پیش‌نویس:دیگ دودکش

موتور Trevithick در سال 1806 حول یک نمونه اولیه از یک دیگ دودکش ساخته شده است (به طور خاص، یک نوع دودکش برگشتی)

دیگ دودکش دیگ پوسته ای یا دودکش شکل اولیه و نسبتاً ساده ای از دیگ است که برای تولید بخار استفاده می شود، معمولاً برای به حرکت درآوردن موتور بخار . این طرح یک مرحله انتقالی در توسعه دیگ بخار، بین دیگ های اولیه انبار کاه و دیگ های آتش لوله چند لوله ای بعدی را مشخص کرد. بویلر دودکش دار با یک پوسته دیگ استوانه ای بزرگ که مخزن آب را تشکیل می دهد مشخص می شود که توسط یک یا چند دودکش بزرگ حاوی کوره عبور می کند. این دیگ‌ها در اوایل قرن نوزدهم پدیدار شدند و برخی از اشکال امروزه نیز در خدمت هستند. اگرچه بیشتر برای نیروگاه های بخار ساکن استفاده می شد، اما برخی از آنها در وسایل نقلیه بخار اولیه، لوکوموتیوهای راه آهن و کشتی ها استفاده می شد. دیگ های فلوئد در تلاشی برای افزایش فشار بخار و بهبود راندمان موتور ساخته شدند. طرح های اولیه انبار کاه در روزگار وات از نظر مکانیکی ضعیف بودند و اغلب سطح صاف بدون تکیه گاه را به آتش نشان می دادند. انفجار دیگ بخار که معمولاً با خرابی صفحه این جعبه آتش شروع می شد، رایج بود. مشخص بود که یک ساختار قوسی از یک صفحه مسطح قوی تر است و بنابراین یک لوله دودکش دایره ای بزرگ در داخل پوسته دیگ قرار داده شده است. خود آتش روی یک توری آهنی قرار داشت که در سرتاسر این دودکش قرار داشت، با خاکستر کم عمقی در زیر آن برای جمع آوری بقایای غیر قابل احتراق. این مزیت اضافی پیچیدن سطح گرمایش به دور کوره داشت، اما این یک مزیت ثانویه بود.

اگرچه به عنوان فشار کم در نظر گرفته می شود (شاید ۲۵ پوند بر اینچ مربع (۱٫۷ اتمسفر استاندارد) ) امروزه در مقایسه با پیشینیان خود به عنوان فشار بالا در نظر گرفته می شد. این افزایش فشار عامل اصلی در تبدیل لوکوموتیوها (یعنی وسایل نقلیه کوچک خود متحرک) مانند Trevithick به یک پیشنهاد عملی بود. دیگ های دودکش مرکزی

لوکوموتیو میدلتون

ساده ترین دیگ برای لوکوموتیوها یک دودکش مستقیم داشت. این به طور گسترده توسط بسیاری از سازندگان لوکوموتیو اولیه، از جمله لوکوموتیوهای Blenkinsop برای راه آهن میدلتون و لوکوموشن شماره 1 استفنسون استفاده شد.

ساخت این نوع دیگ بخار ساده است و به اندازه کافی قوی است که بخار "فشار بالا" (برای دوره) را با کار گسترده در سیلندرها پشتیبانی کند. همچنین جریان گاز خوبی از طریق دودکش بزرگ وجود دارد، به طوری که آتش به تنهایی از عملکرد یک دودکش بلند هواکش کافی دریافت می کند. با این حال، منطقه گرمایش کمی نیز دارد، بنابراین ناکارآمد است و مقدار زیادی زغال سنگ می سوزاند. دیگ های دودکش برگشتی

Paffing Billy از 1813، انتهای گنبدی دیگ دودکش برگشتی خود را نشان می دهد (مرکز تصویر)

یک دودکش ساده اگر بخواهد فضای گرمایش مناسبی را ارائه دهد باید طولانی باشد. در یک پوسته دیگ بخار کوتاه، مانند مورد نیاز برای لوکوموتیو بخار ، این ممکن است با استفاده از یک دودکش برگشتی U شکل که به عقب خم می شود، انجام شود.

ریچارد ترویتیک قبلاً از دودکش برگشتی با اولین طرح لوکوموتیو کوالبروکدیل در سال 1802 و موتور «پن ای-دارن» 1804 استفاده کرده بود. این دیگ ها به شدت از چدن ، کوتاه و صاف ساخته شده بودند. لوکوموتیو 1804/5 " نیوکاسل " او (که در واقع در گیتسهد ساخته شد) شروع به نشان دادن یکی از ویژگی های دیگ بخار برگشتی کرد، یک شکل گنبدی برجسته برای مقاومت در برابر فشار بخار در انتهای جامد روبروی کوره و دودکش. در این مورد، دیگ‌سازی، اکنون صفحات آهن فرفورژه ، باید توسط استوانه افقی تک سفر طولانی ترویتیک پیچیده شده باشد ( ۹ در ۳۶ اینچ (۲۳۰ در ۹۱۰ میلیمتر) قطر×سکته) که از این انتهای گنبدی شکل بیرون آمده است. با این حال، این کار را برای آتش نشان آسان تر کرد، زیرا او دیگر سعی نمی کرد به دریچه آتش در زیر چهارراه بلند پیستون برسد.

ویلیام هدلی از این الگوی دیگ برای لوکوموتیوهای خود در سال 1813 یعنی Puffing Billy و Wylam Dilly استفاده کرد. هدلی از طریق کولی وایلم و مالک آن کریستوفر بلکت ، با موتور ترویتیک آشنا بود.

رویال جورج 0-6-0 تیموتی هکوورث در سال 1827 نیز از دیگ بخار برگشتی استفاده کرد، هرچند که بیشتر به دلیل استفاده پیشگامانه از یک لوله انفجاری عمدی برای تشویق بادکش در آتش شناخته شده است. وزن سبکتر نسخه 0-4-0 او برای Rainhill Trials ، Sans Pareil بسیار شبیه بود. حتی اگر به محض پایان آزمایش‌ها قدیمی به نظر می‌رسیدند، سامسون کانادایی این الگو در سال 1838 ساخته شد و هنوز در سال 1883 در خدمت است.

دیگ هوپر

آخرین دیگ های دودکش برگشتی ساخته شده (به غیر از برخی دیگر از دیگ های ثابت) اغلب آنهایی هستند که توسط شرکت هوبر در ماریون، اوهایو برای موتورهای کششی "هوبر جدید" خود از سال 1885 تا 1903 ساخته شده اند.

با این حال، اینها بویلرهای دودکش برگشتی به معنای استفاده شده در اینجا نبودند، بلکه بویلرهای لوله برگشتی بودند. آنها یک لوله کوره استوانه ای بزرگ داشتند، یک محفظه احتراق در خارج از پوسته فشار دیگ، سپس چندین لوله آتش باریک که به یک جعبه دود نعل اسبی در بالا و اطراف درب آتش باز می گشتند. نزدیکی این دودکش به آتش نشان باعث شد که آنها به «شکم سوز» لقب بگیرند. بنابراین طراحی آنها با دیگ های افقی نوع پرتاب (همانطور که توسط سر آرتور هیوود استفاده می شود) یا دیگ های دریایی اسکاچ شباهت بیشتری نسبت به دیگ های بخار تک دودکش ساده دارد.

در این زمان، دیگ لوکوموتیو برای موتورهای کششی همه جا حاضر شده بود. در مقایسه با این، مزیت دیگ هوبر این بود که می‌توان فایر تیوب‌ها را راحت‌تر تعویض کرد، بدون اینکه نیازی به کار از داخل یک جعبه آتش‌بسته باشد.

دیگ کورنیش

دیگ کورنیش

ساده ترین شکل دیگ دودکش، دیگ کورنیش "فشار بالا" ریچارد ترویتیک بود که برای اولین بار در معدن Dolcoath در سال 1812 نصب شد. این یک استوانه افقی بلند با یک دودکش بزرگ است که حاوی آتش است. از آنجایی که کوره به بادکش طبیعی متکی بود، یک دودکش بلند در انتهای دودکش لازم بود تا هوا (اکسیژن) خوبی برای آتش فراهم شود.

برای بهره وری، نوآوری Trevithick این بود که زیر دیگ بخار را با یک محفظه آجری محصور کرد. گازهای خروجی از دودکش مرکزی عبور کرده و سپس به بیرون و اطراف پوسته دیگ آهنی هدایت می شوند. برای دور نگه داشتن دودکش از فضای پخت، دودکش آجری ابتدا از زیر مرکز دیگ به سمت جلو، سپس دوباره در امتداد طرفین و به دودکش عبور کرد.

دیگ های کورنیش چندین مزیت نسبت به دیگ های واگن قبلی داشتند: آنها از سطوح بیشتر منحنی تشکیل شده بودند که بهتر است در برابر فشار مقاومت کنند. انتهای صاف آنها کوچکتر از اضلاع مسطح دیگ واگن بود و توسط دودکش مرکزی کوره، و گاهی اوقات توسط میله های طولانی اضافی باقی می ماند . یک مزیت کمتر آشکار، مقیاس دیگ بود. دیگ های واگن یا انبار کاه از زیر گرم می شدند و هر گونه رسوب یا ناخالصی که رسوب تشکیل می داد روی این صفحه می نشست و آن را از آب عایق می کرد. این امر باعث کاهش راندمان گرمایش می شود و در نهایت می تواند منجر به گرمای بیش از حد موضعی و خرابی صفحات دیگ شود. در دیگ دودکش، هر رسوبی از کنار دودکش کوره می ریزد و در پایین پوسته دیگ می نشیند، جایی که اثر کمتری دارد.

در مهندسی مدل ، دیگ کورنیش، به ویژه هنگامی که با لوله های گالووی نصب می شود ( به دیگ Lancashire، زیر مراجعه کنید )، یک انتخاب عالی برای دیگ های گاز سوز و قایق های بخار مدل است. ساخت آن ساده است و به اندازه هر دیگ در مقیاس کوچک کارآمد است.

دیگ باترلی

دیگ بخار باترلی، از سخنرانی Fairbairn در سال 1851

دیگ بخار باترلی یا "دهان سوت" یک طرح کمتر شناخته شده برگرفته از الگوی کورنیش است که توسط کارخانه های بویلر باترلی در دربی شایر تولید شده است. اساساً یک دیگ کورنی است که نیمه پایینی پوسته اطراف کوره برداشته شده است، به طوری که اجازه می دهد آتش بزرگی روشن شود. این امر باعث محبوبیت آن در کارخانه های نساجی پنین شد، جایی که زغال سنگ سخت شمال ارزش حرارتی کمتری نسبت به زغال سنگ ولز مورد استفاده در جنوب غربی داشت و به آتش بزرگتری نیاز داشت. از طرف دیگر ممکن است آن را به عنوان یک دیگ کورنیش کوتاه شده با یک دیگ واگن در جلوی آن با آتش بزرگتر در زیر آن در نظر بگیرید. از همان اشکال دیگ واگن رنج می برد: صفحه محفظه آتش مقعر از نظر مکانیکی ضعیف است و این یا فشار کاری را محدود می کند یا نیاز به ماندن مکانیکی اضافی دارد.

دیگ لنکاوی

دیگ لنکاوی در ایستگاه پمپاژ پینچبک

دیگ بخار لنکاوی شبیه کورنیش است، اما دارای دو دودکش بزرگ است که به جای یک دودکش، آتش را مهار می کند. عموماً این اختراع ویلیام فیربرن و جان هترینگتون در سال 1844 در نظر گرفته می‌شود، اگرچه ثبت اختراع آنها برای روش آتش‌زنی متناوب کوره‌ها به منظور کاهش دود به جای خود دیگ بود. لوکوموتیو اولیه 0-4-0 استفنسون " Lancashire Witch " قبلاً استفاده از لوله های کوره دوقلو را در یک دیگ بخار نشان داده بود 15 سال قبل

Fairbairn یک مطالعه نظری در مورد ترمودینامیک دیگهای بخار کارآمدتر انجام داده بود و همین امر باعث شد که او سطح توری کوره را نسبت به حجم آب افزایش دهد. دلیل خاصی برای این امر، پذیرش ضعیف دیگ کورنیش در کارخانه‌های پنبه‌سازی لنکاوی بود، که در آن زغال‌سنگ سخت‌تر محلی نمی‌توانست به طور رضایت‌بخشی در کوره کوچک‌تر سوزانده شود، به نفع دیگ‌های قدیمی واگن کم فشار و رنده بزرگ آن

مشکلات دیگ کورنیش این بود که یک دیگ با هر قدرت خاصی به یک منطقه شناخته شده از لوله کوره به عنوان منطقه گرمایش نیاز دارد. لوله های بلندتر به پوسته دیگ بخار طولانی تر و گران تر نیاز داشتند. آنها همچنین نسبت سطح رنده را نسبت به منطقه گرمایش کاهش دادند و حفظ آتش کافی را دشوار می کردند. افزایش قطر لوله باعث کاهش عمق آب پوشانده لوله کوره می شود و بنابراین نیاز به کنترل دقیق سطح آب توسط آتش نشان را افزایش می دهد و در غیر این صورت خطر انفجار دیگ بخار را افزایش می دهد. مطالعات Fairbairn در مورد تنش حلقه در سیلندرها نیز نشان داد که لوله های کوچکتر قوی تر از لوله های بزرگتر هستند. راه حل او ساده بود: جایگزین کردن یک لوله کوره بزرگ با دو لوله کوچکتر.

ثبت اختراع مزیت دیگری از کوره های دوقلو را نشان داد. با شلیک متناوب آنها و بستن درب محفظه آتش بین دودکش، همچنین می‌توان هوا را از کنار کوره عبور داد (در مورد دیگ لنکاوی، از طریق خاکستر زیر رنده) که باعث تشویق گازهای دودکش تولید شده توسط کوره می‌شود. آتش به طور کامل و تمیزتر بسوزد و در نتیجه دود و آلودگی کاهش یابد. یک عامل کلیدی در این امر، دمپر هوای چرخان کرکره ای متمایز در در بود که از دهه 1840 به یکی از ویژگی های آن تبدیل شد.

دیگ بخار لنکاوی، از سخنرانی Fairbairn

استفاده از دو دودکش نیز اثر تقویتی دارد و به عنوان دو میله بلند که صفحات انتهایی را پشتیبانی می کند عمل می کند.

پیشرفت‌های بعدی لوله‌های گالووی (پس از مخترع آن‌ها که در سال 1848 یا 1851 به ثبت رسید) لوله‌های آب متقاطع را در دودکش اضافه کرد، بنابراین سطح گرم‌شده را افزایش داد. از آنجایی که این لوله‌ها لوله‌های کوتاه با قطر زیاد هستند و دیگ همچنان از فشار نسبتاً کم استفاده می‌کند، این دیگ هنوز یک دیگ لوله آب در نظر گرفته نمی‌شود. لوله ها مخروطی هستند تا نصب آنها از طریق دودکش آسان تر شود.

دیگ های لنکاوی اغلب دودکش های موجدار را نشان می دهند که انبساط حرارتی را بدون فشار به درزهای پرچ شده جذب می کند. توسعه دیگر "دودکش کلیه " یا دیگ بخار گالووی بود که در آن دو کوره به هم متصل می شوند و به یک دودکش منفرد می پیوندند که در مقطع کلیوی شکل است. این دودکش پهن و مسطح با استفاده از لوله های گالووی باقی ماند .

حداکثر فشار آن ۲۰ بار (۲۹۰ پوند بر اینچ مربع) است . حداکثر قطر دیگ ۳ متر (۹٫۸ فوت) ، دارای دو لوله آتش با طول متفاوت از ۶–۱۰ متر (۲۰–۳۳ فوت) است و قطر ٫۸–۱ متر (۲٫۶–۳٫۳ فوت)

اگرچه دیگ لنکاوی یک طراحی قدیمی در نظر گرفته می شود، به شرطی که دودکش به اندازه کافی طولانی باشد، می تواند کارآمدی معقولی داشته باشد. این امر منجر به یک دیگ بخار حجیم، به خصوص از نظر طول آن، می شود و این همیشه استفاده از آن را به تاسیسات ثابت محدود کرده است. این دیگ استاندارد در کارخانه های پنبه لنکشایر بود.

دیگ پنج لوله ای Fairbairn

دیگ پنج لوله ای Fairbairn،بخش پایانی

کار ویلیام فیربرن بر روی دیگ بخار لنکاوی، مزیت کارایی کوره های متعدد را نسبت به کاهش حجم آب نشان داده بود. همچنین به طور گسترده فهمیده شد که فشار بخار بالاتر کارایی موتورها را بهبود می بخشد. تحقیقات Fairbairn در مورد استحکام سیلندرها او را به طراحی دیگ بهبود یافته دیگری بر اساس قطرهای لوله بسیار کوچکتر سوق داد، که بنابراین قادر به کار در فشارهای بالاتر، معمولاً ۱۵۰ پوند بر اینچ مربع (۱٬۰۰۰ کیلوپاسکال) خواهد بود. . این دیگ "پنج لوله" بود که پنج لوله آن در دو جفت تو در تو به عنوان بشکه آب و کوره چیده شده بود و لوله باقیمانده بالای آنها به عنوان یک درام بخار جداگانه نصب شده بود. حجم آب در مقایسه با طراحی های قبلی دیگ بخار بسیار کم بود، زیرا لوله های کوره تقریباً هر یک از درام های آب را پر می کردند.

دیگ با توجه به اهداف خود موفق بود و دو کوره بزرگ در ظرفیت آب کم ارائه کرد. درام بخار جداگانه همچنین به تولید بخار "خشک" بدون انتقال آب و خطر پرایمینگ کمک می کند. با این حال، ساخت آن نیز پیچیده بود و فضای گرمایشی زیادی برای کار در آن ارائه نمی کرد. به زودی توسط دیگ های چند لوله ای مانند دیگ های Fairbairn-Beeley و Scotch جایگزین شد.

همچنین ببینید

Scotch marine boiler