В паровой машине топка — это область, где сжигается топливо , вырабатывая тепло для кипячения воды в котле . Большинство из них имеют форму коробки, отсюда и название. Горячие газы, образующиеся в топке, протягиваются через стойку труб, проходящих через котел. [1] [2]
В стандартном паровозном жаротрубном котле топка окружена водяным пространством с пяти сторон. Дно топки открыто для атмосферного давления, но покрыто колосниковой решеткой (твердое топливо) или поддоном для сжигания (жидкое топливо). Если двигатель сжигает твердое топливо, такое как дрова или уголь, то большую часть дна топки покрывает решетка для удержания огня. Зольник, установленный под топкой и под решетками, улавливает и собирает горячие угли, золу и другие твердые отходы сгорания, когда они падают через решетки. В локомотиве, работающем на угле, решетки можно встряхивать, чтобы очистить нижнюю часть огня от мертвой золы. Их встряхивают вручную или (в более крупных локомотивах) с помощью приводного встряхивателя колосниковой решеткой. Локомотивы, работающие на дровах, имеют фиксированные решетки, которые нельзя встряхивать. Древесная зола, как правило, представляет собой порошок, который будет падать через решетки без дополнительного перемешивания, требующего лишь вибраций локомотива, катящегося по рельсам. Решетки для огня необходимо периодически менять из-за экстремального жара, который им приходится выдерживать. Воздух для горения (первичный воздух) поступает через дно топки, а поток воздуха обычно регулируется заслонками над карманом для сбора золы в зольнике. Локомотив, работающий на жидком топливе — обычно на мазуте «Бункер С» или аналогичном тяжелом масле — не имеет решеток. Вместо этого у них есть тяжелая металлическая калиброванная жаровая чаша, плотно прикрученная болтами к дну топки. Жаровая чаша покрыта огнеупорным кирпичом, а топка имеет огнеупорную футеровку, обычно до уровня дверцы топки, по всему периметру топки. Масляная горелка представляет собой сопло с прорезью для вытекания масла на струю пара, которая распыляет масло в мелкий туман, который воспламеняется в топке. Сопло масляной горелки обычно устанавливается в передней части топки, защищено колпаком из огнеупорного кирпича и направлено на стену из огнеупорного кирпича под дверцей топки. Заслонки регулируют поток воздуха к масляному огню.
К передней стенке (горловине котла) топки непосредственно под жаровыми трубами прикреплена большая кирпичная арка (из огнеупорного кирпича ). Она простирается назад на переднюю треть или половину слоя огня. Она поддерживается арочными трубами, термическими сифонами или циркуляторами. Кирпичная арка направляет тепло, пламя и дым обратно через огонь к задней части топки. Видимый дым содержит несгоревшие горючие частицы углерода и горючие газы. Целью этого перенаправления является более полное сгорание этих частиц и газов, что делает локомотив более эффективным и вызывает меньше видимого дыма, выбрасываемого из трубы. Без арки пламя и видимый дым всасывались бы прямо в жаровые трубы без полного сгорания, вызывая видимый дым, выбрасываемый из трубы. Изобретение кирпичной арки позволило локомотивам сжигать более дешевый уголь (который содержит летучие вещества) вместо кокса, поскольку с самого начала для двигателей было юридическим требованием «потреблять собственный дым». Кирпичная арка и ее опоры (трубы арки, термические сифоны и циркуляторы) требуют периодической замены из-за экстремального нагрева, которому они подвергаются. Кирпичная арка также отклоняет «холодный» воздух, втягиваемый через дверцу топки, от прямого попадания на заднюю трубную пластину котла и ее охлаждения, когда котел горячий.
Жаровые трубы крепятся к одной стенке топки (передней стенке для продольного котла, верхней стенке для вертикального котла) и переносят горячие газообразные продукты сгорания через котловую воду, нагревая ее, прежде чем они выйдут в атмосферу. Жаровые трубы выполняют дополнительную функцию удерживания листов плоских труб (дымоходов) (передних и задних), так что только верх переднего листа дымохода и низ заднего листа дымохода должны быть отдельно закреплены.
Металлические стенки топки обычно называются листами , которые разделены и поддерживаются стойками . Стойки поддерживают и скрепляют «листы» (пластины) от давления. В идеале они должны быть расположены под прямым углом к листам, но поскольку внешний лист (оберточный лист) часто закруглен, а верхняя часть топки (коронный лист) относительно плоская по сравнению с ними, такое отношение к обоим листам невозможно. Фактическое расположение стоек является компромиссом. Поскольку поломка стоек скрыта, в стойках просверлены продольные отверстия, называемые контрольными , которые будут выпускать воду и пар, показывая, что они сломаны. Котел с более чем 5 сломанными стойками или двумя рядом друг с другом, необходимо вывести из эксплуатации, а стойки заменить. Плавкие пробки , обычно расположенные в самой высокой части коронного листа, имеют сердечник из мягкого металлического сплава, который расплавляется, если уровень воды в котле становится слишком низким. Пар и вода, дующие в топку, предупреждают локомотивную бригаду о низком уровне воды и помогают потушить пожар. Не все локомотивы оснащены плавкими пробками. Кроме того, плавкие пробки следует заменять через регулярные промежутки времени, примерно каждые три месяца для локомотива, находящегося в регулярной эксплуатации, поскольку мягкий металлический сплав сердечника будет медленно плавиться с течением времени, даже если котельная вода подается на должном уровне. «Грязевые отверстия», или промывочные пробки, обеспечивают доступ к внутренней части котла для промывки и соскабливания котельной грязи и накипи .
Листы слева и справа называются «боковыми листами», а лист в передней части топки — это дымоходный лист. «Передний дымоходный лист» находится в передней части котла и в задней части дымовой коробки. «Задний лист» находится в задней части топки и имеет дверцу, открывающуюся в нем. Верхний лист — это верхняя часть топки. Верхний лист должен быть постоянно покрыт водой. Если уровень воды опустится ниже верхнего листа, он перегреется и начнет плавиться и деформироваться, обычно провисая между распорками . Если состояние продолжится, верхний лист в конечном итоге будет вытеснен из распорок давлением в котле, что приведет к взрыву котла. Это состояние, обычно вызванное человеческой ошибкой или невнимательностью, является единственной самой большой причиной взрыва котла локомотива. [ требуется ссылка ]
Обычно верхняя часть котла (обертка) над топкой радиальная, чтобы соответствовать контуру котла; однако из-за проблемы размещения стоек под прямым углом как к обертке, так и к потолочному листу (см. выше) была разработана топка Belpaire . В конструкции Belpaire обертка примерно параллельна листам топки, чтобы обеспечить лучшее размещение стоек. Такое расположение придает торцу топки котла более квадратную форму и обычно делается максимально большим в пределах габарита загрузки , чтобы обеспечить наибольшую поверхность нагрева там, где огонь самый горячий. Самым известным пользователем топки Belpaire в Соединенных Штатах была Пенсильванская железная дорога. Другие железные дороги, такие как Great Northern и Illinois Central, имели локомотивы с топками Belpaire. Illinois Central 4-6-0 #382, двигатель Кейси Джонса, имел топку Belpaire. Пар обычно собирается в передних углах топки Belpaire, что позволяет использовать котел без купола. Верхняя часть топки не горизонтальная, а заметно выше спереди, чем сзади, чтобы снизить риск уноса воды вместе с паром.
Топка Вуттена была очень высокой и широкой, чтобы обеспечить сжигание отходов антрацитового угля . Ее размер требовал необычного размещения команды, примером чего являются локомотивы Camelback .
Некоторые топки были оборудованы так называемой камерой сгорания , которая является отдельным компонентом от топки и труб — большим единым расширением пространства топки, в стволе котла, над кирпичным сводом и отделенным от колосниковой решетки и топочного слоя, что создавало дополнительное пространство между огнем и задней топочной трубой/дымоходом.
Это позволило добиться более полного сгорания (сокращение потерь топлива) и увеличить площадь поверхности топки для большей теплопередачи, эти факторы повысили как эффективность котла, так и экономию топлива. Улучшенное сгорание (что снижает выбросы углеродистой сажи) уменьшило перенос золы и сажи в жаровые трубы и дымовую коробку, уменьшив частоту необходимой очистки. Накопление сажи и накипи (со стороны воды) значительно снижает теплопередачу через жаровые трубы/дымоходы, снижая выработку пара и эффективность котла.
Накопление сажи и накипи также может привести к перегреву и последующему выходу из строя труб, если их не очищать должным образом от сажи (водой, сжатым воздухом и чистящими стержнями) и накипи с помощью промывок котлов и водоподготовки, например, Porta Treatment (минимизирует и фактически предотвращает накопление накипи) названа в честь аргентинского машиниста локомотивов Ливио Данте Порта , который ее изобрел.
Роль пожарного на паровозе заключается в том, чтобы обеспечить машиниста достаточным запасом пара в любое время. Это достигается путем поддержания подачи топлива в огонь, контроля дыма от огня и его регулирования с помощью первичного воздуха через слой/решетку огня и вторичного воздуха через дверцу топки, а также поддержания уровня воды в котле с помощью паровых инжекторов таким образом, чтобы она постоянно покрывала свод топки — в противном случае последний перегреется и ослабнет, что может привести к взрыву котла . Пожарный также помогает машинисту, замечая сигналы и внимательно следя за тем, когда он не занимается котлом. В депо после окончания рабочего дня пожарный наполняет котел водой и либо засыпает, либо сбрасывает огонь (т. е. тушит огонь), либо оставляет огонь угасать в соответствии с политикой компании, включает ручной тормоз локомотива и, при необходимости, подкладывает упоры под колеса машиниста, чтобы предотвратить движение локомотива, пока он остается без присмотра. [3]
Дорожные локомотивы, такие как тяговые двигатели , обычно имели топки, похожие на топки железнодорожных локомотивов, но были и исключения, например, паровой вагон Sentinel , у которого был вертикальный водотрубный котел .
Было и есть много различных конструкций топок для стационарных котлов. В котлах дымоходного типа (например, котел Ланкашира ) сами дымоходы образуют топку. В водотрубных котлах топка обычно представляет собой отсек, выложенный огнеупорным кирпичом, под водяными трубами.
В судовых котлах также существуют различные типы топок. Главное различие, опять же, между жаротрубными типами (например, котел Scotch , с внутренней топкой) и водотрубными типами (например, котел Yarrow , с внешней топкой).
