Паровоз с паровой турбиной - Steam turbine locomotive

Ljungström паротурбинный тепловоз с подогревателем (около 1925 г.) (Шведский национальный музей науки и технологий ).

А паровоз это паровоз который передает мощность пара на колеса через паровая турбина. 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 появившимся тогда тепловозам.

Преимущества

  • Высокая эффективность на высокой скорости.
  • Гораздо меньше движущихся частей, следовательно, потенциально большая надежность.
  • Обычные поршневые паровозы дают различную, синусоидальный крутящий момент, что увеличивает вероятность пробуксовки колес при запуске.
  • Боковые штоки и клапанный механизм обычных паровозов создают горизонтальные силы, которые невозможно полностью сбалансировать без существенного увеличения вертикальных сил на пути, известных как удар молотком.

Недостатки

  • Обычно достигается высокая эффективность Только на высокой скорости (хотя некоторые шведские и британские локомотивы были спроектированы и построены для работы с эффективностью, равной или превосходящей эффективность поршневых двигателей в обычных условиях эксплуатации). Газотурбинные тепловозы были подобные проблемы, а также ряд других трудностей.
  • Пиковая эффективность может быть достигнута только в том случае, если турбина выходит в почти вакуум, создаваемый поверхностный конденсатор. 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.

Методы привода

Есть два способа управления колесами: либо напрямую через шестерни, либо с помощью генератора. тяговые двигатели.

Прямой привод

Аргентина

Маршрут от Тукуман к Санта-Фе в Аргентина проходит через гористую местность с небольшими возможностями для выхода на воду. В 1925 г. шведская фирма NOHAB построил паровоз, похожий на Фредрик Люнгстрём первый дизайн. Конденсатор работал неплохо - только 3-4% воды потерялось в пути и только из-за утечки из бака. У локомотива возникли проблемы с надежностью, и его позже заменили поршневым паровозом с конденсатором.

Франция

Были предприняты две попытки в Франция. Одна попытка, Nord Turbine, напоминала LMS Турбомотив как по внешнему виду, так и по механической схеме. Проект был отменен, и вместо него локомотив был построен как составной поршневой паровоз. Вторая попытка, SNCF 232.Q.1, был построен в 1940 году. Необычен он тем, что ведущие колеса не были связаны боковые стержни. Каждая из трех его ведущих осей имела собственную турбину. Он был сильно поврежден немецкими войсками в Вторая Мировая Война и был списан в 1946 году.

Германия

Henschel T38-2555, с тендерной паровой турбиной

Несколько попыток этого типа были сделаны Немецкий локомотивостроители. В 1928 г. Крупп -Zoelly построил редукторный паротурбинный тепловоз. Выхлоп турбины подавался на конденсатор что одновременно сберегает воду и увеличивает тепловой КПД турбины. Тяга для огня создавалась паровым вентилятором в помещении. коптильня. В 1940 году на этот локомотив попала бомба. Его сняли с эксплуатации и не ремонтировали.

Аналогичную машину построил Maffei в 1929 году. Несмотря на наличие котла с более высоким давлением, он был менее эффективен, чем локомотив Крупп-Зоелли. В 1943 г. был сбит бомбой и снят с вооружения.

Henschel преобразовал нормальный DRG Класс 38 паровоз с паровой турбиной в 1927 году.[1] Сам локомотив был немного доработан, основные изменения коснулись нежный который был снабжен сцепленными ведущими колесами по схеме 2-4-4, приводимыми в действие раздельными турбинами прямого и обратного хода. Обе турбины приводились в движение выхлопным паром среднего давления из исходных цилиндров. Конденсатор в тендере создавал разрежение для выхлопа 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

Джузеппе Беллуццо из Италия спроектировал ряд экспериментальных тепловозов.[2][3] На магистральных линиях ни один не тестировался. 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 разработке 2-8-2 локомотив построен Эрнесто Бреда в 1931 году. Он использовал четыре турбины в многократное расширение расположение. 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 г. FS 2-6-2 Класс 685 Локомотив был объектом любопытного эксперимента, в котором поршневой двигатель был удален, а на его место была установлена ​​турбина, в остальном локомотив остался полностью неизменным. Однако проведенные тесты не увенчались успехом, поскольку его производительность оказалась значительно ниже, чем у обычного 685; турбина вскоре сломалась, и это означало конец попытки. В 1936 году на локомотив установили нормальный поршневой двигатель.[5]

Швеция

Локомотив Люнгстрём 1921 г.

Шведский инженер Фредрик Люнгстрём спроектировал ряд паротурбинных локомотивов, некоторые из которых оказались весьма успешными. Его первая попытка в 1921 году выглядела довольно странно.[6] Его три ведущие оси располагались под тендером, а кабина и котел находились на обесточенных колесах. В результате только небольшая часть веса локомотива способствовала тяга. В середине 1920-х годов Люнгстрем подал патент на гусиный привод для паровоза.[7]

Второй дизайн был 2-8-0 похоже на успешный грузовой дизайн. Построен в 1930 и 1936 гг. Nydqvist & Holm AB, эти локомотивы заменили обычные на Grängesberg-Oxelösund Железная дорога. Конденсатор не был установлен, поскольку его сложность перевешивала его термодинамический преимущества. Колеса приводились в движение промежуточный вал. Эти двигатели не были списаны до 1950-х годов, когда линия была электрифицированный. Всего было построено три двигателя этого типа, все три сохранились. В настоящее время их можно увидеть в Железнодорожный музей Гренгесберга два (71 и 73) принадлежат Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ), а третий (72) Шведский железнодорожный музей.

Швейцария

SBB Nr. 1801 г.

В Швейцарский твердый Zoelly построил в 1919 г. паровоз. Это был 4-6-0 Тепловоз с конденсатором. Он был снабжен вентилятором для подачи холодного воздуха в топка решетка, а не вытяжной вентилятор в коптильне. Это позволило избежать сложности создания вентилятора, способного противостоять горячим коррозионным газам, но создало новую проблему. Топка была на положительное давление, а 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.

объединенное Королевство

Турбомотив

Одна из наиболее успешных турбин эксплуатировалась в объединенное Королевство, то LMS Турбомотив, постройки 1935 г.,[8] был вариацией Принцесса королевская 4-6-2 большой пассажирский экспресс-локомотив. Конденсатора не было. Несмотря на недостаток теплового КПД турбины, это позволяло использовать выхлоп турбины через дымовую трубу для разведения огня, как в случае с обычным паровозом, и избегая использования отдельных вытяжных вентиляторов, которые вызывали столько проблем для других локомотивов с турбинным двигателем. См. Статью Роланда Бонда J. Instn Loco. Engrs., 1946, 36 (Документ 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 индивидуально. Таким образом, каждое сопло может работать или не работать на полной мощности, вместо того, чтобы неэффективно дросселировать до более низкого давления. Определенное вдохновение, похоже, пришло из Фредрик Люнгстрём турбины в Швеции.

Главная турбина вышла из строя после одиннадцати лет тяжелой эксплуатации. Турбомотив был переоборудован с поршневым приводом в 1952 году, переименован в «Princess Anne» и вскоре после ввода в эксплуатацию был снят с производства из-за смертоносного Железнодорожная авария Харроу и Уилдстоуна в 1952 г.

Другой дизайн
Локомотив Beyer-Ljungström

Еще один локомотив построил Бейер-Пикок, с использованием Турбина Люнгстрема к Фредрик Люнгстрём. 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 Северная Британская Локомотивная Компания. 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

Сингл S2, # 6200, в рекламном изображении PRR.

В последние годы пара Baldwin Locomotive Works предпринял несколько попыток использования альтернативных дизельным технологиям. В 1944 году Болдуин построил единственный образец S2 класс, з / п 70900, для Пенсильванская железная дорога, доставив его в сентябре 1944 года. Это был самый большой паротурбинный локомотив с прямым приводом в мире и имел 6-8-6 колесная формула. Первоначально он проектировался как 4-8-4, но из-за нехватки легких материалов во время Второй мировой войны S2 потребовались дополнительные ведущий 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 приводить в движение тяжелые поезда почти без усилий и эффективно. Плавный турбинный привод оказывает гораздо меньшую нагрузку на гусеницу, чем обычный локомотив с поршневым приводом. Однако низкий КПД на малых оборотах обрек эту турбину, а с дизель-электрика После введения в эксплуатацию S2 больше не производилось. Локомотив был списан в 1949 году и утилизирован в мае 1952 года.

Электрическая трансмиссия

объединенное Королевство

Изображение из каталога электровозов Armstrong Whitworth Turbo

Турбина Рейда-Рэмси, построенная Северная Британская Локомотивная Компания в 1910 г. 2-В + В-2 (4-4-0 +0-4-4 ) колесная формула. 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 арматура Двигатели устанавливались непосредственно на четыре ведущие оси. Позже он был перестроен в турбовоз с прямым приводом, как показано выше.

В Армстронг-Уитворт турбина, построенная в 1922 году (изображение справа), имела 1-C + C-1 (2-6-6-2 ) колесная формула. Он был оснащен роторным испарительным конденсатором, в котором пар конденсировался, пропуская его через набор вращающихся труб. Трубки увлажняли и охлаждали за счет испарения воды. Потеря воды при испарении была 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

General Electric
Основная статья: Паротурбинные тепловозы GE
Фотография паротурбинных локомотивов Union Pacific GE, апрель 1939 года.

General Electric построил два пара турбинно-электрический локомотивы с 2 + C-C + 2 (4-6-6-4 ) колесная формула для Union Pacific Railroad в 1938 году. Эти локомотивы в основном работали как мобильные паровые электростанции и соответственно были сложными. Они были единственными конденсационные паровозы когда-либо использовался в Соединенных Штатах. А Бэбкок и Уилкокс котел предоставили пар, который прогнал пару паровые турбины который питал генератор, обеспечивая электроэнергию тяговые двигатели которые управляли колесами, а также обеспечивали мощность головного узла для остальной части поезда. Управление котлом было в основном автоматическим, и два локомотива можно было соединить вместе в одну. несколько единиц, оба управляются из одной кабины. Котел работал на мазуте, топливо - «Бункер С». мазут, то же топливо, что и на больших судах, а также топливо, которое позже использовалось в Union Pacific. газотурбинные электровозы. 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 Великая Северная железная дорога 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
Основная статья: Чесапик и Огайо класс M1
Первый из трех локомотивов - № 500.

В 1947–1948 годах Болдуин построил три необычных каменный уголь паровые турбины-электровозы для пассажирских поездов на Чесапик и железная дорога 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), которые имели Westinghouse электрические системы, имел 2-C1 + 2-C1-B колесная формула. Они были 106 футов (32 м) в длину. Кабина находилась в центре с угольным бункером впереди и обычным котлом позади него, а в тендере была только вода.[11] Эти локомотивы предназначались для маршрута из г. Вашингтон, округ Колумбия. к Цинциннати, Огайо но никогда не смог пройти весь маршрут без какой-либо неудачи. Угольная пыль и вода часто попадала в тяговые двигатели. 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
Основная статья: Норфолк и Западная железная дорога 2300
Норфолк и Вестерн локомотив 2300- "Джон Генри"

В мае 1954 г. Болдуин построил паротурбинно-электровоз мощностью 4500 л.с. (3400 кВт) для грузовых перевозок на Норфолк и Западная железная дорога (N&W) по прозвищу Джон Генри после легенды о Джон Генри, бурильщик, который, как известно, участвовал в гонке против паровой дрели и победил, но сразу после этого умер. Длина, включая тендеры, составляла 161 фут 1–1 / 2 дюйма, вероятно, рекорд для паровоза; длина только двигателя составляла 111 футов 7-1 / 2 дюйма, возможно, рекорд для любого отдельного агрегата.[12][13].

Агрегат был похож на турбины C&O, но отличался механически; это было С + С-С + С с Бэбкок и Уилкокс водотрубный котел с автоматическим управлением. Управление котлом иногда было проблематичным, и (как и в случае с турбинами C&O) угольная пыль и вода попадали в двигатели. В Джон Генри был исключен из состава N&W 4 января 1958 года.

Рекомендации

  1. ^ "Турбинный тендер Henschel 1927 года". Локомотивы: немецкие паровозы с паровой турбиной.
  2. ^ Джузеппе Беллуццо, паровоз, Патент США 1638079 , пожалована 9 августа 1927 года.
  3. ^ Джузеппе Беллуццо, паровоз, Патент США 1,666,590 , пожалована 17 апреля 1928 г.
  4. ^ Джузеппе Беллуццо, Турбинный локомотив, Патент США 1887178 , пожалована 8 ноября 1932 г.
  5. ^ Турки, Эрминио Машерпа, Джан Гвидо (1984). Локомотив La regina delle. Salò: Editrice trasporti su rotaie. п. 76. ISBN  8885068022.
  6. ^ "Локомотив Люнгстрёма образца 1921 года". Локомотивы: шведские турбинные локомотивы.
  7. ^ Фредрик Люнгстрём, Локомотив с турбинным приводом и аналогичный автомобиль, Патент США 1632707 , пожалована 14 июня 1927 г.
  8. ^ "Новости в двух словах". Британский пат. 11 июля 1935 г.. Получено 2009-12-17.
  9. ^ «Тепловоз для железных дорог рядом» (PDF). Нью-Йорк Таймс. 31 октября 1909 г.. Получено 2009-09-05.
  10. ^ Ли, Тос. Р. (1975). Турбины на запад. T. Lee Publications. п. 9. ISBN  0-916244-01-6.
  11. ^ Рейлтон, Артур Р. (март 1948 г.). У Chessie новый облик. Популярная механика. п. 107. Получено 9 декабря 2011 - через Google Книги.
  12. ^ Железнодорожный век. 26 июля 1954 г. Отсутствует или пусто | название = (помощь)[требуется полная цитата ]
  13. ^ Информационная страница Норфолка и Вестерн C-C + C-C TE1

внешняя ссылка