機関車のブラストパイプの図式
ブラストパイプ (a) は排気蒸気をスモークボックス (b) に向ける
蒸気は火室 (c) から蒸気を引きずり出して通気をつくり
これにより煙が煙突から出る速度が上がる。
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Blastpipe - Wikipedia
原文には書いてありませんが、ブラストパイプは ベンチュリ効果を利用したものと思われます。 ヨーロッパではベンチュリ効果は古くから使用されており、 カタロニア炉のコンプレッサーの役目をするトロンプもベンチュリ効果を利用しています。 もっともトロンプの場合は高速に動く流体は水で、ブラストパイプの場合は蒸気です。 (塊鉄炉を参照。カタロニア炉は 8 世紀からあります。)
プラストパイプは蒸気機関車の排気システムの一部で、シリンダーから排気蒸気を煙突の下のスモークボックスに排出して、 火室の通気を増大するものである。
火室の通気をよくする方法として排蒸気を煙突の中で上向きに排出することを、誰が最初に発見したかに関しては少々議論がある。 最初の蒸気機関車 -- リチャード・トレビシックが建造したもの -- のシリンダーからの排気は煙突の中で上方に排出され、 トレビシックはその時、これが火室の通気を増加する効果があることを注意している。 ワイラムでは、ティモシー・ハックワースも彼の最初の機関車でブラストパイプを使用した。 これがトレビシックのデザインとは独立な発明か、コピーであるかは不明である。 ハックワースがした少し後に、ジョージ・スチーブンソンも同じ方法を採用し、 再びこれも他の技術者とは独立な発明か、コピーであるかは不明である。
当時の機関車は一基の煙道ボイラー (flue boiler) か一基の復帰煙道ボイラー (return flue boiler) のいずれかで、火床の鉄格子が煙道の一方の端にあった。 このデザインのボイラーでは収縮穴 (contracted orifice) によるブラストパイプからの爆風は強すぎて。 燃えているものを持ち上げ、完全に燃焼していない燃料を煙突から吐き出した。 中央に位置する複数チューブのボイラー 【訳注：煙管ボイラーのこと】 が開発されるまでは、収縮穴によるブラストパイプが標準となることはなかった。 複数チューブのボイラーとブラストパイプの組み合わせが 1829 年のレインヒルにおいて ロケット が高性能であった主な理由であると、しばしば指摘されている。
ブラストパイプの力が発見されてから、まもなくして、 煙突の下にスモークボックス (煙室) が必要なことが明白となり、 これによりボイラーのチューブから排出される排ガスが蒸気と混じる空間が与えられる。 これには追加の利点があり、煙管から引きずり出される灰を通気により集めることができるようになる。 蒸気が排出されるブラストパイプは煙突の真下のスモークボックスの底部に搭載される。
ブラストパイプは大まかには自己制御している： シリンダーによる蒸気の消費率が増大すれば、通気が増大し、これにより火室の温度が上昇する。 現代的な機関車にはブロウアー (送風機、blower) も装備されている。 この装置は蒸気をシリンダーを通さずに直接スモークボックスに排出する。 このような 1 つの実例に加減弁 (regulator) が突然停止したり、 列車がトンネルを通過する場合がある。 もしも単線のトンネルの換気が貧弱であれば、 機関車が高速で侵入するとトンネルの空気が急激に圧縮される。 この圧縮された空気は大きな力で煙突から侵入する。 火室の扉がその時点で開放状態であると極めて危険なことになる。 この理由から、このような状況が起きれば、ブロウアーが有効化され圧縮効果に対抗する。
スモークボックスのデザインの基本原理は 1908 年まで進展がなかった。 1908 年に蒸気生成の最初の包括的な検討がパデュー大学 (Purdue University) の W.F.M. ゴス (Goss) により実施された。 この原理はグレート・ウェスタン鉄道でチャーチワード (Churchward) により採用された。 後の発展はいわゆるジャンパー・トップ・ブラストパイプ (jumper-top blastpipe) があり、これは効率を最大にするために異なる蒸気の比率でブラストパイプの領域を制御するものであった。
ブラストパイプを変更する目的はピストンからの圧力が最小の時に、 スモークボックスの真空を最大にすることであった。 もっとも単純な変更は 2 基のブラストパイプによる 2 重の煙道であったが、 多くの他の配置も試みられた。 蒸気時代の終わりにかけて Kychap 排気システムは人気があり、 Nigel Gresley のマラード (Mallard) で使用された。 他のデザインにはギースル (Giesl), ルメトル (Lemaître), ランポール (Lempor) がある。
