Chaudière à tubes de fumée verticale - Vertical fire-tube boiler
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Une chaudière à tubes de fumée verticale ou chaudière multitubulaire verticale est une chaudière verticale où la surface de chauffe est composée de plusieurs petits tubes de fumée , disposés verticalement.
Ces chaudières n'étaient pas courantes, en raison d' inconvénients liés à une usure excessive en service. La forme la plus courante de chaudière verticale, qui était très similaire en apparence extérieure, utilisait à la place un seul conduit de fumée et des tubes transversaux remplis d'eau . Une autre forme utilisait des tubes de fumée horizontaux , même là où cela ajoutait de la complexité, comme la chaudière Cochran .
Lorsqu'une capacité d'évaporation élevée soutenue (c'est-à-dire de la puissance) était requise, des tubes verticaux étaient utilisés, mais rarement. Ces cas concernaient principalement des locomotives, qu'il s'agisse de locomotives de chemin de fer ou de wagons routiers à vapeur .
Désavantages
Dans n'importe quelle chaudière, l'un des endroits les plus sujets au gaspillage des tubes et des plaques se situe autour du niveau de l'eau, où l'agitation et l'ébullition sont les plus actives. C'est particulièrement le cas lorsque ce niveau fait également partie de la surface chauffée, où l'ébullition est la plus intense (les conceptions de chaudières à tubes d'eau s'efforcent également de submerger leur surface directement chauffée sous le niveau d'eau, pour la même raison).
Dans cette conception de chaudière, la zone d'érosion affectée se situe à mi-hauteur des tubes de fumée. Bien que ces tubes soient généralement conçus pour être facilement remplacés, leur durée de vie est relativement courte.
Tubes horizontaux
Les tubes de fumée horizontaux sont par ailleurs plus efficaces que verticaux. Pour cette raison, et pour éviter les problèmes d'érosion des tubes avec des tubes verticaux exposés, de nombreuses chaudières verticales multitubulaires ont plutôt été disposées avec leurs tubes horizontaux. Celles-ci pourraient être soit une banque parallèle, comme la chaudière Cochran , soit radiale comme pour la Robertson .
Tubes immergés
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Pour éviter le problème des tubes de fumée exposés au-dessus du niveau de l'eau, la chaudière multitubes immergée peut être utilisée. La virole supérieure de la chaudière est prolongée vers le haut dans une bague annulaire, de manière à toujours maintenir toute la longueur des tubes immergés. Utilisé dans les wagons à vapeur et similaires, où le niveau d'eau peut être perturbé lorsque le véhicule monte une colline.
Les wagons à vapeur Fowler, relativement rares, utilisaient une chaudière de cette forme. Le canon principal de la chaudière contenait un nid de tubes de fumée incurvés entre la chambre de combustion sans support et un grand espace ouvert qui formait une boîte à fumée contenant un surchauffeur à tube spiralé à cinq tours . Les deux plaques tubulaires étaient bombées vers l'intérieur, ce qui les rendait suffisamment solides pour ne pas nécessiter de rester . Les tubes de fumée étaient incurvés pour « provoquer des tourbillons dans les gaz chauds à mesure qu'ils montent », pour permettre une libre expansion avec la chaleur et également pour permettre un joint perpendiculaire entre le tube et la plaque tubulaire.
Une ceinture externe d'une plaque de canal rivetée autour de l'extérieur de la coque au niveau de la plaque tubulaire supérieure formait un espace supplémentaire de vapeur et d'eau, relié sous le niveau de l'eau par des trous percés à travers la coque. Le niveau d'eau de fonctionnement de la chaudière a toujours été maintenu dans cet espace de ceinture, gardant les tubes entièrement immergés. Les inconvénients de ce système étaient que la surface de la surface de l'eau était réduite, entraînant à la fois un risque accru d' amorçage et également la nécessité de maintenir soigneusement le niveau d'eau de la chaudière ; le rapport du volume à la hauteur devenant plus petit dans la région de la ceinture, un changement relativement petit du volume d'eau produit un grand changement de niveau.
Une approche similaire peut être considérée comme le renflement supérieur autour de la chaudière verticale du moteur ferroviaire GWR reconstruit .
Cette conception a également été suggérée pour une utilisation en ingénierie de modèle . Dans ce cas, la ceinture a été formée à l'intérieur du corps de la chaudière, avec une plaque tubulaire de diamètre réduit placée à l'intérieur.
Voiture à vapeur Stanley
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Certaines voitures à vapeur , dont la Stanley et la Chelmsford, utilisaient des chaudières verticales multitubes, la conception Stanley étant particulièrement connue.
La chaudière Stanley est constituée d'une coque en tube de cuivre sans soudure, 13+1 / 2 pouces (340 mm) de diamètre et 1 / seize pouces (1,6 mm)épaisseur. Les nombreuxtubes de 1 ⁄ 2 pouces (13 mm) sont densément emballés, laissant un très petit volume d'eau entre eux et un rapport surface de chauffe / volume élevé, pour une montée rapide de la vapeur. La construction de la chaudière est inhabituelle, car les plaques tubulaires en acier sont simplement maintenues en place par friction et les tubes ne sont que légèrement dilatés à l'intérieur avec une dérive conique. Autour de l'extérieur de la coque de la chaudière se trouvent trois anneaux en acier thermorétracté, dont la contrainte de compression retient la plaque tubulaire. Pour plus de solidité, la coque de la chaudière est en outre enveloppée dans une couche hélicoïdale de corde à piano . Comme la chaudière est alimentée par un brûleur plat à combustible liquide, aucun foyer fermé n'est nécessaire.