Bertie's Stomepage / Virginia Boiler Changes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Deze pagina gaat over de aanpassingen die ik heb gedaan aan de stoomketel van de Virginia. Niet dat deze te weinig stoom levert, of hij er minder gevoeliger voor wordt voor ondoordacht stoken vanwege de kleine vuurkist. De aanpassing is hoofdzakelijk gedaan om het snelle verstopt raken van de onderste vlampijpen te verhelpen. Verstopte vlampijpen zorgen ervoor dat de stoomproductie sterk gereduceerd wordt en pas na het vegen van deze pijpen en het leegscheppen van de rookkast kan weer verder gereden worden.

In this page I publish the changes I executed for the Virginia boiler. The reason for this was not lack of steam production, or make the way of firing less sensible for proper steaming due to the small firebox. The changes are added to prevent the lower flues  from getting blocked by ashes and unburned coal. Blocked flues reduce steam production  dramatically and can only be cured by brushing them regular and emptying the smokebox before continuing driving further.

Auf dieser Seite finden Sie ich die Änderungen die ich für die Virginia Kessel durchgeführt habe. Der Grund dafür war nicht Mangel an Dampferzeugung oder die Empfindlichkeit der Kessel für Rücksichtlos heizen aufgrund der geringen Feuerbuchse und damit zusammenhängenden Dampf Entwicklung. Die Änderungen sind nur dafür introduziert um zu verhindern dass die Asche und nicht verbrannte Kohle die Flammrohren blockieren. Blockierte Flammrohre reduziert die Dampfentwicklung erheblich und Abhilfe gibt es nur durch die Rohren zu reinigen und die Rauchkammer zu entleeren bevor weiter fahren möglich ist.

De ketel voor de Virginia is uitgevoerd in de gebruikelijke manier voor deze model locomotieven, een vuurkist en vlampijpen die door de horizontale  ketel gaan en uitkomen in de rookkast. De rookkast is niet weergegeven in de tekening hiernaast.

Virginia's boiler is designed and build according the usual methods for this type of model locomotives, a firebox and flues thru the horizontal boiler that exit in the smokebox (not drawn).

Der Kessel für die Virginia ist ausgeführt wie üblich in diese Baugröße, eine Feuerbuchse und Flammrohre durch den horizontale Kessel die bis im Rauchkammer einstecken. Der Rauchkammer ist nicht im Zeichnung zu sehen.

Locomotive Efficiency Calculator      
           
Enter the required data in the yellow boxes (all dimensions in inches)  
Data in Green boxes is automatically calculated  
           
Cylinder: Bore 1,0625   Cylinder Swept Volume per revolution 5,320
  Stroke 1,5      
Number of Cylinders: 2      
           
Wheel Diameter: 3,875      
           
Grate: Width 1,625                                          Grate Area 6,094
  Length 3,75      
           
Boiler: Number of tubes   15        Cross Sectional Area of Tube bore 0,080
  Inside Diameter   0,32        Total Tube Area for Gas Flow 1,206
  Length   9        Tube Area as a % of Grate Area 19,80%
               C/A  12,50
           
           
Calculated Figures: Ee 0,225 Engine Factor  
    Eb 35,706 Boiler Factor  
    Eo 8,044 Overall Factor  
    Kt 87,891 Tube Factor  
           
           
Notes:          
        Range of Values  
Suggested optimum values:   Ee 0.15                 0.12 to 0.18  
      Eb 80                      70 to 90  
      Eo 12                      10 to 14  
      Kt 80                      65 to 85  
           
           
C/A is the ratio of heating surface of the tube versus volume of gas in the tube.        
           
 
Locomotive Efficiency Calculator      
           
Enter the required data in the yellow boxes (all dimensions in inches)  
Data in Green boxes is automatically calculated  
           
Cylinder: Bore 1,0625   Cylinder Swept Volume per revolution 5,320
  Stroke 1,5      
Number of Cylinders: 2      
           
Wheel Diameter: 3,875      
           
Grate: Width 1,625                                          Grate Area 6,094
  Length 3,75      
           
Boiler: Number of tubes   12        Cross Sectional Area of Tube bore 0,080
  Inside Diameter   0,32        Total Tube Area for Gas Flow 0,965
  Length   9        Tube Area as a % of Grate Area 15,84%
               C/A  12,50
           
           
Calculated Figures: Ee 0,225 Engine Factor  
    Eb 44,632 Boiler Factor  
    Eo 10,055 Overall Factor  
    Kt 87,891 Tube Factor  
           
           
Notes:          
        Range of Values  
Suggested optimum values:   Ee 0.15                 0.12 to 0.18  
      Eb 80                      70 to 90  
      Eo 12                      10 to 14  
      Kt 80                      65 to 85  
           
           
C/A is the ratio of heating surface of the tube versus volume of gas in the tube.        
Vele ontwerpers van model stoomketels hebben hun kennis beschikbaar gesteld via de diverse publicaties, Henry Greenly, LBSC, Martin Evans zijn wel de bekendste. Jim Ewins heeft al deze kennis geconcentreerd in enkele eenvoudig te berekenen ketel en machine verhoudingen. Het een en ander is goed omschreven op de pagina's van John Baguley, klik hier. Voor de Virginia zijn twee berekeningen gedaan met behulp van het rekenblad dat te vinden is op het eerder genoemde internet pagina. De eerste berekening voor de originele ketel en de tweede berekening voor de aangepaste ketel. De aanpassing omhelst het afdichten van de drie oververhitter pijpen en wordt in het rekenblad aangegeven met de cel "Number of tubes". Deze aanpassing dient om de koperen oververhitter elementen te beschermen voor verdere verbranding, en om de rookgas snelheid in de vlampijpen te verhogen zodat roet er beter doorheen wordt gezogen zodat verstopping minder kans krijgt.

Duidelijk is te zien dat de verhoudingen door deze aanpassing beter in de buurt komen van de ideale waarden:

Waarde Ee is ongewijzigd gebleven, en deze is hoger dan als wat ideaal wordt gezien. Een hogere waarde duidt erop dat het rooster oppervlakte is te klein in verhouding tot het cilindervolume, het vuur moet daarom witheet gehouden worden. Wat dan weer tot doorbranden van het rooster kan leiden of tot een verstopt rooster vanwege klinker vorming.

Eb waarde verbeterde na het afstoppen van de drie oververhitter pijpen, maar blijft laag. Deze lage waarde geeft aan dat ketel een goede stoomvormer is, maar moet dan wel een flinke trek op het vuur hebben wat weer leidt tot klinkervorming en het omhoog trekken van de kolen.

De Eo waarde is laag maar komt binnen de gestelde waarden. Een lage waarde komt doordat het verbruik lager is dan de ketel opbrengst wat zich dan manifesteert in een regelmatig blazende veiligheid.

Gebaseerd op de ervaring die ik heb met deze locomotief kan ik beamen dat het stoken en rijden alleen goed gaat met een witheet vuur in een goedgevulde vuurkist. De aandacht even laten verslappen is er niet bij, het opnieuw opbouwen van de keteldruk en een heet vuur maken is dan een hele opgave. In vergelijk met andere stoomlocomotieven is de Virginia erg gevoelig bij het stoken.

Many model engineers have made their knowledge available through various publications, Henry Greenly, LBSC, Martin Evans are the most famous. Jim Ewins has condensed all this knowledge in a few easy to calculate boiler and machine ratios. This is very well described in the internet pages of John Baguley,  click here. For the Virginia boiler two calculations are made using the spreadsheet this can be found on the aforementioned web page. The first calculation for the original boiler and the second calculation for the changed boiler. The adjustment embraces blocking of the three superheater flues and is designated in the spreadsheet cell indicated by the "Number of tubes". This blocking is to protect the copper superheater elements for further burning thru, and to raise the combustion gas velocity in the flue tubes so that soot is sucked through it better so that the risk of clogging is reduced.

It clearly shows that the ratios get closer to the ideal values after the superheater flues are blocked:

Ee value is unchanged, and is somewhat higher than is regarded as ideal. A higher value indicates that the grate size is too small in relation to the cylinder volume, a white-hot fire should therefore be kept. What then may lead to a burned or clogged grate by clinker formation.

Eb value improved after closing the three superheater flues, but remains low. This low value indicates that the boiler is a good steamer, but the fire must be pulled hard and that leads to clinker formation and lifting the coal.

The Eo value is low but gets within the specified values. A low value is a result of the low steam consumption in relation to the boiler steam output and this results in regular opening of the safety valve.

Based on the experience I have with this locomotive, I can confirm that the firing and driving only goes well with a white-hot fire in a well-charged firebox. Firing and driving require constant concentration, restoring the boiler pressure and a good fire is quite a challenge. In comparison with other model steam locomotives, the Virginia very sensitive to firing.

Viele Modellbauer haben ihr Wissen zur Verfügung gestellt durch verschiedene Publikationen, Henry Greenly, LBSC und Martin Evans sind wohl die berühmteste. Jim Ewins hat all dieses Wissen in einigen einfachen Kennzahlen reduziert um Kessel und Maschine Verhältnissen zu berechnen. Dies alles ist sehr gut im Internetzeiten von John Baguley beschrieben, drucke hier. Für die Virginia sind zwei Berechnungen gemacht mit Hilfe den Berechnung vom genannten Internetseite. Die erste Berechnung für den Original Kessel und der zweiten Berechnung für den veränderte Kessel. Die Änderung besteht daraus die drei Überhitzter Flammrohren zu Sperrung und das ist in der Berechnung durch die "Number of tubes" Angegeben. Diese Blockierung ist es nicht nur die Kupfer-Überhitzter Elemente für durchbrennen zu schützen sondern auch um die Rauchgasgeschwindigkeit durch den Röhren zu erhöhen so dass Ruß durch sie starke Absaugung nicht zur Verstopfung leiten wird.

Es zeigt sich deutlich, dass die Verhältnisse durch die Anpassung besser in der Nähe der idealen Werten kommen:

Ee-Wert bleibt unverändert und ist etwas höher als für ideal angesehen. Ein höherer Wert zeigt an, dass der Rostflache zu klein ist im Verhältnis zum Zylinder Volumen, ein weißglühenden Feuer muss deshalber angehalten werden. Was dann zu einem verbrannten oder durch Schlack Bildung verstopften Rost führen kann.

Eb-Wert verbesserte sich nach dem Schließen der drei Überhitzer Flammrohren, aber es bleibt zu niedrig. Dieser niedrige Wert zeigt an, dass der Kessel einen guten Dampferzeuger ist, aber das Feuer muss hart gezogen werden und das führt zu Schlack Bildung und Anheben der Kohle.

Der Eo-Wert ist niedrig, aber Innerhalb der angegebenen Werte. Ein niedriger Wert ist aufgrund des geringen Dampfverbrauch in Bezug auf den Kessel Dampfleistung und dies resultiert in regelmäßiger Öffnung des Sicherheitsventils. Basierend auf die Erfahrungen die ich mit dieser Lok habe kann ich bestätigen, dass die Heizen und Fahren nur gut geht mit einem weiß-heißes Feuer in einem gut geladenen Feuerbuchse.

Heizen und Fahren erfordern ständige Konzentration, die Wiederherstellung der Dampfdruck im Kessel und ein gutes Feuer ist eine ziemliche Herausforderung wegen der kleine Feuerbuchse. Im Vergleich mit anderen Echtdampf Modell Dampflokomotiven ist die Virginia sehr empfindlich beim Heizen.

De tweede aanpassing aan de ketel is het aanbrengen van een vuurbrug in de vuurkist, in de tekening hiernaast aangegeven met de letters "F". Dergelijke vuurbruggen zijn in het grootbedrijf in alle ketels terug te vinden, ze zorgen voor een betere  verbranding van de kolen omdat de verbrandingsgassen een langere weg moeten doorlopen in de vuurkist, en beschermen de vlampijpen van te hoge temperaturen. Voor de Virginia zorgt deze vuurbrug ervoor dat er geen as en stukjes onverbrande kool de vlampijpen ingetrokken kan worden om op deze manier de vlampijpen open te houden en de rookkast as vrij. De foto's laten zien hoe het een en ander uitgevoerd is. Als materiaal is 2mm dik roestvast staal gekozen en na een jaar gebruikt te zijn geweest zijn er geen tekenen dat het materiaal verbrand.

The second change on the boiler is adding a fire arch in the firebox, in the drawing to the left designated by "F". These arches are also fitted in all locomotives boilers to assist in complete burning of the coal because the burned gasses have to travel longer in the firebox, and they protect the flues against hot gasses. In the Virginia this arch prevents unburned coal and ashes from entering the flues and by doing so reduce the risk of chocked fluepipes. For dimensions please look at the picture. The arch is made out of stainless steel of 2mm wall thickness, it survived already one year of steaming and no signs are found that it will collapse from the heat.

Die zweite Änderung am Kessel ist die Einbau eine Feuerschirm im Feuerbuchse, in der Zeichnung links mit "F" bezeichnet. Solche schirmen sind in alle Lokomotivkessel verwendet um eine vollständige Verbrennung der Kohle zu unterstützen weil die Verbrennungsgase eine längere Zeit verbringen im Feuerbuchse, auch werden die Flammrohren geschützt gegen die heiße Gase. In der Virginia Verhindert dieser Brücken nicht verbrannte Kohle und Asche ein zu treten in die Flammrohren und somit wird das Risiko vom versperren verkleinert. Für die Dimensionen bitte sehe das Bild an die linke Seite. Das Feuerschirm ist aus Edelstahl angefertigt mit einer Wandstärke von 2mm und ist schon einem Jahr in Gebrauch ohne Spuren vom zusammenbrechen.

 

Of de aanpassingen de juiste zijn geweest, of dat er nog plaats is voor verbeteringen weet ik niet. Wat ik wel weet en ervaren heb is dat de vlampijpen ook na lange ritten vrij blijven en dat er weinig as in de rookkast komt. De rijtijden worden nu niet meer gelimiteerd door geblokkeerde vlampijpen waardoor de stoomvorming flink afneemt, maar meer door lichamelijke klachten van de machinist.

The question remains if these changes are the correct ones, or if other options would be a better choice. What I do know is that the flues stay open even after a long period of driving and little ashes can be found in the smoke box. The ride durations are not limited by the chocked flues and following steam shortage, but limited by physical complaints of the driver himself.

Bleibt die Frage ob die gewählte Lösungen die richtige gewesen sind, und ob es vielleicht bessere Lösungen zu finden sind. Was ich aber bemerkte ist dass die Flammrohren nicht gesperrt werden ,auch bei längerem Dampf Zeiten, und es wenig Ashe im Rauchkammer zu finden ist. Die Fahrzeiten werden jetzt nicht mehr limitiert durch gesperrte Flammrohren die der Dampfentwicklung erheblich negativ beeinflusst sondern durch körperliche Problemen für den Lokführer.