Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( декабрь 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Паротурбовоз представляет собой паровой локомотив , который передает силу пары на колеса с помощью паровой турбины . Были предприняты многочисленные попытки создать этот тип локомотива, в основном безуспешно. В 1930-х годах этот тип локомотива рассматривался как способ возродить паровую силу и бросить вызов тепловозам, появившимся на рынке в то время.
Преимущества [ править ]
- Высокая эффективность на высокой скорости.
- Гораздо меньше движущихся частей, следовательно, потенциально большая надежность.
- Обычные поршневые паровозы создают переменный синусоидальный крутящий момент, что значительно повышает вероятность пробуксовки колес при запуске.
- Боковые штанги и клапанный механизм обычных паровозов создают горизонтальные силы, которые невозможно полностью сбалансировать без значительного увеличения вертикальных сил на пути, известных как удар молота .
Недостатки [ править ]
- Обычно высокий КПД достигается только на высокой скорости (хотя некоторые шведские и британские локомотивы были спроектированы и построены для работы с КПД, равным или превышающим КПД поршневых двигателей в обычных условиях эксплуатации). У газотурбинных локомотивов были аналогичные проблемы, а также ряд других трудностей.
- Максимальный КПД может быть достигнут только в том случае, если на выхлопе турбины образуется почти вакуум, создаваемый поверхностным конденсатором . Эти устройства тяжелые и громоздкие.
- Турбины могут вращаться только в одном направлении. Реверсивная турбина также должна быть установлена для паротурбинного локомотива с прямым приводом, чтобы иметь возможность двигаться назад.
Способы привода [ править ]
Есть два способа управления колесами: либо напрямую через шестерни, либо с помощью тяговых двигателей с приводом от генератора .
Прямой привод [ править ]
Аргентина [ править ]
Маршрут от Тукумана до Санта-Фе в Аргентине проходит через гористую местность, где мало возможностей для плавания. В 1925 году шведская фирма NOHAB построила турбинный локомотив, аналогичный первой конструкции Фредрика Люнгстрема . Конденсатор работал неплохо - только 3-4% воды терялось в пути и только из-за утечки из бака. У локомотива возникли проблемы с надежностью, и его позже заменили поршневым паровозом с конденсатором.
Франция [ править ]
Две попытки были предприняты во Франции . Одна из разработок, Nord Turbine, напоминала LMS Turbomotive как по внешнему виду, так и по механической компоновке. Проект был отменен, и вместо него локомотив был построен как составной поршневой паровоз. Вторая попытка, SNCF 232.Q.1 , была построена в 1940 году. Она была необычна тем, что ее ведущие колеса не соединялись боковыми тягами . У каждой из трех ведущих осей была своя турбина. Он был сильно поврежден немецкими войсками во время Второй мировой войны и был списан в 1946 году.
Германия [ править ]
Немецкие локомотивостроители неоднократно пытались создать этот тип . В 1928 году Крупп - Zoelly встроенный редукторный паротурбовоз. Выхлоп турбины подавался в конденсатор, который одновременно экономил воду и увеличивал термический КПД турбины. Тяга для костра создавалась паровым вентилятором в дымовой камере . В 1940 году в этот локомотив попала бомба. Он был выведен из эксплуатации и не ремонтировался.
Аналогичная машина была построена Maffei в 1929 году. Несмотря на наличие котла с более высоким давлением, она была менее эффективной, чем локомотив Krupp-Zoelly. Он был сбит бомбой в 1943 году и снят с вооружения.
В 1927 году компания Henschel переделала обычный паровоз DRG класса 38 для использования паровой турбины. [1] Сам локомотив был немного модифицирован, основные изменения коснулись тендера, который был оснащен сцепленными ведущими колесами по схеме 2-4-4. приводится в действие отдельными турбинами прямого и обратного хода. Обе турбины приводились в движение отработавшим паром среднего давления из исходных цилиндров. Конденсатор в тендере создавал разрежение для выхлопных газов турбины, повышая тепловой КПД. Поскольку окончательный выхлоп находился под незначительным давлением, исходную дымовую трубу дымовой камеры пришлось заменить на электрический вытяжной вентилятор в дымовой камере.
Производительность была неутешительной, и тендер на турбину был снят в 1937 году.
Италия [ править ]
Джузеппе Беллуццо из Италии спроектировал ряд экспериментальных газотурбинных локомотивов. [2] [3] Ни один из них никогда не тестировался на основных линиях. Его первым был небольшой локомотив с четырьмя колесами, на каждом из которых была своя небольшая турбина. Обратное движение осуществлялось за счет подачи пара в турбины через входное отверстие, обращенное назад. Паровые турбины предназначены для вращения только в одном направлении, что делает этот метод очень неэффективным. Похоже, что никто другой этого не делал.
Беллуццо участвовал в проектировании локомотива 2-8-2, построенного Эрнесто Бреда в 1931 году. В нем использовались четыре турбины с множественным расширением . Патент Беллуццо в США того периода показывает, что турбина приводит в движение промежуточный вал через коробку передач перед машинистами локомотива. [4] Этот локомотив так и не был полностью укомплектован.
В 1933 году локомотив ФС 2-6-2 класса 685 стал объектом любопытного эксперимента, в ходе которого поршневой двигатель был удален, а на его место установлена турбина, в остальном локомотив полностью не изменился. Однако проведенные тесты не увенчались успехом, так как его производительность оказалась значительно ниже, чем у обычного 685-го; турбина вскоре сломалась, и это означало конец попытки. В 1936 году на локомотив установили нормальный поршневой двигатель. [5]
Швеция [ править ]
Шведский инженер Фредрик Люнгстрем спроектировал ряд паротурбинных локомотивов, некоторые из которых оказались весьма успешными. Его первая попытка в 1921 году выглядела довольно странно. [6] Его три ведущие оси находились под тендером, а кабина и котел находились на не приводных колесах. В результате только небольшая часть веса локомотива способствовала тяговому усилию . В середине 1920-х годов Люнгстрем подал патент на пинольный привод для паротурбинного локомотива. [7]
Второй дизайн был 2-8-0, похожий на успешный грузовой дизайн. Построенные в 1930 и 1936 годах компанией Nydqvist & Holm AB , эти локомотивы заменили обычные локомотивы на железной дороге Гренгесберг-Окселесунд . Конденсатор не устанавливался, поскольку его сложность перевешивала его термодинамические преимущества. Колеса приводились в движение промежуточным валом . Эти двигатели не списывались до 1950-х годов, когда линия была электрифицирована . Всего было построено три двигателя этого типа, все три из них сохранились. В настоящее время их можно увидеть в Железнодорожном музее Гренгесберга , два из которых (71 и 73) принадлежат Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ), а третий (72) -Шведский железнодорожный музей .
Швейцария [ править ]
Швейцарская фирма Zoelly построил турбинный локомотив в 1919. Это была 4-6-0 локомотив оснащен конденсатором. Он был снабжен вентилятором, подавающим холодный воздух в решетку топки, а не вытяжным вентилятором в дымовой камере. Это позволило избежать сложности создания вентилятора, способного противостоять горячим коррозионным газам, но создало новую проблему. Топка находилась под избыточным давлением , и горячие газы и шлак могли выдуть дверцы топки, если их открыть при работающей воздуходувке. Это потенциально опасное устройство было в конечном итоге заменено вентилятором дымовой камеры.
Соединенное Королевство [ править ]
- Турбомотив
Одна из наиболее успешных турбин, эксплуатируемых в Соединенном Королевстве , LMS Turbomotive , построенная в 1935 году [8], была вариацией большого пассажирского экспресс-локомотива Princess Royal 4-6-2 . Конденсатора не было. Хотя это и является недостатком с точки зрения теплового КПД турбины, это позволяет использовать выхлоп турбины через дымовую трубу для разведения огня, как в обычном паровозе, и избегать использования отдельных вытяжных вентиляторов, которые создавали столько проблем для других локомотивов с турбинным двигателем. См. Статью Роланда Бонда Дж. Instn Loco. Engrs ., 1946, 36 (Paper 458) через [1] Несмотря на это ограничение, у него был больший тепловой КПД, чем у обычных локомотивов. Высокий КПД в основном объясняется тем, что в турбину было направлено шесть паровых форсунок, которые можно было включать и выключать по отдельности. Таким образом, каждое сопло может работать или не работать на полной мощности, вместо того, чтобы неэффективно дросселировать до более низкого давления. Определенное вдохновение, кажется, исходит от турбин Фредрика Люнгстрема в Швеции.
Главная турбина вышла из строя после одиннадцати лет тяжелой эксплуатации. Турбомотив был преобразован в поршневой двигатель в 1952 году, переименован в "Princess Anne" и вскоре после ввода в эксплуатацию был снят с производства после смертельной железнодорожной аварии Харроу и Уилдстона в 1952 году.
- Другой дизайн
Еще один локомотив был построен Beyer-Peacock , используя турбин Ljungstrom по Фредрик Лхунгстра . Ведущие колеса, как и один из ранних проектов Люнгстрёма, участвовали в тендере. Однако производительность была неутешительной, отчасти из-за плохого нагрева котла.
Другой блок был перестроен компанией North British Locomotive Company . В своем первом воплощении (описанном ниже) он имел электрическую передачу. Было проведено всего несколько испытаний, прежде чем от него отказались из-за механических неисправностей.
Соединенные Штаты [ править ]
В последние годы пара Baldwin Locomotive Works предприняла несколько попыток использования альтернативных дизельным технологиям. В 1944 году Болдуин построил единственный экземпляр класса S2 , c / n 70900, для Пенсильванской железной дороги , поставив его в сентябре 1944 года. Это был самый большой паротурбинный локомотив с прямым приводом в мире и имел 6-8-6 паровозов. колесная формула. Первоначально он проектировался как 4-8-4, но из-за нехватки легких материалов во время Второй мировой войны S2 потребовались дополнительные ведущие и ведомые колеса.. Под номером 6200 в списке PRR, S2 имел максимальную выходную мощность 6900 л.с. (5,1 МВт) и был способен развивать скорость более 100 миль в час (160 км / ч). С тендером блок имел длину примерно 123 фута (37 м). Паровая турбина представляла собой доработанный морской агрегат. Хотя зубчатая передача была проще, чем генератор, у нее был фатальный недостаток: турбина была неэффективной на малых оборотах. На скорости ниже 40 миль в час (64 км / ч) турбина потребляла огромное количество пара и топлива. Однако на высоких скоростях S2 мог почти без усилий и эффективно приводить в движение тяжелые поезда. Плавный турбинный привод оказывает гораздо меньшую нагрузку на рельсы, чем обычный локомотив с поршневым приводом. Однако низкий КПД на малых оборотах обрек эту турбину, а с дизель-электрикой.После введения в производство S2 больше не производилось. Локомотив был списан в 1949 году и утилизирован в мае 1952 года.
Электрическая трансмиссия [ править ]
Соединенное Королевство [ править ]
Турбина Рейда-Рэмси, построенная North British Locomotive Company в 1910 году, имела колесную формулу 2-B + B-2 ( 4-4-0 + 0-4-4 ). Пар генерировался в стандартном котле локомотива с пароперегревателем и подавался в турбогенератор. Отработанный пар конденсировался и рециркулировался с помощью небольших вспомогательных турбинных насосов. [9] В якорях моторов были установлены непосредственно на четыре ведущих осях. Позже он был перестроен как турбинный локомотив с прямым приводом, как показано выше.
Армстронг-Витворт турбин, построенный в 1922 (правом изображении), имел 1-С + С-1 ( 2-6-6-2 расположения) колеса. Он был снабжен роторным испарительным конденсатором, в котором пар конденсировался, пропуская его через набор вращающихся труб. Трубки увлажнялись и охлаждались за счет испарения воды. Потери воды при испарении были намного меньше, чем это было бы без конденсатора. Воздушный поток в конденсаторе должен был идти по извилистой траектории, что уменьшало эффективность конденсатора. Локомотив был тяжелым и плохо работающим. Он был возвращен в 1923 году и сдан на слом.
Соединенные Штаты [ править ]
- General Electric
General Electric построила два паротурбинных электровоза с колесной формулой 2 + C-C + 2 ( 4-6-6-4 ) для Union Pacific Railroad в 1938 году. Эти локомотивы в основном работали как мобильные паровые электростанции и, соответственно, были сложными. . Это были единственные конденсационные паровозы, когда-либо использовавшиеся в Соединенных Штатах. Babcock & Wilcox котла предусмотрено паром, который водил пару паровых турбин , которые , работающих на генератор , обеспечивающий питание электрических тяговых двигателей , которые вынудили колес, а также обеспечениемощность головного узла для остальной части поезда. Управление котлом было в основном автоматическим, и два локомотива можно было соединить вместе в единое целое , и оба они управлялись из одной кабины. Котел был на жидком топливе, а топливо было «Бункер С» тяжелое нефтяное топливо , то же топливо , используемое в больших сосудах, а также топливо , которое позже было использовано в Union Pacific в газовых турбин электрических локомотивов . Union Pacific приняла локомотивы в 1939 году, но вернула их в том же году, сославшись на неудовлетворительные результаты. Турбины GE использовались во время нехватки движущей силы на Великой Северной железной дороге.в 1943 году, и, похоже, показала неплохие результаты. Однако к концу 1943 года колеса обоих локомотивов были изношены до такой степени, что требовалась замена, а в одном из котлов локомотива возникла неисправность. Локомотивы были возвращены GE и разобраны. [10]
- C&O Железная дорога
В 1947–1948 годах Болдуин построил три необычных угольных паротурбинных электровоза для пассажирских поездов на железной дороге Чесапик и Огайо (C&O). Их обозначение было M1, но из-за их стоимости и плохих характеристик они получили прозвище «Священная корова». Агрегаты мощностью 6000 лошадиных сил (4500 кВт) с электрическими системами Westinghouse имели колесную формулу 2-C1 + 2-C1-B . Они были 106 футов (32 м) в длину. Кабина находилась в центре с угольным бункером впереди и обычным котлом за ним, а в тендере была только вода. [11] Эти локомотивы предназначались для маршрута из Вашингтона, округ Колумбия, в Цинциннати, штат Огайо.но никогда не смог бы пройти весь маршрут без какой-либо неудачи. В тяговые двигатели часто попадала угольная пыль и вода. Хотя эти проблемы можно было исправить со временем, было очевидно, что эти локомотивы всегда будут дороги в обслуживании, и все три были списаны в 1950 году.
- Норфолк и Западная железная дорога
В мае 1954 года Болдуин построил паротурбинно-электрический локомотив мощностью 4500 лошадиных сил (3400 кВт) для грузовых перевозок на Норфолкской и Западной железной дороге ( Северная и Западная ), прозванный Джоном Генри в честь легенды о Джоне Генри , бурильщике, который, как известно, участвовал в гонках против пара. сверлить и победить, только чтобы умереть сразу после этого. Длина, включая тендеры, составляла 161 фут 1-1 / 2 дюйма, вероятно, рекорд для паровоза; длина только двигателя составляла 111 футов 7-1 / 2 дюйма, что, возможно, было рекордом для любого отдельного агрегата. [12] [13]
Агрегат был похож на турбины C&O, но отличался механически; это был C + C-C + C с водотрубным котлом Babcock & Wilcox с автоматическим управлением. Управление котлом иногда было проблематичным, и (как и в случае с турбинами C&O) угольная пыль и вода попадали в двигатели. Jawn Генри был ушел из N & W реестра 4 января 1958 года.
Ссылки [ править ]
- ^ "Турбинный тендер Henschel 1927 года" . Локомотивы: немецкие паровозы .
- ^ Джузеппе Беллуццо, паротурбовоз, патент США 1638079 , выданном 9 августа 1927.
- ^ Джузеппе Беллуццо, паротурбовоз, патент США 1666590 , выданный 17 апреля 1928.
- ^ Джузеппе Беллуццо, турбинный локомотив, патент США 1887178 , выданном 8 ноября 1932.
- ^ Turchi, Erminio Mascherpa, Gian Guido (1984). Локомотив La regina delle . Salò: Editrice trasporti su rotaie. п. 76. ISBN 8885068022.
- ^ "Локомотив Люнгстрёма 1921 года" . Локомотивы: шведские турбинные локомотивы .
- ^ Фредрик Лхунгстр, Турбинный локомотивное Похожие Vehicle, патент США 1632707 , выданный 14 июня 1927.
- ^ "Новости в двух словах" . Британский пат . 11 июля 1935 . Проверено 17 декабря 2009 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ "Турбинный локомотив для железных дорог следующий" (PDF) . Нью-Йорк Таймс . 31 октября 1909 . Проверено 5 сентября 2009 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ Ли, Тос. Р. (1975). Турбины на запад . T. Lee Publications. п. 9. ISBN 0-916244-01-6.
- ^ Railton, Артур Р. (март 1948). У Chessie новый облик . Популярная механика. п. 107 . Проверено 9 декабря 2011 г. - через Google Книги. CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ Железнодорожный век . 26 июля 1954 г. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) [ требуется полная ссылка ] - ^ Норфолк и западная информационная страница C-C + CC TE1
- Бюллетень Болдуина Вестингауза 222 (переиздание моделей ALCO). 1944 г.[ требуется полная цитата ]
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме паровозов . |
- Дуглас Селф (24 мая 2003 г.). "Почему паровозы?" . Локо Локо Галерея .