Caldeira de locomotiva a vapor
Uma caldeira de locomotiva a vapor é um projeto de caldeira a vapor ou caldeira tipo shell para gerar vapor para a operação de locomotivas a vapor .
construção
Devido aos requisitos especiais de uso móvel, este design tem uma série de características especiais de design:
Uma caldeira de locomotiva a vapor geralmente consiste , devido aos limites da bitola do veículo , na caldeira traseira, na caldeira longa , que geralmente consiste em várias seções, e na câmara de fumaça fixada por um anel perfilado . Enquanto as peças da caldeira costumavam ser rebitadas, as caldeiras modernas são totalmente soldadas. A caldeira da locomotiva a vapor é geralmente uma caldeira de tubo de fumaça.
Chaleira de pé
A caldeira de pé, junto com a caixa de fogo, forma a caldeira traseira . O orifício e a porta corta - fogo estão localizados em uma seção da parede posterior da caldeira . As peças de controle necessárias para operar a caldeira da locomotiva a vapor são fixadas na parede traseira da caldeira. A parede frontal do tanque vertical termina em uma parte semicilíndrica e, juntamente com a estrutura do tanque vertical, forma um cilindro no qual o tanque longo é empurrado. A parede da caixa de fogo e a estrutura da caldeira são conectadas por vigas laterais e vigas do teto. Acima da caixa de fogo, as âncoras transversais protegem a caldeira de pé contra que se abra para o lado. A caldeira de pé é fechada na parte inferior por um anel de piso.
Caldeira de volta
A caldeira traseira é composta pela caldeira fixa e pela caixa de incêndio interna. A caldeira de volta e a caixa de fogo são conectadas pelo anel inferior e juntas formam uma camisa de água ao redor do fogo. A caixa de fogo é conectada à parede externa da caldeira com parafusos prisioneiros e âncoras transversais . Para a frente, o copo traseiro se funde com o copo longo, geralmente com uma seção de transição cônica. Os tubos de fumaça e aquecimento são instalados entre as paredes dos tubos na caldeira longa. Nas caldeiras de locomotivas mais modernas, a caixa de fogo termina em uma câmara de combustão que se projeta dentro da caldeira longa.
A extremidade frontal da caldeira longa é formada pela parede do tubo da câmara de fumaça e o anel de perfil ao qual a câmara de fumaça está fixada. Os gases de combustão se acumulam na câmara de fumaça para escapar pela chaminé .
As forças que atuam nas paredes da caldeira e da caixa de fogo devido à pressão do vapor são absorvidas por um grande número de parafusos prisioneiros, parafusos de junta (Skoda), teto e âncoras transversais que conectam essas paredes. O tanque longo é amplamente estabilizado por sua forma cilíndrica em conexão com a sobrepressão interna. As placas da caldeira utilizadas têm uma espessura de material de 10–20 mm, dependendo da pressão da caldeira.
Saída de vapor
A produção de vapor na Alemanha é de até 16,6 t / h para caldeiras de estilo antigo (caldeiras da série 45 ) e de até 22 t / h para caldeiras de substituição recém-construídas para locomotivas a vapor na Alemanha (novamente caldeiras da série 45 ; as chamadas classes de lascas não são levadas em consideração) e nos EUA bem acima de 45 t / h (caldeiras de várias séries, por exemplo, aquela da classe H-8 da Chesapeake & Ohio Railway com 672,9 m² de superfície de aquecimento de evaporação , 296,1 m² de superaquecedor superfície e superfície da grelha de 12,56 m², que na superfície de aquecimento dada é compatível com a combustão de carvão duro ).
Basicamente, o vapor úmido é gerado no processo de evaporação . O vapor superaquecido, que é mais econômico para a operação da locomotiva , pode ser extraído por meio de opções especiais de secagem a vapor ou superaquecimento . Para este propósito, elementos de superaquecedor são incorporados ao fluxo de gás de combustão. O vapor é então seco e superaquecido. As temperaturas do vapor ficam então, dependendo da carga da caldeira, entre 300 e 400 ° C. As pressões operacionais mais comuns para locomotivas a vapor de pressão normal são principalmente de 8 a 16 bar na Alemanha e 14,1 a 21,8 bar nos EUA. São possíveis pressões de operação mais altas, mas requerem projetos de caldeira mais complexos.
Materiais de construção históricos e tecnologias
O desenvolvimento de caldeiras a vapor é uma história de acidentes. Os materiais da caldeira ainda não eram tão bem desenvolvidos pela metalurgia ; as folhas continham defeitos de fabricação que não puderam ser encontrados devido à falta de técnicas de teste de material.
No início, o cobre era usado principalmente na construção de caldeiras. As folhas de metal eram conectadas por rebites . Um rebite mantém sua conexão por meio da fricção e da cabeça moldada. Na rebitagem, um pedaço de metal aquecido é inserido em um orifício através de duas folhas de metal, comprimidas de ambos os lados por um martelo e uma cabeça é formada.
Mais tarde, o aço foi usado por causa de sua melhor resistência . A chapa de aço também foi conectada por rebites. Um pouco mais tarde, a soldagem a fogo foi usada para unir a chapa de aço . As duas lâminas a serem conectadas foram chanfradas de um lado e aquecidas no fogo. As camadas de óxido e incrustação foram removidas com a ajuda de um pó de soldagem redutor. Os ferreiros bateram nas superfícies sobrepostas da loja com martelos e os soldaram no processo. Em retrospecto, eles não puderam determinar o quão bem a conexão entre o material acabou. Portanto, uma certa margem de segurança teve que ser dada na sobreposição.
Caldeiras modernas
Hoje, as novas caldeiras são apenas soldadas . As placas da caldeira devem obedecer a uma norma. As costuras externas da caldeira são submetidas a um teste de raios X ou ultrassônico . As placas da caldeira são submetidas a um teste ultrassônico 100 por cento para duplicação e vazios no fabricante. Além disso, a placa da caldeira deve resistir a um teste de tração, um teste de impacto entalhado e um teste de dobramento.
Hoje em dia, os parafusos prisioneiros são soldados na parede da caldeira e da fornalha; no passado, eles eram rebitados no lugar. Os tubos da caldeira longa são puxados para o diâmetro da parede do tubo da fornalha e soldados, enquanto são expandidos e enrolados à prova d'água na parede do tubo da câmara de fumaça . Isso evita danos de expansão. Recentemente, os tubos também foram soldados em ambos os lados.
A caldeira operacional da locomotiva a vapor se expande em 1–5 cm de comprimento, dependendo do tamanho da caldeira. Esta expansão em comprimento em comparação com a estrutura da locomotiva deve ser compensada. Portanto, toda a caldeira da locomotiva é apenas firmemente conectada à estrutura da locomotiva no suporte da câmara de fumaça abaixo da câmara de fumaça. O resto da caldeira assenta em placas pendulares que podem acompanhar a expansão longitudinal. No final da caixa de fogo, a caldeira é fixada à estrutura com cunhas. Trata-se de peças de fixação móveis ajustáveis que têm de ser desapertadas pelo operador da caldeira durante o aquecimento ou quando a caldeira é desligada, ou que têm de ser fixadas durante a condução.
O espaço acima dos tubos e da caixa de fogo é o espaço de coleta de vapor, que geralmente termina em uma ou duas cúpulas de vapor (estruturas redondas de caldeira). O vapor úmido é retirado das cúpulas de vapor.
A sala de água deve ser constantemente cheia de água. Se o nível da água descer abaixo da marca d'água baixa, a tampa da caixa de incêndio pode queimar e rachar. A queda repentina de pressão e a consequente reevaporação resultam em grandes quantidades de vapor que, em um curto período de tempo, fazem com que a pressão na caldeira parada aumente exorbitantemente, o que faz com que a caldeira estourou - a caldeira estourou . Para evitar a catástrofe no último momento, é obrigatório o uso de um ou mais plugues de fusão no teto da caixa de incêndio. O plugue fusível é um parafuso oco com Schmelzlotverschluss. Se o teto da caixa de fogo esquentar muito, a solda derrete e o jato de vapor extingue o fogo antes que o teto comece a brilhar. A substituição dos plugues fusíveis faz parte da inspeção da caldeira.
Dano operacional
As caldeiras a vapor de locomotivas estão sujeitas a várias cargas durante o funcionamento que podem causar danos. Devem-se principalmente à expansão do material quando aquecido. O material da caldeira também reage quimicamente com a água e com as substâncias de tratamento de água. Do lado do fogo, há abrasão devido à oxidação da placa da caldeira e corrosão devido aos gases de combustão ácidos.
- Sobretudo nas tubulações de fumaça e aquecimento, bem como nos elementos do superaquecedor, a exaustão dos gases de combustão é muito forte. Após um tempo de operação suficiente, isso leva a corrosão ou rachaduras longitudinais no material. Para reparos, as pontas afetadas devem ser cortadas e substituídas por novos pedaços de tubo.
- Na caixa de fogo, o material é consumido diretamente na parede da caixa de fogo e os parafusos prisioneiros que prendem a caixa de fogo na caldeira rasgam. Durante a revisão da caldeira , parafusos prisioneiros gastos ou rasgados, peças de chapa de metal descartadas ou excessivamente gastas são cortadas e substituídas por peças novas testadas. Devido ao design fechado, as peças de reposição só podem ser tão grandes que passem pelo cinzeiro ou pelo buraco do fogo. Durante a operação, pode acontecer repetidamente que um pino se quebre. Para ser capaz de identificar claramente a quebra, os parafusos prisioneiros são perfurados do lado da fornalha com pelo menos 60 mm de profundidade. Em caso de interrupção, a água da caldeira entra no fogo. É permitido pregar alguns pregos quebrados. Não podem ser pregados dois parafusos prisioneiros próximos um do outro. Com o tempo, as forças que os parafusos prisioneiros têm de absorver levam a rachaduras radiais que emanam dos parafusos prisioneiros. As folhas afetadas devem então ser substituídas.
- Nas dobras profundas que formam os cantos inferiores entre a parede externa da caldeira e a caixa de fogo, constrições materiais aparecem com o tempo. Não podem ser soldados, a dobra deve ser trocada.
- No fundo da caldeira ocorrem reações químicas entre o material e os precipitados do tratamento químico da água. Os orifícios resultantes são soldados na próxima revisão e lixados.
Vista interna da caldeira
Parede do tubo da câmara de fumaça com cabeça de maçarico
Pregos de teto e âncoras transversais de teto na caldeira da locomotiva a vapor
Pregos de piso na caldeira da locomotiva a vapor
literatura
- Leopold Niederstraßer: Guia para o serviço de locomotivas a vapor . Reimpressão da 9ª edição de 1957, Karlsruhe 1979, ISBN 3-921700-26-4
- Coletivo de autoria: A locomotiva a vapor . Reimpressão da 2ª edição Berlin 1965; Transpress, Berlin 1993, ISBN 3-344-70791-4