پلاگین همجوشی یک استوانه رزوه دار از فلز، معمولاً برنز ، برنج یا فلز تفنگی است که یک سوراخ مخروطی کاملاً در طول آن حفر شده است. این سوراخ با یک فلز با نقطه ذوب پایین مهر و موم شده است که در صورت رسیدن به دمای بالا از پیش تعیین شده از بین می رود. استفاده اولیه از دوشاخه همجوشی به عنوان یک اقدام احتیاطی ایمنی در برابر سطح آب پایین در دیگ های بخار موتور بخار بود ، اما کاربردهای بعدی استفاده از آن را به سایر مخازن بسته مانند سیستم های تهویه مطبوع و مخازن برای انتقال گازهای خورنده یا مایع نفت گسترش داد .
یک دوشاخه همجوشی به عنوان یک سوپاپ اطمینان عمل می کند زمانی که دمای خطرناک، به جای فشار خطرناک، در یک ظرف بسته به دست می آید. در دیگهای بخار، دوشاخه همجوشی به صفحه تاج (صفحه بالایی) جعبه آتش پیچ می‌شود ، که معمولاً حدود 1 اینچ (25 میلی‌متر) در فضای آب بالای آن امتداد می‌یابد. هدف آن این است که در مواقعی که سطح آب به طور خطرناکی پایین می‌آید، به‌عنوان آخرین راه‌حل ایمنی عمل کند: هنگامی که قسمت بالای دوشاخه از آب خارج می‌شود، بیش از حد گرم می‌شود، هسته با نقطه ذوب پایین ذوب می‌شود و نویز ایجاد می‌شود. انتشار بخار به داخل جعبه آتش نشانی برای هشدار دادن به اپراتورها از خطر قبل از خشک شدن کامل بالای جعبه آتش است که می تواند منجر به خرابی فاجعه بار دیگ شود. دمای گازهای دودکش در یک محفظه بخاری موتور بخار می تواند به 1000 درجه فارنهایت (538 درجه سانتیگراد) برسد، در این دما مس ، که از لحاظ تاریخی اکثر جعبه های آتش نشانی از آن ساخته شده اند، نرم می شود و به حالتی تبدیل می شود که دیگر نمی تواند فشار دیگ بخار را حفظ کند و به شدت می رسد. اگر آب به سرعت داخل دیگ ریخته نشود و آتش حذف یا خاموش شود، انفجار رخ می دهد. [1] سوراخ از طریق پلاگین بسیار کوچک است تا تأثیر زیادی در کاهش فشار بخار داشته باشد و انتظار نمی رود مقدار کمی آبی که از آن عبور می کند تأثیر زیادی در خاموش کردن آتش داشته باشد. [2]
این دستگاه در سال 1803 توسط ریچارد ترویتیک ، طرفدار موتورهای بخار پرفشار (بر خلاف اتمسفر ) در نتیجه انفجار در یکی از دیگهای بخار جدیدش اختراع شد . مخالفان او مشتاق بودند که کل مفهوم بخار پرفشار را تقبیح کنند، اما ترویتیک ثابت کرد که این حادثه به این دلیل اتفاق افتاده است که آتش نشان او از پر آب نگه داشتن دیگ بخار غفلت کرده است. او برای مقابله با این انتقادات، اختراع خود را به طور گسترده، بدون ثبت اختراع، منتشر کرد. [3] [4]
آزمایش‌هایی که در دهه 1830 توسط مؤسسه فرانکلین ، بوستون انجام شد، در ابتدا در مورد اضافه کردن آب به محض مشاهده خروج بخار از طریق دستگاه تردید ایجاد کرد. یک دیگ بخار با یک پنجره مشاهده کوچک شیشه ای نصب شده بود و بیش از دمای کارکرد معمولی خود با سطح آب زیر بالای جعبه آتش گرم می شد. هنگامی که آب به آن اضافه شد، مشخص شد که فشار به طور ناگهانی افزایش یافته و شیشه مشاهده شکسته شد. این گزارش نتیجه گرفت که دمای بالای فلز آب اضافه شده را خیلی سریع تبخیر کرده است و انفجار نتیجه اجتناب ناپذیر است. [5]
در سال 1852 بود که این فرض به چالش کشیده شد: توماس ردموند، یکی از بازرسان مؤسسه، به طور خاص این نظریه را در تحقیقات خود در مورد انفجار دیگ بخار در کشتی بخار Redstone در رودخانه اوهایو در 3 آوریل همان سال رد کرد. [6] یک تحقیق در سال 1907 در ولز به نتیجه مشابهی رسید: یک لوکوموتیو بخار متعلق به راه‌آهن Rhymney به طور ناخواسته با سوپاپ‌های ایمنی آن که اشتباه مونتاژ شده بود به بیرون فرستاده شد. فشار در دیگ بخار تا حدی افزایش می یابد که انژکتورها از کار می افتند. ورق تاج باز شد، در اثر حرارت آتش ضعیف شد و به شدت از هم جدا شد. تحقیقات به رهبری سرهنگ درویت از بازرسی راه آهن ، این نظریه را رد کرد که موتورها موفق به راه اندازی انژکتورها شده اند و سیل ناگهانی آب سرد باعث تولید چنان بخار شده که دیگ بخار می ترکد. او نتایج آزمایشات انجمن کاربران بخار منچستر ، یک سازمان ملی گواهینامه و بیمه دیگ بخار را نقل کرد که ثابت کرد وزن مس موجود (با توجه به گرمای ویژه آن ) برای تولید بخار کافی برای بالا بردن فشار دیگ کافی نیست. . در واقع، اضافه کردن آب سرد باعث کاهش فشار شد. از آن به بعد پذیرفته شد که اقدام صحیح در صورت کارکرد دوشاخه همجوشی اضافه کردن آب است. [7]
.jpg/1280px-'National'_fusible_plug,_section_(Army_Service_Corps_Training,_Mechanical_Transport,_1911).jpg){kind=spacer}
دوشاخه جامد ساده با یک آلیاژ با نقطه ذوب پایین پر شده است. هنگامی که این ذوب می شود، ابتدا به عنوان یک کانال باریک از طریق دوشاخه ذوب می شود. بخار و آب بلافاصله از این طریق شروع به خروج می کنند. از آنجایی که آب حداکثر دمای 210 درجه سانتیگراد خواهد داشت، [8] کمتر از نقطه ذوب قلع 230 درجه سانتیگراد، این جت آب ممکن است برای یخ زدن دوشاخه عمل کند. در حالی که آب همچنان از دوشاخه خارج می شود، دوشاخه ممکن است به طور کامل ذوب نشود و بنابراین فقط یک جت بخار جزئی مشاهده می شود که ممکن است نادیده گرفته شود.
برای جلوگیری از این امر، دوشاخه همجوشی هسته‌ای در دهه 1860 ساخته شد تا به محض نرم شدن آلیاژ، باز شود. این دارای یک مرکز برنج یا برنز جامد است که توسط یک لایه ضخیم از آلیاژ با نقطه ذوب پایین در جای خود لحیم شده است. هنگامی که بیش از حد گرم می شود، دوشاخه هیچ بخار یا آب آزاد نمی کند تا زمانی که آلیاژ به اندازه کافی ذوب شود تا فیش مرکزی آزاد شود. دوشاخه اکنون به طور چشمگیری از کار می افتد و تمام سوراخ آن بلافاصله باز می شود. این جت تمام سوراخ پس از آن بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. [9]
یک اشکال در دستگاه در 7 مارس 1948 یافت شد، زمانی که صفحه تاج جعبه آتش نشانی پرنسس الکساندرا ، تاج گذاری اقیانوس آرام از راه آهن لندن، میدلند و اسکاتلند ، هنگام حمل قطار مسافربری از گلاسکو به لندن از کار افتاد. بررسی‌ها نشان داد که هر دو گیج آب معیوب بودند و در سفری که در همان روز انجام می‌شد، یکی یا هر دو شاخه‌های همجوشی ذوب می‌شدند، اما این موضوع به دلیل باد شدیدی که بخار خروجی را از آنها دور می‌کرد، مورد توجه خدمه موتور قرار نگرفت. [10]
بررسی اهمیت آلیاژ در پیری پلاگین را نشان داد. آلیاژها در ابتدا مورد علاقه بودند زیرا نقطه ذوب یوتکتیک کمتری نسبت به فلزات خالص داشتند . اگرچه مشخص شد که آلیاژها دیر پیر می شوند و می توانند توسعه یک ماتریس از اکسیدها را در سطح آب پلاگین تشویق کنند، این ماتریس دارای نقطه ذوب بسیار خطرناکی است که باعث می شود پلاگ غیر قابل کار باشد. در سال 1888، سرویس بازرسی قایق های بخار ایالات متحده الزامی را ایجاد کرد که شمع ها باید از قلع خالص ساخته شده و سالانه جایگزین شوند. [11] [12] این امر از آلودگی سرب و روی جلوگیری کرد . آلودگی روی به عنوان یک مشکل جدی در نظر گرفته شد که برای جلوگیری از خطر مهاجرت روی از محفظه به آلیاژ، بدنه شمع ها نیز از برنج (یک آلیاژ مس- روی) به یک برنز مس-قلع بدون روی تغییر یافت. پلاگین [11]
در تحقیقات دهه 1920 توسط اداره استاندارد ایالات متحده ، در ارتباط با سرویس بازرسی قایق بخار، مشخص شد که در هنگام استفاده ، پوشش و اکسیداسیون بالای هسته همجوشی می تواند نقطه ذوب دستگاه را افزایش داده و از کارکرد آن در صورت نیاز جلوگیری کند: نقاط ذوب بیش از حد. 2000 درجه فارنهایت (1090 درجه سانتیگراد) در نمونه های استفاده شده یافت شده است. [11] روش معمول فعلی در لکوموتیوها مستلزم بازرسی دوشاخه های جدید پس از "15 تا 30 روز کاری (بسته به وضعیت آب و استفاده از لوکوموتیو) یا حداقل هر شش ماه یک بار" بسته به فشار و دمای کار دیگ است. [13]
اصل دوشاخه همجوشی برای حمل و نقل گازهای نفتی مایع نیز اعمال می شود ، جایی که شمع های همجوشی (یا تکه های کوچک و در معرض غشای پوشش ظروف) طوری طراحی شده اند که در صورت رسیدن به دمای خیلی بالا ذوب یا متخلخل شوند: رهاسازی، در دمای معمولی 250 درجه فارنهایت (121 درجه سانتیگراد)، به رهاسازی مواد منفجره (" BLEVE ") در دمای بالاتر ترجیح داده می شود. [14] ظروف گاز خورنده، مانند آنهایی که برای کلر مایع استفاده می شوند ، دارای یک یا چند شاخه قابل ذوب با دمای کاری حدود 158 تا 165 درجه فارنهایت (70 تا 74 درجه سانتیگراد) هستند. [15]
شاخه های همجوشی در چرخ های هواپیما، معمولاً در هواپیماهای بزرگتر یا با کارایی بالا، رایج هستند. بارهای حرارتی بسیار بزرگی که توسط شرایط فرود و ترمز غیرعادی تحمیل می‌شود (مانند تیک آف با سرعت بالا ، که در آن یک هواپیمای سنگین با سوخت باید از سرعت بسیار بالا تا توقف در فاصله نسبتاً کوتاهی به شدت ترمز کند) می‌تواند باعث افزایش از قبل شود. فشار در لاستیک ها به حدی افزایش می یابد که ممکن است لاستیک ترکیده شود، بنابراین از شاخه های همجوشی به عنوان مکانیزم تسکین استفاده می شود. گاز تخلیه شده ممکن است برای خنک کردن سطوح ترمز هدایت شود. [16]
گاهی اوقات به منظور احتیاط در برابر اشتعال هر گونه بخار روغن روانکاری که ممکن است وجود داشته باشد، شاخه های قابل ذوب به گیرنده های کمپرسورهای هوا تعبیه می شوند. اگر عمل کمپرسور هوا را بالاتر از دمای مطمئن گرم کند، هسته ذوب شده و فشار را آزاد می کند. [17]
سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو معمولاً با دوشاخه‌های قابل ذوب تعبیه می‌شدند که در دمای 100 تا 110 درجه سانتیگراد (212 تا 230 درجه فارنهایت) کار می‌کردند، اما به دلیل نگرانی‌ها در مورد اثرات زیست‌محیطی هر گاز مبرد آزاد شده ، این عملکرد توسط یک کلید الکتریکی به عهده گرفته شده است. [18]
یک نوع گاوصندوق نسوز ثبت شده (اختراع منتشر شده در سال 1867) از یک دوشاخه قابل ذوب استفاده می کند تا در صورت بالا رفتن دمای بیرونی، محتویات آن را با آب خیس کند. [19] [20]
دوشاخه های قابل ذوب ایمنی راکتورهای توریم فلوراید مایع را با جلوگیری از گرم شدن بیش از حد راکتور افزایش می دهند. در صورت رسیدن به دمای حد مجاز، یک دوشاخه قابل ذوب که در پایین راکتور قرار داده شده است ذوب می شود و به سوخت راکتور سیال اجازه می دهد تا به مخازن ذخیره سازی زیرزمینی تخلیه شود و از ذوب هسته ای جلوگیری کند . [21]
... نیاز به آب تنها [تا آنجایی که] ممکن است فلز گرم شده و در نتیجه ضعیف شود، کمک می کند. که در هیچ موردی از آب روی قسمت گرم شده دیگ بخار نمی توان آنقدر ناگهانی بخار تولید کرد که دیگ منفجر شود...