Пара двигатель является формой парового двигателя используется для легких локомотивов. [1] Они представляли собой одну из последних разработок паровоза в последние десятилетия широкого использования энергии пара.
Принципы
Принцип парового двигателя заключается в использовании разработок высокоскоростной паровой машины и их применении в легких локомотивах. Вместо большого обычного локомотива, имеющего только два [i] цилиндра, вращающихся со скоростью ведущих колес, паровой двигатель использует несколько маленьких цилиндров, предназначенных для работы на высоких скоростях. При прочих равных условиях удвоение скорости поршневого двигателя увеличивает его мощность вдвое. Паровой двигатель позволял использовать небольшие легкие двигатели. Поскольку многие потери производительности двигателя остаются постоянными или также связаны с его объемом, эти небольшие двигатели также могли бы быть более эффективными в целом.
Важные особенности
Все паровые двигатели имели следующие характеристики:
- Маленький размер
Двигатели были стандартного размера, согласно продуктовой линейке производителя. Там, где требовалась большая мощность, использовалось несколько двигателей, по одному на ось или тележку .
- Замкнутая смазка коленчатого вала
Коленчатый вал и часто клапанный механизм , были заключен в картере , который содержал масляный поддон. Это обеспечило обильную смазку, а также исключило загрязнение.
- Привод с редуктором
Это обеспечивает высокую частоту вращения коленчатого вала, повышая эффективность. [1] Хотя не все паровозы с редуктором использовали это, особенно конструкции США, такие как Shay и Climax , это была неотъемлемая часть концепции парового двигателя.
Окончательный диск ранних локомотивов сторожевых по цепочке . В более поздних конструкциях, особенно в конструкции Эбнера Добла, предпочтение отдавалось прямозубым цилиндрам . Зубчатые передачи требовали, чтобы паровой двигатель был установлен низко рядом с осью.
Дополнительные возможности
Другие полезные характеристики обычно обнаруживались, но не были существенными.
- Усовершенствованный клапанный механизм
Обычно это были тарельчатые клапаны с приводом от распредвалов . В паровых двигателях, созданных Sentinel, двигатель был заимствован из их уже усовершенствованной конструкции парового вагона.
- Малые ведущие колеса
В обычном паровозе «передаточное число» определяется размером ведущих колес. Поскольку паровой двигатель использует редукторный привод, размер колеса может быть уменьшен. Это делает шасси более легким и компактным, в частности, за счет снижения неподрессоренной массы больших колес. Маленькие колеса также позволяют устанавливать двигатель на тележке в пассажирском вагоне , чтобы сформировать железнодорожный вагон , а не большие колеса, которые имеют размер локомотива.
Преимущества
Эти особенности дают преимущества:
- Более высокая эффективность
В основном это связано с высокой скоростью двигателей и понижающей передачей, а также с другими их передовыми конструктивными особенностями.
- Сниженное обслуживание
Использование смазки в масляной ванне сокращает время, затрачиваемое на ежедневную смазку .
- Сниженное обслуживание
Использование смазки в масляной ванне снижает скорость износа, тем самым уменьшая потребность в периодическом обслуживании. В основном это связано с отсутствием грязи, а также с обильной и надежной смазкой. Хотя другие системы масляной ванны на паровозах, такие как клапанный механизм Bulleid с цепным приводом , приобрели плохую репутацию в плане надежности, в основном это было связано с трудностью герметизации такого большого контейнера. В случае парового двигателя только относительно небольшой картер двигателя представлял собой герметичную коробку.
- Более простое обслуживание
При необходимости обслуживание включает более мелкие компоненты. С ними легче работать, требуются менее специализированные подъемные механизмы. Двигатель также можно легко снять целиком для технического обслуживания либо на сарае, либо путем возврата производителю. Это также позволяет быстрее вернуть транспортное средство в эксплуатацию за счет замены моторных блоков.
- Низкая стоимость изготовления
Компоненты производятся в больших объемах, поскольку многие конструкции локомотивов могут быть построены на основе стандартных конструкций двигателей. Оборудование, необходимое для производства паровых двигателей, также меньше по размеру, поэтому менее специализировано и дешевле.
- Уменьшенный удар молота
Более плавный привод мотор-редуктора и его несколько цилиндров уменьшили динамический эффект хода отдельных цилиндров. [1]
- Артикуляция
При использовании нескольких двигателей нет необходимости в одной большой раме для перевозки всех ведущих колес. Это было привлекательной особенностью колумбийских локомотивов , где на гибком шасси был предусмотрен мощный локомотив.
Поскольку ведущие колеса были небольшими и шарнирно сочлененными, не было необходимости в отдельных несущих осях. Все колеса могли приводиться в движение, так что весь вес локомотива мог использоваться для сцепления.
Разработка
Завод Ганц, Венгрия
Между 1901 и 1908 годами будапештский завод Ganz и парижский де Дион-Бутон совместно построили ряд железнодорожных вагонов для Венгерских государственных железных дорог вместе с установками с котлами de Dion-Bouton, паровыми двигателями и оборудованием Ganz, а также вагонами Raba, построенными Венгерский вагонно-машинный завод Raba в Дьёре. В 1908 году Borzsavölgyi Gazdasági Vasút (BGV), узкоколейная железная дорога в Карпатской Руси (сегодняшняя Украина), приобрела пять железнодорожных вагонов у Ганца и четыре вагона у Венгерского Королевского государственного железнодорожного машиностроительного завода с котлами de Dion-Bouton. Компания Ganz начала экспорт паровозов в Великобританию, Италию, Канаду, Японию, Россию и Болгарию. [2] [3] [4]
Пэджет локомотив
Первый множество цилиндры локомотив , чтобы продемонстрировать некоторые из принципов парового двигателя был Мидленд железной дорогой «с Педжетом локомотив 1907 года [5] Это был один из многих попыток построить сбалансированный локомотив, таким образом избегая проблемы удара молотка . [6] Он также следовал современной передовой практике стационарных двигателей с использованием цилиндров одностороннего действия . Локомотив по-разному описывался как вдохновленный или фактически использующий конструкцию двигателя Вилланса, который представлял собой вершину конструкции паровых двигателей того времени. Фактически, поворотные клапаны, используемые для локомотива, полностью отличались от характерного центрального стержня клапана Willans, хотя оба они использовали стволовые поршни одностороннего действия . Использовались восемь цилиндров: два приводили передний мост из трех ведущих мостов, четыре - средний мост и два - задний мост. Все три оси были соединены внешними соединительными тягами . Центральная ось была сложной ковкой, как четырехходовая внутренняя ось кривошипа, хотя и следовала традиционной практике Стивенсона. Чтобы обеспечить дополнительное пространство для цилиндров, локомотив был обрамлен снаружи .
Существенное различие между Paget и паровозом заключается в том, что клапанный механизм Paget приводился в движение централизованно, причем каждый клапан цилиндра приводился в движение валами-редукторами от одного промежуточного вала, который, в свою очередь, приводился в движение соединительными тягами.
Хотя локомотив достиг своей цели - избежать вибрации и ударов молота, а его новый котел и топка из огнеупорного кирпича также были простыми и надежными, это не считалось общим успехом. Поворотный клапан потребляет больше энергии для привода, чем обычная конструкция, и страдает от проблем с тепловым расширением. После механического отказа клапанного механизма, который заклинил и заблокировал магистраль на несколько часов, локомотив был снят, а затем списан.
Страж
Первые локомотивы, спроектированные на основе концепции полного парового двигателя, были созданы компанией Sentinel . В 1922 году были выдвинуты два отдельных проекта паровых двигателей на базе Sentinel. Первым, в мае 1922 года, была собственная концепция Sentinel для легкого парового рельсового двигателя, основанная на их паровом вагонном котле и двигателе. [7] По этой схеме не было построено рельсовых двигателей, хотя пара подобных «рельсовых грузовиков» позже была построена для экспорта в Индию. [8]
В том же году Кирл Уилланс [ii] [9] предположил, что изношенный традиционный локомотив, Manning-Wardle по имени Ancoats , может быть перестроен с котлом и двигателем парового фургона Sentinel в рамах локомотива, соединенных между собой роликовый цепной привод. [10] Это был первый паровоз и первый образец парового двигателя для железнодорожного транспорта, построенный компанией Sentinel. Хотя компания Sentinel стала известна своими локомотивами с зубчатым приводом, продолжалось производство других примеров этого преобразования старого локомотива с соединительной тягой; [11] два экземпляра сохранились, хотя и были заброшены, в Музее железа в Коулбрукдейле .
Первый локомотив новой конструкции Sentinel, № 5156, был построен в июле 1923 года. [12] Как и в конструкции рельсового двигателя, в нем использовался недавно разработанный двигатель вагона Super-Sentinel , расположенный горизонтально между шпангоутами. [13] Это было 750 мм ( 2 фута 5++1 / 2 в) Манометр, создать прецедент для Стража строительства локомотивов по целому рядудатчиковпутем простого изменения осей и подшипников в стандартном шасси. Используемый котел также представлял собой новый образец Super-Sentinel на 230 фунтов на квадратный дюйм со«спиральной» топкой.
Серийные Sentinels добились более доступной компоновки, установив двигатели вертикально. Меньшая конструкция «сбалансированного двигателя» [iii] имела котел и двигатель на противоположных концах рам, с низким кузовом над баком для воды, приподнятой кабиной и небольшим цилиндрическим кожухом над двигателем. [iv] [14] Более знакомым типом был более поздний «Центральный двигатель» [15] , в котором двигатель располагался по центру внутри большой коробчатой кабины. [16] [17] Эти двигатели CE были позже увеличены в мощности за счет небольшого увеличения котла и повышения давления в котле до 275 фунтов на квадратный дюйм. Это увеличило их мощность с первоначальных 80 л.с. локомотивов BE до 100 л.с. [16] Все эти локомотивы имели колесную формулу 0-4-0T , причем обе оси приводились в движение цепями от одного двигателя. Чтобы обеспечить большую мощность, Sentinel запатентовал концепцию использования нескольких идентичных паровых двигателей, каждый из которых приводит в движение одну ось. [18] Это были локомотивы «Двойной двигатель» мощностью 200 л.с. Котел был расширен снова и был установлен необычно с двумя трубами, по одному для конусного устройства каждого двигателя. [19]
Передаточное число главной передачи зависело от рынка и ожидаемой работы локомотива. Они варьировались от 6: 1 до 1: 1. [20] Оригинальный паровоз с двигателем того же размера мог нести нагрузку около 15 тонн. Железнодорожный локомотив может развивать тяговое усилие в 123 000 фунтов силы и тянуть груз для медленной маневровой работы в 650 тонн. Типичные маневровые нагрузки составляли около 350 тонн при скорости 5 миль в час на ровной сортировочной станции , что равно весу типичного товарного поезда. [20]
К 1925 году вертикальное расположение двигателя было использовано для улучшения паровых каналов и доступа для обслуживания. В двигателе Super-Sentinel использовались два распределительных вала: впускной и выпускной, которые располагались рядом с коленчатым валом в картере и управляли тарельчатыми клапанами с помощью длинных толкателей. В оригинальном фургонном двигателе все четыре клапана были установлены на дальнем конце цилиндра от коленчатого вала, что требовало длинных узких каналов к другому концу цилиндра. В локомотивах легко доступный вертикальный двигатель позволял перемещать пару этих клапанов к нижнему концу цилиндра, создавая короткий, эффективный порт с меньшим «мертвым пространством». [21] Картер двигателя вместе с направляющей ствола крейцкопфа был закрыт и снабжен смазкой разбрызгиванием масла. Между сальником поршневого штока цилиндра и другим сальником в картере осталась открытая небольшая камера статического давления. Это позволяло выпускать пар, который просочился через уплотнения, в атмосферу, а не конденсироваться внутри картера. [19]
Вагоны
Внимательно следя за развитием своих локомотивов, Sentinel также производила паровые вагоны. Они были удобны для железных дорог легкой конструкции, поскольку были намного легче обычных поездов с локомотивом. Даже по сравнению с более ранними паровыми рельсовыми двигателями, такими как образцы GWR с вертикальным котлом, конструкция Sentinel, состоящая из легкого водотрубного котла и парового двигателя с редуктором меньшего размера, была все же легче. К этому времени появились бензиновые цистерны и рельсовые автобусы, хотя они были ограничены по мощности, а значит, и по весу, размеру и грузоподъемности. Основным рынком сбыта железнодорожных вагонов для Sentinel был экспорт, хотя LNER также эксплуатировала некоторые из них. [22]
Doble
Принцип парового двигателя во многом обязан работе и пропаганде Абнера Добла , вдохновленного его более ранней работой над паровыми автомобилями . Позже он работал на Henschel из Германии, который строил грузовики, автобусы, железнодорожные вагоны и даже локомотивы, используя принцип парового двигателя. [23] [24] [25]
Doble также разработан для Sentinel , в частности, для разработки передовых конструкций котлов. [25]
Другие примеры
Франция
- 221TQ
Переоборудован из тепловоза- цистерны 230 класса 4-6-0Т в 4-4-2Т , с продольным паровым двигателем V12, приводящим в движение две ведомые оси через карданный вал. [1] Это не соответствовало обычной практике паровых двигателей, поскольку весь привод от многих цилиндров по-прежнему был объединен в один вал, хотя все еще использовалась концепция малых цилиндров и понижающей передачи. Локомотив, по-видимому, был неудовлетворительным, возможно, потому, что вес двигателя теперь превышал ведущие несущие колеса, что снизило адгезионный вес машинистов до половины от общего веса локомотива. [1]
- 232.P.1
Обтекаемый пассажирский экспресс-локомотив 4-6-4, работающий на котле высокого давления . Каждая из трех ведомых осей имела пару трехцилиндровых прямоточных паровых двигателей двустороннего действия , что давало в общей сложности 18 цилиндров. [26]
Швейцария
- Локомотив высокого давления
Тепловоз высокого давления 2-6-2 образца 1927 года конструкции Бучли . В нем использовался трехцилиндровый двигатель для привода колес через редуктор 1: 2,5, а затем обычные соединительные тяги . Этот мотор имел тарельчатые клапаны и прямоточный впуск . [27]
Германия
- Любек-Бюхенер Айзенбан
Любек-Buchener Eisenbahn заказал железнодорожные вагоны из Henschel по чертежам Авенир Doble. [23] Подобные вагоны также были построены для Deutsche Reichsbahn . [23] [24] В 1936–1937 годах за ними последовал локомотив 2-6-4Т с тремя V-образными паровыми двигателями. [28]
- V19.1001
Немецкий модернизированный пассажирский экспресс-локомотив В19.1001 конца 1930-х годов. [1] Этот локомотив 2-8-2 или 1'Do1 ( МСЖД ) имел четыре паровых двигателя V-twin , по одному на каждой оси.
Египет
- Паровоз 1938 г.
Это был 2-4-2 с внешней рамой, с двумя паровыми двигателями Sentinel, каждый по 200 л.с. Что необычно для Sentinel, здесь использовался обычный локомотивный котел . [29]
В 1951 году Египетские национальные железные дороги купили несколько последних паровых вагонов Sentinel, построенных Metropolitan-Cammell с силовыми тележками Sentinel. Это были десять граблей с тремя тележками, шарнирно соединенные с четырьмя тележками Jakobs . Один из них сохранился в Англии сегодня Железнодорожным обществом Квинтона в Железнодорожном центре Бакингемшира , Англия . [30]
Южная Америка
Компания Sentinel построила несколько локомотивов метровой колеи для Аргентины, Колумбии, а также Бельгии.
Первые из них были в 1931 году для железной дороги Буэнос-Айрес-Мидленд . На железной дороге уже использовались железнодорожные вагоны Sentinel, аналогичные образцу LNER, но для этого требовался больший многоканальный блок. Два из них были построены как четырехместные грабли: локомотив на базе предыдущего вагонного шасси и три прицепных вагона. В локомотиве BB использовались две четырехколесные тележки, каждая из которых приводилась в движение шестицилиндровым двигателем на базе вагона, общей мощностью 250 л.с. [31] Котел был относительно высоким давлением, хотя и типичным для Sentinel, с использованием водотрубного котла Woolnough на 300 фунтов на квадратный дюйм.
Одним из самых известных локомотивов Sentinel был «Колумбийский», созданный по проекту Абнера Добла. Они были построены партией из четырех штук, первая из которых была продана Бельгии в 1934 году, а три - для Société National des Chemins de Fer en Colombe . [32] [25] По крайней мере, один из колумбийских локомотивов был испытан в Бельгии, где было сделано большинство сохранившихся его фотографий. В некоторых сообщениях говорится, что бельгийский локомотив также был позже отправлен в Колумбию.
Эти локомотивы были описаны как самые совершенные из когда-либо построенных паровозов, безусловно, самые совершенные из всех произведенных компанией Sentinel. Они использовали котел Woolnough высокого давления на 550 фунтов на квадратный дюйм. Компоновка шасси была Co-Co , где каждая ось независимо приводилась в движение двухцилиндровым паровым двигателем Doble. [32] Этот двигатель также использовался в других конструкциях вагонов Sentinel для Южной железной дороги . Необычным для надежности было то, что в случае отказа любого двигателя его можно было быстро отключить, и локомотив продолжил свой путь.
Северная Америка
Балтимор и Огайо считается парком мощных 5000 л.с. 4-2-2-2-2-4 экспресс локомотивов в конце 1930 - х годов, приведенный в действие четырьмя двигателями V4, по одному на ось. [33]
Рекомендации
- ^ Особенно большой локомотив может иметь три или четыре цилиндра, но любой другой - исключение.
- ^ Кюрло Willans , сын Питер В. Willans изобретателя двигателя Willans , также был дядей LTC Rolt .
- ^ См. LMS Sentinel 7164.
- ^ Из-за формы его часто ошибочно принимают за бойлер.
- ^ a b c d e f Дуглас Селф (26 ноября 2003 г.). «Паровозы» . Галерея Локо Локо .
- ^ Railroad Gazette - Том 37 - Страница 296 (напечатана в 1904 году)
- ↑ Modern Machinery - Volumes 19-20 - page 206 (Отпечатано в 1906 г.)
- ↑ Джон Робертсон Данлэп , Артур Ван Флиссинген , Джон Майкл Кармоди : Управление фабрикой и производством - Том 33 - Страница 1003 (напечатано в 1907 году).
- ^ Дуглас Селф (8 февраля 2004 г.). "Пэджет Локомотив" . Галерея Локо Локо .
- ^ Аронс, Е.Л. (1966). Британский паровоз . Я, к 1925 году. Ян Аллан . С. 343–345.
- ^ Хьюз, WJ ; Томас, Джозеф Л. (1973).«Страж»: история переулка и Маклеллана и заводов «Страж фургона»: 1875-1930 . Том 1: 1875–1930. Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз. С. 244–246. ISBN 0-7153-5924-X.
|volume=
имеет дополнительный текст ( справка ) - ^ Sentinel et al. , п. 246
- ↑ Письмо К. Уилланса Х. Хилтону, 18 сентября 1949 г., находящееся во владении Крофтоновского отделения фонда Кеннета и Эйвона.
- ↑ Hughes & Thomas, Sentinel , стр. 215–216.
- Перейти ↑ Hughes & Thomas, Sentinel , p. 238.
- Перейти ↑ Hughes & Thomas, Sentinel , p. 216.
- ^ Патент GB 222955 , SE Alley & LE Slade, опубликованном 11 июля 1923
- Перейти ↑ Hughes & Thomas, Sentinel , p. 217.
- ^ Патент GB 239932 , SE Alley , опубликованный 18 июня 1924
- ^ a b Hughes & Thomas, Sentinel & 1 , стр. 218–220.
- ^ «Маневровые маневры Y1 и Y3 0-4-0T Sentinel» . Энциклопедия ЛНЭР .
- ^ Патент GB 248835 , опубликованный в декабре 1924 г.
- ^ a b Hughes & Thomas, Sentinel , стр. 223–225.
- ^ a b Hughes & Thomas, Sentinel , стр. 228,235.
- ^ Hughes & Thomas, Страж , стр. 225-227
- ^ "Страж паровых вагонов" . Энциклопедия ЛНЭР .
- ^ а б в Уолтон, Дж. Н. (1975). Doble Steam Cars (3-е изд.). Легкая мощность пара . С. 99–111.
- ^ a b Уолтон, Doble Steam Cars , стр. 123
- ^ а б в Коминс-Карр, Калифорния (1998). «Применение концепции Doble Steam Power к угольной железнодорожной тяге». T. Newcomen Soc. 69 (2): 177–203. DOI : 10.1179 / tns.1997.009 .
- ^ Дуглас Селф (3 января 2006 г.). «232.P.1» . Галерея Локо Локо .
- ^ Дуглас Селф (12 декабря 2005 г.). «Швейцарский локомотив высокого давления» . Галерея Локо Локо .
- ^ Дуглас Селф (23 января 2006 г.). «Паровоз Любек-Бюхенер» . Галерея Локо Локо .
- ^ Дуглас Селф (15 января 2006 г.). «Египетский паровоз 1938 года» . Галерея Локо Локо .
- ^ «Паровоз Sentinel-Cammell № 5208» . (из Quainton Virtual Stock Book) . Бакингемширский железнодорожный центр . 11 апреля 2008 . Проверено 14 августа 2009 года .
- ^ Дуглас Селф (23 февраля 2006 г.). «Аргентинские паровозы» . Галерея Локо Локо .
- ^ а б Дуглас Селф (5 февраля 2006 г.). «Колумбийский паровоз» . Галерея Локо Локо .
- ^ Олден П. Арманьяк (декабрь 1937 г.). «Steam по-прежнему правит рельсами» . Популярная механика : 32–33, 131–132.