Cazanul unei locomotive cu abur

Istoria mașinii cu abur

Primele mașini cu abur erau staționare și funcționau la presiune joasă. James Watt a perfecționat proiectul lui Newcomen prin introducerea unui condensator separat și a dezvoltat soluții mai puternice și mai eficiente, precum mașinile cu abur portabile. Odată cu îmbunătățirea construcției cazanelor, mai ales după introducerea cazanului mobil, a experimentat cu abur la presiuni mai ridicate, capabil să acționeze direct pistonul, deschizând astfel calea pentru mașini mai compacte, capabile să asigure tracțiunea locomotivelor. Watt însuși a obținut în 1794 un brevet pentru o locomotivă cu abur.

Încă dinaintea utilizării forței aburului se știa că caii puteau tracta încărcături mai grele pe șine solide din lemn decât pe drumuri denivelate. În unele locuri, aceste șine erau deja folosite, mai ales în zonele miniere, iar caii au fost în curând înlocuiți de noile mașini cu abur. Căile ferate, dezvoltate inițial pentru a facilita transportul materiilor prime și al produselor finite, au câștigat în mod neașteptat și interesul publicului ca mijloc de transport pentru pasageri. În Regatul Unit, în prima jumătate a secolului al XIX-lea, locomotivele feroviare s-au dezvoltat rapid: în anii 1830 existau mai puțin de 100 de mile de linii, iar până în 1860 existau deja peste 10.000.

În aceeași perioadă au fost realizate numeroase vehicule rutiere cu abur, precum compactoare cu abur, locomotive rutiere și chiar ambarcațiuni cu abur. Totuși, aceste alte vehicule rutiere cu abur nu au atins niciodată aceeași popularitate ca locomotiva cu abur.

Cum funcționează cazanul unei locomotive?

Structura de bază a cazanelor pentru locomotive a rămas în mare parte neschimbată pe toată durata epocii mașinii cu abur, în timp ce modificările de proiectare și elementele suplimentare le-au crescut eficiența și au îmbunătățit siguranța. Cazanele pentru locomotive sunt cazane ignitubulare.

Gaze fierbinți de ardere

Aceasta înseamnă că focul generează gaze fierbinți de ardere, care trec printr-un sistem de tuburi de fum orizontale ale cazanului (de aici și definiția de axă orizontală a corpului cilindric) și transferă căldura apei din jur, aflate în mantaua cazanului. În cazanul locomotivei se produce abur, care se ridică spre partea superioară, unde o supapă de reglare controlează debitul către cilindri.

Abur de evacuare

După ce a acționat asupra pistoanelor, aburul rezidual de evacuare trece în cutia de fum și apoi prin țeava de evacuare. Țeava de evacuare evacuează apoi aburul în exterior. Astfel se creează o depresiune parțială care aspiră aer prin focar și susține arderea.

La început, cazanul cu abur al locomotivei era alimentat cu combustibil solid, în principal cărbune, încărcat manual cu lopata în focar (sau în cutia de fum). Ulterior au fost introduse sisteme de alimentare automată. Alimentarea cu apă a cazanului locomotivei este asigurată de injectoare care funcționează pe principiul introducerii aburului de evacuare. Un jet de abur este împins în apă, generând o forță suficientă pentru a introduce aburul în cazanul locomotivei printr-o supapă de reglare unidirecțională.

Pentru suprafața pardoselii focarului sau a cutiei de fum puteți utiliza șapa noastră rezistentă la temperaturi ridicate.

Tuburile cazanului

Primele mașini cu abur funcționau prin producerea de abur saturat, care se acumula în partea superioară a cazanului locomotivei și era condus direct către cilindri prin conducta principală de abur.

Ulterior, proiectul a fost modificat astfel încât acest abur saturat să fie încălzit din nou, eliminând apa și crescându-i temperatura. Acest proces se numește supraîncălzire.

Mașină cu abur cu abur supraîncălzit

Supraîncălzitoarele au fost introduse la începutul anilor 1900 și au reprezentat o schimbare esențială pentru mașina cu abur. Un supraîncălzitor este compus dintr-un colector al supraîncălzitorului, o domă de abur, tuburi ale elementelor supraîncălzitorului și mai multe alte tuburi de fum.

Colectorul supraîncălzitorului primește aburul produs de conducta principală de abur, iar tuburile suplimentare conduc aburul prin tuburile elementelor supraîncălzitorului pentru o încălzire suplimentară, mărind puterea aburului supraîncălzit produs. Aburul supraîncălzit revine apoi în conducta de abur.

Ultimele trenuri cu abur au fost retrase din serviciul regulat în 1967, când au fost înlocuite de tracțiunea diesel, însă aburul nu a dispărut nici pe departe. Mii de pasionați, mulți dintre ei voluntari, continuă să susțină, să restaureze și să opereze căi ferate istorice cu abur în întreaga țară. În 2008, o locomotivă cu abur numită Tornado, construită de la zero cu sprijinul A1 Steam Locomotive Trust, a finalizat testele și a primit autorizarea de a circula pe rețeaua Network Rail. Deși se baza pe un proiect din anii 1950, cazanul locomotivei trebuia să respecte normele moderne de siguranță prevăzute de Directiva UE privind echipamentele sub presiune. Niciun constructor britanic nu a fost considerat potrivit, astfel că boilerul a fost construit la atelierele Meiningen Steam Locomotive Works din Germania, devenite un centru pentru restaurarea locomotivelor cu abur și gazda, în fiecare septembrie, a unui festival dedicat mașinilor cu abur.

Avantajele cazanului pentru locomotivă

Unul dintre avantajele cazanului pentru locomotivă este costul său redus și viteza mare de producere a aburului.

Dezavantajele cazanului pentru locomotivă

Unul dintre principalele dezavantaje ale cazanului pentru locomotivă este necesitatea menținerii unei presiuni de lucru sigure a aburului, controlată cu ajutorul manometrului, evitând în același timp o presiune excesivă în cazan, care ar determina deschiderea supapei de siguranță.

Când cazanul locomotivei funcționează la putere mare, particule de combustibil solid ars pot fi evacuate prin țeava de evacuare și coș. Acest lucru creează riscul producerii de incendii de-a lungul liniei ferate.

Un alt dezavantaj al cazanului pentru locomotivă, mai ales în zonele cu apă dură, este problema coroziunii și a formării depunerilor de calcar.

Materiale refractare utilizate în cazanul unei locomotive

Materialele refractare joacă un rol esențial în construcția și întreținerea cazanului unei locomotive. Mai jos sunt prezentate câteva materiale refractare de care ați putea avea nevoie.

Arc refractar al focarului

Arcul din cărămizi refractare se află deasupra focului și are rolul de a împiedica particulele de combustibil ars să intre direct în tuburile de fum. Acest arc poate fi realizat din cărămizi refractare și mortar refractar sau format pe loc cu beton refractar. Uneori, arcul este turnat în secțiuni cu beton refractar turnabil și apoi asamblat cu mortar refractar.

Izolarea cazanului locomotivei

Pentru izolarea cazanului locomotivei puteți utiliza o pătură din fibră ceramică, înfășurând-o în jurul mantalei cazanului și acoperind-o apoi cu table de protecție.

Lagăre

Pentru turnarea lagărelor din metal alb, utilizați produsul nostru Premium 1P pentru etanșare și ca mastic de etanșare.

Alte produse refractare sunt disponibile în secțiunea Căi ferate istorice