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Motor alemán semiportátil , con cámara de combustión de la caldera retirada para mantenimiento

Una caldera multitubular horizontal , tipo lancha , cañonera o horizontal [1] es una forma de pequeña caldera de vapor . Consiste en una carcasa horizontal cilíndrica con un horno cilíndrico y tubos de fuego dentro de este.

Su nombre deriva del uso popular de la caldera en algún momento para pequeños yates de vapor y lanchas . También se han utilizado en algunos de los primeros destructores de torpederos navales .

Descripción

Vista de extremo del horno, que muestra el pequeño espacio de vapor arriba

El horno cilíndrico o cámara de combustión encaja completamente dentro de la carcasa exterior de la caldera. A diferencia de la caldera de locomotora , no hay una rejilla de la cámara de combustión que emerja debajo de la caldera principal. La caldera tiene similitudes tanto con la caldera de locomotora (los múltiples tubos de fuego pequeños) como con la caldera marina escocesa (el horno cilíndrico corto). Como caldera de tubo de fuego, tiene un área de calentamiento generosa y, por lo tanto, es un vaporizador eficaz. La construcción de la cámara de combustión también es más simple y, por lo tanto, más barata que la de la cámara de combustión de la locomotora. Como el horno circular es en gran parte autoportante contra la presión de la caldera, no requirió estancias extensas y costosas .de la caldera de la locomotora. Esto también permitió que la caldera se fabricara con una junta atornillada en la carcasa exterior y, por lo tanto, todo el horno y el nido de tubos podrían retirarse para su inspección y mantenimiento.

Sin embargo, la cámara de combustión tiene un tamaño limitado y, a diferencia de la caldera de la locomotora, no puede expandirse más allá del tamaño de la carcasa de la caldera. Esto limita la producción sostenida que es posible. [2] La rejilla y el cenicero también tienen un tamaño limitado, la rejilla es un conjunto de barras a medio camino a través del tubo del horno y el cenicero es el espacio restringido debajo de este. Estas características limitan la capacidad de la caldera para quemar carbón bituminoso duro y, en su lugar, requieren un suministro de carbón de vapor galés o similar. Cocer con leña o combustibles de biomasa fue difícil. La capacidad de la cámara de combustión está aún más restringida por el espacio utilizado para el cenicero y también por el horno de secado. [2] El pequeño cenicero también restringe su capacidad para cocinar al vapor durante períodos prolongados.

Un inconveniente de la caldera era el gran diámetro del horno en relación con la carcasa de la caldera y, por tanto, el pequeño espacio de vapor por encima de la corona del horno. Esto hizo que las calderas fueran propensas a cebarse , particularmente en un mar agitado, donde el agua podría pasar a la tubería de vapor.

Un peligro más grave era la reserva limitada del nivel del agua, donde el nivel del agua solo tenía que bajar una pequeña cantidad debido a la falta de atención antes de que la corona del horno quedara expuesta, con un probable sobrecalentamiento y riesgo de explosión de la caldera. La caldera era segura cuando se encendía correctamente, pero no podía dejarse desatendida. Estas restricciones en el nivel del agua se volvieron aún más problemáticas cuando la caldera se inclinó, incluso tan poco como una línea de ferrocarril empinada. A esta causa se ha atribuido una tasa inusual de desgaste y un número de hornos de reemplazo suministrados para las locomotoras Heywood. [2]

La caldera tuvo cierta popularidad en Europa continental, como caldera para pequeños motores portátiles . Una caldera similar, pero dispuesta con tubos de retorno, se construyó en América como la caldera Huber .

Caldera Bagnall

Primer motor semiportátil, década de 1860, con horno agrandado

Para reducir las limitaciones del horno pequeño, se desarrolló una forma ampliada. El área de la carcasa de la caldera junto al horno se amplió en diámetro, pero permaneció circular. Esto permitió instalar un horno de mayor diámetro. La sección de la cámara de combustión de la carcasa se desplazó hacia abajo, de modo que el nido de tubos de la parte superior del horno estaba en la parte más baja, llena de agua, de la carcasa. Como las placas aún eran cilíndricas, no requerían soportes, pero puede haber algunos soportes de varilla pequeños para sostener la parte plana de la placa de garganta entre las dos secciones de la carcasa. [3]

Este diseño de caldera se usó para motores semiportátiles de la década de 1860. Como la parrilla más ancha permitía la quema de combustibles pobres, como la paja o los desechos de la caña de azúcar, se la favorecía para uso agrícola y se la conocía ampliamente como del tipo "colonial". Marshalls construyó muchos de estos y patentó el diseño como su caja de fuego 'Britannia'. [4] Esto también se ofreció en una forma alargada como un horno de quema de troncos, particularmente para su uso en Australia y África, donde se talaban tierras forestales para la agricultura. [5]

Las calderas de lanzamiento totalmente circulares (en lugar de las calderas de locomotoras) no se usaban ampliamente en Gran Bretaña rica en carbón, aparte de estos tipos ampliados. A veces se las conocía como calderas "marinas", aunque esta forma ampliada no se favorecía para el uso marino, debido a su centro de gravedad elevado.

Locomotoras de ferrocarril de Bagnall

Locomotora de contratista de Small Bagnall

La cámara de combustión circular ampliada también fue utilizada por WG Bagnall para locomotoras de vía estrecha, a partir de 1890. [3]

Una de las últimas en construirse, la última locomotora de vapor industrial de vía estrecha que se construyó para su uso en el Reino Unido, fue Monarch , una locomotora articulada construida para un ferrocarril industrial en Kent en 1953. Esta fue una de un lote construido para ferrocarriles de plantación de azúcar de 2 pies en Sudáfrica, aunque es un poco más grande en 2 pies 6 en sí mismo. Estos se articularon con el diseño modificado de Meyer de Bagnall . La locomotora Meyer originalutilizó dos bogies articulados debajo de un bastidor de locomotora cisterna que transportaba la caldera y los tanques de agua. Esto limitó el espacio disponible para la cámara de combustión, una desventaja que podría evitarse, para locomotoras pequeñas, mediante el uso de la caldera de Bagnall con una cámara de combustión circular completamente por encima de los marcos.

Locomotoras de ferrocarril

Locomotora Effie de Sir Arthur Heywood Es Duffield Banco de tren
Dot , del ferrocarril de las obras de fundición de Gorton

Las calderas de lanzamiento rara vez se usaron para locomotoras de ferrocarril , aunque Sir Arthur Heywood las usó notablemente desde 1874 para sus ferrocarriles de ancho mínimo de 15 pulgadas ( 381 mm ) en Duffield Bank y Eaton Hall . [6]

Otros ferrocarriles de ancho mínimo, entre los que se destacan los ferrocarriles de trabajo de ancho de 18 pulgadas ( 457 mm ) en Crewe , Horwich y la cervecería Guinness en Dublín, también usaban calderas de lanzamiento, debido al espacio limitado entre los marcos para una cámara de combustión convencional.

Ursula diseñada por Heywood en Perrygrove Railway , que muestra el tamaño limitado de la parrilla y el cenicero.

Una limitación de este diseño para locomotoras de vapor fue la necesidad de colocar fuego, parrilla y cenicero, todo dentro del tubo del horno circular confinado. Esto limitó la superficie de calentamiento radiativo del horno y, por lo tanto, la potencia inmediata de generación de vapor de la caldera. Se notó que eran más lentos a la luz del frío que los convencionales. [7] Como el espacio del cenicero debajo de la rejilla era pequeño, las locomotoras solo podían funcionar por un corto tiempo antes de tener que rastrillar este cenicero. En una línea principal de ferrocarril, esto habría requerido regresar al cobertizo de locomotoras. [3] En las pequeñas líneas de contratistas de vía estrecha, la ceniza simplemente se tiraba donde fuera conveniente, por lo que esto era un inconveniente mucho menor.

Calderas cónicas

Hohenzollern Nº 447

En 1888, la Locomotora Hohenzollern entregó los primeros dos primeros 600 mm ( 1 pie  11+5 / 8  en)Feldbahnlocomotoras para elejército prusiano. Estos utilizaron un desarrollo cónico de la caldera de lanzamiento. Una placa posterior de diámetro agrandado y una placa de tubo de caja de humo muy reducida se colocaron en una carcasa cónica pronunciada. Este se instaló con el borde superior [i] del cono en posición horizontal. El propósito de la forma cónica era aumentar la profundidad del agua sobre el horno, la parte más caliente de la superficie de evaporación. El horno y los tubos se trasladaron a la parte inferior de la carcasa, con los tubos hacia arriba paralelos al borde inferior del cono. Una dificultad era la falta de espacio para vapor de la caldera, que requería una cúpula ampliada, de casi la misma capacidad que la carcasa principal. [8] Como una de las principales virtudes de la caldera de lanzamiento es la simplicidad de su construcción, enrollar una carcasa cónica y colocar una gran cúpula representó un aumento considerable en su complejidad y costo.

Estas locomotoras y sus calderas fueron un completo fracaso. Eran de tamaño insuficiente y poca potencia para la tarea, con ruedas diminutas propensas a descarrilarse en vías irregulares y (para la primera locomotora 2-2-2) adherencia limitada de su único conductor. A pesar de estar algunos años después de Heywood y la publicación de sus Ferrocarriles de vía mínima , ignoraron casi todos los principios de Heywood. Las calderas carecían de capacidad de evaporación y no podían soportar un funcionamiento sostenido. [8]

Caldera Lentz

Una gran caldera de lanzamiento con un horno ondulado , descrita como la caldera Lentz , se instaló en la primera locomotora eléctrica de vapor Heilmann ' La Fusée Electrique ' de 1890. [9] El diseño de la caldera era de origen alemán. En EE. UU. Se utilizó una caldera similar, la 'Vanderbilt'. [10]

Ferrocarril de Lancashire y Yorkshire

L&YR 0-8-0 con horno cilíndrico

El ferrocarril de Lancashire & Yorkshire sufrió problemas con las estancias de la cámara de combustión , lo que provocó una explosión de la caldera con un 0-8-0 'Clase 30' cerca de Knottingley en 1901 [11] [12] Su ingeniero mecánico jefe Henry Hoy , trató de evitar los problemas de la cámara de combustión fija en conjunto y así desarrolló una caldera y cámara de combustión alternativas. Este utilizó un horno tubular corrugado y una cámara de combustión exterior cilíndrica, como en el Lentz. [10] Estos hornos de cartón ondulado ya eran de uso generalizado a nivel local, con Lancashire y GallowayLas calderas estacionarias de las fábricas de algodón de Lancashire y los fabricantes locales ya tenían varios diseños disponibles. El horno también era de acero, en lugar del cobre que se usaba para las cámaras de combustión en ese momento. [10] La participación de Hoy fue irónica, ya que una de las principales causas del accidente original había sido la invención de Hoy de una nueva aleación de latón para soportes de cámaras de combustión, una aleación inelástica que resultó tener serios inconvenientes. [12] [13] Una clase 30, 396 , fue reconstruida en 1903 y 20 más fueron construidas nuevas con esta caldera. [12]

En servicio, las calderas presentaban una serie de inconvenientes. Tardaron en calentarse después del encendido y el espacio limitado del cenicero limitaba su tiempo de trabajo fuera del cobertizo. Ambos se debieron a que el área de calentamiento del horno estaba protegida en gran medida por la rejilla que lo cruzaba. Se ha sugerido que habrían tenido más éxito con la combustión de aceite, [ii] ya que esto habría permitido que se hubiera utilizado todo el diámetro del horno y habría evitado la acumulación de cenizas. [7]

El nuevo diseño de la caldera no duró mucho en servicio y las locomotoras se reconstruyeron con calderas convencionales después de diez años. [iii] [12] El sucesor de Hoy, George Hughes , describió estas calderas de manera desfavorable en los documentos leídos al I. Mech E .. [14] [15]

Clase NZR E

Horno de cartón ondulado de la clase NZR E
Caldera de la clase NZR E

La única NZR clase E de 1906 fue un experimental compuesto Vauclain articulado 2-6-6-0T Mallet , destinado a trabajar la inclinación Rimutaka . La composición alentó la elección de la entonces notablemente alta presión de caldera de 200 psi (14 bar; 1400 kPa), que requería una construcción fuerte de la cámara de combustión. El dibujante jefe de NZR, GA Pearson, eligió un diseño de horno corrugado en una caldera cónica, similar al Vanderbilt.

Referencias

  1. ^ o ' generatriz '
  2. ↑ Este fue un desarrollo moderno en el encendido de calderas en ese momento, ejemplificado por los nuevosacorazados clase Dreadnought . Holden en el Great Eastern Railway también estaba experimentando con la combustión de petróleo. Sin embargo, el L&YR se basó en Lancashire Coalfield .
  3. ^ El intervalo de ocho a diez años antes de la reconstrucción sería una vida útil típica para una caldera de este tipo. Indica que las calderas eran adecuadas y no se retiraron del servicio simplemente para reemplazarlas, sino que el experimento no se consideró un éxito y por lo tanto no se continuó.
  1. ^ Harris, KN ​​(1974). Modelo de Calderas y Calderería . MAPA. pag. 50. ISBN 0-85242-377-2.
  2. ^ a b c Mosley, David; van Zeller, Peter (1986). Ferrocarriles de ancho de quince pulgadas . David y Charles . pag. 58. ISBN 0-7153-8694-8.
  3. ↑ a b c Haigh, Alan J. (2013). Calderas de locomotoras para el siglo XXI . Publicación Xpress. pag. 48. ISBN 978-1-901056-47-1.
  4. ^ "Marshall" . Vapor de carretera .
  5. ^ "Máquina de vapor portátil Marshall Britannia, 1914" . Museo Powerhouse .
  6. ^ Heywood, AP (1974) [1881, Derby: Bemrose]. Ferrocarriles de ancho mínimo . Empresas de tocadiscos. ISBN 0-902844-26-1. La caldera era del tipo de lanzamiento, una carcasa cilíndrica con una caja de fuego cilíndrica terminada en tubos. Este patrón de caldera, aunque ofrece menos superficie de calentamiento para su tamaño que uno de diseño de locomotora ordinaria, tiene el gran mérito de no tener una caja de fuego que se proyecte debajo del barril, lo que permite que el bastidor se cuelgue más allá de la base de las ruedas. ecualizado en cada extremo, una cuestión de primera importancia en los motores de tanque pequeños. Su bajo costo inicial y la facilidad con la que se puede mantener en orden son ventajas adicionales. Estaba tan satisfecho con el funcionamiento, que en las cuatro calderas que desde entonces diseñé para mis locomotoras me he adherido al plan original, que fue copiado de algunas locomotoras de maniobra fabricadas por el Sr. Ramsbottom para el London and North Western Railway. Llego a pensar que, sin deshacerme de una caja de fuego dependiente,no se puede construir una locomotora de tanque realmente satisfactoria para un ferrocarril de vía pequeña a menos que se introduzcan las ruedas inactivas, un procedimiento que no puede ser desaprobado con demasiada fuerza. Los gradientes, que son casi invariablemente los concomitantes de estas pequeñas líneas, hacen que sea esencial que se utilice la totalidad del peso disponible para la adhesión.
  7. ↑ a b Haigh (2013) , págs. 39–40.
  8. ^ a b Fach, Rüdiger; Krall, Günter (2002). Heeresfeldbahnen der Kaiserzeit . Kenning. ISBN 3933613469.
  9. ^ "Locomotoras Heilmann" . Loco locos . 19 de octubre de 2007.
  10. ↑ a b c Ahrons, EL (1966). La locomotora británica del ferrocarril de vapor . Yo, hasta 1925. Ian Allan . pag. 351.
  11. ^ Hewison, Christian H. (1983). Explosiones de calderas de locomotoras . David y Charles. págs. 110-111. ISBN 0-7153-8305-1.
  12. ↑ a b c d Cook, AF (1999). Subiendo Steam en el LMS . RCTS . págs. 23-26. ISBN 0-901115-85-1.
  13. ^ Hewison (1983) , p. 111.
  14. ^ Hughes, George (febrero de 1906). Proc. Inst. Mech. Ing .CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )
  15. ^ Hughes, George (julio de 1909). Proc. Inst. Mech. Ing .CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )