قابس منصهر

أثارت تجارب أجراها معهد فرانكلين في بوسطن خلال ثلاثينيات القرن التاسع عشر شكوكًا مبدئية حول جدوى إضافة الماء فور ملاحظة تسرب البخار من الجهاز. فقد زُوّد غلاية بخارية بنافذة زجاجية صغيرة للمراقبة، وسُخّنت إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة تشغيلها العادية مع وضع مستوى الماء أسفل حافة غرفة الاحتراق. وعند إضافة الماء، لوحظ ارتفاع مفاجئ في الضغط وتحطم الزجاج. وخلص التقرير إلى أن ارتفاع درجة حرارة المعدن أدى إلى تبخر الماء المضاف بسرعة كبيرة، وأن الانفجار كان النتيجة الحتمية. ^{[ 5 ]}

لم يُطعن في هذا الافتراض إلا في عام 1852، حين استبعد توماس ريدموند، أحد مفتشي المعهد، هذه النظرية تحديدًا في تحقيقه في انفجار غلاية السفينة البخارية " ريدستون" في نهر أوهايو في 3 أبريل من ذلك العام. ^{[ 6 ]} وتوصل تحقيق أُجري عام 1907 في ويلز إلى نتيجة مماثلة: فقد أُرسلت قاطرة بخارية تابعة لسكك حديد ريمني عن طريق الخطأ بصمامات أمان مُركّبة بشكل خاطئ. وتراكم الضغط داخل الغلاية لدرجة تعطلت معها الحاقنات ، فانكشفت الصفيحة العلوية، وأضعفتها حرارة النار، وانفجرت بعنف. ورفض التحقيق، الذي قاده الكولونيل درويت من مفتشية السكك الحديدية ، نظرية نجاح سائقي القاطرات في تشغيل الحاقنات، وأن التدفق المفاجئ للماء البارد تسبب في توليد كمية هائلة من البخار أدت إلى انفجار الغلاية. استشهد بنتائج تجارب أجرتها جمعية مستخدمي البخار في مانشستر ، وهي هيئة وطنية معنية باعتماد وتأمين الغلايات، والتي أثبتت أن وزن النحاس الموجود (مع الأخذ في الاعتبار حرارته النوعية ) غير كافٍ لتوليد كمية كافية من البخار لرفع ضغط الغلاية. في الواقع، أدى إضافة الماء البارد إلى انخفاض الضغط. ومنذ ذلك الحين، أصبح من المقبول أن الإجراء الصحيح في حالة تشغيل القابس المنصهر هو إضافة الماء. ^{[ 7 ]}

تُملأ السدادة الصلبة البسيطة بقطعة من سبيكة ذات درجة انصهار منخفضة. عند انصهارها، تنصهر أولًا على شكل قناة ضيقة عبر السدادة. ويبدأ البخار والماء بالخروج منها فورًا. ولأن درجة حرارة الماء القصوى تبلغ 210 درجة مئوية (410 درجة فهرنهايت) ، ^{[ 8 ]} وهي أقل من درجة انصهار القصدير البالغة 210 درجة مئوية، فقد يؤدي تدفق الماء هذا إلى تجميد السدادة. ومع استمرار خروج الماء من السدادة، قد لا تنصهر بالكامل، وبالتالي لا يُلاحظ سوى تدفق طفيف من البخار، والذي قد لا يُلاحظ.   

لتجنب ذلك، طُوِّرت السدادة القابلة للانصهار ذات القلب في ستينيات القرن التاسع عشر لتوفير فتحة واسعة بمجرد أن تلين السبيكة. تحتوي هذه السدادة على مركز صلب من النحاس الأصفر أو البرونز، يُلحم في مكانه بطبقة سميكة من السبيكة ذات نقطة الانصهار المنخفضة. عند ارتفاع درجة الحرارة، لا تُطلق السدادة أي بخار أو ماء حتى تذوب السبيكة بدرجة كافية لتحرير مركزها. عندئذٍ، تتعطل السدادة بشكل مفاجئ، فتفتح فتحتها بالكامل على الفور. ومن المرجح أن يُلاحظ هذا التدفق الكامل للبخار. ^{[ 9 ]}

في 7 مارس 1948، اكتُشف عيب في الجهاز عندما تعطل غطاء صندوق الاحتراق في قاطرة "برينسيس ألكسندرا" ، وهي قاطرة من طراز "كورونيشن باسيفيك" تابعة لسكك حديد لندن وميدلاند واسكتلندا ، أثناء جرها قطار ركاب من غلاسكو إلى لندن. أظهرت التحقيقات أن كلا مقياسي المياه كانا معطلين، وأنه في رحلة سابقة من ذلك اليوم، انصهر أحد أو كلا سدادات الانصهار، لكن طاقم القاطرة لم يلاحظ ذلك بسبب قوة التيار الذي كان يحمل البخار المتسرب بعيدًا عنهم. ^{[ 10 ]}

أظهرت الدراسات أهمية السبيكة في تقادم السدادة. في البداية، فُضِّل استخدام السبائك لانخفاض درجة انصهارها مقارنةً بالمعادن النقية. إلا أنه تبيّن أن السبائك تتقادم بشكل سيئ، وقد تُشجع على تكوّن طبقة من الأكاسيد على سطح السدادة، تتميز بدرجة انصهار عالية للغاية تجعل السدادة غير قابلة للاستخدام. في عام ١٨٨٨، اشترطت هيئة تفتيش السفن البخارية الأمريكية أن تُصنع السدادات من القصدير النقي (بانكا تين) وأن تُستبدل سنويًا. ^{[ ١١ ] [ ١٢ ]} وقد ساهم ذلك في تجنب التلوث بالرصاص والزنك . ونظرًا لخطورة مشكلة تلوث الزنك، تم تغيير غلاف السدادات من النحاس الأصفر (سبيكة من النحاس والزنك) إلى برونز نحاسي قصديري خالٍ من الزنك ، لتجنب خطر انتقال الزنك من الغلاف إلى السدادة المصنوعة من السبيكة. ^{[ ١١ ]}

في عشرينيات القرن الماضي، كشفت تحقيقات أجراها مكتب المعايير الأمريكي ، بالتعاون مع هيئة فحص السفن البخارية، أن تراكم الترسبات والأكسدة فوق اللب المنصهر أثناء الاستخدام قد يزيد من درجة انصهار الجهاز ويمنعه من العمل عند الحاجة: فقد وُجدت درجات انصهار تتجاوز 1000 درجة مئوية (2000 درجة فهرنهايت) في نماذج مستعملة. ^{[ 11 ]} وتتطلب الممارسة الشائعة حاليًا في القاطرات فحص المقابس الجديدة بعد "15 إلى 30 يوم عمل (بحسب حالة المياه واستخدام القاطرة) أو مرة واحدة على الأقل كل ستة أشهر"، وذلك تبعًا لضغط ودرجة حرارة تشغيل المرجل. ^{[ 13 ]}