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Las calderas acuotubulares en espiral son una familia de calderas acuotubulares verticales . Sus tubos generadores de vapor son tubos espirales estrechos, dispuestos de forma circular alrededor de un tambor de agua vertical central.
Los tubos de agua son largos, numerosos y de 50 mm (2 pulgadas) de diámetro o menos. Esto proporciona una superficie de calentamiento extremadamente grande y, por lo tanto, una buena capacidad para generar vapor. "Se obtiene una superficie de fuego máxima en un espacio determinado y, de ese modo, se posibilitan grandes economías de combustible". [1]
Como tanto el tambor como los tubos son de diámetro pequeño, las calderas también son adecuadas para uso a alta presión. Sin embargo, las calderas entraron en servicio muy pronto, como uno de los primeros diseños de tubos de agua de tubos pequeños, por lo que rara vez se han utilizado para altas presiones o con turbinas de vapor .
Las diferencias entre estos tipos de calderas se encuentran en la disposición de sus tubos de agua. Todas comparten el mismo diseño básico. La carcasa exterior de la caldera es de placas de acero, revestida con ladrillo refractario , y no participa en su área de calentamiento.
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La gran caldera industrial conocida como Climax fue una de las primeras de este tipo. [2] Fue inventada por Thomas F. Morrin y Walter W. Scott de Nueva Jersey y fue patentada en 1884. [3] [4] [5]
Los tubos de agua eran bucles de una sola vuelta alineados en diagonal y dispuestos en niveles horizontales. La entrada del tubo superior está verticalmente por encima de la entrada inferior del tubo adyacente. En la patente original, los tubos tienen forma de horquilla con secciones rectas radiales. [3] Los diseños posteriores utilizaron un radio exterior más grande y tubos "en forma de pera", [1] finalmente una forma de tubo que era casi el radio de la carcasa exterior. [2] Al reducir la curvatura de los tubos de esta manera se reducen los efectos de la expansión debido al calentamiento y el riesgo de fugas en las entradas de los tubos. El nivel de agua de estas calderas era de alrededor de 3/4 de la altura de los niveles de tubos, [3] de modo que los tubos superiores se llenaban de vapor en lugar de agua. Por encima de los bancos de tubos se utilizó un solo tubo espiral plano como economizador o calentador de agua de alimentación. [2]
El horno utilizado para encender estas grandes calderas era anular, a menudo con cuatro o más puertas cortafuegos independientes . La caldera también se encendía con éxito con bagazo , desechos vegetales o basura. Cuando se utilizaban para la producción continua de alta potencia, como para la generación de electricidad, algunas también se utilizaban con los primeros alimentadores automáticos . [2]
Una ventaja de estas calderas era la rapidez con la que se podían construir, y un factor que contribuía a ello eran sus carcasas de acero prefabricadas que se atornillaban en secciones. [5] Aunque no se aprovechó su potencial para soportar altas presiones, se ganaron una reputación de fiabilidad y de larga vida útil entre revisiones. [2]
Estas calderas fueron desarrolladas por Morrin & Scott en "Clonbrook Steam-Boiler Works" y no tienen conexión con Climax Locomotive Works ni con sus locomotoras madereras . [6] Se les otorgó licencia de producción a "Clonbrook Steam-Boiler Co.", pero en 1896, su gerente anterior, Thomas J. Lawler, comenzó la producción de una caldera competidora en "Columbian Steam-Boiler Works" y Morrin & Scott los demandó con éxito por infracción de las patentes de Climax. [1]
La caldera Lune Valley era una pequeña caldera alimentada con fueloil, utilizada por la Lune Valley Engineering Co. de Lancaster , Inglaterra, para lanchas de vapor y pequeños barcos de vapor . [7] [8] Cada tubo del generador de vapor constaba de tres espiras, lo que proporcionaba una mayor superficie de calentamiento para el número de uniones de tuberías que se debían realizar. Estas bobinas todavía estaban dispuestas en niveles.
Una ventaja del uso de los barcos de vapor era la rápida generación de vapor desde el frío, el tiempo necesario para alcanzar una presión útil, en lugar de la velocidad de generación de vapor una vez caliente. Esto era resultado de dos características: en primer lugar, la baja masa de metal en la superficie de calentamiento subía rápidamente a la temperatura. En segundo lugar, la elasticidad de los tubos espirales significaba que la caldera podía ser "forzada" desde el frío, sin el riesgo de daño que podría sufrir una caldera de tipo locomotora o de lancha . El tambor central podía permanecer frío después de que los tubos estuvieran en funcionamiento y hirviendo, sin ejercer una tensión mecánica excesiva sobre sus accesorios.
Lune Valley también produjo otro tipo de caldera acuotubular para lanchas a vapor. Esta tenía dos tambores de agua horizontales colocados verticalmente uno sobre el otro, con tubos de horquilla horizontales entre ellos. Era más pequeña y más sencilla de fabricar que la de forma espiral.
La caldera Bolsover Express fue diseñada por Bolsover Bros. de Whitby para su uso en vagones de vapor . En particular, estaba destinada a recalentar los vagones de vapor Stanley . [9] [10]
Los tubos son curvas diagonales simples que se extienden verticalmente desde un anillo inferior de uniones de tubos hasta un anillo superior. Hay menos tubos y menos superficie expuesta en cada tubo que en los diseños anteriores. Como los tubos también están más cerca de la vertical, la circulación dentro de ellos es vigorosa, tienen mayor poder de evaporación por área y una caldera adecuadamente encendida con un quemador de combustible líquido aún puede generar un gran volumen de vapor. [11]
Los tubos del diseño de la caldera Illingworth son espirales, pero están envueltos alrededor del tambor de vapor central, en lugar de estar a lo largo de él. El tambor tiene cabezales radiales de gran diámetro en la parte superior e inferior, y los tubos espirales del generador de vapor se unen a estos tubos. [12] Un diseño típico tiene cuatro cabezales, con los tubos espirales en cuatro hélices concéntricas de orientación alternada, y cada tubo da unas tres vueltas antes de unirse al otro cabezal. Por lo tanto, hay menos tubos, dieciséis en este caso, pero cada uno es más largo (se sugiere un diámetro interior de entre 260 y 280 [12] ) y, por lo tanto, la caldera sigue siendo una disposición densa de área de calentamiento en un espacio pequeño.
Restaurado entre 1956 y 1958 con caldera y quemador Bolsover "Express".