Civanperçemi kazanı - Yarrow boiler

Civanperçemi kazanları , yüksek basınçlı su borulu kazanların önemli bir sınıfıdır . Yarrow & Co. (Londra), Shipbuilders and Engineers tarafından geliştirildiler ve gemilerde, özellikle savaş gemilerinde yaygın olarak kullanıldılar .

Civanperçemi kazan tasarımı, üç tamburlu kazanın karakteristiğidir : iki sıra düz su borusu, aralarında tek bir fırın olacak şekilde üçgen bir sıra halinde düzenlenmiştir. Aralarında üstte tek bir buhar tamburu monte edilmiştir ve her bankanın tabanında daha küçük su tamburları bulunur. Hem yukarı hem de aşağı sirkülasyon bu aynı tüp kümesi içinde gerçekleşir. Yarrow'un ayırt edici özellikleri, düz boruların kullanılması ve ayrıca harici indiriciler kullanmak yerine boru kümesi içinde her iki yönde sirkülasyonun gerçekleşmesiydi.

Erken su borulu kazanlar

Su borulu kazanın Kraliyet Donanması içinde erken kullanımı zaman zaman tartışmalıydı ve 1900'lerde ' Kazanlar Savaşı'na yol açtı. Belleville ve Niclausse gibi bu ilk kazanlar, basit düz olan büyük borulu tasarımlardı. yataya sığ bir açıyla yaklaşık 4" çapında borular. Bu borular dökme demir başlıklara birleştirildi ve bu bağlantılarda sızıntıyla ilgili çok sorun yarattı. O sırada, bu düz borulardaki termal genleşmenin boruyu gerdiği varsayımı vardı. Bu kazanlar da büyüktü ve birçok ön dretnot zırhlısına takılmasına rağmen , küçük torpido botlarına ve o zamanlar çok aktif bir şekilde geliştirilmekte olan ilk muhriplere takılamazdı.

Daha küçük gemiler için daha hafif bir kazan sağlamak için 'Ekspres' tipler geliştirildi. Bunlar, yaklaşık 2" çapında daha küçük su boruları kullandı, bu da daha büyük bir ısıtma alanı/hacim (ve ağırlık) oranı verdi. Bunların çoğu , özellikle Du Temple ve Normand tasarımları olmak üzere üç tamburlu modeldeydi. su borularının dikey düzenlenmesi, böylece bu dar borularda termosifon sirkülasyonunu teşvik eder.Tüp genleşmesiyle ilgili önceki problemler hala teorik bir endişeydi ve bu nedenle borular ya kavisliydi, hatta ısıtmayı arttırmak için saç tokaları ve S şekillerine kıvrıldı. Uygulamada bu şekiller iki pratik soruna daha yol açtı: boruları temizleme zorluğu ve ayrıca, özellikle boruların tambura çeşitli açılardan girdiği durumlarda, su varillerinde güvenilir bir bağlantı oluşturmanın zorluğu.

Yarrow'un su borulu kazanı

Alfred Yarrow , kazanını, daha önce su borulu kazanlar geliştirmiş olan diğerlerine yanıt olarak geliştirdi . Bu, pratik kazanların evriminden ziyade teorik deneylere dayanan uzun bir süreçti. Çalışma 1877'de başladı ve ilk ticari kazan 10 yıl sonraya kadar tedarik edilmedi , 1887 torpido botu .

Bu uzun gebeliğe rağmen, kazanın kökenlerinin en doğrudan olduğu görülüyor. Yarrow'un kazan dairesi başkanı William Crush ile ilk konuşmasının oldukça doğrudan bir yaklaşım içerdiği ve Yarrow'un "Su borulu kazanlar hakkında uyanmalıyız", "Neden böyle bir kazan olmasın?" (parmaklarını dua edercesine birleştirerek) ve "Düz borular mı?" kazanın üç temel tasarım ilkesinden ikisini zaten ifade etti.

Düz borular

İlk su borulu tasarımcılar, ısıtıldığında kazan borularının genişlemesiyle ilgilenmişlerdi. Özellikle fırına en yakın olanların uzaktakilere göre nispeten daha fazla genişleyebilmeleri için serbestçe genişlemelerine izin vermek için çaba gösterildi. Tipik olarak bu, Thornycroft kazanında olduğu gibi, boruların büyük döngülü eğrilerde düzenlenmesiyle yapılırdı . Bunlar imalatta zorluklar yaşadı ve kullanımda destek gerektiriyordu.

Yarrow, suyla dolu bir tüpün sıcaklığının nispeten düşük tutulduğunu ve suyla dolu kalmaları ve tüplerin kendi içinde kaynamaya izin verilmemesi koşuluyla aralarında tutarlı olduğunu fark etti. Yüksek sıcaklıklar ve varyasyonlar ancak tüpler buharla dolduğunda ortaya çıktı ve bu da dolaşımı bozdu.

Sonuç olarak, düz su borularının kabul edilebilir olduğu ve hizmette üretim ve temizlik için bariz avantajlara sahip olduğu sonucuna vardı.

Artan kazan basınçlarına dayanabilecek borular elde etmek zordu ve çoğu üretici borulardaki kaynaklarla ilgili sorunlar yaşıyordu. Düz boruların daha az belirgin bir yararı, şu anda bisiklet üretimi için üretilmekte olan yeni geliştirilmiş dikişsiz çekilmiş borulardan faydalanabilmeleriydi .

Yarrow'un dolaşım deneyleri

Su borulu bir kazanın su boruları boyunca sürekli bir akışa dayandığı ve bunun pratik olarak bir pompa gerektirmekten ziyade bir termosifon etkisi ile olması gerektiği zaten biliniyordu.

Isıtılmış su boruları, büyük variller arasına monte edilmiş çok sayıda küçük çaplı borulardı: su varilleri altta ve buhar varilleri üstte. Fairbairn'in çalışmaları, tüp çapının önemini ve küçük çaplı tüplerin büyük çaplardan çok daha yüksek basınçlara nasıl kolayca dayanabileceğini zaten göstermişti. Tamburlar, sağlam yapıları sayesinde basınca dayanabilir. Onlara takılan menholler, düzenli iç denetime izin verdi.

Varsayım, fırın tarafından ısıtılmaları nedeniyle su borularından geçen akışın yukarı doğru olacağı ve dengeleyici aşağı akışın harici ısıtılmamış indiriciler gerektireceğiydi . Su borulu tasarımların çoğunda bunlar, buhar tamburundan su tamburuna giden birkaç büyük çaplı dış borulardı. Bu büyük çaplı borular, bu nedenle, sertlikleri ve üzerlerindeki kuvvetler nedeniyle güvenilirlik açısından bir problemdi.

Alfred Yarrow , bu varsayımı çürüttüğü ünlü bir deney yaptı. Kaynaklar, bunu deney sırasında mı keşfettiği, yoksa deneyi yalnızca zaten sahip olduğu bir teoriyi göstermek için mi yaptığı konusunda net değil.

Dikey U şeklinde bir boru, her iki tarafta bir dizi Bunsen brülörü tarafından ısıtılabilmesi için düzenlenmiştir . Basit bir akış ölçer, U'nun iki kolunu birbirine bağlayan üst kısımdaki tanktan geçen herhangi bir akışın yönünü ve yaklaşık gücünü gösterdi.

U'nun yalnızca bir tarafı ısıtıldığında, borunun o kolunda ısıtılmış suyun beklenen yukarı akışı vardı.

Isıtılmamış kola da ısı uygulandığında, geleneksel teori dolaşım akışının yavaşlayacağını veya tamamen duracağını öngördü. Pratikte, akış aslında arttı . Isıtmada bir miktar asimetri olması koşuluyla , Yarrow'un deneyi, dolaşımın devam edebileceğini ve soğutucu indiricinin ısıtılmasının bu akışı artırabileceğini gösterdi.

Yarrow daha sonra deneyi önce U-tüpü yataya göre sığ bir açıyla, son olarak da tüm sistem basınç altındayken tekrarladı. Sonuçlar aynıydı ve sirkülasyon sağlandı.

Civanperçemi kazanı böylece ayrı harici indiricilerden vazgeçebilir. Akış tamamen ısıtılmış su borularının içinde, fırına en yakın olanların içinde yukarıya ve bankanın dış sıralarındaki borulardan aşağıya doğruydu.

Açıklama

Yarrow'un üretim kazanı, daha sonra büyük ölçüde değişmeden kalan basit ve ayırt edici bir tasarıma sahipti. Üç tambur üçgen şeklinde düzenlenmiştir: üstte tek bir büyük buhar tamburu ve altta iki küçük su tamburu. Her bir su tamburuna çok sıralı bir bankada düz su boruları ile bağlandılar.

Fırın, tüp sıraları arasındaki boşluğa yerleştirildi. İlk kazanlar manuel olarak kömür yakıtlı, daha sonra petrol yakıtlı idi. Kazan, ateş tuğlalarıyla kaplanmış, sızdırmaz bir çelik muhafaza içine alındı. Bu kasanın tuğla kaplı uç duvarları, yangın kapıları veya yağ yakıcı taşları barındırıyordu, ancak ısıtma yüzeyi yoktu. Kazandan çıkan baca, gövdenin ortasındaydı, egzoz gazları buhar tamburunun etrafından geçiyordu. Tambur üzerindeki baca gazlarından kaynaklanan korozyonu azaltmak için, bazen basit bir deflektör örtüsüne sarılırdı. Genellikle su varillerinin alt kısmı kasanın dışında açığa çıkar, ancak buhar tamburunun sadece uçları ortaya çıkar. Su seviyesi , batık su borularının uçlarını kaplayacak kadar, buhar tamburunun çapının yaklaşık üçte biri kadardı.

Kazanın ağırlığı, su varillerine ve dolayısıyla fırının güvertesindeki desteklere dayanıyordu. Buhar tamburu sadece su boruları tarafından desteklendi ve termal genleşme ile serbestçe hareket etmesine izin verildi. Kızdırılmışsa, kızdırıcı elemanlar bu tamburdan asılırdı. Daha önceki Scotch ve lokomotif kazanlarla karşılaştırıldığında, azaltılmış su hacimleriyle su borulu kazanlar hafif kabul edildi ve kapsamlı desteklere ihtiyaç duymadı.

Tasarımda daha sonra evrim

Su varilleri

İlk Civanperçemi su varilleri veya "oluklar", borular için kolay bir montaj sağlamak amacıyla düz bir boru levhası ile D şeklindeydi. Boru plakası oluğa cıvatalanmıştır ve bakım ve boru temizliği için sökülebilir.

Bu D şekli bir basınçlı varil için ideal değildir, çünkü basınç onu daha dairesel bir bölüme deforme etme eğiliminde olacaktır. Kazan patlamaları deneyimi, kazanların içindeki keskin iç köşelerin de kanal açma nedeniyle aşınmaya eğilimli olduğunu göstermiştir.

Daha sonraki kazanlar, artık dik olmadıklarında boru uçlarını yerleştirme ve sızdırmaz hale getirme zorluğuna rağmen, daha yuvarlak bir bölüm kullandılar. Bu daha sonraki davulların uçlarında erişim için bir menhol vardı.

aşağı inenler

Bir Civanperçemi kazanındaki sirkülasyon, bir bankanın iç ve dış boru sıraları arasındaki sıcaklık farkına ve özellikle kaynama oranlarına bağlıydı. Bunun düşük güçlerde bakımı kolay olmakla birlikte, daha yüksek basınçlı bir Civanperçemi kazanı daha az sıcaklık farkına sahip olma eğiliminde olacak ve dolayısıyla daha az etkili sirkülasyona sahip olacaktır. Bu etki, ısıtılmış baca alanının dışında harici indiriciler sağlanarak önlenebilir.

Çoğu Civanperçemi kazanı indiriciye ihtiyaç duymasa da, bazılarına bunlarla donatılmıştı.

Çift uçlu kazanlar

İlk çift uçlu kazan 1905'te İspanyol hükümeti için inşa edildi. Tasarım zaten her iki uçtan ateşlemeye çok uygundu ve çift uçlu kazanların kullanımda biraz daha verimli olduğu keşfedildi.

Yarrow'un tersanesi her zaman inşa edebileceği gemilerin boyutuyla sınırlıydı. Kazanlarının çoğu daha büyük savaş gemileri için tasarlanmıştı ve Yarrow bunları daha büyük kızaklara sahip inşaat sahalarına bileşen olarak tedarik etti.

süper ısıtıcılar

Erken Civanperçemi kazanları aşırı ısıtılmamıştı, ancak buhar türbinlerinin kullanılmaya başlanmasıyla birlikte , giderek daha yüksek buhar sıcaklıklarına yönelik bir talep ortaya çıktı.

Asimetrik kazanlar

Civanperçemi kızdırıcı, mevcut buhar jeneratörü borularına paralel olarak firkete borularından oluşuyordu. Jeneratör borularının bir sırası, onlar için ayrı alt su varilleri ile ikiye ayrıldı. Kızdırıcı, tüplerinin her iki ucu tek bir kızdırıcı başlık tamburuna ve ıslak ve kuru buharı ayırmak için bir dahili bölmeye bağlı olarak bunlar arasında oluşan boşluğa yerleştirildi.

Kızdırıcının ikincil bir etkisi, bankanın iç ve dış boruları arasındaki sıcaklık farkını arttırmak ve böylece dolaşımı teşvik etmekti. İki su tamburu, tamburlar arasında bu akışı sağlamak için genellikle ısıtılmamış indiricilerle birbirine bağlandı. Bu etki daha sonra Admiralty kazanında teşvik edildi ; burada bir bankanın boruları, tek su tamburunu korurken bir kızdırıcı için yer bırakmak üzere birbirinden kıvrıldı.

kontrollü akış

Kazanın sadece bir tarafına sadece tek bir kızdırıcı kuruldu. En basit ve en küçük kazanlar, egzoz bacalarını bu tarafa taşıyarak, tüm egzozu kızdırıcı ile bankadan geçirir. Artık asimetrik kazan, tek akışlı tip olarak tüm egzoz gazını aşırı ısıtılmış taraftan geçirebilir. Diğer sıra, genellikle daha az tüp sırası ile, tamamen radyasyonlu ısıtma için kullanımda kaldı.

Alternatif olarak, 'çift akışlı' kazan, bunlardan sadece birinde bir kızdırıcı içermesine rağmen, her iki taraftan da tam gaz akışını muhafaza etti. Kızdırıcıdan geçen akışı artırmak için kızgın olmayan taraftaki kontrol edilebilir bir bölme kapatılabilir. Bu kazanlar genellikle, bu bölmelerin üzerindeki yukarı çekişe ilave besleme suyu ısıtıcıları yerleştirdi.

Admiralty üç tamburlu kazan

Civanperçemi'den sonraki bir gelişme , savaşlar arasında Kraliyet Donanması için geliştirilen Admiralty üç tamburlu kazandı.

Bu, Civanperçemi'nin daha sonraki, yüksek basınçlı ve petrolle çalışan versiyonlarına büyük ölçüde benziyordu. Su varilleri silindiriktir ve her zaman olmasa da bazen indiriciler kullanılırdı. Tek büyük fark tüp bankalarındaydı. Düz borulardan ziyade, her boru çoğunlukla düzdü, ancak uçlarına doğru kıvrılmıştı. Bunlar banka içinde iki grup halinde yerleştirildi, böylece banka içinde aralarında bir boşluk oluştu. Kızdırıcılar bu boşluğun içine yerleştirildi. Kızdırıcıları buraya yerleştirmenin avantajı, bankanın iç ve dış boruları arasındaki sıcaklık farkını artırarak dolaşımı teşvik etmeleriydi.

Deniz kullanımı

HMS  Hornet  (1893) , bir Havock sınıfı muhrip . Sınıfının öncü gemisi olan HMS  Havock  (1893) , karşılaştırma için o sırada mevcut lokomotif kazanı Hornet ile bir Yarrow kazanı ile inşa edildi.

İlk Civanperçemi kazanları küçük muhripler için tasarlandı ve gövdenin tüm genişliğini doldurdu. İlk sınıflarda, her biri ayrı bir huniye sahip, tandem olarak düzenlenmiş üç kazan kullanıldı . Sermaye gemileri için tedarik edilen sonraki setler, birden fazla kazan kullandı ve bunlar genellikle bir alımı paylaşan üçlü setler halinde gruplandırıldı.

Kara tabanlı kazanlar

1922'de Harold Yarrow , elektrik üretimi için artan patlamayı, Yarrows'un karada kazanlar inşa etmesi için bir pazar olarak kullanmaya karar verdi. Dunston Power Station ve Brighton'daki ilk kazanlar aynı deniz modeline sahipti. Denizcilikteki başarılarına gelince, geniş bir radyan ısıtma alanına sahip olmaları ve hızlı buhar çıkarmaları ile tanınırlardı.

Büyük kara tabanlı türbinler, yüksek verimlilik ve artan kızgınlık gerektiriyordu , bu nedenle deniz modeli, kendine özgü kara tabanlı Yarrow kazanına revize edildi. Bu asimetrik hale geldi. Bir kanat büyütüldü ve gaz akışının çoğunu aldı. İç boru kümeleri kaldı ve fırından radyan ısı aldı, ancak gazlar daha sonra bir kızdırıcı kümesi üzerinden bunlardan birinden aktı, ardından çıkarılan ısıyı artırmak için ek bir üçüncü kümeden geçti.

Çalışma basınçları da arttı. 1927'de 575 psi çalışma basıncından, 1929'da 1.200 psi'de deneysel bir kazan çalıştırıldı.

motor 10000

Bir demiryolu lokomotifinde yalnızca bir "Yarrow" kazanı kullanıldı, Nigel Gresley'nin LNER şirketi için 1924 tarihli deneysel Engine 10000'i. Denizcilik uygulamalarında daha yüksek basınçların ve bileşik motorların faydalarını gözlemleyen Gresley, bu yaklaşımı bir demiryolu lokomotifinde denemeye hevesliydi . Kara tabanlı kazanlarda olduğu gibi , Harold Yarrow da Yarrow'un kazanı için pazarı genişletmeye hevesliydi.

Kazan, her zamanki Civanperçemi tasarımı değildi. Operasyonda, özellikle sirkülasyon yollarında, kazanın Woolnough gibi diğer üç tamburlu tasarımlarla daha çok ortak noktası vardı . Aynı zamanda Brotan-Deffner su borulu ateş kutusunun bir evrimi olarak tanımlanmıştır ve ateş kutusu tüm kazan haline gelecek şekilde genişletilmiştir.

Referanslar