Паровой двигатель - Steam motor

Sentinel двухцилиндровый вертикальный паровой двигатель с цепью главная передача просто видно. Котел впереди - частично разобранный Часовой

А паровой двигатель это форма паровой двигатель используется для легких локомотивов.[1] Они представляли собой одну из последних разработок паровоз, в последние десятилетия повсеместного использования энергии пара.

Принципы

Принцип работы парового двигателя заключается в использовании наработок высокоскоростной паровой двигатель, и применить их к легким локомотивам. Вместо большого обычного локомотива с двумя[я] цилиндры, вращающиеся со скоростью ведущих колес, паровой двигатель использует несколько небольших цилиндров, предназначенных для работы на высоких скоростях. Если все остальные факторы остаются неизменными, 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 могут быть более эффективными в целом.

Важные особенности

Паровой вагонный двигатель Sentinel 1905 года. Этот ранний двигатель Sentinel демонстрирует те же основные принципы, которые использовались в двигателях в течение следующих полувека.

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 тележка.

Замкнутая смазка коленчатого вала

В коленчатый вал и часто клапанная передача, был заключен в картер который содержал масляный поддон. Это обеспечивало обильную смазку, а также исключало загрязнение.

Привод с редуктором

Это обеспечивает высокую частоту вращения коленчатого вала, повышая эффективность.[1] Хотя не все редукторные паровозы использовали это, особенно американские разработки, такие как Шай и Климакс, это была неотъемлемая часть концепции парового двигателя.

В главная передача первых локомотивов Sentinel цепь. Более поздние разработки, особенно работы Абнера Добла, предпочитали прямозубые шестерни. Зубчатые приводы требовали, чтобы паровой двигатель был установлен низко рядом с осью.

Дополнительные возможности

Другие полезные характеристики обычно обнаруживались, но не были существенными.

Улучшенный клапанный механизм

Обычно это было тарельчатые клапаны которую вел распредвалы. В паровых двигателях, построенных 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 уменьшения неподрессоренная масса больших колес. Маленькие колеса также позволяют устанавливать двигатель на тележке в пассажирском вагоне, чтобы сформировать вагон, а не большие колеса размером с локомотив.

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.

Сокращенное обслуживание

Использование смазки в масляной ванне сокращает время, затрачиваемое на ежедневную смазка.

Сниженное обслуживание

Использование смазки в масляной ванне снижает скорость износа, что снижает 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 Клапан Bulleid с цепным приводом, заработал 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 вернуть производителю. Это также позволяет быстрее вернуть автомобиль 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 молотком

Более плавный привод мотор-редуктора и его несколько цилиндров уменьшили динамический эффект хода отдельных цилиндров.[1]

Артикуляция

При использовании нескольких двигателей нет необходимости в одном большом Рамка перевезти все ведущие колеса. Это было привлекательной чертой для Колумбийские локомотивы, 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

Первый паровоз, построенный Ганцем и де Дион-Бутон

Между 1901 и 1908 годами Ганц Работы из Будапешта и де Дион-Бутон из Парижа 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 Венгерским заводом вагонов и машин Raba в г. Дьер. 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 завода железнодорожных машин с котлами de Dion-Bouton. Компания Ganz начала экспортировать паровозы в Великобританию, Италию, Канаду, Японию, Россию и Болгарию.[2][3][4]

Пэджет локомотив

В Пэджет локомотив
Дальнейшая информация: Локомотив Midland Railway Paget

Первым многоцилиндровым локомотивом, продемонстрировавшим некоторые принципы работы парового двигателя, был Midland Railway с Пэджет локомотив 1907 г.[5] Это была одна из многих попыток построить сбалансированный локомотив, позволяющий избежать проблем удар молотком.[6] Он также придерживался современной передовой практики стационарных двигателей в использовании цилиндры одностороннего действия. Локомотив описывался по-разному: либо вдохновленный, либо фактически использующий дизайн Двигатель Willans это представляло собой вершину конструирования паровых машин того времени. Фактически, поворотные клапаны, используемые для локомотива, полностью отличались от характерного центрального стержня клапана Уилланса, хотя оба они использовали одностороннего действия. поршни ствола. Использовались восемь цилиндров: два приводили передний мост из трех ведущих мостов, четыре - средний мост и два - задний мост. Все три оси были соединены внешним соединительные тяги. Центральная ось была сложной ковкой, как четырехходовая внутренняя ось кривошипа, хотя и следовала традиционной практике Стивенсона. Для обеспечения дополнительного места для цилиндров локомотив был снаружи обрамленный.

Существенное различие между Paget и паровозом состоит 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 стержнями.

Хотя локомотив достиг своей цели избежать вибраций и удар молотка, и его новый котел и топка огнеупорного кирпича была также проста и надежна, он не был рассмотрен общим успехом. Поворотный клапан потребляет больше энергии для привода, чем обычная конструкция, и страдает от проблем с тепловым расширением. После механического отказа клапанного механизма, заедающего и блокирующего магистраль на несколько часов, локомотив был снят с производства и позже списан.

Часовой

Первые локомотивы, разработанные на основе концепции полного парового двигателя, были созданы Часовой. В 1922 году были выдвинуты два отдельных проекта паровых двигателей на базе Sentinel. Первым, в мае 1922 года, Sentinel разработал собственную концепцию легкого пара. рельсовый мотор на базе их паровозного котла и двигателя.[7] По этой схеме не было построено рельсовых двигателей, хотя позже была построена пара подобных «рельсовых грузовиков» для экспорта в Индию.[8]

В том же году, Кирл Уилланс[ii][9] предположил, что изношенный обычный локомотив, названный Manning-Wardle Анкоты, мог быть перестроен с котлом и двигателем паровоза Sentinel в рамах локомотива, соединенными роликовая цепь водить машину.[10] Это был первый паровоз и первый образец парового двигателя для железнодорожного транспорта, построенный компанией Sentinel. Хотя Sentinel должен был стать известен своими локомотивами с зубчатым приводом, продолжали выпускаться и другие примеры этого преобразования старого локомотива с соединительной тягой;[11] два экземпляра сохранились, хотя и заброшены, в Музей железа Коулбрукдейл.

Первый локомотив новой постройки Sentinel, № 5156, был построен в июле 1923 года.[12] Как и в конструкции рельсового двигателя, здесь использовался недавно разработанный двигатель Вагон Super-Sentinel, расположенные горизонтально между рамками.[13] Это было из 750 мм (2 футов5 1⁄2 в), создав прецедент для Sentinel в производстве локомотивов в самых разных датчики просто заменив оси и подшипники под стандартное шасси. В качестве котла использовался также новый образец Super-Sentinel на 230 фунтов на квадратный дюйм, с топка спиральная.

Серийные Sentinels добились более доступной компоновки, установив двигатели вертикально. Меньшая конструкция с уравновешенным двигателем[iii] имел 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] двигатель размещался по центру большой коробчатой ​​кабины.[16][17] Мощность этих двигателей CE была позже увеличена 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 были 0-4-0Т колесная формула, причем обе оси приводятся в движение цепями от одного двигателя. Чтобы добиться большей мощности, 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 снова увеличен и необычно снабжен двумя дымоходами, одна для дымовая труба каждого двигателя.[19]

Маневровый маневровый с цепным приводом Sentinel образца 1957 г.

Передаточное отношение главная передача 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 650 тонн груза для медленной маневровой работы. Типичные маневровые нагрузки составляли около 350 тонн на скорости 5 миль в час на уровне сортировочная станция, вес 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 через длинные толкатели. В оригинальном фургонном двигателе все четыре клапана были установлены на дальнем конце цилиндра от коленчатого вала, что требовало длинных узких отверстий для другого конца цилиндра. В локомотивах легкий доступ к вертикальному двигателю 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. Между сальником штока поршня цилиндра и другим сальником в картере осталась открытая небольшая камера. Это позволяло выпускать пар, который просочился через уплотнения, в атмосферу, а не конденсироваться внутри картера.[19]

Вагоны

Внимательно следя за разработкой локомотивов, Sentinel также производила паровые вагоны. Они были удобны для железных дорог легкой конструкции, так как были намного легче обычных поездов с локомотивом. Даже по сравнению с более ранними паровыми рельсовыми двигателями, такими как образцы GWR с вертикальным котлом, конструкция легкого водотрубного котла Sentinel 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, следовательно, по весу, размеру и грузоподъемности. Основным рынком сбыта их вагонов для Sentinel был экспорт, хотя ЛНЕР также эксплуатировал ряд из них.[22]

Doble

Основные статьи: Эбнер Добл и Паровая машина Doble

Принцип парового двигателя во многом обязан работе и пропаганде Эбнер Добл, который был вдохновлен своей более ранней работой над паровые машины. Позже он работал на Henschel Германии, которые построили грузовики, автобусы, вагоны и даже локомотивы, использующие его принцип парового двигателя.[23][24][25]

Doble также предназначен для Часовой, в частности, для разработки перспективных конструкций котлов.[25]

Другие примеры

Франция

221TQ

Перестроен из 230 класса 4-6-0Т танковый локомотив как 4-4-2Т, с продольным V12 паровой двигатель, приводящий в движение две ведомые оси через карданный вал.[1] Это не соответствовало обычной практике паровых двигателей, поскольку весь привод от многих цилиндров все еще был объединен в один вал, хотя все еще использовалась концепция малых цилиндров и понижающей передачи. Локомотив, похоже, был неудовлетворительным, возможно, потому, что вес двигателя теперь превышал ведущие несущие колеса, уменьшая адгезионный вес машинистов только до половины от общего веса локомотива.[1]

232.P.1
Дальнейшая информация: SNCF 232.P.1

Обтекаемый пассажирский экспресс-локомотив 4-6-4, использующий котел высокого давления. Каждая из трех ведомых осей имела по паре трехцилиндровых двойного действия. непоточный паровые двигатели, всего 18 цилиндров.[26]

Швейцария

Локомотив высокого давления

А 2-6-2 локомотив высокого давления 1927 г. по проекту Бучли. В нем использовался трехцилиндровый двигатель для привода колес через редуктор 1: 2,5, тогда как обычный соединительные тяги. У этого мотора были тарельчатые клапаны и однопоточный допуск.[27]

Германия

Lübeck-Büchener Eisenbahn

В Lübeck-Büchener Eisenbahn заказывал вагоны у Henschel по проектам Абнера Добла.[23] Подобные вагоны строились и 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 V19.1001 конца 1930-х гг.[1] Этот 2-8-2 или 1'Do1 '(МСЖД ) локомотив было четыре V-образный твин паровые двигатели, по одному на каждую ось.

Египет

Египетский вагон Sentinel-Cammell 1951 г.
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 паровозный котел.[29]

В 1951 г. Египетские национальные железные дороги купил несколько последних паровозов Sentinel, построенных Метрополитен-Каммелл с силовыми тележками Sentinel. Это были десять граблей с тремя тележками, шарнирно сочлененные через четыре Тележки Jakobs. Один из них хранится в Англии сегодня Железнодорожным обществом Квинтона в Бакингемширский железнодорожный центр, Англия.[30]

Южная Америка

Аргентинский паровой двигатель для Железная дорога Буэнос-Айреса Мидленд

Sentinel построил ряд измерительный прибор локомотивы для Аргентины, Колумбии, а также Бельгии.

Первые из них были в 1931 г. Железная дорога Буэнос-Айреса Мидленд. На железной дороге уже использовались железнодорожные вагоны Sentinel, аналогичные образцу LNER, но для этого требовалось многократное соединение большего размера. Два из них были построены в виде четырехъядерных граблей: локомотив на базе шасси предыдущего вагона и три прицепных вагона. В локомотиве B-B использовались две четырехколесные тележки, каждая из которых приводилась в движение шестицилиндровым двигателем на базе вагона, общей мощностью 250 л.с.[31] Котел имел относительно высокое давление, хотя типичное для Sentinel, с использованием Водотрубный котел Woolnough 300 фунтов на квадратный дюйм.

Одним из самых известных локомотивов Sentinel был «Колумбийский», созданный по проекту Эбнера Добла. Они были построены партией из четырех штук, первая из которых была продана Бельгия в 1934 г., затем три за Société National des Chemins de Fer en Colombe.[32][25] По крайней мере, один из колумбийских локомотивов прошел испытания 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 с независимым приводом каждой оси от двухцилиндрового парового двигателя Doble.[32] Этот двигатель также использовался в других конструкциях вагонов Sentinel для Южная железная дорога. Необычной особенностью надежности было то, что в случае отказа любого двигателя его можно было быстро отключить, и локомотив продолжил свой путь.

Северная Америка

В Балтимор и Огайо в конце 1930-х годов считался парком мощных экспресс-локомотивов 4-2-2-2-2-4 мощностью 5000 л.с., оснащенных четырьмя двигателями V4, по одному на ось.[33]

Рекомендации

  1. ^ Особенно большой локомотив может иметь три или четыре цилиндра, но любой другой - исключение.
  2. ^ Кирл Уилланс, сын Питер Уилланс изобретатель Двигатель Willans, также был дядей L.T.C. Ролт.
  3. ^ Видеть LMS Sentinel 7164
  4. ^ Из-за его формы его часто ошибочно принимают за котел.
  1. ^ а б c d е ж Дуглас Селф (26 ноября 2003 г.). «Паровозы». Галерея Локо Локо.
  2. ^ Железнодорожный вестник - Том 37 - Страница 296 (напечатана в 1904 году)
  3. ^ Современное оборудование - Том 19-20 - Страница 206 (Напечатано в 1906 году)
  4. ^ Джон Робертсон Данлэп, Артур Ван Флиссинген, Джон Майкл Кармоди: Factory and Industrial Management - Volume 33 - page 1003 (напечатано в 1907 г.)
  5. ^ Дуглас Селф (8 февраля 2004 г.). "Пэджет Локомотив". Галерея Локо Локо.
  6. ^ Аронс, Э. (1966). Британский паровоз. Я, к 1925 г. Ян Аллан. С. 343–345.
  7. ^ Hughes, W.J.; Томас, Джозеф Л. (1973). «Страж»: история переулка и Маклеллана и заводов «Страж фургона»: 1875-1930 гг.. Том 1: 1875–1930. Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз. С. 244–246. ISBN  0-7153-5924-X.
  8. ^ Sentinel et al., п. 246
  9. ^ Письмо К. Вилланса Х. Хилтону, 18 сентября 1949 г., принадлежащее отделению Крофтона Kennet and Avon Canal Trust
  10. ^ Хьюз и Томас, Sentinel С. 215–216.
  11. ^ Хьюз и Томас, Sentinel, п. 238.
  12. ^ Хьюз и Томас, Sentinel, п. 216.
  13. ^ Патент Великобритании 222955, S.E. Аллея И Л. Slade, опубликовано 11 июля 1923 г. 
  14. ^ Хьюз и Томас, Sentinel, п. 217.
  15. ^ Патент ГБ 239932, S.E. Аллея, опубликовано 18 июня 1924 г. 
  16. ^ а б Хьюз и Томас, Страж и 1 С. 218–220.
  17. ^ "Маневровые маневры Y1 и Y3 0-4-0T". Энциклопедия ЛНЭР.
  18. ^ Патент GB 248835, опубликовано в декабре 1924 г. 
  19. ^ а б Хьюз и Томас, Sentinel С. 223–225.
  20. ^ а б Хьюз и Томас, Sentinel, pp. 228,235.
  21. ^ Хьюз и Томас, Sentinel, стр. 225–227
  22. ^ "Страж паровых вагонов". Энциклопедия ЛНЭР.
  23. ^ а б c Уолтон, Дж. (1975). Doble Steam Cars (3-е изд.). Легкая мощность пара. С. 99–111.
  24. ^ а б Уолтон, Doble Steam Cars, п. 123
  25. ^ а б c Коминс-Карр, К.А. (1998). «Применение концепции Doble Steam Power к угольной железнодорожной тяге». T. Newcomen Soc. 69 (2): 177–203. Дои:10.1179 / тнс.1997.009.
  26. ^ Дуглас Селф (3 января 2006 г.). «232.П.1». Галерея Локо Локо.
  27. ^ Дуглас Селф (12 декабря 2005 г.). «Швейцарский локомотив высокого давления». Галерея Локо Локо.
  28. ^ Дуглас Селф (23 января 2006 г.). «Паровоз Любек-Бюхенер». Галерея Локо Локо.
  29. ^ Дуглас Селф (15 января 2006 г.). «Египетский паровоз 1938 года». Галерея Локо Локо.
  30. ^ «Паровоз Sentinel-Cammell № 5208». (из Виртуальной фондовой книги Quainton). Бакингемширский железнодорожный центр. 11 апреля 2008 г.. Получено 14 августа 2009.
  31. ^ Дуглас Селф (23 февраля 2006 г.). «Аргентинские паровозы». Галерея Локо Локо.
  32. ^ а б Дуглас Селф (5 февраля 2006 г.). «Колумбийский паровоз». Галерея Локо Локо.
  33. ^ Олден П. Арманьяк (декабрь 1937 г.). «Steam по-прежнему правит рельсами». Популярная механика: 32–33, 131–132.