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Una caldera de tapa redonda es un tipo de caldera que se utiliza en algunos diseños de locomotoras de vapor y motores portátiles . Fue una de las primeras formas de caldera de locomotora , aunque se siguió utilizando en locomotoras nuevas hasta el final de la fabricación de locomotoras de vapor en la década de 1960.
Utilizan la forma primitiva de la caja de fuego , donde la envoltura exterior de la caja de fuego es una continuación semicircular del cuerpo cilíndrico de la caldera . Tienen una forma y una fabricación relativamente sencillas, pero su diseño y servicio se complican por la diferencia de forma entre la envoltura exterior y la interior de la caja de fuego, de parte superior plana. Esto requiere un soporte complejo para sostenerla.
Las primeras calderas de este tipo tenían cajas de fuego elevadas que eran considerablemente más grandes, particularmente más altas, que el cuerpo de la caldera. En el caso extremo, esto dio lugar a la caldera Haycock , donde la caja de fuego se elevaba hasta convertirse en una cúpula abovedada. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la caja de fuego era simplemente más grande por el ancho de la sección interna del marco de hierro. Alrededor de 1850, a instancias de Crampton , [1] la caja de fuego adoptó la carcasa de caja de fuego con la parte superior al ras, donde tenía el mismo diámetro que el cuerpo de la caldera y se unía a él mediante tiras de solape remachadas.
Las primeras cajas de fuego de las calderas tenían lados paralelos y planos (véase la figura 1). A medida que las locomotoras fueron aumentando su potencia, sus calderas se expandieron en diámetro, pero el ancho de la rejilla de la caja de fuego seguía estando limitado por la necesidad de encajar entre los bastidores de las locomotoras , que a su vez estaban limitados por el ancho entre las ruedas. Esto condujo al desarrollo de la forma "entallada" (véase la figura 2), en la que una caja de fuego estrecha se ensanchaba hacia arriba y hacia afuera para encontrarse con el cuerpo de la caldera. Los soportes de estas paredes laterales de la caja de fuego todavía podían utilizar simples soportes de varilla cortos, aunque estos se inclinaban progresivamente en el medio de la caja de fuego, de modo que permanecieran perpendiculares a las láminas.
Debido a que la forma de la caja de fuego sigue la forma del cuerpo de la caldera, se utilizan para locomotoras con tanque de asiento . La Hunslet Austerity , la última locomotora de vapor de producción que se construyó en el Reino Unido, utilizó esta forma. [2]
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La chapa superior de la caja de fuego interior es, como en la mayoría de las calderas de locomotoras, aproximadamente plana y horizontal, de modo que se mantenga una profundidad constante de agua sobre esta parte más caliente de la caja de fuego. Esta superficie plana, con presión de vapor en su lado superior, requiere soportes para sostenerla. Como no está a una distancia constante del cuerpo de la caldera, a diferencia de los lados de la caja de fuego, estos soportes son difíciles de colocar.
Los primeros ejemplos pronto utilizaron tirantes de vigas para sostener la corona de la cámara de combustión interior. Se trata de vigas de hierro que abarcan la longitud o el ancho, en el exterior de la cámara de combustión interior (es decir, en el espacio de agua). La chapa de la corona se atornilla a estas. La fuerza en los extremos de los tirantes de vigas se soporta mediante los extremos o los lados de la cámara de combustión interior . La parte superior del cañón de la caldera no está conectada a la cámara de combustión. Esto tiene la ventaja de que se puede cortar un orificio grande en la caldera directamente sobre la cámara de combustión, para montar la cúpula de vapor .
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Las calderas más grandes no podían apoyar completamente la corona de su cámara de combustión en la cámara de combustión interior y necesitaban un medio para sostenerla desde el cuerpo de la caldera. Como este también se ve forzado hacia afuera por la presión del vapor, la fuerza total podía repartirse entre muchos tirantes pequeños. Cada tirante soportaba suficiente fuerza en cada extremo para equilibrarse, evitando las grandes fuerzas de flexión en los extremos de los tirantes de las vigas.
La expansión térmica era un problema para estos tirantes largos, ya que su expansión tendía a alargarlos y reducir su efecto de sujeción. Además, a medida que la cámara de combustión interior se expandía en longitud, esto doblaba los tirantes hacia adelante. Cuando se usaban tirantes en una cámara de combustión larga, los tirantes delanteros se reemplazaban por tirantes de eslinga, un tirante con una bisagra en el extremo superior, lo que le permitía moverse hacia adelante con la cámara de combustión.
Estos tirantes también se colocaron en la parte más activa de la caldera, donde la corrosión era más intensa, por lo que era necesario inspeccionarlos con cuidado y reemplazarlos periódicamente para evitar el riesgo de explosión de la caldera .
La principal dificultad de los tirantes de varilla era que requerían una gran cantidad de tirantes, cada uno de los cuales se colocaba en un ángulo diferente con respecto al vecino. La complejidad de estos tirantes de varilla fue lo que impulsó a Alfred Belpaire a desarrollar su caja de fuego Belpaire . En este caso, se utilizaba una caja de fuego exterior cuadrada más complicada, que era más difícil de fabricar, pero que ahora podía utilizar tirantes de varilla cortos y sencillos en todas partes, como en los lados de la caja de fuego.
Diseños de locomotoras equipadas con calderas de cubierta redondeada:
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