연도 보일러

Flued boiler
Trevithick의 1806 엔진은 초기 연도 보일러 예제를 중심으로 제작되었습니다(구체적으로는 리턴 연도 유형).

셸 또는 플루트 보일러는 증기 엔진을 구동하기 위한 목적으로 증기를 만드는 데 사용되는 비교적 간단한 형태의 보일러입니다.이 설계는 초기 건초 더미 보일러와 이후 다중관 화재관 보일러 사이의 보일러 개발의 과도기를 의미했습니다.연도 보일러는 수조를 형성하는 큰 원통형 보일러 쉘을 특징으로 하며, 노를 포함한 하나 이상의 큰 연도들을 횡단한다.이 보일러들은 19세기 초에 등장했고 오늘날에도 일부 형태가 사용되고 있다.대부분 정적 증기 플랜트에 사용되었지만, 일부는 초기 증기 차량, 철도 기관차 및 선박에 사용되었습니다.

플루트 보일러는 증기 압력을 높이고 엔진 효율을 개선하기 위해 개발되었습니다.와트 시대의 초기 건초 더미 디자인은 기계적으로 약했고 종종 불에 지지되지 않는 평평한 표면을 나타냈습니다.보일러 폭발은 보통 이 소방서 판의 고장으로 시작되었으며, 흔한 일이었습니다.평판보다 아치형 구조가 강하여 보일러 셸 내부에 큰 원형 연도관을 배치한 것으로 알려져 있다.화재 자체는 이 연도 건너편에 놓인 철제 격자 위에 있었고, 그 아래에는 불연성 잔여물을 모으기 위한 얕은 재떨이가 있었다.이는 가열 표면을 용해로 주위로 촘촘히 감싸는 추가적인 장점이 있었지만, 이는 부차적인 이점이었습니다.

오늘날에는 저압(약 25psi(1.7atm))으로 간주되지만, 이는 이전 제품에 비해 고압으로 간주되었다.이러한 압력 증가는 Trevithick과 같은 기관차(즉, 소형 자가 이동 차량)를 실질적인 제안으로 만드는 데 주요 요인이었습니다.

중앙 연도 보일러

미들턴 기관차

기관차용 가장 단순한 보일러는 하나의 직선으로 된 연도였다.그것은 Blenkinsop의 미들턴 철도 기관차와 Stephenson's Locomotion을 포함한 많은 초기 기관차 제작자들에 의해 널리 사용되었다.

이러한 유형의 보일러는 제조가 간단하고 실린더 내에서 확장 작업을 통해 "고압" 증기를 지탱할 수 있을 만큼 강합니다.또한 큰 연도에는 가스가 잘 흐르기 때문에 높은 굴뚝의 작용만으로도 충분히 불을 끌 수 있습니다.그러나 난방 면적이 적기 때문에 효율이 떨어지고 석탄을 많이 태웁니다.

리턴 연도 보일러

1813년 빌리를 뿜어냄으로써 리턴 연도 보일러의 돔형 끝을 보여준다(사진의 중심).

적절한 난방 공간을 제공하려면 단순 연도 길이가 길어야 합니다.증기기관차에 필요한 것과 같은 짧은 보일러 쉘에서는 스스로 구부러지는 U자형 리턴 연도(return flue)를 사용하여 이를 수행할 수 있습니다.

Richard Trevithick은 그의 첫 번째 1802 콜브룩데일 기관차 디자인과 1804 Pen-y-Darren [1]엔진에 이미 리턴 연도 사용하였습니다.이 보일러들은 주철로 견고하게 제작되었고, 짧고 끝이 평평했습니다.그의 1804/5 "뉴캐슬" 기관차(실제로 게이츠헤드에 제작됨)는 화로와 굴뚝 반대쪽의 단단한 끝의 증기 압력에 저항하기 위한 두드러진 돔 형태인 리턴-퓨얼 보일러의 한 가지 특징을 보이기 시작했습니다.이 경우, 현재는 연철판으로 되어 있는 보일러 제조는 [1]Trevithick의 단일 장거리 수평 실린더(9인치 × 36인치 (230 mm × 910 mm) 직경 × 스트로크)에 의해 복잡해졌을 것입니다.그러나 이것은 소방관이 더 이상 피스톤의 긴 크로스헤드 아래에 있는 화로에 도달하려고 하지 않았기 때문에 작업을 더 쉽게 만들었다.

Return flue boiler.jpg

윌리엄 헤들리는 그의 1813년식 기관차 퍼핑 빌리와 와일람 딜리에 이 보일러 패턴을 사용했습니다.Wylam Colliery와 소유주인 Christopher Blackett을 통해 헤들리는 Trevithick의 [2]엔진에 익숙했을 것이다.

티모시 해크워스의 1827년 0-6-0 로얄 조지 또한 화재에 [1]대한 통풍을 장려하기 위해 고의적인 송풍관을 사용하는 선구적인 것으로 가장 잘 알려져 있지만, 리턴퓨드 보일러를 사용했습니다.레인힐 트라이얼에서 0-4-0으로 가볍게 뛴 산스파레일은 매우 [2]비슷했다.재판이 끝나자마자 낡아 보였지만, 이 패턴의 캐나다 샘슨은 1838년에 만들어졌고 [2]1883년에도 여전히 사용되고 있다.

휴버 보일러

휴버 보일러
외부 이미지
image icon "뉴 휴버" 견인 엔진
image icon 1897년식 휴버 견인 엔진
image icon Huber 광고 및 보일러 단면도

(일부 고정식 보일러를 제외한) 마지막 리턴 연도 보일러는 1885년부터 [3]1903년까지 오하이오 주 마리온의 Huber Co.에서 "New Huber" 견인 엔진을 위해 만든 보일러로 간주됩니다.

그러나 이 보일러들은 여기서 사용된 의미에서는 리턴 연도 보일러가 아니라 리턴 튜브 보일러였다.그들은 하나의 큰 원통형 고로 튜브와 보일러의 압력 셸 외부에 있는 연소실을 가지고 있었고, 그 후 여러 개의 좁은 소화관이 화로 위쪽과 화로 주위에 말발굽 모양의 연막으로 돌아갔습니다.이 연막과 소방관이 가까워서 그들은 "배 버너"라는 별명을 얻었다.따라서 이러한 설계는 단순한 단일 연도 보일러보다 수평 발사형 보일러(Arthur Heywood 경에 의해 사용됨) 또는 스카치 해양 보일러와 더 많은 공통점을 가지고 있습니다.

이때쯤이면 기관차 보일러는 견인 엔진에 널리 쓰이게 되었다.이에 비해 Huber 보일러의 장점은 밀폐된 소방함 안에서 작업할 필요 없이 더 쉽게 소방관을 교체할 수 있다는 것이었다.

콘월 보일러

콘월 보일러

가장 간단한 형태의 플루트 보일러는 1812년 [4]돌코트 광산에 처음 설치된 리처드 트레비틱의 "고압" 콘월 보일러였다.이것은 불을 담는 하나의 큰 연도가 있는 긴 수평 원통이다.화로는 자연풍로에 의존하기 때문에, 화재에 대한 공기(산소)의 공급을 촉진하기 위해 연도 끝에는 높은 굴뚝이 필요했다.

효율성을 위해 Trevithick의 혁신은 보일러 아래에 벽돌로 지어진 챔버를 둘러막는 것이었습니다.배기가스는 중앙 배기를 통과한 후 철제 보일러 셸 외부와 주위를 통과했습니다.굴뚝을 화재 공간으로부터 멀리하기 위해 벽돌 연도는 먼저 보일러 중앙 아래를 지나 전면으로 이동한 다음, 다시 측면과 굴뚝을 따라 뒤로 이동했다.

콘와이어 보일러는 이전의 왜건 보일러에 비해 몇 가지 장점이 있었습니다.그것들은 대부분 곡면으로 구성되어 있어 압력에 견딜 수 있습니다.이들의 평평한 끝은 왜건 보일러의 평평한 면보다 작았고 중앙로 연도, 때로는 긴 막대 스테이에 의해 고정되었습니다.덜 명백한 장점은 보일러 규모였다.왜건이나 건초 더미 보일러를 아래에서 가열하여 침전물을 형성하는 모든 비늘이나 불순물을 이 판에 침전시켜 물로부터 단열시켰다.이 때문에 가열 효율이 저하되어 국소 과열 및 보일러 플레이트 고장으로 이어질 수 있습니다.연도 보일러에서는 모든 침전물이 용광로 연도를 지나 보일러 껍질 바닥에 가라앉아 효과가 [5]적었습니다.

모델 엔지니어링에서, 특히 Galloway 튜브(아래 랭커셔 보일러 참조)가 장착된 Cornish 보일러는 가스 연소식 보일러 및 모델 증기선에 매우 적합합니다.그것은 건설이 간단하고 어떤 소규모 보일러 [6]못지않게 효율적입니다.

버터리 보일러

1851년 페어베언의 강연에서 나온 버터리 보일러

Butterley 또는 "휘파람 입" 보일러는 [7]더비셔의 유명한 Butterley 보일러 공장에서 생산된 Cornish 패턴에서 파생된 거의 알려지지 않은 디자인입니다.기본적으로 아궁이 주변의 껍데기 아랫부분을 제거한 콘월식 보일러로 큰 불을 붙일 수 있습니다.이것은 경질 북부 석탄이 남서부에서 사용되는 웨일스 석탄보다 열량이 낮았고 더 큰 [8]불이 필요했던 페닌의 직물 공장에서 인기를 끌었다.또는 왜건 보일러가 앞에 배치되고 그 아래에 더 큰 불이 있는 짧은 콘월 보일러로 간주할 수 있습니다.왜건 보일러와 동일한 단점을 안고 있습니다. 즉, 오목형 소방함 플레이트는 기계적으로 약하기 때문에 작동 압력을 제한하거나 추가적인 기계적 체류가 필요합니다.

랭커셔 보일러

랭커셔 보일러, 페어베언의 강의에서
핀치벡 펌프장의 랭커셔 보일러

랭커셔 보일러는 코니쉬 보일러와 비슷하지만, 불이 들어 있는 두 개의 큰 화로를 가지고 있다.이것은 일반적으로 1844년 윌리엄 페어베른과 존 헤더링턴의 발명이라고 여겨지지만, 그들의 특허는 보일러 [9]자체보다는 연기를 줄이기 위해 화로를 번갈아 소성하는 방법이었다.스티븐슨의 0-4-0 기관차 "랑카시어 마녀"는 이미 15년 [1]전에 보일러 내에서 트윈로 튜브를 사용하는 것을 시연했다.

Fairbairn은 보다 효율적인 보일러의 열역학에 대한 이론적 연구를 했고, 이것이 그가 물의 부피에 비해 용해로 격자 면적을 증가시키는 계기가 되었습니다.이에 대한 특별한 이유는 지금까지 랭커셔의 면화 공장에서 코니쉬 보일러의 채택이 저압 왜건 보일러와 대형 [8]화덕을 선호하기 때문에 더 단단한 지역 석탄을 작은 화로에서 만족스럽게 연소할 수 없었기 때문입니다.

Cornish 보일러의 어려움은 특정 전력의 보일러가 난방 구역으로 알려진 용해로 튜브 영역을 필요로 한다는 것이었습니다.튜브가 길수록 더 길고 비싼 보일러 셸이 필요했습니다.또한 난방 면적에 대한 격자 면적의 비율도 감소하여 적절한 화재를 유지하는 데 어려움을 겪었습니다.튜브 직경을 늘리면 용해로 튜브를 덮는 물의 깊이가 줄어들기 때문에 소방관이 수위를 정확하게 제어할 필요성, 그렇지 않으면 보일러 폭발의 위험이 높아졌습니다.Fairbairn의 실린더 내 후프 응력 연구는 또한 작은 튜브가 큰 튜브보다 더 강하다는 것을 보여주었다.그의 해결책은 간단했습니다. 하나의 큰 용해로 튜브를 두 개의 작은 튜브로 교체하는 것이었습니다.

이[9] 특허는 트윈로(twin furnace)의 또 다른 장점을 보여주었다.또한 화재 발생 시 발생하는 연도 가스가 보다 완전하고 깨끗하게 연소되도록 촉진하고 화재 발생 시 발생하는 연기와 [10]오염을 줄일 수 있는 화로를 통과하는 공기 공급을 준비할 수 있었습니다(Lancashire 보일러의 경우 그레이트 아래의 재떨이를 통해).이것의 핵심 요인은 1840년대부터 특징적인 도어 셔터 회전 공기 댐퍼였습니다.

두 개의 도관을 사용하면 엔드 [7]플레이트를 지지하는 두 개의 긴 로드 스테이 역할을 하는 강화 효과도 있습니다.

이후 개발로 갤러웨이 튜브(1848년 또는[12] 1851년 특허[11] 취득)가 연도 전체에 가로로 물 튜브를 추가해 가열 표면적을 증가시켰다.이것들은 큰 직경의 짧은 튜브이고 보일러는 비교적 낮은 압력을 계속 사용하기 때문에 여전히 수관 보일러로 간주되지 않습니다.튜브는 연도를 통해 [6]쉽게 설치할 수 있도록 테이퍼로 되어 있습니다.

랭커셔 보일러는 종종 파형 배관을 나타내며, 리벳 이음매에 무리를 주지 않고 열팽창을 흡수합니다.또 다른 개발은 "키드니 연도" 또는 갤러웨이 보일러로, 두 용해로는 단면이 신장 모양의 단일 연도 형태로 결합되었습니다.이 넓고 평평한 연도는 갤러웨이 튜브를 사용하여 유지되었습니다.

최대 압력은 20bar입니다.보일러의 최대 직경은 3m이며, 길이 6~10m, 직경 0.8~1m의 2개의 소방관을 가지고 있다.

랭커셔 보일러는 구식 설계로 간주되지만, 연도 길이가 충분히 길면 상당히 효율적일 수 있습니다.이것은 특히 그 길이 때문에 부피가 큰 보일러로 이어지며, 이것은 항상 고정식 설치로 사용을 제한해 왔습니다.그것은 랭커셔 면화 공장의 표준 보일러였다.

페어베언의 5관 보일러

페어베언 5관 보일러,
단부

랭커셔 보일러에 대한 William Fairbairn의 연구는 감소된 용수량에 비해 여러 용해로의 효율적 장점을 입증했습니다.증기 압력이 높아지면 엔진의 효율이 향상된다는 사실도 널리 알려져 있습니다.Fairbairn은 실린더의[13] 강도에 대한 연구를 통해 훨씬 더 작은 튜브 직경을 바탕으로 더 높은 압력(일반적으로 150psi (1,000kPa))에서 작동할 수 있는 개선된 보일러를 설계하게 되었습니다.이것은 "5개의 튜브" 보일러로, 5개의 튜브가 물 드럼과 용광로로 두 개의 중첩된 쌍으로 배치되었고, 나머지 튜브는 별도의 증기 [14]드럼으로 그 위에 장착되었습니다.용해로 튜브가 각각의 물 드럼통을 거의 채웠기 때문에 이전의 보일러 설계에 비해 수량이 매우 낮았습니다.

보일러는 목표대로 성공했고, 작은 용수량으로 두 개의 큰 용광로를 제공했습니다.분리된 증기 드럼은 또한 물의 운반과 프라이밍의 위험 없이 "건식" 증기의 생산을 도왔다.그러나, 제조도 복잡해, 관련된 작업에 충분한 난방 공간을 제공하지 않았습니다.그것은 곧 페어베언-빌리와 스카치 보일러와 같은 다중관 보일러로 대체되었다.

「 」를 참조해 주세요.

추가 정보

  • Fairbairn, William (1851). "On Boiler Explosions". Two Lectures: The Construction of Boilers, and On Boiler Explosions, with the means of prevention. p. 20.
  • Fairbairn, William (1856). Useful Information for Engineers. London: Longmans.

레퍼런스

Wikimedia Commons에는 플루드 보일러 관련 미디어가 있습니다.
  1. ^ a b c d The British Railway Locomotive, 1803–1853. Science Museum. 1958. ISBN 0-11-290152-2.
  2. ^ a b c Snell, J.B. (1964). Early Railways. London: Weidenfeld & Nicolson.
  3. ^ David Burgess Wise (1973). Steam on the Road. Hamlyn. p. 26. ISBN 0-600-38018-1.
  4. ^ 힐, 증기로부터의 전력, 페이지 103. 오류::
  5. ^ 힐, 증기로부터의 전력, 페이지 129. 오류::
  6. ^ a b K. N. Harris (1974). Model Boilers and Boilermaking. MAP. ISBN 0-85242-377-2.
  7. ^ a b Fairbairn, 폭발. sfn 오류::
  8. ^ a b Hills Power from Steam, sfnp 오류: : CITREFHills,(
  9. ^ a b GB10166, Fairbairn, 윌리엄&사례 중, 존, 페어번. 미국, 윌리엄에"증기 보일러, 용광로와 flues에서 어떤 개선 즉시 연결되어";.사례 중, 존(1845-02-22)."영어의 특허를 중심 입학".역학의 이 잡지는, 박물관, 등록, 저널과 가제트. 42(1124년):121–122.2022-03-04 Retrieved.
  10. ^ 힐, 증기로부터의 전력, 페이지 138. 오류:: 도움말
  11. ^ "Lancashire Boiler" (PDF). Museum of Science & Industry, Manchester.
  12. ^ Hills Power from Steam, sfnp 오류: : ,_Power_from_Steam(
  13. ^ Fairbairn, 엔지니어에게 유용한 정보. 오류::
  14. ^ Molesworth, Guildford L. (1882). Molesworth's Pocket Book of Engineering Formula (21st ed.). London: Spon. p. 467.