易熔塞
編輯易熔塞是一個帶螺紋的金屬圓柱體,通常由青銅、黃銅或青銅制成,在其長度上鉆有一個錐形孔。該孔用低熔點金屬密封,如果達到預定的高溫,該金屬會流走。易熔塞最初的用途是作為蒸汽機鍋爐中低水位的安全預防措施,但后來的應用將其擴展到其他封閉容器,例如空調系統和用于運輸腐蝕性或液化石油氣的罐。
易熔塞的目的
編輯當密閉容器中達到危險溫度而非危險壓力時,易熔塞起到安全閥的作用。在蒸汽鍋爐中,易熔塞被擰入燃燒室的頂板(頂板),通常延伸到其上方的水空間中約一英寸(25毫米)。它的目的是在水位下降到危險的低位時作為最后的安全裝置:當插頭頂部離開水時,它會過熱,低熔點核心融化并由此產生噪音向燃燒室釋放蒸汽的目的是在燃燒室頂部完全干燥之前警告操作員危險,這可能導致鍋爐發生災難性故障。蒸汽機燃燒室中的煙氣溫度可以達到1000°F(550°C),在此溫度下,銅、歷史上大多數火箱都是由這種材料制成的,軟化到不能再承受鍋爐壓力的狀態,如果不迅速將水倒入鍋爐中,將火移走或撲滅,將導致嚴重的爆炸。穿過塞子的孔太小,對降低蒸汽壓力沒有太大的影響,如果有少量的水穿過塞子,預計不會對滅火產生太大影響。
實驗
波士頓富蘭克林研究所在1830年代進行的實驗最初對一旦注意到蒸汽通過設備逸出就加水的做法提出了質疑。蒸汽鍋爐裝有一個小的玻璃觀察窗,加熱到超過其正常工作溫度,水位低于燃燒室頂部。加水后發現壓力突然升高,觀察玻璃破碎。該報告得出的結論是,金屬的高溫使添加的水過快蒸發,爆炸是不可避免的結果。直到1852年,這一假設才受到挑戰:研究所自己的檢查員之一托馬斯·雷德蒙(ThomasRedmond),當年4月3日,他在調查俄亥俄河上的蒸汽船Redstone的鍋爐爆炸時特別排除了這一理論。1907年在威爾士進行的一項調查得出了類似的結論:一輛屬于萊姆尼鐵路的蒸汽機車被意外送出,其安全閥安裝錯誤。鍋爐中的壓力升高到噴射器失效的程度;冠層被揭開,被火的熱量削弱并猛烈地炸開。由鐵路檢查局的Druitt上校領導的調查駁斥了這樣的理論,即工程師成功地啟動了噴射器,以及突然涌入的冷水導致產生蒸汽導致鍋爐爆裂。他引用了曼徹斯特Steam用戶協會的實驗結果,一個國家鍋爐認證和保險機構,證明存在的銅的重量(考慮到其比熱)不足以產生足夠的蒸汽來提高鍋爐壓力。事實上,冷水的加入導致壓力下降。從那時起,人們普遍認為,在易熔塞操作的情況下,正確的做法是加水。
有芯易熔塞
最初的設計是一個簡單的實心塞子,里面裝滿了低熔點合金塊。當它熔化時,它首先熔化為穿過塞子的狹窄通道。蒸汽和水立即開始通過此逸出。有芯易熔塞是在1860年xxx發的,可在合金軟化后立即提供寬開口。這個版本有一個實心黃銅或青銅中心,通過一層低熔點合金焊接到位。當過熱時,塞子不會釋放任何蒸汽或水,直到合金充分熔化以釋放中心塞子。塞子現在嚴重失效,立即打開整個孔。這種全口徑噴氣式飛機更有可能被注意到。
未注意到的熔化插頭
1948年3月7日,該裝置發現了一個缺陷,當時倫敦、米德蘭和蘇格蘭鐵路的加冕太平洋鐵路公司亞歷山德拉公主的火箱皇冠板在從格拉斯哥拖到倫敦的旅客列車時發生故障。調查確定兩個水位計都有缺陷,并且在當天早些時候的旅途中,一個或兩個易熔塞已經熔化,但由于強大的氣流將逸出的蒸汽從他們身上帶走,發動機工作人員沒有注意到這一點。
易熔塞的維護
編輯合金成分
調查表明合金對插頭老化的重要性。合金最初受到青睞,因為它們的共晶熔點比純金屬低。雖然發現合金老化不良并且可能促進在塞子的水面上形成氧化物基質,這種基質具有危險的高熔點,使塞子無法使用。1888年,美國汽船檢驗局要求塞子必須由純班卡錫制成,并且每年更換一次。這避免了鉛和鋅的污染。鋅污染被認為是一個非常嚴重的問題,因此插頭的外殼也從黃銅(一種銅鋅合金)改為無鋅銅錫青銅,以避免鋅從外殼遷移到合金中的風險插頭。
插頭老化
在1920年代美國標準局與SteamboatInspectionService的調查中發現,在使用中,易熔芯上方的結殼和氧化會提高設備的熔點并在需要時阻止其工作:熔點過高在使用的示例中發現了2000°F(1100°C)。機車目前的典型做法要求在15到30個工作日(取決于水況和機車的使用情況)或至少每六個月檢查一次新插頭,具體取決于鍋爐運行壓力和溫度。
其他應用
編輯易熔塞的原理也適用于液化石油氣的運輸,其中易熔塞(或容器內襯膜的暴露小塊)被設計為在溫度過高時熔化或變成多孔:受控在250°F(120°C)的典型溫度下釋放比在更高溫度下的爆炸釋放(BLEVE)更可取。腐蝕性氣體容器,例如用于液氯的容器,配有一個或多個易熔塞,工作溫度約為158至165°F(70–74°C)。易熔塞在飛機機輪中很常見,通常在大型或高性能飛機中。異常著陸和制動條件(例如高速中斷起飛,在這種情況下,燃油重的飛機必須從非常高的速度急剎車到在相對較短的距離內停止)所施加的非常大的熱負荷會導致本已很高的輪胎中的壓力上升到輪胎可能爆裂的程度,因此使用易熔塞作為泄壓機構。排出的氣體可被引導以冷卻制動表面。易熔塞有時安裝在空氣壓縮機的接收器上,以防止點燃可能存在的任何潤滑油蒸汽。如果壓縮機的動作將空氣加熱到安全溫度以上,核心將熔化并釋放壓力。汽車空調系統通常配備易熔塞,工作溫度為100-110°C,但出于對任何釋放的制冷劑氣體對環境影響的擔憂,此功能已由電氣開關接管。如果外部溫度過高,一種獲得專利(專利公布于1867年)類型的防火保險箱使用易熔塞將其內容物用水澆灌。
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