Плавкая вилка
представляет Плавкая пробка собой металлический цилиндр с резьбой, обычно из бронзы , латуни или бронзы , с коническим отверстием, просверленным по всей длине. Это отверстие запечатано металлом с низкой температурой плавления, который вытекает при достижении заданной высокой температуры. Первоначально плавкая пробка использовалась в качестве меры предосторожности против низкого уровня воды в котлах паровых двигателей , но позже ее применение распространилось и на другие закрытые сосуды, такие как системы кондиционирования воздуха и резервуары для транспортировки агрессивных или сжиженных нефтяных газов.
Цель
[ редактировать ]
Плавкая пробка действует как предохранительный клапан, когда в закрытом сосуде достигаются опасные температуры, а не опасные давления. В паровых котлах плавкая пробка ввинчивается в верхний лист (верхнюю пластину) топки , обычно выступая примерно на 1 дюйм (25 мм) в водное пространство над ней. Его цель — действовать как последнее средство безопасности в случае, если уровень воды падает опасно низко: когда верхняя часть пробки выходит из воды, она перегревается, сердцевина с низкой температурой плавления плавится, и возникает шум. Выпуск пара в топку служит для предупреждения операторов об опасности до того, как верхняя часть топки полностью высохнет, что может привести к катастрофическому выходу котла из строя. Температура дымовых газов в топке парового двигателя может достигать 1000 °F (538 °C), при которой медь , из которой исторически изготавливалось большинство топок, размягчается до состояния, которое больше не может выдерживать давление в котле и сильно Если быстро не залить воду в котел и не устранить или потушить огонь, произойдет взрыв. [1] Отверстие в пробке слишком маленькое, чтобы оказать существенное влияние на снижение давления пара, а небольшое количество воды, если таковое имеется, которое проходит через него, не окажет большого влияния на тушение пожара. [2]
История
[ редактировать ]Устройство было изобретено в 1803 году Ричардом Тревитиком , сторонником паровых машин высокого давления (в отличие от атмосферных ), вследствие взрыва в одном из его новых котлов. Его недоброжелатели стремились осудить всю концепцию пара высокого давления, но Тревитик доказал, что авария произошла из-за того, что его пожарный не позаботился о том, чтобы котел был наполнен водой. Он широко разрекламировал свое изобретение без патента, чтобы противостоять этой критике. [3] [4]
Эксперименты
[ редактировать ]Эксперименты, проведенные Институтом Франклина в Бостоне в 1830-х годах, первоначально поставили под сомнение практику добавления воды, как только был отмечен выход пара через устройство. Паровой котел был оснащен небольшим смотровым окном из стекла и нагревался выше своей нормальной рабочей температуры, при этом уровень воды был ниже верхней части топки. Когда добавили воду, выяснилось, что давление внезапно возросло и смотровое стекло разбилось. В отчете был сделан вывод, что высокая температура металла привела к слишком быстрому испарению добавленной воды, и неизбежным результатом стал взрыв. [5]
Лишь в 1852 году это предположение было оспорено: Томас Редмонд, один из инспекторов института, специально исключил эту теорию в своем расследовании взрыва котла на пароходе « Редстоун» на реке Огайо 3 апреля того же года. [6] Расследование 1907 года в Уэльсе пришло к аналогичному выводу: паровоз, принадлежащий железной дороге Римни, был случайно отправлен с неправильно установленными предохранительными клапанами. Давление в котле поднялось до такой степени, что форсунки вышли из строя; лист кроны обнажился, ослабел от жара огня и сильно разлетелся на части. Расследование, проведенное полковником Друиттом из Железнодорожной инспекции , отвергло версию о том, что машинистам удалось запустить форсунки и что внезапный поток холодной воды вызвал такое образование пара, что котел взорвался. Он процитировал результаты экспериментов Манчестерской ассоциации пользователей пара , национального органа по сертификации и страхованию котлов, которые доказали, что вес присутствующей меди (с учетом ее удельной теплоемкости ) недостаточен для выработки достаточного количества пара для вообще поднятия давления в котле. . Действительно, добавление холодной воды привело к падению давления. С тех пор было принято, что правильным действием в случае срабатывания плавкой пробки является долив воды. [7]
Порошковые плавкие вилки
[ редактировать ]
Простая твердая пробка заполнена заготовкой из легкоплавкого сплава. Когда он плавится, он сначала плавится в виде узкого канала через пробку. Через него сразу же начинает выходить пар и вода. Поскольку вода будет иметь максимальную температуру 210°C, [8] температура плавления олова ниже 230°C, и эта струя воды может заморозить пробку. Хотя вода продолжает выходить из пробки, пробка может не расплавиться полностью, поэтому будет замечена только небольшая струя пара, которую можно не заметить.
Чтобы избежать этого, в 1860-х годах была разработана плавкая пробка с сердечником, обеспечивающая широкое отверстие, как только сплав размягчится. Он имеет твердый латунный или бронзовый центр, припаянный толстым слоем легкоплавкого сплава. При перегреве заглушка не выделяет пар или воду до тех пор, пока сплав не расплавится настолько, чтобы освободить центральную заглушку. Пробка теперь резко выходит из строя, мгновенно открывая все отверстие. Тогда этот полнопроходной реактивный самолет будет замечен с большей вероятностью. [9]
Незаметно расплавленные свечи
[ редактировать ]Недостаток устройства был обнаружен 7 марта 1948 года, когда коронационный лист топки принцессы Александры , коронационной тихоокеанской железной дороги Лондона , Мидленда и Шотландии , вышел из строя при буксировке пассажирского поезда из Глазго в Лондон. Расследование установило, что оба водомера были неисправны, и во время поездки ранее в тот же день расплавилась одна или обе плавкие пробки, но это осталось незамеченным машинным экипажем из-за сильной тяги, уносившей от них выходящий пар. [10]
Обслуживание
[ редактировать ]Состав сплава
[ редактировать ]Исследования показали влияние сплава на старение свечей. Первоначально предпочтение отдавалось сплавам, поскольку они имели более низкую эвтектики температуру плавления , чем чистые металлы. Однако было обнаружено, что сплавы плохо стареют и могут способствовать образованию оксидной матрицы на водной поверхности пробки, причем эта матрица имеет опасно высокую температуру плавления, что делает пробку неработоспособной. В 1888 году Служба инспекции пароходов США потребовала, чтобы заглушки были изготовлены из чистой банки и заменялись ежегодно. [11] [12] Это позволило избежать загрязнения свинцом и цинком . Загрязнение цинком считалось настолько серьезной проблемой, что корпус заглушек также был заменен из латуни (медно-цинковый сплав) на безцинковую медно-оловянную бронзу , чтобы избежать риска миграции цинка из корпуса в сплав. затыкать. [11]
Старение вилки
[ редактировать ]США В 1920-х годах исследования, проведенные Бюро стандартов совместно с Инспекционной службой пароходов, обнаружили, что при использовании накипь и окисление над плавким сердечником могут повысить температуру плавления устройства и помешать ему работать, когда это необходимо: превышение температуры плавления В использованных примерах была обнаружена температура 2000 ° F (1090 ° C). [11] Типичная текущая практика в локомотивах требует проверки новых свечей через «15–30 рабочих дней (в зависимости от состояния воды и использования локомотива) илине реже одного раза в шесть месяцев», в зависимости от рабочего давления и температуры котла. [13]
Другие приложения
[ редактировать ]Принцип плавкой пробки также применяется при транспортировке сжиженных нефтяных газов , где плавкие пробки (или небольшие открытые участки мембраны контейнера) плавятся или становятся пористыми при достижении слишком высокой температуры: контролируемый выброс при типичной температуре 250 °F (121 °C) предпочтительнее взрывного выброса (« BLEVE ») при более высокой температуре. [14] Контейнеры с едкими газами, например те, что используются для жидкого хлора , оснащены одной или несколькими плавкими заглушками с рабочей температурой от 158 до 165 °F (от 70 до 74 °C). [15]
Плавкие вилки часто встречаются в колесах самолетов, обычно в более крупных или высокопроизводительных самолетах. Очень большие тепловые нагрузки, вызванные ненормальными условиями посадки и торможения (такими как прерванный взлет на высокой скорости , когда самолет с большим количеством топлива должен резко тормозить с очень высокой скорости до остановки на относительно коротком расстоянии), могут вызвать и без того высокую давление в шинах поднимается до такой степени, что шина может лопнуть, поэтому в качестве предохранительного механизма используются пробки с плавким предохранителем. Выпускаемый газ может быть направлен на охлаждение тормозных поверхностей. [16]
Пробки с плавкими предохранителями иногда устанавливаются на ресиверах воздушных компрессоров в качестве меры предосторожности против возгорания любых паров смазочного масла, которые могут присутствовать. Если под действием компрессора воздух нагреется выше безопасной температуры, ядро расплавится и сбросит давление. [17]
Автомобильные системы кондиционирования воздуха обычно оснащались пробками с плавкими предохранителями, работающими при температуре 100–110 ° C (212–230 ° F), но из-за опасений по поводу воздействия любого высвободившегося газообразного хладагента на окружающую среду эту функцию взял на себя электрический переключатель. [18]
В запатентованном (патент опубликован в 1867 году) огнестойком сейфе используется плавкая пробка, позволяющая облить его содержимое водой, если внешняя температура становится слишком высокой. [19] [20]
Плавкие пробки повышают безопасность реакторов с жидким фторидом тория, предотвращая перегрев реактора. В случае достижения предельной температуры плавкая пробка, расположенная в нижней части реактора, плавится, позволяя жидкому топливу реактора стекать в подземные резервуары-хранилища, предотвращая ядерный расплав . [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Персонал (1957). «Котел: крепления и детали котла». Справочник для машинистов паровозов железнодорожного транспорта . Лондон: Британская транспортная комиссия . п. 53.
- ^ Снелл, Джон (1971). «Начало паровой энергетики». Машиностроение: Железные дороги . Лондон: Лонгман. п. 31. ISBN 0-582-12793-9 .
- ^ Пэйтон, Филип (2004). Тревитик, Ричард (1771–1833) . Оксфордский национальный биографический словарь. Издательство Оксфордского университета.
- ^ Кирби, Ричард Шелтон; и др. (1956). Инженерное дело в истории . Нью-Йорк: МакГроу Хилл. п. 176 . ISBN 0-486-26412-2 . OCLC 561620 .
- ^ Сотрудники Технологического института Бенджамина Франклина (без даты, около 1830 г.): Взрывы парового котла . Перепечатано в 2005 г. под названием «Взрывы паровых котлов» . Научное издательство, Библиотека Мичиганского университета. ISBN 1-4255-0590-2 .
- ^ Бейкуэлл, Томас (1852). «Взрыв парохода Редстоун» . Журнал Института Франклина . 53 (6). Филадельфия, Пенсильвания: Институт Франклина: 413–415. дои : 10.1016/0016-0032(52)90891-0 .
... нехватка воды способствует только [настолько], поскольку металл может нагреваться и ослабляться вследствие этого; что ни в коем случае вода на нагретой части котла не может образовать пар в таком количестве, чтобы взорвать котел...
- ^ Хьюисон (1983: 116–117)
- ^ Приблизительное значение для типичного максимального давления в котле локомотива 250 фунтов на квадратный дюйм.
- ^ «Улучшенная плавкая пробка для паровых котлов». Научный американец . Нью-Йорк: Манн и компания. Сентябрь 1866 г. с. 158.
- ^ Хьюисон, Кристиан Х. (1983). Взрывы котлов локомотивов . Ньютон Эббот, Англия: Дэвид и Чарльз . стр. 134–137. ISBN 0-7153-8305-1 .
- ^ Jump up to: а б с Фриман, Джон Р.; Шеррер, Дж. А.; Розенберг, SJ (22 июня 1929 г.). «Исследовательский документ 129: Надежность плавких оловянных свечей для котлов в эксплуатации» . Журнал исследований Бюро стандартов . 4 . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство торговли США: 3. doi : 10.6028/jres.004.001 .
- ^ Роуз, Джошуа. Паровые котлы: практический трактат по конструкции и исследованию котлов . Филадельфия: ХК Бэрд. п. 233. ОСЛК 3351379 .
- ^ «Управление котлами паровозов» (PDF) . Садбери, Саффолк, Великобритания: Руководитель отдела здравоохранения и безопасности . 2007. стр. 22, 33. Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2012 г .. Проверено 22 апреля 2011 г.
- ^ «Контейнер под давлением с плавкой пробкой из термопластика» . Патент США 4690295 . Бесплатные патенты онлайн. 1987 год . Проверено 7 апреля 2008 г.
- ^ Уайт, Джордж (2010). Справочник по хлорированию и альтернативным дезинфицирующим средствам (5-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. п. 26. ISBN 978-0-470-18098-3 .
- ^ «Тактика и техника — Ходовая часть» (PDF) . Начальная структурированная программа обучения пожарных . Дарлингтон, Англия: Международный центр пожарной подготовки. Январь 2003 г. Архивировано из оригинала (PDF) 5 февраля 2022 г. Проверено 22 февраля 2012 г.
- ^ Тейлор, Дэвид А. (1996). Введение в морскую технику (2-е изд.). Оксфорд, Англия: Баттерворт Хайнеманн. п. 135. ИСБН 0-7506-2530-9 .
- ^ Дейли, Стивен (2006). Автомобильные системы кондиционирования и климат-контроля . Оксфорд, Англия: Баттерворт. п. 82. ИСБН 0-7506-6955-1 .
- ^ «Патент 72176 Огнестойкий сейф». Годовой отчет Комиссара по патентам . Вашингтон, округ Колумбия: Патентное ведомство США. 17 декабря 1867 г.
- ^ «Усовершенствование огнестойких сейфов» .
- ^ Юхас, Альберт Дж.; Рарик, Ричард А.; Рангараджан, Раджмохан (1 августа 2009 г.). «Высокоэффективные атомные электростанции, использующие технологию реактора с жидким фторидом тория (с сервера технических отчетов НАСА)» . Архивировано из оригинала (PDF) 13 января 2022 г. Проверено 14 августа 2022 г.