Kocioł parowozowy

Historia maszyny parowej

Pierwsze maszyny parowe były urządzeniami stacjonarnymi i pracowały przy niskim ciśnieniu. James Watt udoskonalił konstrukcję Newcomena, wprowadzając oddzielny skraplacz, a następnie opracowywał coraz mocniejsze i wydajniejsze konstrukcje, w tym przenośne maszyny parowe. Wraz z doskonaleniem konstrukcji kotłów, zwłaszcza po pojawieniu się kotła przewoźnego, eksperymentował z parą o wyższym ciśnieniu, która mogła bezpośrednio wprawiać tłok w ruch. Utorowało to drogę do budowy bardziej kompaktowych maszyn, nadających się do napędu lokomotyw. Sam Watt uzyskał patent na lokomotywę parową w 1794 roku.

Jeszcze przed zastosowaniem napędu parowego wiedziano, że konie mogą ciągnąć cięższe ładunki po ułożonych na stałe drewnianych szynach niż po nierównych drogach. Takie szyny istniały już w niektórych miejscach, zwłaszcza w pobliżu kopalń, a konie wkrótce zastąpiono nowymi maszynami parowymi. Kolej, początkowo rozwijana z myślą o usprawnieniu przewozu surowców i wyrobów przemysłowych, nieoczekiwanie zyskała również dużą popularność jako środek transportu pasażerskiego. W pierwszej połowie XIX wieku w Wielkiej Brytanii nastąpił szybki rozwój kolei parowej: w latach 30. XIX wieku długość torów wynosiła mniej niż 100 mil, a do 1860 roku przekroczyła 10 000 mil.

Od tamtego czasu powstały różne pojazdy drogowe o napędzie parowym, takie jak walce parowe i ciągniki parowe, a nawet łodzie parowe. Żadna z tych konstrukcji nie zyskała jednak takiej popularności jak lokomotywa parowa.

Jak działa kocioł parowozowy?

Podstawowa konstrukcja kotłów parowozowych pozostawała niezmienna przez całą epokę maszyn parowych, natomiast modyfikacje konstrukcyjne i dodatkowe wyposażenie zwiększały sprawność oraz poprawiały bezpieczeństwo. Kotły parowozowe należą do kotłów płomieniówkowych.

Gorące spaliny

Oznacza to, że podczas spalania powstają gorące spaliny, które przepływają przez szereg poziomych płomieniówek kotła, oddając ciepło otaczającej je wodzie znajdującej się w walczaku. Stąd określenie kotła o poziomej osi walczaka. Para odlotowa powstaje wewnątrz kotła parowozowego i unosi się do jego górnej części, gdzie przepustnica reguluje jej dopływ do cylindrów.

Para odlotowa

Po wykonaniu pracy w cylindrach pozostała para odlotowa trafia do dymnicy, a następnie przepływa przez dyszę wylotową. Dysza wyrzuca parę na zewnątrz. Powstające w ten sposób podciśnienie zasysa powietrze przez palenisko, wspomagając spalanie.

Początkowo kocioł parowozowy opalano paliwem stałym, głównie węglem, który ręcznie wrzucano łopatą do skrzyni ogniowej lub dymnicy. Później wprowadzono automatyczne podajniki paliwa. Wodę do kotła parowozowego doprowadzają inżektory wykorzystujące parę odlotową. Strumień pary jest wprowadzany do wody, nadając jej siłę wystarczającą do dopływu do kotła parowozowego przez jednokierunkowy zawór regulacyjny.

Na dnie skrzyni ogniowej lub dymnicy można zastosować naszą wylewkę żaroodporną.

Rury kotłowe

Wczesne maszyny parowe wytwarzały parę nasyconą, która gromadziła się w górnej części kotła parowozowego i była doprowadzana bezpośrednio do cylindrów głównym przewodem parowym.

Później konstrukcję zmieniono tak, aby para nasycona była ponownie podgrzewana w celu usunięcia wody i podwyższenia jej temperatury. Proces ten nazywa się przegrzewaniem pary.

Maszyna parowa na parę przegrzaną

Przegrzewacze wprowadzono w pierwszych latach XX wieku, co zrewolucjonizowało maszyny parowe. Przegrzewacz składa się ze skrzyni przegrzewacza, zbieralnika pary, rur elementów przegrzewacza oraz dodatkowych płomieniówek.

Skrzynia przegrzewacza odbiera wytworzoną parę z głównego przewodu parowego, a dodatkowe rury kierują ją przez elementy przegrzewacza, gdzie jest dalej podgrzewana, co zwiększa wydajność wytwarzania pary przegrzanej. Następnie para przegrzana wraca do przewodów parowych.

W Wielkiej Brytanii ostatnie pociągi parowe wycofano z regularnej eksploatacji w 1967 roku, gdy zastąpiła je trakcja spalinowa, ale era pary wcale się nie skończyła. Tysiące pasjonatów, w tym wielu wolontariuszy, nadal wspierają, odnawiają i obsługują zabytkowe koleje parowe w całym kraju. W 2008 roku parowóz Tornado, zbudowany od podstaw przy wsparciu A1 Steam Locomotive Trust, zakończył próby i uzyskał dopuszczenie do ruchu po sieci Network Rail. Chociaż oparto go na projekcie z lat 50. XX wieku, jego kocioł musiał spełniać współczesne wymagania bezpieczeństwa określone w unijnej dyrektywie dotyczącej urządzeń ciśnieniowych. Żadnego brytyjskiego producenta nie uznano za odpowiedniego do wykonania kotła, dlatego zbudowano go w zakładach naprawczych parowozów w Meiningen w Niemczech. Zakłady te stały się ośrodkiem renowacji parowozów i co roku we wrześniu organizują festiwal maszyn parowych.

Zalety kotła parowozowego

Jedną z zalet kotła parowozowego jest jego ekonomiczność oraz wysoka wydajność wytwarzania pary.

Wady kotła parowozowego

Jedną z głównych wad kotła parowozowego jest konieczność utrzymywania bezpiecznego ciśnienia roboczego pary, kontrolowanego za pomocą manometru, i unikania nadmiernego wzrostu ciśnienia w kotle, który powoduje otwarcie zaworu bezpieczeństwa.

Podczas intensywnej pracy kotła parowozowego cząstki spalonego paliwa stałego mogą być wyrzucane przez dyszę wylotową i komin. Stwarza to zagrożenie pożarami wzdłuż linii kolejowej.

Kolejną wadą kotła parowozowego, szczególnie na obszarach z twardą wodą, jest problem korozji i osadzania się kamienia kotłowego.

Materiały ogniotrwałe stosowane w kotle parowozowym

Materiały ogniotrwałe odgrywają kluczową rolę w budowie i konserwacji kotła parowozowego. Poniżej omówiono niektóre materiały ogniotrwałe, które mogą być potrzebne do tych prac.

Sklepienie z cegieł ogniotrwałych

Sklepienie z cegieł ogniotrwałych znajduje się nad ogniem i zapobiega przedostawaniu się cząstek spalonego paliwa bezpośrednio do płomieniówek. Można je wykonać z cegieł ogniotrwałych łączonych zaprawą ogniotrwałą lub uformować na miejscu z betonu ogniotrwałego. Niekiedy sklepienie odlewa się w segmentach z betonu ogniotrwałego, a następnie łączy je zaprawą ogniotrwałą.

Izolacja kotła parowozowego

Do izolacji kotła parowozowego można użyć maty z włókna ceramicznego, owijając nią walczak kotła, a następnie osłaniając ją blaszanym płaszczem.

Łożyska

Podczas wylewania panewek łożyskowych białym metalem można zastosować naszą masę Premium 1P do uszczelniania połączeń i szczelin.

Więcej produktów ogniotrwałych można znaleźć w dziale Koleje zabytkowe