Lokomotywa z turbiną parową
Lokomotywa z turbiną parową to lokomotywa parowa , która przenosi moc pary na koła za pośrednictwem turbiny parowej . Podjęto liczne próby tego typu lokomotywy, w większości bez powodzenia. W latach trzydziestych XX wieku ten typ lokomotyw był postrzegany zarówno jako sposób na ożywienie napędu parowego, jak i wyzwanie dla wprowadzanych wówczas lokomotyw spalinowych .
Zalety
- Wysoka wydajność przy dużej prędkości.
- Znacznie mniej ruchomych części, stąd potencjalnie większa niezawodność.
- Konwencjonalne lokomotywy parowe tłokowe dają zmienny, sinusoidalny moment obrotowy, co znacznie zwiększa prawdopodobieństwo poślizgu kół podczas ruszania.
- Pręty boczne i przekładnia zaworowa konwencjonalnych lokomotyw parowych wytwarzają siły poziome, których nie można w pełni zrównoważyć bez znacznego zwiększenia sił pionowych na torze, znanych jako uderzenie młotkiem .
Niedogodności
- Wysoką sprawność uzyskuje się zwykle tylko przy dużej prędkości i dużej mocy wyjściowej (chociaż niektóre lokomotywy szwedzkie i brytyjskie zostały zaprojektowane i zbudowane do pracy z wydajnością równą lub lepszą niż silniki tłokowe w zwykłych warunkach pracy, w tym przy częściowym obciążeniu). Lokomotywy z turbiną gazową miały podobne problemy, wraz z szeregiem innych trudności.
- Szczytową wydajność można osiągnąć tylko wtedy, gdy turbina wydmuchuje się do bliskiej próżni, generowanej przez skraplacz powierzchniowy . Urządzenia te są ciężkie i nieporęczne.
- Turbiny mogą obracać się tylko w jednym kierunku. W lokomotywie z turbiną parową z napędem bezpośrednim należy również zamontować turbinę zwrotną, aby móc poruszać się do tyłu.
Metody jazdy
Istnieją dwa sposoby napędzania kół: albo bezpośrednio za pomocą przekładni, albo za pomocą silników trakcyjnych napędzanych generatorem .
Napęd bezpośredni
Argentyna
Trasa z Tucumán do Santa Fe w Argentynie wiedzie przez górzysty teren z niewielkimi możliwościami nabrania wody. W 1925 roku szwedzka firma NOHAB zbudowała lokomotywę turbinową, podobną do pierwszego projektu Fredrika Ljungströma . Kondensator działał całkiem dobrze - tylko 3 lub 4% wody zostało utracone w drodze i tylko z powodu wycieku ze zbiornika. Lokomotywa miała problemy z niezawodnością i została później zastąpiona lokomotywą parową tłokową wyposażoną w skraplacz.
Francja
Francji podjęto dwie próby . Jeden wysiłek, Nord Turbine, przypominał LMS Turbomotive zarówno pod względem wyglądu, jak i układu mechanicznego. Projekt został anulowany, a lokomotywa została zbudowana jako lokomotywa parowa z tłokami złożonymi. Druga próba, SNCF 232.Q.1 , została zbudowana w 1940 roku. Niezwykłe było to, że jego koła napędowe nie były połączone bocznymi prętami . Każda z jego trzech osi napędowych posiadała własną turbinę. Został poważnie uszkodzony przez wojska niemieckie podczas II wojny światowej i został złomowany w 1946 roku.
Niemcy
.jpg)
Wielokrotne próby tego typu podejmowali niemieccy konstruktorzy lokomotyw. W 1928 Krupp - Zoelly zbudował lokomotywę z turbiną parową z przekładnią. Spaliny z turbiny były doprowadzane do skraplacza , który zarówno oszczędzał wodę, jak i zwiększał sprawność cieplną turbiny. Ciąg do ognia zapewniał wentylator parowy w komorze wędzarniczej . W 1940 roku lokomotywa ta została trafiona bombą. Został wycofany z eksploatacji i nie naprawiany.
Podobną maszynę zbudował Maffei w 1929 roku. Pomimo posiadania kotła o wyższym ciśnieniu, była mniej wydajna niż lokomotywa Krupp-Zoelly. Został trafiony bombą w 1943 roku i wycofany ze służby.
Henschel przerobił normalną lokomotywę parową DRG klasy 38 na turbinę parową w 1927 r. Sama lokomotywa została nieznacznie zmodyfikowana, główne zmiany dotyczyły przetargu, który był wyposażony w sprzężone koła napędowe w układzie 2-4-4, napędzane oddzielnymi turbiny do przodu i do tyłu. Obie turbiny były napędzane parą wylotową o średnim ciśnieniu z oryginalnych cylindrów. Skraplacz w przetargu zapewniał podciśnienie dla wylotu turbiny, zwiększając sprawność cieplną. Ponieważ końcowy wydech miał znikome ciśnienie, oryginalna rura wydechowa wędzarni musiała zostać zastąpiona elektrycznym wentylatorem ciągu w wędzarni.
Wydajność była rozczarowująca, a przetarg turbiny został usunięty w 1937 roku.
Włochy
Giuseppe Belluzzo z Włoch zaprojektował szereg eksperymentalnych lokomotyw turbinowych. Żaden nigdy nie był testowany na głównych liniach. Jego pierwszą była mała lokomotywa z czterema kołami, z których każde było wyposażone we własną małą turbinę. Ruch odwrotny został osiągnięty przez podawanie pary do turbin przez skierowany do tyłu wlot. Turbiny parowe są zaprojektowane tak, aby obracały się tylko w jednym kierunku, co czyni tę metodę bardzo nieefektywną. Wydaje się, że nikt inny tego nie próbował.
Belluzzo przyczynił się do zaprojektowania lokomotywy 2-8-2 zbudowanej przez Ernesto Bredę w 1931 roku. Wykorzystywała ona cztery turbiny w układzie wielokrotnego rozszerzania . Amerykański patent Belluzzo z tego okresu przedstawia turbinę napędzającą wał napędowy przez skrzynię biegów przed maszynistami lokomotywy. Ta lokomotywa nigdy nie została całkowicie wyposażona.
W 1933 roku lokomotywa FS Class 685 2-6-2 była przedmiotem ciekawego eksperymentu, w którym usunięto silnik tłokowy i zamontowano w jego miejsce turbinę, pozostawiając lokomotywę całkowicie niezmienioną. Przebieg testów zakończył się jednak niepowodzeniem, ponieważ jego wydajność okazała się znacznie niższa niż normalnego 685; turbina wkrótce się zepsuła, co oznaczało koniec próby. W 1936 lokomotywę wyposażono w normalny silnik tłokowy.
Szwecja
Szwedzki inżynier Fredrik Ljungström zaprojektował szereg lokomotyw z turbiną parową, z których niektóre odniosły duży sukces. Jego pierwsza próba w 1921 roku była dość dziwnie wyglądającą maszyną. Jego trzy osie napędowe znajdowały się pod przetargiem, a kabina i kocioł stały na kołach bez napędu. W rezultacie tylko niewielka część masy lokomotywy przyczyniła się do trakcji . W połowie lat dwudziestych Ljungström złożył patent na napęd piórkowy do lokomotywy z turbiną parową.
Drugi projekt to 2-8-0 , podobny do udanego projektu towarowego. Lokomotywy te , zbudowane w latach 1930 i 1936 przez firmę Nydqvist & Holm , zastąpiły lokomotywy konwencjonalne na kolei Grängesberg-Oxelösund . Nie zamontowano żadnego skraplacza, ponieważ jego złożoność przewyższała termodynamiczne . Koła były napędzane przez wałek napędowy . Silniki te zostały wycofane dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku, kiedy linia została zelektryfikowana . Zbudowano trzy silniki tego typu, z których wszystkie trzy zostały zachowane. Obecnie można je zobaczyć w Muzeum Kolejnictwa w Grängesberg , dwa (71 i 73) są własnością Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ), a trzeci (72) należy do Szwedzkiego Muzeum Kolejnictwa .
Szwajcaria
Szwajcarska firma Zoelly zbudowała lokomotywę turbinową w 1919 roku. Była to lokomotywa 4-6-0 wyposażona w kondensator. Został wyposażony w dmuchawę zimnego powietrza podającą na paleniska zamiast wentylatora ssącego w komorze wędzarniczej. Pozwoliło to uniknąć złożoności budowy wentylatora, który mógłby wytrzymać gorące, korozyjne gazy, ale wprowadziło nowy problem. Palenisko było pod dodatnim ciśnieniem , a gorące gazy i żużel mogłyby zostać wydmuchane przez drzwi paleniska, gdyby zostały otwarte podczas pracy dmuchawy. Ten potencjalnie niebezpieczny układ został ostatecznie zastąpiony wentylatorem wędzarniczym.
Zjednoczone Królestwo
- Turbomotywa
Jedna z bardziej udanych turbin eksploatowanych w Wielkiej Brytanii , LMS Turbomotive , zbudowana w 1935 roku, była odmianą dużej pasażerskiej lokomotywy ekspresowej Princess Royal 4-6-2 . Nie było kondensatora. Chociaż było to niekorzystne dla sprawności cieplnej turbiny, umożliwiło to nadal wykorzystywanie spalin z turbiny przez rurę wybuchową do wciągania ognia, jak w przypadku konwencjonalnej lokomotywy parowej i unikanie oddzielnych wentylatorów ciągu, które sprawiały tyle problemów innym lokomotywom turbinowym. Zobacz artykuł Rolanda Bonda J. Instn Loco. Engr ., 1946, 36 (Papier 458) przez [1] Pomimo tego ograniczenia, miał większą sprawność cieplną niż konwencjonalne lokomotywy. Wysoka sprawność wynikała głównie z faktu, że do turbiny kierowanych było sześć dysz parowych, które można było indywidualnie włączać i wyłączać. W ten sposób każda dysza mogłaby działać lub nie działać z pełną mocą, zamiast być nieefektywnie dławiona do niższego ciśnienia. Wydaje się, że pewna doza inspiracji pochodziła z turbin Fredrika Ljungströma w Szwecji.
Główna turbina uległa awarii po jedenastu latach ciężkiej eksploatacji. Turbomotive został przerobiony na napęd tłokowy w 1952 roku, przemianowany na „Princess Anne” i wkrótce po wejściu do służby został wycofany po śmiertelnej katastrofie kolejowej Harrow & Wealdstone w 1952 roku.
- Inne projekty
.jpg)
Kolejna lokomotywa została zbudowana przez firmę Beyer, Peacock & Company przy użyciu turbiny Ljungström autorstwa Fredrika Ljungströma . Podobnie jak w przypadku jednego z wczesnych projektów Ljungströma, koła napędowe były przedmiotem przetargu. Wydajność była jednak rozczarowująca, częściowo z powodu słabego ogrzewania kotła.
Kolejna jednostka została przebudowana przez North British Locomotive Company . W swoim pierwszym wcieleniu (opisanym poniżej) posiadał on transmisję elektryczną. Wykonano tylko kilka testów, zanim został porzucony z powodu awarii mechanicznych.
Stany Zjednoczone
W schyłkowych latach pary firma Baldwin Locomotive Works podjęła kilka prób opracowania technologii alternatywnych dla silników wysokoprężnych. W 1944 roku Baldwin zbudował jedyny egzemplarz klasy S2 dla Pennsylvania Railroad , dostarczając go we wrześniu 1944 roku. Była to największa na świecie lokomotywa z turbiną parową z napędem bezpośrednim i miała układ kół 6-8-6 . Pierwotnie został zaprojektowany jako 4-8-4, ale z powodu niedoborów lekkich materiałów podczas II wojny światowej, S2 wymagał dodatkowych kół przednich i tylnych . Numerowany 6200 na liście PRR, S2 miał maksymalną moc wyjściową 6900 KM (5,1 MW) i był zdolny do prędkości ponad 100 mil na godzinę (160 km / h). Wraz z przetargiem jednostka miała około 123 stóp (37 m) długości. Turbina parowa była zmodyfikowaną jednostką morską. Chociaż układ przekładni był prostszy niż generator, miał fatalną wadę: turbina była nieefektywna przy niskich prędkościach. Poniżej około 40 mil na godzinę (64 km / h) turbina zużywała ogromne ilości pary i paliwa. Jednak przy dużych prędkościach S2 mógł napędzać ciężkie pociągi niemal bez wysiłku i wydajnie. Płynny napęd turbiny wywierał znacznie mniejszy nacisk na tor niż normalna lokomotywa tłokowa. Jednak słaba wydajność przy niskich prędkościach skazała tę turbinę na porażkę diesla , nie budowano już S2. Lokomotywa została wycofana z eksploatacji w 1949 roku i złomowana w maju 1952 roku.
Transmisja elektryczna
Zjednoczone Królestwo
Turbina Reida-Ramseya, zbudowana przez North British Locomotive Company w 1910 roku, miała układ kół 2-B+B-2 ( 4-4-0 + 0-4-4 ). Para generowana była w standardowym kotle lokomotywy z przegrzewaczem i kierowana do turbogeneratora. Para wylotowa była skraplana i recyrkulowana przez małe pomocnicze pompy turbinowe. Tworniki silników zostały zamontowane bezpośrednio na czterech osiach napędowych. Został później przebudowany na lokomotywę turbinową z napędem bezpośrednim, jak widać powyżej.
Turbina Armstronga Whitwortha , zbudowana w 1922 roku (zdjęcie po prawej), miała układ kół 1-C+C-1 ( 2-6-6-2 ). Wyposażono go w obrotowy skraplacz wyparny, w którym skraplano parę wodną przepuszczając ją przez obracający się zestaw rurek. Probówki zwilżono i ochłodzono przez odparowanie wody. Utrata wody w wyniku parowania była znacznie mniejsza niż w przypadku braku skraplacza. Przepływ powietrza w skraplaczu musiał podążać zawiłą ścieżką, zmniejszając wydajność skraplacza. Lokomotywa miała nadwagę i słabe osiągi. Został zwrócony w 1923 roku i złomowany.
Stany Zjednoczone
- General Electric
General Electric zbudował dwie lokomotywy elektryczne z turbiną parową z układem kół 2 + C-C + 2 ( 4-6-6-4 ) dla Union Pacific w 1938 r. Lokomotywy te zasadniczo działały jako mobilne elektrownie parowe i były odpowiednio złożone. Były to jedyne kondensacyjne lokomotywy parowe, jakie kiedykolwiek były używane w Stanach Zjednoczonych. Kocioł Babcock & Wilcox dostarczał parę , która napędzała parę turbin parowych napędzających generator , dostarczając moc do elektrycznych silników trakcyjnych , które napędzały koła, a także dostarczając moc czołową dla reszty pociągu. Sterowanie kotłem było w dużej mierze automatyczne, a dwie lokomotywy można było połączyć w zespół trakcyjny , obie sterowane z jednej kabiny. Kocioł był opalany olejem, a paliwem był ciężki olej opałowy „Bunker C” , to samo paliwo używane w dużych statkach, a także paliwo, które było później używane w lokomotywach elektrycznych z turbiną gazową Union Pacific . Union Pacific zaakceptował lokomotywy w 1939 roku, ale zwrócił je później w tym samym roku, powołując się na niezadowalające wyniki. Turbiny GE były używane podczas niedoboru mocy napędowej na Great Northern Railway w 1943 roku i wydaje się, że działały całkiem dobrze. Jednak pod koniec 1943 roku koła obu lokomotyw były zużyte do tego stopnia, że wymagały wymiany, a jeden z kotłów lokomotywy uległ uszkodzeniu. Lokomotywy zostały zwrócone GE i zdemontowane.
- Kolej C&O
W latach 1947–1948 Baldwin zbudował trzy niezwykłe lokomotywy elektryczne z turbiną parową opalane węglem dla pociągów pasażerskich na trasie Chesapeake & Ohio Railway (C&O). Ich oznaczenie to M1, ale ze względu na ich koszt i słabe wyniki zyskały przydomek „Święta Krowa”. Jednostki o mocy 6000 koni mechanicznych (4500 kW), które miały układy elektryczne Westinghouse , miały 2-C1 + 2-C1-B układ kół. Miały 106 stóp (32 m) długości. Kabina znajdowała się pośrodku, z przodu znajdował się bunkier na węgiel, a za nim konwencjonalny kocioł, a tender przewoził tylko wodę. Te lokomotywy były przeznaczone na trasę z Waszyngtonu do Cincinnati w Ohio, ale nigdy nie mogły przejechać całej trasy bez jakiejś awarii. Pył węglowy i woda często dostawały się do silników trakcyjnych. Chociaż problemy te można było naprawić z czasem, było oczywiste, że te lokomotywy zawsze będą drogie w utrzymaniu i wszystkie trzy zostały złomowane w 1950 roku.
- Kolej Norfolk i Zachodnia
W maju 1954 roku Baldwin zbudował lokomotywę elektryczną z turbiną parową o mocy 4500 koni mechanicznych (3400 kW) do obsługi przewozów towarowych na Norfolk & Western Railway (N&W), nazywaną Jawn Henry na cześć legendy o Johnie Henry'm , wiertniku do skał, który słynął z wyścigów z parą ćwiczyć i wygrywać, tylko po to, by umrzeć zaraz potem. Długość wraz z przetargami wynosiła 161 stóp 1-1/2 cala, prawdopodobnie rekord lokomotywy parowej; długość samego silnika wynosiła 111 stóp 7-1/2 cala, być może rekord dla dowolnej pojedynczej jednostki.
Jednostka wyglądała podobnie do turbin C&O, ale różniła się mechanicznie; był to C+C-C+C z kotłem wodnorurowym Babcock & Wilcox z automatycznym sterowaniem. Sterowanie kotłem było czasami problematyczne i (podobnie jak w przypadku turbin C&O) pył węglowy i woda dostawały się do silników. Jawn Henry został wycofany z listy N&W 4 stycznia 1958 roku.
- Baldwin Westinghouse Bulletin 222 (przedruk ALCO Models). 1944. [ potrzebne pełne cytowanie ]
Linki zewnętrzne
- Douglas Self (24 maja 2003). „Dlaczego lokomotywy z turbiną parową?” . Galeria Loco Loco .