля и горючие газы. Цель этого перенаправления – обеспечить более полное сгорание этих частиц и газов, что повышает эффективность локомотива и уменьшает количество видимого дыма, выходящего из дымовой трубы. Без арки пламя и дым сразу же всасывались бы в жаровые трубы, не успев полностью сгореть, что приводило бы к выбросу видимого дыма из дымовой трубы. Изобретение кирпичной арки позволило локомотивам использовать более дешевый уголь (содержащий летучие вещества) вместо кокса, поскольку с самого начала существовало юридическое требование, чтобы двигатели "поглощали свой собственный дым". Кирпичная арка и ее опоры (арочные трубы, термосифоны и циркуляторы) требуют периодической замены из-за экстремальных температур, которым они подвергаются. Кирпичная арка также отклоняет "холодный" воздух, поступающий через дверцу топки, от прямого попадания на заднюю трубную стенку котла и ее охлаждения, когда котел нагрет.
Огневые трубы
Огневые трубы крепятся к одной из стенок топки (передняя стенка для продольного котла, верхняя – для вертикального) и переносят горячие газообразные продукты сгорания через воду котла, нагревая её, прежде чем они удаляются в атмосферу. Огневые трубы также служат для поддержания плоских листов (дымогарных) трубных досок (передней и задней), благодаря чему требуется дополнительное укрепление только верхней части передней трубной доски и нижней части задней трубной доски.
Листы и подкладки
Металлические стенки топки обычно называются листами, которые разделены и поддерживаются стойками. Стойки поддерживают и укрепляют "листы" (пластины) от давления. В идеале они должны располагаться под прямым углом к листам, но поскольку внешний лист (обшивной лист) часто округлен, а верхняя часть топки (коронный лист) относительно плоская, такое расположение по отношению к обоим листам невозможно. Фактическое расположение стоек является компромиссом. Поскольку поломка стойки скрыта, в них просверлены продольные отверстия, называемые "контрольными", которые будут выбрасывать воду и пар, показывая, если стойка сломана. Котел с более чем пятью сломанными стойками или с двумя расположенными рядом друг с другом должен быть выведен из эксплуатации, и стойки заменены. Предохранительные пробки, обычно расположенные в самой высокой части коронного листа, имеют сердцевину из легкоплавкого сплава, которая вытекает, если уровень воды в котле становится слишком низким. Выбрасывающийся в топку пар и вода предупреждает бригаду локомотива о низком уровне воды и помогает потушить огонь. Не все локомотивы оснащены предохранительными пробками. Кроме того, предохранительные пробки следует заменять через регулярные промежутки времени, примерно каждые три месяца для локомотива, находящегося в регулярной эксплуатации, поскольку сердцевина из легкоплавкого сплава будет медленно вытекать со временем, даже если уровень воды в котле поддерживается на должном уровне. "Грязевые ямы" или промывочные пробки обеспечивают доступ к внутренней части котла для промывки и удаления отложений котловой грязи и накипи. Листы слева и справа называются "боковыми листами", а лист спереди топки – дымовой лист. "Передний дымовой лист" находится в передней части котла и в задней части дымовой коробки. "Задний лист" находится в задней части топки и имеет отверстие для дверцы. Коронный лист – это верхняя часть топки. Коронный лист должен быть постоянно покрыт водой. Если уровень воды опускается ниже коронного листа, он перегревается и начинает плавиться и деформироваться, обычно прогибаясь между коронными стойками. Если это состояние продолжается, коронный лист в конечном итоге будет вытолкнут с коронных стоек давлением в котле, что приведет к взрыву котла. Это состояние, обычно вызванное человеческой ошибкой или невнимательностью, является основной причиной взрыва котла локомотива.
Камин "Белпаир"
Обычно верхняя часть котла (оберточный лист) над топочной камерой имеет радиальную форму, повторяющую контур котла; однако, из-за сложности установки распорок под прямым углом как к оберточному листу, так и к своду топки (см. выше), была разработана топка Belpaire. В конструкции Belpaire оберточный лист примерно параллелен листам топки, что обеспечивает более удобное размещение распорок. Такая конструкция придает топке более прямоугольную форму и обычно выполняется максимально большой в пределах габаритов, чтобы обеспечить наибольшую нагреваемую поверхность в зоне наиболее интенсивного горения. Наиболее известным эксплуатантом топки Belpaire в США была Пенсильванская железная дорога. Другие железные дороги, такие как Great Northern и Illinois Central, использовали локомотивы с топками Belpaire. Локомотив Illinois Central 4-6-0 №382, принадлежавший Кейси Джонсу, был оснащен топкой Belpaire. Обычно пар собирается в передних углах топки Belpaire, что позволяет создавать котлы без парового купола. Верхняя часть топки, вместо горизонтальной, заметно выше спереди, чем сзади, чтобы снизить риск захвата воды паром.
Огневая коробка Wootten
Огневая коробка Вуттена была очень высокой и широкой, чтобы обеспечить сжигание отходов антрацитового угля. Её размер обусловил необычное расположение машиниста и кочегара, как, например, на локомотивах типа "верблюд".
Камера сгорания
Некоторые топочные камеры были оснащены так называемой камерой сгорания – это отдельный компонент, отличный от топочной камеры и труб, представляющий собой большое продолжение пространства топочной камеры в корпус котла, расположенное над кирпичной аркой и отделенное от колосниковой решетки и слоя топлива. Это создавало дополнительное пространство между огнем и задней стенкой жаровых труб/дымогарных каналов. Это обеспечивало более полное сгорание (снижая потери топлива) и увеличивало площадь поверхности топочной камеры для более эффективной теплопередачи, что улучшало как эффективность котла, так и экономию топлива. Улучшенное сгорание (снижающее выброс углеродистой сажи) уменьшало перенос золы и сажи в жаровые трубы и дымовую коробку, снижая частоту необходимой очистки. Накопление сажи и отложений накипи (со стороны воды) значительно снижают теплопередачу через жаровые трубы/дымогарные каналы, уменьшая выработку пара и эффективность котла. Накопление сажи и накипи также может привести к перегреву и последующему разрушению труб, если их не очищать должным образом от сажи (водой, сжатым воздухом и очистными стержнями) и накипи с помощью промывки котлов и водоподготовки, например, обработкой по Порте (минимизирующей и практически предотвращающей образование накипи). Эта обработка названа в честь аргентинского инженера-локомотивостроителя Ливио Данте Порты, который ее изобрел.
Обязанности пожарного
Роль машиниста-топливщика на паровозе заключается в обеспечении машиниста достаточным запасом пара в любой момент времени. Это достигается за счет поддержания подачи топлива в огонь, контроля за дымом и регулирования горения с помощью первичного воздуха, подаваемого через колосниковую решетку, и вторичного воздуха через дверцу топки, а также поддержания уровня воды в котле с помощью паровых инжекторов таким образом, чтобы вода постоянно покрывала верхнюю часть топки. В противном случае, верхняя часть топки перегреется и ослабнет, что может привести к взрыву котла. Машинист-топливщик также помогает машинисту, наблюдая за сигналами и осуществляя общий контроль обстановки, когда не занят обслуживанием котла. После окончания работы в депо машинист-топливщик наполняет котел водой и либо протапливает, либо сбрасывает огонь (то есть тушит его), либо дает огню прогореть в соответствии с инструкциями компании, применяет ручной тормоз локомотива и, при необходимости, подкладывает башмаки под колеса, чтобы предотвратить его самопроизвольное движение в отсутствие персонала.
Каминная коробка для дорожных локомотивов
Дорожные локомотивы, такие как тягачи, обычно имели топки, подобные тем, что использовались на железнодорожных локомотивах, но существовали и исключения, например, паровой вагон Sentinel с вертикальным водотрубным котлом.
Стационарный котел для котельных
Существовало и существует множество различных конструкций топочной камеры для стационарных котлов. В котлах дымогарного типа (например, в котле Lancashire) сами дымогарные трубы формируют топочную камеру. В водотрубных котлах топочная камера обычно представляет собой футерованный шамотным кирпичом отсек под водяными трубами.
Котельная для морских котельных
В морских котлах также существуют различные типы топочных камер. Основное различие, как и прежде, заключается между котлами с жаровыми трубами (например, шотландский котел, с внутренней топкой) и котлами с водотрубной конструкцией (например, котел Ярроу, с внешней топкой).