Flued panna - Flued boiler
Ett skal eller en panna är en tidig och relativt enkel form av panna som används för att ånga , vanligtvis för att driva en ångmotor . Konstruktionen markerade ett övergångsskede i pannans utveckling, mellan de tidiga höstackpannorna och de senare eldrörspannorna med flera rör . En rostad panna kännetecknas av ett stort cylindriskt pannskal som bildar en vattenbehållare, korsad av en eller flera stora skorstenar som innehåller ugnen . Dessa pannor dök upp runt början av 1800-talet och vissa former förblir i bruk idag. Även om de mest användes för statiska ånganläggningar användes vissa i tidiga ångfordon, järnvägslokomotiv och fartyg.
Rostade pannor utvecklades i ett försök att höja ångtrycket och förbättra motorns effektivitet. De tidiga höstackdesignerna från Watts dag var mekaniskt svaga och presenterade ofta en platt yta som inte stöds för elden. Panneexplosioner , vanligtvis som började med fel på denna eldstadsplatta, var vanliga. Det var känt att en välvd struktur var starkare än en platt platta och därför placerades ett stort cirkulärt rökrör inuti pannskalet. Själva elden var på ett järngaller placerat över denna skorsten, med en grunt askfat under för att samla upp den icke brännbara resterna. Detta hade den ytterligare fördelen att svepa upp värmeytan nära ugnen, men det var en sekundär fördel.
Även om det betraktades som lågtryck (kanske 25 psi (1,7 atm ) idag, betraktades detta som högt tryck jämfört med dess föregångare. Denna ökning av trycket var en viktig faktor för att göra lok (dvs. små självflyttande fordon) som Trevithick till ett praktiskt förslag.
Pannor för mittrör
.jpg)
Den enklaste pannan för lok hade en enda rak kanal. Det användes allmänt av många av de tidiga lokstillverkarna, inklusive Blenkinsops lok för Middleton-järnvägen och Stephensons rörelse .
Denna typ av panna är enkel att tillverka och tillräckligt stark för att stödja "högtrycks" ånga (under perioden) med expansivt arbete i cylindrarna. Det är också bra gasflöde genom den stora skorstenen, så att elden får tillräckligt med drag från enbart en hög skorsten . Men det har också lite värmeområde, så det är ineffektivt och bränner en stor mängd kol.
Ångkokare
En enkel rökkanal måste vara lång om den ska erbjuda tillräcklig uppvärmningsyta. I ett kort pannskal, som krävs för ett ånglok , kan detta göras genom att använda en U-formad returrör som böjer sig på sig själv.
Richard Trevithick hade redan använt en returkanal med sin första 1802 Pen-y-darren- motor och 1803 Coalbrookdale lokdesign. Dessa pannor var kraftigt byggda av gjutjärn , korta och platta. Hans 1805 " Newcastle " -lok (faktiskt byggt i Gateshead ) började visa ett karakteristiskt drag hos den returflödade pannan, en framträdande kupolform för att motstå ångtryck i den fasta änden mittemot både ugn och skorsten. I det här fallet måste pannframställningen, nu av smidesjärnsplattor , ha komplicerats av Trevithicks enda horisontella cylinder med lång rörelse (9 mm × 36 tum (230 mm × 910 mm) diameter × slag) som kom fram genom denna kupolformiga ände. Detta gjorde dock arbetet lättare för brandmannen, eftersom han inte längre försökte nå en eldstuga under kolvens långa tvärhuvud.
William Hedley använde detta pannmönster för sina 1813 lok Puffing Billy och Wylam Dilly . Genom Wylam- berget och dess ägare Christopher Blackett skulle Hedley ha varit bekant med Trevithicks motor.
Timothy Hackworths 0-6-0 Royal George från 1827 använde också en returpanna, även om den är mest känd för sin banbrytande användning av en avsiktlig sprängrör för att uppmuntra elddrag. Hans lättare vikt 0-4-0 version för Rainhill Trials , Sans Pareil var mycket lika. Trots att de verkade föråldrade så snart försöken var över byggdes den kanadensiska Samson av detta mönster 1838 och fortfarande i tjänst 1883.
Huber-pannor
_(14578624980).jpg)
| Externa bilder | |
|---|---|
 "New Huber" dragmotor
| |
|
Huber dragmotor från 1897
| |
|
Huber-annonsering och pannarsektionsdiagram
|
De senaste returpannor som konstruerats (andra än vissa stationära pannor) anses ofta vara de som byggdes av Huber Co. i Marion, Ohio för sina "New Huber" -motorer , från 1885 till 1903.
Dessa dock inte återvända- förbränningspannor i den mening som här, utan snarare åter-tube pannor. De hade ett enda stort cylindriskt ugnsrör, en förbränningskammare utanför pannans tryckskal, sedan flera smala eldrör som återvände till en hästskoformad rökbox ovanför och runt eldstaden. Närheten av denna rökbox till brandmannen ledde till deras smeknamn "magbrännare". Deras design har alltså mer gemensamt med de horisontella pannorna av lanseringstyp (som används av Sir Arthur Heywood ) eller den skotska marina pannan än vad de gör med den enkla enrörspannan.
Vid denna tidpunkt hade lokspannan blivit allestädes närvarande för dragmotorer. Jämfört med detta var fördelen med Huber-pannan att eldrören kunde bytas lättare utan att behöva arbeta inifrån en sluten eldstuga.
Cornish panna
Den enklaste formen av luftpanna var Richard Trevithicks "högtrycks" Cornish-panna, som först installerades vid Dolcoath-gruvan 1812. Detta är en lång horisontell cylinder med en enda stor skorsten som innehåller elden. Eftersom ugnen förlitade sig på naturligt drag , krävdes en hög skorsten längst bort i rökgaskanalen för att uppmuntra en bra lufttillförsel (syre) till elden.
För effektivitet var Trevithicks innovation att innesluta under pannan med en tegelbyggd kammare. Avgaser passerade genom mittröret och leddes sedan utanför och runt järnpannans skal. För att hålla skorstenen fri från eldningsutrymmet passerade tegelröret först under pannans mitt till framsidan, sedan tillbaka igen längs sidorna och till skorstenen.
Corniska pannor hade flera fördelar jämfört med de föregående vagnpannorna : de bestod av mestadels böjda ytor, bättre för att motstå trycket. Deras plana ändar var mindre än vagnpannans plana sidor och stannades av den centrala ugnsröret, och ibland av ytterligare långa stavstag . En mindre uppenbar fördel var pannans skala. Vagnar eller höstackpannor värmdes underifrån och eventuell kalk eller föroreningar som bildade ett sediment satte sig på denna platta och isolerade den från vattnet. Detta minskade uppvärmningseffektiviteten och kan i extrema fall leda till lokal överhettning och fel på pannplattorna. I den eldade pannan föll eventuellt sediment förbi ugnsröret och slog sig ned i botten av pannskalet, där det hade mindre effekt.
Inom modellteknik är Cornish-pannan, särskilt när den är utrustad med Galloway-rör ( se Lancashire Boiler, nedan ), ett utmärkt val för gaseldade pannor och ångbåtar. Det är enkelt att bygga och lika effektivt som alla småskaliga pannor.
Butterley panna
Butterley eller "whistle mouth" -pannan är en lite känd design härrörande från Cornish-mönstret, producerad av den noterade Butterley-pannan i Derbyshire. Det är i grunden en Cornish-panna med den nedre halvan av skalet runt ugnen borttagen, så att en stor eld kan tändas. Detta gjorde det populärt i Pennines textilfabriker , där det hårda norra kolet var av mindre värmevärde än det walisiska kolet som användes i sydväst och krävde en större eld. Alternativt kan det betraktas som en förkortad Cornish-panna med en vagnpanna placerad framför den med en större eld under den. Den har samma nackdel som vagnpannan: den konkava eldstaden är mekaniskt svag och antingen begränsar arbetstrycket eller kräver extra mekanisk uppehåll .
Lancashire panna
Lancashire-pannan liknar Cornish, men har två stora rökkanaler som innehåller bränderna istället för en. Det anses allmänt vara uppfinningen av William Fairbairn 1844, även om hans patent var för metoden att skjuta ugnarna växelvis för att minska rök, snarare än själva pannan. Stephensons tidiga 0-4-0 lok " Lancashire Witch " hade redan demonstrerat användningen av dubbla ugnsrör inom en panna 15 år tidigare.
Fairbairn hade gjort en teoretisk studie av termodynamik mer effektiva värmepannor, och det var detta som hade lett honom att öka ugnens galler området i förhållande till den volym vatten. En särskild anledning till detta var den hittills dåliga antagandet av Cornish-pannan i bomullsfabrikerna i Lancashire, där det hårdare lokala kolet inte kunde brännas tillfredsställande i den mindre ugnen, till förmån för den äldre lågtrycksvagnspannan och dess stora galler.
Svårigheterna med Cornish-pannan var att en panna med någon speciell effekt skulle kräva ett känt område av ugnsrör som uppvärmningsområdet. Längre rör krävde ett längre och dyrare pannskal. De minskade också förhållandet mellan gallerytan i förhållande till uppvärmningsområdet, vilket gör det svårt att hålla en tillräcklig brand. Ökad rördiameter minskade vattendjupet som täckte ugnsröret och ökade därmed behovet av noggrann kontroll av vattennivån av brandmannen eller annars risken för pannexplosion . Fairbairns studier av bågspänning i cylindrar visade också att mindre rör var starkare än större rör. Hans lösning var enkel: att ersätta ett stort ugnsrör med två mindre.
Patenten visade en annan fördel med dubbla ugnar. Genom att skjuta dem omväxlande och stänga eldstadsdörren mellan skjutningarna var det också möjligt att ordna en tillförsel av luft förbi ugnen (i fallet med en Lancashire-panna genom askan under gallret) som skulle uppmuntra rökgaserna som produceras av eld för att brinna mer fullständigt och rent, vilket minskar rök och föroreningar. En nyckelfaktor i detta var det distinkta slutna roterande luftdämparen i dörren, som blev en funktion från 1840-talet.
Användningen av två skorstensrör har också en förstärkande effekt och fungerar som två långa stagstag som stöder ändplattorna.
Senare utvecklingar lade till Galloway-rör (efter deras uppfinnare, patenterade antingen 1848 eller 1851) tvärs över vattenrör över rökkanalen, vilket ökade den uppvärmda ytan. Eftersom dessa är korta rör med stor diameter och pannan fortsätter att använda ett relativt lågt tryck anses detta fortfarande inte vara en vattenrörspanna . Rören är avsmalnande för att underlätta installationen genom skorstenen.
Lancashire-pannor visar ofta korrugerade kanaler , som absorberar värmeutvidgning utan att spänna de nitade sömmarna. En annan utveckling var " njur flue" eller Galloway panna , där de två ugnar gå samman till en enda rökkanal, njurformad i tvärsnitt. Denna utvidgade och platta toppkanal stannades genom användning av Galloway-rör.
Dess maximala tryck är 20 bar. Pannans maximala diameter är 3m, har två brandrör med en längd som varierar från 6-10m och en diameter på 0,8-1m
Även om Lancashire-pannan anses vara en föråldrad design, förutsatt att rökkanalen är tillräckligt lång kan den vara rimligt effektiv. Detta leder dock till en skrymmande panna, särskilt för dess längd, och detta har alltid begränsat användningen till stationära installationer. Det var standardpannan i bomullsbruk i Lancashire .
Fairbairns panna med fem rör
.jpg)
William Fairbairns arbete med Lancashire-pannan hade visat effektiviteten hos flera ugnar i förhållande till en minskad vattenvolym. Det var också allmänt känt att högre ångtryck förbättrade motorns effektivitet. Fairbairns forskning om cylindrarnas styrka fick honom att utforma en annan förbättrad panna, baserad på mycket mindre rördiametrar, som därmed skulle kunna arbeta vid högre tryck, vanligtvis 150 psi (1000 kPa ). Detta var pannan med "fem rör", vars fem rör var ordnade i två kapslade par som vattentrumma och ugn, med det återstående röret monterat ovanför dem som en separat ångtrumma. Vattenvolymen var extremt låg jämfört med tidigare pannkonstruktioner, eftersom ugnsrören nästan fyllde var och en av vattentrummorna.
Pannan var framgångsrik enligt sina mål och tillhandahöll två stora ugnar i liten vattenkapacitet. Den separata ångtrumman hjälpte också till att producera "torr" ånga utan överföring av vatten och risk för grundning. Men det var också komplicerat att tillverka, och det erbjöd inte mycket värmeområde för arbetet. Den ersattes snart av pannor med flera rör som Fairbairn-Beeley och skotska pannor.
Se även
Vidare läsning
- Fairbairn, William (1851). "On Boiler Explosions". Två föreläsningar: Konstruktion av pannor och på panntexplosioner, med medel för att förebygga . sid. 20.
- Fairbairn, William (1856). Användbar information för ingenjörer . London: Longmans.