Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Тип топки, используемой на паровозах
Type of firebox used on steam locomotives
Топка Бельпера – это тип топки, используемый на паровозах. Она была изобретена Альфредом Бельпером из Бельгии в 1864 году. В настоящее время этот термин обычно относится к форме внешней оболочки топки, которая приблизительно плоская сверху и имеет квадратное поперечное сечение, что определяется продольными ребрами на верхней части. Однако именно аналогичное квадратное поперечное сечение внутренней топки обеспечивает основные преимущества этой конструкции, а именно – большую площадь поверхности в верхней части топки, где температура наиболее высокая, что улучшает теплопередачу и парообразование по сравнению с топкой с округлым верхом. Плоская верхняя часть топки затрудняет её поддержку при давлении (например, с помощью балок или распорок) по сравнению с округлым верхом. Однако использование внешней оболочки котла аналогичной квадратной формы позволяет использовать более простые перпендикулярные распорки между оболочками. Тем не менее, внешняя топка Бельпера более сложна и дорога в производстве, чем топка с округлым верхом. Из-за возросших затрат на производство этой оболочки котла, только две крупные американские железные дороги приняли топку Бельпера – Пенсильванская и Северная (Great Northern). В Великобритании большинство локомотивов использовали эту конструкцию после 1920-х годов, за исключением, в частности, локомотивов компании LNER.
The Belpaire firebox is a type of firebox used on steam locomotives. It was invented by Alfred Belpaire of Belgium in 1864. Today it generally refers to the shape of the outer shell of the firebox which is approximately flat at the top and square in cross section, indicated by the longitudinal ridges on the top sides. However, it is the similar square cross section inner firebox which provides the main advantages of this design i. e. it has a greater surface area at the top of the firebox where the heat is greatest, improving heat transfer and steam production, compared with a round top shape. The flat firebox top would make supporting it against pressure more difficult (e. g. by means of girders, or stays) compared to a round top. However, the use of a similarly shaped square outer boiler shell allows simpler perpendicular stays to be used between the shells. The Belpaire outer firebox is, nevertheless, more complicated and expensive to manufacture than a round top version. Due to the increased expense involved in manufacturing this boiler shell, just two major US railroads adopted the Belpaire firebox, the Pennsylvania and the Great Northern. In Britain most locomotives employed the design after the 1920s, except notably those of the LNER.
Описание
В паровых котлах топочная коробка окружена водяной рубашкой с пяти сторон (передней, задней, левой, правой и верхней), чтобы обеспечить максимальную передачу тепла воде. Для поддержки стенок против высокого давления между внешней и внутренней стенками топочной коробки используются распорки, а также частично для проведения тепла внутрь котла. Во многих конструкциях котлов верхняя часть котла над топочной коробкой имеет цилиндрическую форму, соответствующую контуру остальной части котла и более естественно сопротивляющейся давлению. В конструкции Belpaire наружные верхние листы котла приблизительно параллельны плоским верхним листам топочной коробки, что придает ему более квадратную форму. Преимуществом является большая площадь поверхности для парообразования и меньшая склонность к вспучиванию (образованию пены), включающему попадание воды в цилиндры, по сравнению с сужающимся верхним пространством классического цилиндрического котла. Это позволило Г. Дж. Черчварду, главному механику Великой Западной железной дороги, отказаться от парового купола для сбора пара. Черчвард также усовершенствовал конструкцию Belpaire, максимизируя поток воды в котле заданного размера за счет конической формы топочной коробки и цилиндра котла к области наибольшего парообразования в передней части топочной коробки. Форма топочной коробки Belpaire также облегчает установку распорок котла, поскольку они расположены под прямым углом к листам. Несмотря на эти заявленные преимущества, другие локомотивные котлы, такие как LNER Engine Pacifics, имели плоские внутренние топочные коробки с округлыми внешними оболочками и демонстрировали такую же хорошую тепловую эффективность, как и тип Belpaire, без серьезных проблем с поддержанием стенок между оболочками. В США топочная коробка Belpaire была внедрена примерно в 1882 или 1883 году Р. П. К. Сандерсоном, который в то время работал на железной дороге долины Шенандоа (фактически дочерней компании Пенсильванской железной дороги, поскольку они имели одинаковое финансовое обеспечение от E. W. Clark & Co.). Сандерсон был англичанином (позже натурализованным как гражданин США), получившим инженерную степень в Касселе (Германия) в 1875 году. Получив знания об особой конструкции локомотивного котла (Belpaire), Сандерсон написал старому знакомому со студенческой скамьи, работавшему на локомотивном заводе Henschel в Касселе. Он прислал Сандерсону копию последнего котла Belpaire от Henschel. Когда Чарльзу Блэквеллу, начальнику тягового подвижного состава железной дороги долины Шенандоа, показали проект, он остался очень доволен и разместил заказ на заводах Baldwin and Grant Locomotive Works на два пассажирских локомотива, впоследствии получивших номера 94 и 95, и пять грузовых локомотивов, впоследствии получивших номера 56, 57, 58, 59 и 60. Это ознаменовало начало использования локомотивных котлов типа Belpaire в Соединенных Штатах. Пенсильванская железная дорога использовала топочные коробки Belpaire почти на всех своих паровозах. Отличительная квадратная форма кожуха котла на конце топочной коробки локомотивов практически стала "фирменным знаком" "Pennsy", поскольку в США только Great Northern использовала топочные коробки Belpaire в значительных количествах.
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.