صندوق الدخان

صندوق الدخان هو أحد الأجزاء الأساسية الرئيسية لنظام عادم قاطرة البخار . يمر الدخان والغازات الساخنة من غرفة الاحتراق عبر أنابيب، حيث ينقلان الحرارة إلى الماء المحيط في المرجل . ثم يدخل الدخان إلى صندوق الدخان، ويُطرد إلى الغلاف الجوي عبر المدخنة . لم تكن القاطرات الأولى مزودة بصندوق دخان، واعتمدت على مدخنة طويلة لتوفير سحب طبيعي للنار، ولكن سرعان ما أُضيفت صناديق الدخان إلى التصميم لسببين رئيسيين. أولًا ، والأهم، أن اندفاع بخار العادم من الأسطوانات، عند توجيهه لأعلى عبر صندوق دخان محكم الإغلاق مزود بفوهة عادم مصممة بشكل مناسب، يسحب الغازات الساخنة بكفاءة عبر أنابيب المرجل ومداخنه، وبالتالي، هواء احتراق نقي إلى غرفة الاحتراق. ثانيًا، يوفر صندوق الدخان نقطة تجميع ملائمة للرماد والجمر ("الفحم") المسحوب عبر أنابيب المرجل، والذي يمكن تنظيفه بسهولة في نهاية يوم العمل. بدون صندوق الدخان، يجب أن يمر كل الفحم عبر المدخنة وإلا سيتجمع في الأنابيب والمداخن نفسها، مما يؤدي إلى انسدادها تدريجياً.

يبدو صندوق الدخان امتدادًا أماميًا للغلاية، على الرغم من أنه لا يحتوي على ماء ويُعدّ مكونًا منفصلاً. عادةً ما تُصنع صناديق الدخان من صفائح فولاذية مثبتة بمسامير أو ملحومة، وتُبطّن أرضيتها بالخرسانة لحماية الفولاذ من الفحم الساخن والأحماض أو من تأثير مياه الأمطار.

لتسهيل مرور الدخان والغازات الساخنة، يُستخدم عادةً منفاخ . وهو عبارة عن أنبوب ينتهي بحلقة بها ثقوب صغيرة جدًا، مما يُشكّل حلقة من نفثات البخار . يدفع البخار الدخان للخارج ويسحب المزيد من الغازات عبر الأنابيب. وهذا بدوره يؤدي إلى سحب الهواء عبر الشبكة وفتحة النار، مما يزيد من حرارة الاحتراق.

عندما تتحرك القاطرة، يمر بخار العادم عبر أنبوب النفخ الموجود داخل صندوق الدخان. ثم يُقذف البخار عبر المدخنة، مما يؤدي إلى اشتعال النار. أنبوب النفخ هو ما يُصدر صوت "النفخ" المميز.

تُعدّ أبعاد أنبوب النفث والمدخنة بالغة الأهمية لقدرة القاطرة على توليد البخار وكفاءتها في استهلاك الوقود، إذ توجد مفاضلة طبيعية بين تدفق البخار عالي السرعة الذي يُسهم في اشتعال النار بقوة، والضغط العكسي على العادم. ويمكن لتغييرات طفيفة في تصميم هذا الجزء الأمامي أن تُحدث فرقًا كبيرًا. كما أن تصاميم العادم الأكثر تعقيدًا، مثل كيلشاب، ليمبور، وجيسل، تُحقق نتائج أفضل من تصميم أنبوب النفث والمدخنة البسيط.

غالبًا ما تتراكم الرماد والسخام الموجودة في الدخان داخل صندوق الدخان. يحتوي صندوق الدخان على باب يُفتح لإزالة هذه الرواسب في نهاية كل يوم عمل للقاطرة. يجب إحكام إغلاق المقبض (أو المقابض) جيدًا لمنع تسرب الهواء، مما قد يقلل من قوة سحب اللهب، وقد يسمح أيضًا باشتعال أي بقايا متفحمة غير محترقة في قاع صندوق الدخان. غالبًا ما يُكشف عن تسرب باب صندوق الدخان من خلال بقعة معدنية حمراء ساخنة عند تشغيل المحرك، أو من خلال تقشر الطلاء وصدأ المعدن عند برودته.

تحتوي بعض أبواب صندوق الدخان على مقبض واحد على شكل عجلة ؛ بينما تحتوي العديد من القاطرات البريطانية الصنع، ولا سيما قاطرات GWR وBR القياسية، على زوج من مقابض أبواب صندوق الدخان تشبه عقارب الساعة ؛ وتوجد تصاميم أخرى أيضًا. يتميز النوع ذو المقبضين بوجود قضيب أفقي يمتد عبر صندوق الدخان من داخل الباب، ويُثبّت ثقب فيه بواسطة "سهم" متصل بالمقبض الداخلي عندما يكون عند الساعة 12 أو 6؛ ويُستخدم المقبض الخارجي لقفل المقبض الداخلي. ومن الجدير بالذكر أن شركتي ميدلاند ريلواي وLMS استخدمتا مشابك منفصلة حول محيط الباب، مما سمح بوضع لوحة رقم صندوق الدخان المميزة في منتصف الباب.

في العديد من دحاسات البخار، يضم امتدادٌ لجسم صندوق الدخان المحمل الذي يدعم الأسطوانة الأمامية. ونظرًا لمحدودية المساحة، عادةً ما تحتوي هذه الدحاسات على غطاء قابل للطي بدلاً من باب صندوق الدخان الدائري.

يحتوي صندوق الدخان على أنابيب البخار الرئيسية من منظم الضغط (أو رأس التسخين الفائق)، حيث يمتد أنبوب واحد إلى كل صندوق صمامات، وهو جزء من هيكل الأسطوانة. قد تمر هذه الأنابيب عبر جدار صندوق الدخان لتتصل بالأسطوانة (أنابيب بخار خارجية)، أو قد تبقى داخل هيكل صندوق الدخان (أنابيب بخار داخلية). لا تتطلب أنابيب البخار الداخلية عزلًا حراريًا لأن صندوق الدخان يحافظ على دفئها، ولكن أنابيب البخار الخارجية أكثر شيوعًا في القاطرات ذات الأسطوانات خارج الهيكل. استخدمت بعض فئات القاطرات كلا النوعين اعتمادًا على تاريخ تصنيع الدفعة (مثل فئة LNER V2 ).

نظرًا لأن فقدان الحرارة ضئيل، لا يتم عادةً عزل صندوق الدخان. في معظم الحالات، يبدو قطره مساويًا لقطر المرجل في القاطرة النهائية، ولكن هذا فقط بسبب غلاف المرجل؛ فالمرجل أضيق. عادةً ما كانت خزانات المياه في قاطرات الخزانات تتوقف قبل صندوق الدخان غير المعزول، وإلا فقد ترتفع درجة حرارة الماء بشكل كافٍ لإحداث مشاكل في الحاقنات .

تستخدم القطارات البريطانية من الفئات القياسية هذا التصميم، حيث تُدمج شبكة متينة في صندوق الدخان، لتشكل مرشحًا بين لوحة الأنابيب الأمامية والعادم. تميل أي قطع كبيرة من الفحم المتساقط تمر عبر أنابيب المرجل إلى التفتت عند اصطدامها بالشبكة، مما يُنتج جزيئات أدق تُكنس إلى المدخنة بدلًا من تراكمها في قاع صندوق الدخان. هذا لا يُلغي الحاجة إلى تنظيف صندوق الدخان، ولكنه يُقلل من الجهد المطلوب. في أفضل الأحوال، لن يكون تنظيف صندوق الدخان ضروريًا إلا بين عمليات غسل المرجل، والتي تتم عادةً على فترات أسبوعين.

يتميز التصميم الكلاسيكي لقاطرة البخار بوجود صندوق الدخان والمدخنة في مقدمة القاطرة، ^{[ 1 ]} ويُشار إلى ذلك باسم "السير مع صندوق الدخان أولاً". وقد عكست بعض التصاميم هذا الترتيب لتجنب المشاكل (كالاختناق وضعف الرؤية) الناجمة عن ارتداد العادم نحو الطاقم؛ وتُعرف هذه القاطرات باسم " قاطرات الكابينة الأمامية" .

غالبًا ما يتم تركيب مانع شرر داخل صندوق الدخان. وقد يكون على شكل شبكة أسطوانية تمتد من أعلى أنبوب الاحتراق إلى أسفل المدخنة. يُستخدم مانع الشرر لمنع خروج شظايا الرماد الساخن الكبيرة جدًا إلى البيئة المحيطة، حيث قد تُشكل خطرًا للحريق. لهذا السبب، يُركّب مانع الشرر عادةً على القاطرات التي تسير في بيئات جافة. يجب عدم الخلط بينه وبين مانعات الشرر الخارجية المُركّبة على بعض القاطرات. قد يؤثر وجود مانع الشرر على الديناميكا الحرارية، مُشوّهًا سحب الهواء فوق النار، وبالتالي مُقللًا من إجمالي الطاقة الناتجة. لذا، قد يكون استخدامه مثيرًا للجدل.

تحتوي القاطرات المزودة بمسخن فائق عادةً على أنبوب تسخين فائق في صندوق الدخان. يدخل البخار إلى الأنبوب كبخار رطب (مشبع)، ثم يمر عبر عنصر التسخين الفائق. يتخذ هذا العنصر شكل أنبوب يمر مرتين عبر أنبوب دخان موسع في المرجل. يخرج البخار إلى حجرة منفصلة في الأنبوب كبخار مسخن فائق أو جاف. تكمن ميزة التسخين الفائق في أن البخار يتمتع بخصائص تمدد أكبر عند دخوله الأسطوانات، مما يسمح بالحصول على طاقة أكبر من كمية أقل من الماء والوقود.