Las calderas de tres tambores son una clase de calderas acuotubulares que se utilizan para generar vapor, generalmente para propulsar barcos . Son compactas y tienen un alto poder de evaporación, factores que fomentan este uso. Otros diseños de calderas pueden ser más eficientes, aunque más voluminosos, por lo que el modelo de tres tambores era poco común como caldera estacionaria terrestre.
La característica fundamental del diseño de "tres tambores" es la disposición de un tambor de vapor sobre dos tambores de agua , en una disposición triangular. Los tubos de agua llenan los dos lados de este triángulo entre los tambores, y el horno está en el centro. Todo el conjunto está encerrado en una carcasa, que conduce al conducto de escape .
La combustión puede ser con carbón o con petróleo. Muchas calderas de carbón utilizan varias puertas cortafuegos y equipos de fogoneros , a menudo en ambos extremos.
.jpg/1280px-Yarrow_boilers_for_Chilian_battleship_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
.jpg/1280px-Yarrow_boiler_tubes_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
El desarrollo de la caldera de tres tambores comenzó a finales del siglo XIX, con la demanda de los buques de guerra que requerían una caldera compacta y de gran potencia. El paso a las calderas acuotubulares ya había comenzado, con diseños como la Babcock & Wilcox o la Belleville . La disposición de tres tambores era más ligera y compacta para la misma potencia. [1]
La nueva generación de calderas acuotubulares de "tubos pequeños" utilizaba tubos de agua de alrededor de 2 pulgadas (5 cm) de diámetro, en comparación con los diseños más antiguos de 3 o 4 pulgadas. Esto proporcionaba una mayor relación entre el área de calentamiento de la superficie del tubo y el volumen del tubo, lo que permitía una producción de vapor más rápida. Estas calderas de tubos pequeños también se conocieron como calderas "exprés" . Aunque no todas eran diseños de tres tambores (en particular, la Thornycroft ), la mayoría eran alguna variación de este. Como los tubos de los tres tambores son casi verticales (en comparación con los de Babcock & Wilcox ), esto fomenta una fuerte circulación por el efecto termosifón , lo que fomenta aún más la producción de vapor.
El desarrollo del modelo de tres tambores se basó en general en una simplificación, más que en un aumento de la complejidad o la sofisticación. Incluso las primeras calderas concentraban una gran superficie de calentamiento en un volumen compacto, pero su dificultad residía en la fabricación y, en particular, en su mantenimiento a bordo de los barcos.
Los primeros en desaparecer fueron los tubos enroscados de los primeros diseños, como el du Temple y el Normand. Un banco de tubos de varias filas podía proporcionar un área de calentamiento adecuada, sin esta complejidad. Los tubos también se volvieron más rectos, principalmente para facilitar su limpieza. Yarrow había demostrado que los tubos rectos no causaban ningún problema de expansión, pero los tambores circulares y la entrada de tubos perpendicular eran características valiosas para una larga vida útil. Cuando los tubos entraban en los tambores en ángulo, el calentamiento y el enfriamiento tendían a doblar el tubo hacia adelante y hacia atrás, lo que provocaba fugas. Una entrada perpendicular era más fácil de expandir para lograr un sellado confiable y evitar estas tensiones laterales. Valió la pena el compromiso de los extremos de los tubos doblados de la caldera Admiralty para mantener estas dos características, y estos tubos aún tenían una forma lo suficientemente simple para limpiarlos fácilmente. [2]
Algunos de los primeros tubos de calderas, en particular el de la Du Temple, con sus esquinas afiladas, no se podían limpiar de incrustaciones por dentro. Más tarde, los tubos se limpiaban por dentro intentando pasar una varilla articulada con un cepillo en el extremo. En los diseños de tubos curvos, a menudo solo se podía alcanzar una parte del tubo. Otro método era pasar una cadena por el tubo desde arriba, tirando de un cepillo detrás de ella, aunque esto no era viable en calderas como la Thornycroft, donde los tubos se desplazaban primero horizontalmente o hacia arriba. El método final fue utilizar cepillos de "bala" que se disparaban de un tambor al otro mediante el uso de aire comprimido. Se utilizaban juegos de cepillos, uno para cada tubo, y se numeraban y contaban cuidadosamente después para asegurarse de que no se hubiera dejado ninguno atrás, bloqueando un tubo. [2]
La mayoría de los diseños utilizaban bajantes separados , incluso después de que los experimentos de Yarrow demostraran que la circulación podía seguir produciéndose únicamente entre los tubos calentados. Una vez más, la caldera Admiralty (que omitió los bajantes) fue la culminación de este enfoque, colocando el sobrecalentador dentro del banco de tubos, de modo de fomentar la diferencia de temperatura necesaria.
La caldera Admiralty suele considerarse una evolución directa de la Yarrow, aunque la White-Forster también tuvo influencia, probablemente como resultado del gran número en servicio en la Royal Navy . Los tambores de agua circulares y su elevación por encima del piso del horno son características de la White-Forster. El primero reduce el riesgo de ranuras , el segundo es apropiado para la cocción con aceite.
La caldera de tubos de agua de la marina de guerra du Temple fue una de las primeras calderas de tubos de agua , patentada en 1876. [1] Fue inventada por Félix du Temple en Francia y fue probada en un cañonero torpedero de la Marina Real . [3] Los tubos de agua eran enrevesados, dispuestos en cuatro filas en un banco y en forma de S con curvas pronunciadas en ángulo recto. [3] Esto agrupaba una gran área de calentamiento de tubos en un volumen pequeño, pero hacía que la limpieza de los tubos fuera poco práctica. Los tambores eran cilíndricos, con entrada de tubos perpendicular y bajantes externos entre ellos.
El White-Forster era de construcción sencilla, con tubos que tenían solo una curvatura suave. Esto era suficiente para permitir que se reemplazaran en el lugar, trabajando a través de la boca de acceso al final del gran tambor de vapor. [4] Cada tubo estaba lo suficientemente curvado para permitir que se lo extrajera a través del tambor de vapor, pero lo suficientemente recto para que se pudiera reemplazar un solo tubo de un banco de tubos, sin requerir que se quitaran otros tubos para permitir el acceso. Esta era una de las muchas características del White-Forster destinadas a hacerlo confiable en el servicio naval y fácil de mantener. Estos tubos eran de diámetro particularmente pequeño, solo 1 pulgada (2,5 cm) y especialmente numerosos, un total de 3744 se usaban en algunas calderas. [4] Los tubos estaban dispuestos en 24 filas por banco, cada uno requiriendo una longitud de tubo diferente y 78 filas por tambor. Todos los tubos estaban curvados con el mismo radio, lo que facilitaba la reparación y el reemplazo a bordo, pero requería que los orificios de los tubos en los tambores se escariaran en ángulos precisos en una plantilla durante la fabricación. Este pequeño diámetro de tubo proporcionaba una gran superficie de calentamiento, pero probablemente demasiada: la relación entre superficie y volumen se volvió excesiva y el flujo de gas a través de los bancos de tubos se vio afectado, lo que dio a los hornos de caldera una reputación de malos quemadores. [4]
Se utilizaron bajantes, ya sea los dos tubos grandes habituales o una disposición inusual pero característica de cuatro tubos pequeños de 4 pulgadas (10 cm) en cada tambor. Esta era una característica destinada a mejorar la capacidad de supervivencia después de un daño, cuando se usaba a bordo de buques de guerra. La caldera podía permanecer en servicio con un tubo bajante dañado tapado.
Los tambores de lodo se elevaban por encima del suelo del horno sobre soportes de vigas de acero, lo que aumentaba el volumen del horno disponible para la combustión. Esta característica tenía como objetivo fomentar el uso de la combustión de petróleo, una innovación en los buques de guerra de esa época. La apariencia general del White-Forster es similar a la del modelo posterior del Almirantazgo. Características como los tambores de lodo elevados y la forma de los tubos fueron una influencia. [5]
Las calderas White-Forster se introdujeron en la Marina Real a partir de 1906, para cruceros ligeros y destructores torpederos . [5]
.png/1280px-Normand_boiler_(Britannica,_1911).png)
La caldera Normand fue desarrollada por el astillero francés Normand de Le Havre . Fue utilizada por las armadas de varias naciones, en particular las de Francia, Rusia, Gran Bretaña y Estados Unidos. En 1896, la Marina Real las instaló en veintiséis barcos, más que cualquier otro diseño acuotubular. [6]
El diseño inicial de la caldera Normand fue un desarrollo del de Du Temple, con las esquinas afiladas de los tubos reemplazadas por una curva suave y redondeada, pero aún conservando la forma de S. [7]
El diseño del Normand ofrecía una superficie de calentamiento particularmente grande (superficie de los tubos) en relación con el área de la rejilla. [8] El costo de esto era un denso nido de tubos, donde cada una de las numerosas filas de tubos se doblaba en una forma diferente y compleja. Los extremos de los tubos ingresaban a los tambores cilíndricos de manera perpendicular, para un buen sellado. El espacio necesario para todos estos tubos llenaba toda la mitad inferior del tambor de vapor, lo que requería tanto un tambor grande como una cúpula de vapor separada desde la cual recolectar vapor seco. La carcasa externa de la caldera ingresaba a la toma de humos en un extremo, generalmente encerrando esta cúpula. Los extremos de los tambores se extendían fuera de la carcasa como cúpulas hemisféricas. Los bajantes fríos fuera de la carcasa conectaban estos tambores, proporcionando un camino para la circulación de retorno de agua fría.
Un desarrollo posterior fue el Normand-Sigaudy , donde dos calderas Normand se acoplaron una tras otra, para su uso en grandes barcos. [9] Esto dio como resultado un Normand de doble extremo (como luego fue común con el Yarrow) que podía dispararse desde ambos extremos.
La caldera Reed fue utilizada por los Palmers de Jarrow . Era similar a la Normand, con bajantes y tubos curvados que ingresaban perpendicularmente a los tambores cilíndricos.
.jpg/1280px-Thornycroft_boiler,_end-view_(Heat_Engines,_1913).jpg)
La caldera Thornycroft es una variante que divide el horno central habitual en dos. Hay cuatro tambores: dos tambores principales verticalmente en el centro (un tambor de vapor y uno de agua) y dos tambores laterales en los bordes exteriores del horno. El diseño se destacó por su uso temprano del horno de pared de agua. El banco exterior de tubos era poco profundo y constaba de solo dos filas de tubos. Estas filas estaban espaciadas estrechamente, de modo que los tubos formaban una pared sólida, sin flujo de gas entre ellos. El banco interior de tubos era similar: las dos filas de tubos más cercanas al horno formaban una pared de agua similar. Estos tubos estaban separados en su base, de modo que proporcionaran espacio para el flujo de gas entre ellos. [10] Dentro del banco de tubos, el flujo de gas es principalmente paralelo a los tubos, similar a algunos diseños tempranos, pero al contrario del diseño de flujo cruzado de las calderas de tres tambores posteriores. El gas de escape emergía en el espacio en forma de corazón debajo del tambor central superior, saliendo al embudo a través de la pared trasera. [11]
El tambor de vapor es circular, con entrada de tubos perpendicular. Los extremos de los tubos abarcan una circunferencia considerable del tambor, de modo que los tubos superiores entran por encima del nivel del agua. Son, por tanto, tubos " no ahogados ". [10]
Los tambores centrales superior e inferior están conectados por bajantes. De manera inusual, estos se encuentran dentro de la caldera y se calientan, aunque no con fuerza, por los gases de escape. Están formados por varios tubos verticales (ocho o nueve) de 4 pulgadas (10 cm) en la línea central de la caldera. Tienen una forma de S poco profunda para brindar un poco de flexibilidad contra la expansión térmica. [10] [11] Los pequeños tambores laterales están conectados solo al tambor central inferior, mediante grandes tuberías externas fuera de la carcasa trasera de la caldera.
Debido a su uso temprano en el destructor HMS Daring construido por Thornycroft en 1893, este diseño pasó a conocerse como la caldera "Daring" . [11]
También se fabricó una versión pequeña de un solo lado de esta caldera para lanchas . [11] La primera versión pequeña de esta también prescindió del tambor de ala, los tubos de la pared de agua se doblaban en ángulos rectos y pasaban de nuevo al tambor de agua central, los tubos también formaban la rejilla para sostener el fuego. [11]
.jpg/1280px-Thornycroft_boiler_end_section_(Stokers_Manual_1912).jpg)
Los diseños posteriores, el modelo Thornycroft-Schulz , hicieron que las alas exteriores fueran más importantes. Se aumentó el número de tubos, de modo que se convirtieron en la mayor parte de la superficie de calentamiento y la principal vía de escape de los gases. Los tambores de las alas se hicieron lo suficientemente grandes como para permitir el acceso de una persona al interior, para limpiarlos y expandir los nuevos tubos en su lugar. [11]
El diseño anterior de calderas acuotubulares de Thornycroft-Marshall utilizaba tubos acuotubulares horizontales en forma de horquilla colocados en cabezales seccionales. Tiene poca relación con los tipos descritos aquí. [12]
.jpg/1280px-Straight_watertube_marine_boiler_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
El diseño de la caldera Yarrow se caracteriza por el uso de tubos de agua rectos, sin bajantes. La circulación, tanto ascendente como descendente, se produce dentro de este mismo banco de tubos. [13] [14] [15]
Alfred Yarrow desarrolló su caldera como respuesta a otros diseños de tubos de agua y a su percepción en 1877 de que Yarrow & Co se estaba quedando atrás de otros constructores navales. [16] Sus ideas iniciales ya definían las características clave del diseño, una caldera de tres tambores con tubos rectos, pero se necesitaron diez años de investigación antes de que se suministrara la primera caldera para un barco torpedero en 1887. [16]
Los primeros diseñadores de calderas acuotubulares se habían preocupado por la expansión de los tubos de la caldera cuando se calentaban. Se hicieron esfuerzos para permitir que se expandieran libremente, en particular para que los más cercanos al horno pudieran expandirse relativamente más que los más alejados. Por lo general, esto se hacía disponiendo los tubos en grandes curvas en forma de bucle. Esto presentaba dificultades en la fabricación y requería soporte para su uso.
Yarrow se dio cuenta de que la temperatura de los tubos de agua se mantenía relativamente baja y era constante entre ellos, siempre que permanecieran llenos de agua y no se permitiera que se produjera ebullición dentro de los mismos, es decir, que permanecieran como tubos ahogados . Las altas temperaturas y las variaciones solo surgían cuando los tubos se llenaban de vapor, lo que también interrumpía la circulación.
Su conclusión fue que los tubos de agua rectos eran aceptables y que tendrían ventajas obvias para su fabricación y limpieza en servicio. [16]
Ya se sabía que una caldera acuotubular dependía de un flujo continuo a través de los tubos de agua y que esto debía ser mediante un efecto termosifón en lugar de requerir una bomba poco práctica. Las calderas de circulación forzada con bombas, como la Velox , no aparecieron hasta treinta años después e incluso entonces eran poco fiables al principio. Se suponía que el flujo a través de los tubos de agua sería ascendente, debido a su calentamiento por el horno, y que el flujo descendente compensatorio requeriría bajantes externos sin calefacción .
Alfred Yarrow realizó un famoso experimento en el que refutó esta suposición. [17] [18] Se dispuso un tubo vertical en forma de U de modo que pudiera calentarse mediante una serie de mecheros Bunsen en cada lado.
Cuando sólo se calentó un lado de la U, se produjo el esperado flujo ascendente de agua caliente en ese brazo del tubo.
Cuando también se aplicó calor al brazo no calentado, la teoría convencional predijo que el flujo circulatorio se ralentizaría o se detendría por completo. En la práctica, el flujo en realidad aumentó . Siempre que hubiera cierta asimetría en el calentamiento, el experimento de Yarrow demostró que la circulación podría continuar y el calentamiento del tubo descendente más frío podría incluso aumentar este flujo.
De esta manera, la caldera Yarrow podía prescindir de bajantes externos independientes. El flujo se producía íntegramente en el interior de los tubos de agua calentados, hacia arriba en los más cercanos al horno y hacia abajo a través de los de las filas exteriores del banco.
Los primeros bidones o "comederos" de Yarrow tenían forma de D y una placa tubular plana para facilitar el montaje perpendicular de los tubos. La placa tubular se atornillaba al comedero y se podía desmontar para realizar tareas de mantenimiento y limpieza de los tubos.
Sin embargo, esta forma en D no es ideal para un tambor de presión, ya que la presión tenderá a distorsionarlo en una sección más circular. Esta flexión provocó fugas en el lugar donde los tubos de agua ingresaban al tambor; un problema, denominado "envoltura", que era común con el White-Forster. [5] La experiencia de las explosiones de calderas había demostrado que las esquinas internas agudas dentro de las calderas también eran propensas a la erosión por ranurado . Las calderas posteriores utilizaron una sección más redondeada, aunque todavía asimétrica en lugar de completamente cilíndrica.
La circulación en una caldera Yarrow dependía de una diferencia de temperatura entre las filas de tubos interiores y exteriores de un banco, y en particular de las tasas de ebullición. Si bien esto es fácil de mantener a bajas potencias, una caldera Yarrow de mayor presión tenderá a tener una diferencia de temperatura menor y, por lo tanto, tendrá una circulación menos efectiva. [14] Algunas calderas posteriores y de mayor presión estaban equipadas con bajantes externos, fuera del área de humos calentada. [19]
Cuando se adoptó el sobrecalentamiento , principalmente para su uso con turbinas de vapor después de 1900, las primeras calderas Yarrow colocaron su serpentín de sobrecalentamiento fuera del banco de tubos principal. Los diseños posteriores se volvieron asimétricos, con el banco de tubos de un lado duplicado y un sobrecalentador de tubos de horquilla colocado entre ellos. [20]
El HMS Havock , el buque líder de los destructores de la clase Havock , fue construido con el tipo de caldera de locomotora que se usaba en ese momento ; su buque gemelo, el HMS Hornet, con una caldera Yarrow a modo de comparación. [21] Las pruebas tuvieron éxito y la caldera Yarrow fue adoptada para el servicio naval, particularmente en buques pequeños. Con el tiempo, la Armada desarrollaría su propio modelo Admiralty de caldera de tres tambores.
.jpg/1280px-Mumford_boiler_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_V).jpg)
.jpg/1280px-Mumford_boiler,_half_section_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_V).jpg)
La caldera Mumford era una variedad construida por los fabricantes de calderas Mumford de Colchester , destinada a su uso en barcos más pequeños. Los bancos de tubos se separaban en dos grupos, con los tubos cortos ligeramente curvados alejándose uno del otro. La entrada al tambor de agua inferior era perpendicular, lo que requería un tambor casi rectangular con los tubos entrando en caras separadas. La debilidad mecánica de tal forma era aceptable en este pequeño tamaño, pero limitaba el potencial de la caldera. La carcasa era pequeña y solo encerraba una parte del tambor de vapor superior, que conducía directamente a un embudo. Un único bajante en forma de T invertida conectaba los tambores en la parte trasera de la caldera. [22]
.jpg/1280px-Woolnough_boiler,_circulation_diagram_(Steam_Car_Developments).jpg)
El diseño de Woolnough fue utilizado por Sentinel para sus locomotoras de ferrocarril más grandes. Se parecía a la mayoría de los demás diseños de tres tambores, con tubos casi rectos. Su característica distintiva era una pared de ladrillo refractario a dos tercios del camino hacia abajo del horno. La rejilla del horno estaba en el lado más largo de este, con los gases de combustión pasando a través del banco de tubos, a lo largo del interior de una carcasa exterior de acero, luego de nuevo dentro del banco de tubos más corto. Los sobrecalentadores de tubos en espiral se colocaron en el flujo de gas fuera de los tubos. De este modo, los gases de combustión pasaban a través del banco de tubos dos veces , una vez hacia afuera y luego otra vez hacia adentro. Una única chimenea central expulsaba desde el centro del extremo más alejado, no como es habitual desde el exterior de los tubos. La diferencia de temperatura relativa entre el paso de gas a través de las dos secciones del banco condujo a una corriente de circulación que era ascendente a través de la primera parte del banco, más caliente, y descendente a través del banco más alejado, menos caliente. La circulación también estaba controlada por una placa de vertedero interna dentro del tambor de agua superior, para mantener una profundidad de agua por encima de los extremos de los tubos más calientes, evitando así el sobrecalentamiento de los tubos secos. [23]
Sentinel utilizó la caldera Woolnough en varias de sus locomotoras más grandes, en lugar de su pequeña caldera vertical habitual . [24] Estas incluían vagones para el LNER [25] y LMS . [26] El uso más conocido de Sentinel de la Woolnough fue para las locomotoras articuladas "colombianas" . Se trataba de una serie de cuatro locomotoras de ancho de vía de un metro con disposición de ruedas Co-Co , construidas en 1934. [27] Funcionaban a la inusualmente alta presión de 550 psi (3,8 MPa) y cada eje era impulsado por un motor de vapor independiente , diseñado por Abner Doble . La primera se suministró a los Ferrocarriles Belgas , las tres siguientes se construyeron para la Société National des Chemins de Fer en Colombe de Colombia , pero primero se enviaron a Bélgica para realizar pruebas. La mayoría de las fotografías que existen de estas locomotoras se tomaron en Bélgica. Poco se sabe de su historia después de su llegada a Colombia.
Un desarrollo posterior del Yarrow fue la caldera de tres tambores Admiralty , desarrollada para la Marina Real entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial. [2] [28] Gran parte del trabajo de diseño se llevó a cabo en la Estación Experimental de Combustible del Almirantazgo [i] en Haslar y las primeras calderas se instalaron en tres de los destructores de la clase A de 1927. [29] Estas calderas establecieron nuevas condiciones de funcionamiento estándar de la Marina Real para calderas de 300 psi (2,0 MPa) / 600 °F (316 °C).
El diseño era muy similar a las versiones posteriores de alta presión y de combustible de petróleo del Yarrow. Los bidones de agua eran cilíndricos y a veces, pero no siempre, se utilizaban bajantes. La única diferencia importante estaba en los bancos de tubos. En lugar de tubos rectos, cada tubo era mayoritariamente recto, pero ligeramente inclinado hacia sus extremos. Estos se instalaban en dos grupos dentro del banco, de modo que formaban un espacio entre ellos dentro del banco. Los sobrecalentadores se colocaban dentro de este espacio y se colgaban con ganchos del tambor de vapor. La ventaja de colocar los sobrecalentadores aquí era que aumentaban la diferencia de temperatura entre los tubos internos y externos del banco, lo que fomentaba la circulación. En la forma desarrollada, la caldera tenía cuatro filas de tubos en el lado del horno del sobrecalentador y trece en el lado externo. [29]
Las primeras calderas sufrieron problemas con los sobrecalentadores y con una mala circulación de las filas de tubos en el centro del banco, lo que provocó sobrecalentamiento y fallas en los tubos. [29] Los problemas de circulación se solucionaron reorganizando las tuberías de agua de alimentación y colocando deflectores dentro del tambor de vapor, para dar una circulación más claramente definida. Se colocó un aumentador de circulación , un canal de acero, sobre las partes superiores de los tubos del lado del horno, fomentando un único flujo ascendente central por encima del nivel del agua, lo que alienta a las burbujas de vapor a escapar y actúa como un separador de vapor antes de que el agua recircule por los tubos del lado exterior. De manera similar al trabajo que se llevó a cabo en la misma época en el ferrocarril LMS y el desarrollo de la alimentación superior para locomotoras de vapor , [30] el agua de alimentación también se enrutaba hacia arriba a través de "potes de rociado" y, por lo tanto, pasaba a través del espacio de vapor en forma de gotas. El agua de alimentación fría se calentó así a la misma temperatura que el agua de la caldera antes de mezclarse con ella, evitando perturbaciones en el camino de circulación. [29] [ii]
El rendimiento inicial del sobrecalentamiento fue decepcionante. El sobrecalentamiento a plena potencia se limitó deliberadamente a 100 °F (37,8 °C) para evitar problemas de fiabilidad, lo que supuso su ineficacia a bajas potencias. [29] El trabajo de desarrollo de Babcock & Wilcox resolvió este problema aumentando la velocidad del flujo de vapor a través del sobrecalentador a 150 pies/s (45,72 m/s), evitando los problemas de distorsión de los tubos y fallos metalúrgicos. [29] Las nuevas calderas para los acorazados de la clase Nelson y los cruceros de la clase Kent podían alcanzar un sobrecalentamiento de 200–250 °F (93–121 °C) en todo el rango de potencia operativa a 250 psi (1,7 MPa). [29]
A diferencia de la práctica estadounidense contemporánea, las calderas navales británicas tenían una gran proporción de mampostería, lo que generaba altas temperaturas en el interior del horno y, en consecuencia, una gran carga sobre los tubos. El uso de un horno de pared de agua podría reducir este problema. [29]
A partir de 1929, Hawthorn Leslie construyó una caldera de prueba con una pared de agua parcial en la parte trasera del horno. A diferencia de otros diseños de pared de agua, este tambor de agua adicional abarcaba solo el centro del horno, los tubos verticales estaban encerrados en una carcasa refractaria y no formaban una pared sólida compacta. [29] La preocupación era que una pared de agua completa desequilibraría la disposición de cabezal existente de la caldera de tres tambores, lo que de hecho resultó ser el caso. La producción excesiva de vapor en la parte trasera del tambor de vapor provocó una circulación interrumpida y un problema con el cebado . El desarrollo de paredes de agua para este tipo de caldera se abandonó, aunque las pruebas continuaron con el HMS Hyperion (H97) , que se probó con una caldera Johnson de una sola pared de agua que reemplazó a una de sus tres calderas de tres tambores. [29]
.jpg/1280px-Engine_10000_(Wonder_Book_of_Engineering_Wonders,_1931).jpg)
La única caldera grande de tres tambores utilizada en una locomotora de ferrocarril fue la Engine 10000 experimental de Nigel Gresley de 1924 para la compañía LNER . [31] Habiendo observado los beneficios de las presiones más altas y los motores compuestos en la práctica marina , Gresley estaba ansioso por experimentar con este enfoque en una locomotora de ferrocarril . Al igual que con las calderas terrestres , Harold Yarrow estaba ansioso por expandir el mercado de la caldera de Yarrow.
La caldera no era del diseño habitual de Yarrow. En cuanto a su funcionamiento, en particular en lo que respecta a sus vías de circulación, la caldera tenía más en común con otros diseños de tres tambores, como la Woolnough . También se la ha descrito como una evolución de la cámara de combustión acuotubular de Brotan-Deffner , con la cámara de combustión extendida para convertirse en la caldera completa.
La presión de trabajo era de 450 libras por pulgada cuadrada (31 bar) en comparación con las 180 libras por pulgada cuadrada (12 bar) de las locomotoras Gresley A1 contemporáneas .
La caldera se parecía a dos calderas marinas Yarrow alargadas , colocadas una tras otra. Ambas tenían la disposición Yarrow habitual de un gran tambor central de vapor sobre dos tambores de agua separados, unidos por cuatro filas de tubos ligeramente curvados. El tambor superior era compartido, pero los tambores de agua inferiores estaban separados. El área de la "caja de fuego" trasera era amplia y abarcaba los marcos , colocando los tambores de agua en los límites del gálibo de carga . La región de la "caldera" delantera era estrecha, con sus tambores de agua colocados entre los marcos. Aunque las carcasas exteriores tenían un ancho similar, los bancos de tubos para la sección delantera estaban mucho más cerca. El espacio exterior de los tubos formaba un par de conductos de escape que conducían hacia adelante. Un gran espacio fuera de estas paredes de humos pero dentro de la carcasa de la caldera se usaba como un conducto de aire desde la entrada de aire, una ranura rectangular rudimentaria debajo de la puerta de la caja de humos, que tenía el efecto de precalentar el aire de combustión y de enfriar la carcasa exterior para evitar el sobrecalentamiento. En el espacio central entre los tubos generadores de vapor se colocaron tubos de sobrecalentamiento longitudinales . La tercera zona hacia adelante contenía los cabezales del sobrecalentador, los reguladores y la caja de humos, pero no había ninguna superficie de calentamiento deliberada. La carcasa externa de la caldera mantuvo prácticamente el mismo ancho en toda su extensión, lo que le dio un aspecto general triangular, pero curvado. El borde inferior de cada sección se elevaba y era evidente desde el exterior.
La combustión se hacía con carbón, en un solo extremo a través de una locomotora convencional con una sola compuerta cortafuegos y un solo fogonero manual. Debido a la combustión en un solo extremo y al flujo de gas predominantemente longitudinal, en comparación con el flujo de gas normal a través del banco de la Yarrow, había una diferencia de temperatura pronunciada entre la parte delantera y trasera de la caldera. Esto llevó a que las corrientes de circulación de agua, especialmente en la segunda sección, fueran longitudinales a través de los tambores de agua, como la Woolnough, en lugar de la Yarrow habitual. La primera sección, que incluía algunos tubos de agua en la pared trasera, se calentaba por radiación y era efectivamente un horno de pared de agua, sin ningún flujo de gas a través del banco de tubos. A pesar de esto, todavía usaba cuatro filas de tubos. La segunda sección tenía su flujo de gas organizado por deflectores de acero y ladrillo refractario de modo que los gases de combustión entraran por el centro y pasaran a través de los bancos de tubos hacia los conductos laterales, lo que proporcionaba una mejor transferencia de calor por convección.