Атмосферная железная дорога использует перепад давления воздуха для обеспечения мощности для движения железнодорожного транспортного средства. Статический источник энергии может передавать движущую силу транспортному средству таким образом, избегая необходимости переносить мобильное электрогенерирующее оборудование. Давление воздуха или частичный вакуум (т. е. отрицательное относительное давление) может передаваться транспортному средству по непрерывной трубе, где транспортное средство несет поршень, работающий в трубе. Требуется некоторая форма повторно герметизируемого слота, чтобы позволить поршню быть прикрепленным к транспортному средству. В качестве альтернативы все транспортное средство может действовать как поршень в большой трубе или быть соединенным электромагнитно с поршнем.
В начале XIX века было предложено несколько вариантов этого принципа, и было реализовано несколько практических форм, однако все они столкнулись с непредвиденными недостатками и были прекращены в течение нескольких лет.
Разработана и используется современная фирменная система для коротких расстояний. Одной из них является соединение метрополитена Порту-Алегри с аэропортом в Порту-Алегри , Бразилия.
На заре железных дорог отдельные транспортные средства или группы приводились в движение людьми или лошадьми. По мере того, как механическая энергия стала понятна, были разработаны локомотивные двигатели; железный конь . Они имели серьезные ограничения; в частности, будучи намного тяжелее используемых вагонов, они часто ломали рельсы. Кроме того, ограничением было отсутствие сцепления (т. е. скольжения) на стыке железо-железо колесо-рельс, например, в испытаниях на железной дороге Килмарнок и Трун .
Многие инженеры обратили внимание на передачу мощности от статического источника питания, неподвижного двигателя , к движущемуся поезду. Такой двигатель мог быть более прочным и с большим доступным пространством, потенциально более мощным. Решением для передачи мощности до появления практического электричества было использование либо кабельной системы , либо давления воздуха.
В 1799 году Джордж Медхерст из Лондона обсуждал идею пневматического перемещения грузов по чугунным трубам, а в 1812 году он предложил продувать пассажирские вагоны через туннель. [1]
Медхерст предложил две альтернативные системы: либо само транспортное средство было поршнем, либо трубка была относительно небольшой с отдельным поршнем. Он никогда не патентовал свои идеи, и они не были им развиты. [2]
В 1824 году человек по имени Валланс получил патент и построил короткую демонстрационную линию; его система состояла из чугунной трубы диаметром 6 футов (1,8 м) с рельсами, отлитыми в нижней части; транспортное средство было размером с трубу, а для герметизации кольцевого пространства использовалась медвежья шкура. Торможение осуществлялось путем открытия дверей на каждом конце транспортного средства. Система Валланса работала, но не была принята в коммерческих целях. [2]
В 1835 году Генри Пинкус запатентовал систему с квадратной трубкой площадью 9 квадратных футов (0,84 м 2 ) с низкой степенью вакуума, ограничивающей потери от утечки. [3] Позже он перешел на вакуумную трубку с малым диаметром. Он предложил герметизировать щель, которая позволяла поршню соединяться с транспортным средством, с помощью непрерывного троса; ролики на транспортном средстве поднимали трос перед поршневым соединением и затем возвращали его обратно.
Он построил демонстрационную линию вдоль Кенсингтонского канала и выпустил проспект для своей Национальной ассоциации пневматических железных дорог . Он не смог заинтересовать инвесторов, и его система вышла из строя, когда трос растянулся. Однако его концепция, труба небольшого диаметра с повторно закрываемым слотом, стала прототипом для многих последующих систем. [2]
Джейкоб и Джозеф Самуда были судостроителями и инженерами, владели Southwark Ironworks; оба были членами Института инженеров-строителей. Сэмюэл Клегг был газовым инженером, и они работали вместе над своей атмосферной системой. Около 1835 года они прочитали труды Медхерста и разработали систему вакуумных труб с малым диаметром отверстия. Клегг работал над продольным клапаном-откидкой для герметизации щели в трубе.
В 1838 году они получили патент на «новое усовершенствование клапанов» и построили полномасштабную модель в Саутварке. В 1840 году Якоб Самуда и Клегг арендовали полмили железнодорожной линии на West London Railway в Вормхолт-Скрабс (позже переименованном в Вормвуд-Скрабс ), где железная дорога еще не была открыта для публики. В том же году Клегг уехал в Португалию, где он продолжил свою карьеру в газовой промышленности.
Система Самуды включала непрерывную (сочлененную) чугунную трубу, проложенную между рельсами железнодорожного пути; труба имела щель в верхней части. Ведущим транспортным средством в поезде была поршневая тележка , которая несла поршень, вставленный в трубу. Она удерживалась системой кронштейнов, которые проходили через щель, а сам поршень находился на столбе перед точкой, в которой кронштейн покидал щель. Щель была изолирована от атмосферы непрерывным кожаным клапаном, который открывался непосредственно перед кронштейном поршня и закрывался сразу же за ним. Насосная станция впереди поезда выкачивала воздух из трубы, а атмосферное давление позади поршня толкало его вперед.
Демонстрация в Вормвуд-Скрабс длилась два года. Диаметр тяговой трубы составлял 9 дюймов, а для питания использовался стационарный двигатель мощностью 16 л. с. Уклон на линии был постоянным 1 к 115. В своем трактате, описанном ниже, Самуда подразумевает, что труба будет использоваться только в одном направлении, а тот факт, что была возведена только одна насосная станция, предполагает, что поезда притягивались обратно к нижнему концу пути после атмосферного подъема, как это позже было сделано на линии Далки (ниже). Многие из путей были публичными. Самуда приводит данные о нагрузках, степени вакуума и скорости некоторых путей; похоже, корреляция невелика; например:
Интерес общественности к идеям, связанным с атмосферными железными дорогами, был огромным, и в то же время, пока Самуда разрабатывал свою схему, другие выдвигали другие идеи.
В 1841 году Джозеф Самуда опубликовал «Трактат об адаптации атмосферного давления к целям движения по железным дорогам» . [4]
В нем Самуда описал свою систему на 50 страницах; сначала — тяговую трубу:
Движущая сила передается поезду через непрерывную трубу или магистраль, проложенную между рельсами, которая выкачивается воздушными насосами, работающими от стационарных паровых двигателей, закрепленных на обочине дороги, расстояние между ними варьируется от одной до трех миль в зависимости от характера и интенсивности движения по дороге. Поршень, который вводится в эту трубу, прикреплен к ведущему вагону в каждом поезде через боковое отверстие и заставляет двигаться вперед посредством вытяжки, создаваемой перед ним. Непрерывная труба закреплена между рельсами и прикреплена болтами к шпалам, которые их несут; внутренняя часть трубы не просверлена, но выложена или покрыта жиром толщиной в 1/10 дюйма, чтобы выровнять поверхность и предотвратить любое ненужное трение от прохождения через нее движущегося поршня.
Работа запорного клапана должна была иметь решающее значение:
Вдоль верхней поверхности трубы проходит непрерывная щель или канавка шириной около двух дюймов. Эта канавка закрыта клапаном, простирающимся по всей длине рельса, образованным полосой кожи, приклепанной между железными пластинами, причем верхние пластины шире канавки и служат для предотвращения попадания внешнего воздуха в кожу в трубу, когда в ней образуется вакуум; а нижние пластины, входящие в канавку, когда клапан закрыт, образуют окружность трубы и не позволяют воздуху проходить через поршень; один край этого клапана надежно удерживается железными прутьями, прикрепленными винтовыми болтами к продольному ребру, отлитому на трубе, и позволяет коже между пластинами и прутком действовать как шарнир, подобно обычному клапану насоса; другой край клапана попадает в канавку, которая содержит состав из пчелиного воска и сала : этот состав является твердым при температуре атмосферы и становится жидким при нагревании на несколько градусов выше нее. Над этим клапаном находится защитный кожух, который служит для защиты его от снега и дождя и состоит из тонких пластин железа длиной около пяти футов, соединенных кожаными петлями, а конец каждой пластины заходит под следующую по направлению движения поршня, [примечание 1] таким образом обеспечивая подъем каждой по очереди.
Каретка поршня открывала и закрывала клапан:
К нижней стороне первой тележки в каждом поезде прикреплены поршень и его принадлежности; стержень, проходящий горизонтально от поршня, прикреплен к соединительному рычагу, примерно в шести футах позади поршня. Этот соединительный рычаг проходит через непрерывную канавку в трубе и, будучи прикрепленным к тележке, сообщает движение поезду по мере того, как труба становится истощенной; к штоку поршня также прикреплены четыре стальных колеса (два впереди и два позади соединительного рычага), которые служат для подъема клапана и образуют пространство для прохода соединительного рычага, а также для впуска воздуха в заднюю часть поршня; еще одно стальное колесо прикреплено к тележке, регулируемое пружиной, которая служит для обеспечения идеального закрытия клапана, проходя по верхним пластинам сразу после того, как рычаг прошел. Медная трубка или нагреватель, длиной около десяти футов, постоянно поддерживаемая в горячем состоянии небольшой печью, также прикрепленной к нижней стороне тележки, проходит над поверхностью состава (которая была сломана при подъеме клапана) и расплавляет ее, которая при охлаждении становится твердой и герметично запечатывает клапан. Таким образом, каждый проходящий поезд оставляет трубу в состоянии, пригодном для приема следующего поезда.
Вход и выход из трубы описывались следующим образом:
Непрерывная труба разделена на соответствующие секции (в соответствии с соответствующим расстоянием между паровыми двигателями) разделительными клапанами, которые открываются поездом по мере его движения: эти клапаны сконструированы таким образом, что не требуется остановки или снижения скорости при переходе от одной секции к другой. Выходной разделительный клапан или тот, что в конце секции, ближайшей к ее паровому двигателю, открывается сжатием воздуха перед поршнем, которое обязательно происходит после того, как он прошел ответвление, сообщающееся с воздушным насосом; входной разделительный клапан (тот, что около начала следующего участка трубы) является равновесным или балансировочным клапаном и открывается немедленно после того, как поршень вошел в трубу. Основная труба соединена глубокими муфтовыми соединениями, в каждом из которых оставлено кольцевое пространство около середины набивки, заполненное полужидкостью: таким образом предотвращается любая возможная утечка воздуха в трубу. [5]
В то время железные дороги быстро развивались, и решения технических ограничений того времени искались с нетерпением, но не всегда рационально оценивались. Трактат Самуды выдвинул преимущества его системы:
Самуда также опроверг широко распространенную критику своей системы:
В апреле 1844 года Якоб и Джозеф Самуда получили патент на свою систему. Вскоре после этого Джозеф Самуда умер, и его брату Якобу пришлось продолжить работу. Патент состоял из трех частей: первая часть описывала систему атмосферных труб и поршней, вторая — как в районах с обильным водоснабжением можно создать вакуум, используя резервуары с водой на разных уровнях; а третья часть касалась железнодорожных переездов атмосферной железной дороги. [2]
Железная дорога Дублин-Кингстаун открылась в 1834 году, соединив порт Дун-Лэаре (тогда называвшийся Кингстаун) с Дублином; это была линия со стандартной шириной колеи. В 1840 году было решено продлить линию до Долки, на расстояние около двух миль. На этом маршруте была приобретена и переоборудована конка: она использовалась для доставки камня из карьера для строительства гавани. Она была круто наклонной (1 к 115 с 440-ярдовым участком 1 к 57) и сильно изогнутой, самый крутой из которых имел радиус 570 ярдов. Это представляло значительные трудности для локомотивов, которые тогда использовались. Казначей компании Джеймс Пим посетил Лондон и, услышав о проекте Самуды, осмотрел его. Он посчитал, что он идеально подходит для нужд его компании, и после подачи прошения правительству о займе в размере 26 000 фунтов стерлингов [6] было решено установить ее на линии Долки. Так появилась Атмосферная железная дорога Долки .
Использовалась 15-дюймовая тяговая труба с единственной насосной станцией в Дэлки, на верхнем конце 2400-ярдового пробега. Двигатель развивал мощность 110 л. с. и имел маховик диаметром 36 футов. За пять минут до запланированного отправления поезда из Кингстауна насосный двигатель начинал работу, создавая 15-дюймовый вакуум за две минуты. Поезд вручную толкали в положение, где поршень входил в трубу, и удерживали на тормозах, пока он не был готов к пуску. Когда наступало это время, тормоза отпускали, и поезд трогался. (Позже был установлен электрический телеграф, что избавило от зависимости от расписания работы двигателя.)
17 августа 1843 года труба была исчерпана в первый раз, и на следующий день был сделан пробный запуск. В субботу 19 августа линия была открыта для публики. [примечание 2] В процессе эксплуатации была достигнута типичная скорость 30 миль в час; возвращение в Кингстаун осуществлялось гравитацией вниз по уклону и медленнее. К марту 1844 года ежедневно совершалось 35 поездных движений, и по линии путешествовало 4500 пассажиров в неделю, в основном просто из-за новизны.
Записано, что молодой человек по имени Фрэнк Элрингтон однажды находился в поршневой карете, которая не была прикреплена к поезду. Отпустив тормоз, легковой автомобиль рванул с большой скоростью, преодолев расстояние за 75 секунд, со средней скоростью 65 миль в час (105 км/ч).
Поскольку это была первая коммерчески действующая атмосферная железная дорога, она привлекла внимание многих выдающихся инженеров того времени, включая Изамбарда Кингдома Брюнеля , Роберта Стефенсона и сэра Уильяма Кьюбитта . [2] [7]
Линия успешно работала в течение десяти лет, пережив атмосферную систему на британских линиях, хотя линия Париж – Сен-Жермен просуществовала до 1860 года. [8]
Когда система была отменена в 1855 году, был использован паровоз 2-2-2 под названием Princess , который, кстати, был первым паровым двигателем, произведенным в Ирландии. Несмотря на небольшую машину, он успешно работал на крутой линии в течение нескольких лет. [2]
В 1835 году братья Перейр получили концессию от компании Compagnie du Chemin de fer de Paris à Saint-Germain . Они открыли свою 19-километровую линию в 1837 году, но только до Ле-Пек , речной набережной на левом берегу Сены, поскольку для достижения Сен-Жермен-ан-Ле требовался бы устрашающий подъем , а локомотивы того времени считались неспособными преодолеть необходимый уклон, поскольку ограничивающим фактором считалось сцепление.
Узнав об успехе железной дороги Dalkey, французский министр общественных работ (M. Teste) и заместитель государственного секретаря (M. Le Grande) отправили M. Mallet, [примечание 3] inspecteur général honoraire des Ponts et Chaussées, в Dalkey. Он написал исчерпывающую техническую оценку установленной там системы и ее потенциала, которая включала результаты измерений, проведенных с Джозефом Самудой. [3] [6] [9]
Именно благодаря его интересу братья Перейр приняли систему для расширения самого Сен-Жермена, и строительство началось в 1845 году с деревянным мостом через Сену, за которым последовал двадцатиарочный каменный виадук и два туннеля под замком. Расширение было открыто 15 апреля 1847 года; оно было 1,5 км в длину с уклоном 1 к 28 (35 мм/м).
Тяговая труба была проложена между рельсами; она имела диаметр 63 см (25 дюймов) с прорезью наверху. Прорезь закрывалась двумя кожаными клапанами. Насосы приводились в действие двумя паровыми двигателями мощностью 200 л. с., расположенными между двумя туннелями в Сен-Жермене. Скорость поезда на подъеме составляла 35 км/ч (22 мили в час). На спуске поезд шел под действием силы тяжести до Пека, где паровоз перешел на маршрут до Парижа.
Система была технически успешной, но разработка более мощных паровозов привела к ее отказу с 3 июля 1860 года, когда паровоз прошел от Парижа до Сен-Жермена, при поддержке локомотива-толкача вверх по уклону. Такое положение сохранялось более шестидесяти лет до электрификации линии. [10]
Корреспондент Ohio State Journal описал некоторые детали; по-видимому, трубчатых секций было две:
В центре пути уложена железная труба, которая утоплена примерно на треть своего диаметра в полотно дороги. На расстоянии 5500 ярдов труба имеет диаметр всего 1¾ фута [т. е. 21 дюйм], подъем здесь настолько незначительный, что не требует такого же количества силы, как требуется на крутом склоне к Сен-Жермену, где труба на расстоянии 3800 ярдов имеет диаметр 2 фута 1 дюйм [т. е. 25 дюймов].
Паровые машины имели аккумуляторы:
К каждому двигателю приделаны два больших цилиндра, которые выбрасывают четырнадцать кубических футов воздуха в секунду. Давление в воздушном котле (claudieres), присоединенном к выбрасывающим машинам, равно шести абсолютным атмосферам.
Он описал клапан:
По всей длине трубки в верхней части сделан разрез, оставляющий открытое пространство около пяти дюймов. В каждом срезанном крае разреза есть смещение, чтобы зацепить края клапана, который надевается на него. Клапан сделан из куска подошвенной кожи толщиной в полдюйма, имеющего пластины железа, прикрепленные к нему как с верхней, так и с соответствующей нижней стороны, чтобы придать ему прочность... которые, возможно, составляют одну четвертую дюйма в толщину... Пластины имеют длину около девяти дюймов, а их концы, сверху и снизу, расположены на расстоянии трех четвертей дюйма друг от друга, образуя соединения, чтобы придать кожаному клапану гибкость и в то же время прочность. [11]
Клейтон записывает имя инженера, Маллета, который был генеральным инспектором общественных работ, и дает немного другой отчет: Клейтон говорит, что Маллет использовал плетеную веревку, чтобы запечатать щель. Он также говорит, что вакуум создавался путем конденсации пара в вакуумной камере между запусками, но это могло быть недопониманием аккумуляторов давления. [2]
London and Croydon Railway (L&CR) получила свой разрешающий Акт Парламента в 1835 году, чтобы построить свою линию от пересечения с London and Greenwich Railway (L&GR) до Кройдона. В то время линия L&GR строилась, и Парламент воспротивился строительству двух железнодорожных конечных станций в одном и том же квартале Лондона, так что L&CR пришлось бы делить станцию London Bridge L&GR. Линия была построена для обычной локомотивной работы. Была повышена третья компания, London and Brighton Railway (L&BR), и ей тоже пришлось разделить маршрут в Лондон, пролегая над L&CR.
Когда линии открылись в 1839 году, было обнаружено, что заторы возникали из-за частых остановок на местной линии Кройдон; это было особенно проблемой на подъеме 1 из 100 от Нью-Кросс до Дартмут-Армс. [3] Инженер L&CR Уильям Кьюбитт предложил решение проблемы: третий путь будет проложен с восточной стороны существующей двухпутной главной линии, и все местные поезда в обоих направлениях будут использовать его. Более быстрые поезда Брайтона будут освобождены от задержки после остановки поезда. Кьюбитт был впечатлен во время своего визита на линию Далки, и новый третий путь L&CR будет использовать атмосферную энергию. Местная линия также будет продлена до Эпсома, также как однопутная атмосферная линия. Эти договоренности были приняты, и парламентские полномочия были получены 4 июля 1843 года, также разрешив линию до конечной точки в Бриклейерс-Армс. Также были достигнуты договоренности с L&GR о добавлении дополнительного пути на общем участке их маршрута. 1 мая 1844 года открылась конечная станция Bricklayers Arms, и оттуда стали отправляться частые поезда в дополнение к поездам London Bridge. [2] [3] [12]
Линия L&CR расходилась на юго-запад в Norwood Junction (тогда называвшейся Jolly Sailor , в честь гостиницы) и должна была пересечь линию L&BR. Атмосферная труба сделала это невозможным на равнине, и для обеспечения пересечения была построена эстакада : это был первый пример в железнодорожном мире. [13] Она имела форму деревянного виадука с уклонами подхода 1 к 50. Подобная эстакада должна была быть построена в Corbetts Lane Junction, где дополнительная линия L&CR должна была быть на северо-восточной стороне существующей линии, но этого так и не сделали.
Тяговая труба диаметром 15 дюймов была установлена между Форест-Хилл (тогда называвшаяся Дартмут-Армс , также в честь местной гостиницы) и Уэст-Кройдоном. Хотя Самуда руководил установкой атмосферного аппарата, погодный клапан, откидная железная пластина, которая закрывала кожаный щелевой клапан в установке Далки, была исключена. В L&CR был атмосферный инженер Джеймс Пирсон. Модслей, Сын и Филд поставили три паровых двигателя мощностью 100 л. с. и насосы в Дартмут-Армс, Джолли Сейлор и Кройдон (позже Уэст-Кройдон), и для них были возведены сложные машинные отделения. Они были спроектированы в готическом стиле У. Х. Брейкспиром и имели высокие дымоходы, которые также выводили откачиваемый воздух на большой высоте. [примечание 4]
На линии была установлена двухстрелочная электрическая телеграфная система, которая позволяла персоналу станции подавать в удаленное паровозное депо сигнал о готовности поезда к отправлению.
Этот участок от Дартмут-Армс до Кройдона начал работу в атмосферной системе в январе 1846 года.
Слот тяговой трубы и кронштейн поршня были переданы; то есть заслонка закрытия щели была непрерывно навешена на одной стороне, а кронштейн опоры поршня был изогнут, чтобы минимизировать необходимое открытие заслонки. Это означало, что поршневую тележку нельзя было просто повернуть на поворотном круге в конце поездки. Вместо этого она была двухсторонней, но поршень вручную переносился на новый передний конец. Саму поршневую тележку приходилось вручную (или с помощью лошадиной силы) перемещать на передний конец поезда. В Dartmouth Arms платформа станции была островом между двумя паровыми линиями. Кьюбитт спроектировал специальную систему стрелочного перевода, которая позволяла атмосферной поршневой тележке входить на обычный путь. [примечание 5]
Инспектор Совета по торговле генерал Пэсли посетил линию 1 ноября 1845 года, чтобы одобрить ее открытие. Газета Times сообщила об этом событии; специальный поезд отправился из Лондонского моста, ведомый паровозом; в Форест-Хилл локомотив был отцеплен и:
поршневой вагон заменили, и поезд стал приводиться в действие атмосферным давлением. Поезд состоял из десяти вагонов (включая тот, к которому прикреплен поршень), и его вес составлял свыше пятидесяти тонн. В семь с половиной минут третьего поезд покинул точку остановки в Дартмутском армсе, а в восемь и три четверти минуты четвертого поршень вошел в клапан, [примечание 6] когда нам сразу же пришло в голову, что одним из поразительных преимуществ системы было мягкое, почти незаметное движение при трогании с места. При выезде со станции на локомотивных линиях мы часто испытывали «рывок», временами достигавший абсолютного «шока» и достаточный, чтобы встревожить нервного и робкого пассажира. Однако здесь ничего подобного не наблюдалось. В течение минуты с четвертью после того, как поршень вошел в трубу, скорость, достигнутая против сильного встречного ветра, составляла двенадцать миль в час; в следующую минуту, а именно в одиннадцать минут третьего, двадцать пять миль в час; в тринадцать минут третьего, тридцать четыре мили в час; четырнадцать минут третьего, сорок миль в час; и пятнадцать минут четвертого, пятьдесят две мили в час, которая сохранялась до шестнадцати минут третьего, когда скорость начала уменьшаться, и в семнадцать с половиной минут третьего поезд достиг конечной станции Кройдон, таким образом, проделав путь от Дартмут-Армс, пять миль, за восемь минут и три четверти. Барометр в поршневом вагоне показывал вакуум в 25 дюймов, а в машинном отделении — вакуум в 28 дюймов. [примечание 7] [14]
Успешный официальный публичный запуск широко освещался, и сразу же стали продвигаться новые проекты строительства дальних железных дорог в атмосферной системе; акции Южно-Девонской железной дороги резко выросли в цене.
Отчет Пэсли от 8 ноября был благоприятным, и линия была готова к открытию. Директора колебались, желая заранее набраться немного опыта. 19 декабря 1845 года коленчатый вал стационарного двигателя Форест-Хилл сломался, и двигатель стал непригодным для использования. Однако деталь быстро заменили, и 16 января 1846 года линия открылась.
В 11:00 утра того же дня сломался коленчатый вал одного из двигателей Кройдона. Было предоставлено два двигателя, поэтому движение могло продолжаться с использованием другого, [примечание 8] пока в 7:20 вечера тот двигатель не постигла та же участь. Снова ремонт проводился до 10 февраля 1846 года, когда оба двигателя Кройдона вышли из строя.
Это был горький удар для приверженцев атмосферной системы; недостатки в производстве стационарных двигателей, закупленных у авторитетного производителя двигателей, ничего не говорили о практичности самой атмосферной системы, но, как сказал Самуда Совету:
«Общественность не может различить (потому что не может знать) причину перебоев, и все нарушения приписываются атмосферной системе». [15]
Два месяца спустя балка одного из двигателей Forest Hill сломалась. В это время директора строили планы по расширению Epsom; они быстро пересмотрели свою предполагаемую покупку двигателей у Maudslay и объявили тендеры; Boulton and Watt из Бирмингема получили контракт, их цена была значительно ниже, чем у конкурентов.
6 июля 1846 года London and Brighton Railway объединилась с L&CR, образовав London, Brighton and South Coast Railway (LB&SCR). В то время директора более крупной компании продолжали придерживаться намерений L&CR использовать атмосферную систему.
Лето 1846 года было исключительно жарким и сухим, и начали проявляться серьезные проблемы с клапаном тяговой трубы. Было важно сделать хорошее уплотнение, когда кожаный клапан был закрыт, а погодные условия сделали кожу жесткой. Что касается состава из жира и пчелиного воска, который должен был герметизировать стык после каждого поезда, Самуда изначально сказал, что «этот состав твердый при температуре атмосферы и становится жидким при нагревании на несколько градусов выше нее» [4] , и жаркая погода оказала такое действие. Первоначальное описание Самудой своей системы включало металлический погодный клапан, который закрывался над клапаном, но он был исключен на L&CR, подвергая клапан воздействию погоды, а также способствуя заглатыванию мусора, включая, как сообщил наблюдатель, носовой платок, брошенный женщиной на рельсы. Любой мусор, застрявший в седле клапана, мог только снизить его эффективность.
Более того, жир – то есть топленый животный жир – был привлекателен для популяции крыс. Источник 1859 года сообщает, что крысы забирались в железную трубу ночью, чтобы есть жир, и «сотни» особей погибали каждое утро, когда включался насос для первого поезда. [16] Задержки стали частыми из-за невозможности создать достаточно вакуума для движения поездов, а остановки на крутых подъездных склонах на эстакаде были обычным явлением и широко освещались в прессе.
Директора теперь начали беспокоиться об атмосферной системе, и в частности о расширении Эпсома, которое должно было иметь три двигателя. В декабре 1846 года они попросили Болтона и Уатта отменить проект, и им сказали, что приостановка контракта на поставку на год обойдется в 2300 фунтов стерлингов. Директора согласились с этим.
Зима 1846/7 принесла новые метеорологические трудности: необычно холодная погода сделала кожаный клапан жестким, и снег попал в трубу [примечание 9], что привело к большему количеству отмен атмосферного обслуживания. Рабочий пути погиб в феврале 1847 года во время работы паровой замены. Это было трагически неудачно, но это имело эффект широко распространенных сообщений о том, что атмосферный был, в очередной раз, неработоспособен. [17]
В течение этого длительного периода директора, должно быть, становились все менее и менее заинтересованными в продолжении работы над атмосферной системой, даже когда деньги тратились на ее расширение до Лондонского моста. (Она открылась от Дартмут-Армс до Нью-Кросса в январе 1847 года, используя гравитацию в северном направлении и насосную станцию Дартмут-Армс в южном направлении.) В ситуации, когда общественное доверие было важно, директора не могли публично выражать свои сомнения, по крайней мере, до тех пор, пока не будет принято окончательное решение. 4 мая 1847 года [18] директора объявили, что «атмосферные трубы Кройдона были сняты, а план заброшен».
Причина, похоже, не была обнародована сразу, но, похоже, толчком послужило настойчивое требование инспектора Совета по торговле о втором перекрестке на пересечении линий Брайтон и Эпсом. Неясно, о чем идет речь, и, возможно, это было просто рационализацией времени болезненного решения. Какова бы ни была причина, на LB&SCR больше не должно было быть атмосферных работ. [2]
Great Western Railway (GWR) и Bristol and Exeter Railway, работая совместно, достигли Эксетера 1 мая 1844 года, соединив город с Лондоном железной дорогой с широкой колеей . Заинтересованные стороны в Девоншире считали важным продлить связь с Плимутом, но рельеф местности представлял значительные трудности: там была возвышенность, через которую не было легкого пути.
После значительных споров 4 июля 1844 года Южно-Девонская железнодорожная компания (SDR) получила от парламента Акт, разрешающий строительство линии.
Инженером компании был новатор Изамбард Кингдом Брюнель . Он посетил линию Dalkey и был впечатлен возможностями атмосферной системы на этой линии. Самуда всегда выдвигал на первый план преимущества своей системы, которые (как он утверждал) включали гораздо лучшие возможности подъема на холмы и меньший вес на пути. Это позволило бы планировать линию на холмистой местности с более крутыми, чем обычно, уклонами, что существенно экономило бы стоимость строительства.
Если бы Брюнель решил определенно использовать атмосферную систему на этапе планирования, это позволило бы ему проложить маршрут, который был бы невозможен с локомотивной технологией того времени. Маршрут South Devon Railway, который используется и по сей день, имеет крутые уклоны и, как правило, считается «сложным». Комментаторы часто винят в этом то, что он был спроектирован для атмосферной тяги; например:
Секон, описывая топографию линии, говорит, что за Ньютон-Эбботом,
Конформация страны очень не подходит для строительства железной дороги с хорошими уклонами. Этот недостаток в то время не беспокоил г-на Брунеля, инженера South Devon Railway Company, поскольку он предложил проложить линию по атмосферному принципу, и одним из преимуществ, заявленных для этой системы, было то, что крутые склоны было так же легко прокладывать, как и ровную дорогу. [19]
Фактически решение рассмотреть вопрос о принятии атмосферной системы было принято после одобрения парламента, и маршрут должен был быть окончательно утвержден до его представления в парламент.
Через восемь недель после принятия Акта акционеры услышали, что «После принятия Акта было получено предложение... от господ Samuda Brothers... применить их систему тяги на линии South Devon». Брюнелю и делегации директоров было предложено посетить линию Dalkey. В отчете говорилось, что в результате,
Ввиду того, что во многих точках линии как уклоны, так и кривые сделают применение этого принципа особенно выгодным, ваши директора постановили, что атмосферная система, включая электрический телеграф, должна быть принята на всей линии Южно-Девонской железной дороги. [22]
Строительство началось сразу же на участке от Эксетера до Ньютон-Эббот (сначала называвшемся Ньютон ); эта первая часть в целом ровная: именно участок от Ньютона был холмистым. Контракты на поставку насосных двигателей и машин мощностью 45 лошадиных сил (34 кВт) были заключены 18 января 1845 года, и они должны были быть доставлены к 1 июля того же года. Изготовление тяговых труб столкнулось с трудностями: их приходилось отливать с сформированным пазом, [примечание 10], и поначалу серьезной проблемой была деформация.
Доставка оборудования и прокладка труб сильно задержались, но 11 августа 1846 года, пока работа еще продолжалась, был заключен контракт на двигатели, необходимые для холмистого участка за Ньютоном. Они должны были быть более мощными, 64 лошадиные силы (48 кВт) и 82 лошадиные силы (61 кВт) в одном случае, а тяговая труба должна была быть большего диаметра.
Железнодорожное сообщение между Эксетером и Тейнмутом началось 30 мая 1846 года, но оно осуществлялось паровыми двигателями, арендованными у GWR. Наконец, 13 сентября 1847 года [примечание 11] первые пассажирские поезда начали курсировать по атмосферной системе. [23] [24] Атмосферные товарные поезда могли курсировать несколькими днями ранее.
Четыре атмосферных поезда ходили ежедневно в дополнение к рекламируемому паровому сервису, но со временем они заменили паровозы. Сначала атмосферная система использовалась только до Тейнмута, откуда паровой двигатель тянул поезд, включая поршневой вагон, до Ньютона, где поршневой вагон был снят, и поезд продолжил свой путь. С 9 ноября некоторые атмосферные работы до Ньютона проводились, а с 2 марта 1848 года все поезда на этом участке были атмосферными.
В течение зимы 1847-8 гг. регулярное сообщение с Тейнмутом сохранялось. Самая высокая зафиксированная скорость была в среднем 64 мили в час (103 км/ч) на расстоянии 4 миль (6,4 км) при перевозке 28 длинных тонн (28 т) и 35 миль в час (56 км/ч) при перевозке 100 длинных тонн (100 т). [ необходима цитата ]
В этот период были преодолены два существенных ограничения атмосферной системы. Первое заключалось в том, что на станциях была предусмотрена вспомогательная тяговая труба; она была проложена вне пути, поэтому не мешала стрелочному переводу. Поршневая тележка соединялась с ней тросом — у трубы должен был быть свой поршень — и поезд можно было тянуть на станцию и дальше к началу главной трубы. Второе развитие заключалось в устройстве переезда для трубы: откидная крышка лежала поперек трубы для использования на дороге, но когда тяговая труба истощалась, ответвление приводило в действие небольшой поршень, который поднимал крышку, позволяя поршневой тележке безопасно проходить и действуя как предупреждение для участников дорожного движения. Современные технические чертежи показывают тяговую трубу значительно ниже обычной, ее верх примерно на уровне головок рельсов, а ее центр — на уровне центра ригелей. Никаких указаний на то, как поддерживалась ширина колеи, не показано.
Хотя поезда ходили якобы удовлетворительно, были технические просчеты. Кажется [25] , что Брюнель изначально указал 12-дюймовые (300 мм) трубы для ровного участка до Ньютона и 15-дюймовые (380 мм) трубы для холмистой части маршрута, и при указании мощности стационарного двигателя и вакуумных насосов он значительно занизил их мощность. 12-дюймовые (300 мм) трубы, похоже, были списаны, и вместо них установлены 15-дюймовые (380 мм) трубы, а на холмистых участках начали устанавливать 22-дюймовые (560 мм) трубы. Были внесены изменения в регуляторы управления двигателями, чтобы они ходили на 50% быстрее, чем предполагалось. Сообщалось, что потребление угля было намного больше прогнозируемого, по 3 шиллинга 1½ пенса за милю поезда вместо 1 шиллинга 0 пенсов (и вместо 2 шиллингов 6 пенсов, которые были платой за аренду арендованных паровозов GWR). Это могло быть отчасти связано с тем, что электрический телеграф еще не был установлен, что требовало откачки в соответствии с расписанием, даже если поезд опаздывал. Когда телеграф был готов, 2 августа, потребление угля в последующие недели упало на 25%. [26]
Зимой 1847–1848 годов кожаный клапан, который закрывал щель тяговой трубы, начал доставлять неприятности. В холодные зимние дни кожа замерзала на морозе после насыщения дождем. Это приводило к тому, что она не могла правильно сидеть после прохождения поезда, пропуская воздух в трубу и снижая эффективность накачки. Следующей весной и летом стояла жаркая и сухая погода, и кожаный клапан высох, и результат был примерно таким же. Брюнель обработал кожу китовым жиром, пытаясь сохранить гибкость. Говорили, что между танином в коже и оксидом железа на трубе происходила химическая реакция. Также возникли трудности с кожаным манжетным уплотнением на поршнях.
Комментаторы отмечают, что в системе Южного Девона отсутствовал железный погодный клапан, который использовался на линии Dalkey для прикрытия клапана. На этой линии железные пластины были отвернуты непосредственно перед кронштейном поршня. Неизвестно, почему это было исключено в системе Южного Девона, но на скорости такое расположение должно было включать значительную механическую силу и генерировать окружающий шум.
В мае и июне возникли еще более серьезные проблемы, когда секции клапана оторвались от крепления, и их пришлось быстро заменить. У Самуды был контракт с компанией на обслуживание системы, и он посоветовал установить защитный чехол, но это не было принято. Это не исправило бы непосредственную проблему, и потребовалась полная замена кожаного клапана; это было оценено в 32 000 фунтов стерлингов — очень большую сумму денег на тот момент — и Самуда отказался действовать.
С договорным тупиком в борьбе за поддержание несовершенной системы в рабочем состоянии, было неизбежно, что конец был близок. На собрании акционеров 29 августа 1848 года директора были обязаны сообщить обо всех трудностях, и что Брюнель рекомендовал отказаться от атмосферной системы; были достигнуты договоренности с Great Western Railway о предоставлении паровозов, и атмосферная система будет оставлена с 9 сентября 1848 года.
Отчет Брюнеля Директорам, теперь показанный на собрании, был всеобъемлющим, и он также помнил о своем собственном деликатном положении и о договорных обязательствах Samuda. Он описал стационарные двигатели, полученные от трех поставщиков: «Эти двигатели в целом не оказались успешными; ни один из них пока не работал очень экономично, а некоторые очень расточительны в использовании топлива». Что касается трудностей с кожаным клапаном в экстремальных погодных условиях, жаре, морозе и сильном дожде,
Те же самые меры применяются ко всем трем, сохраняя кожу клапана смазанной и лакированной, и делая ее непроницаемой для воды, которая в противном случае пропитывает ее в сырую погоду или которая замерзает в холодную, делая ее слишком жесткой для закрытия; и та же самая предосторожность предотвращает высыхание и сморщивание кожи от жары; поскольку это, а не расплавление состава, является главным неудобством, возникающим из-за жары. Было также обнаружено, что небольшое количество воды, нанесенной на клапан из резервуара в каретке поршня, полезно в очень сухую погоду, показывая, что сухость, а не жара, была причиной утечки.
Но была и гораздо более серьезная проблема: «Значительная часть продольного клапана вышла из строя из-за разрыва кожи в местах соединения пластин. Кожа сначала частично треснула в этих местах, что вызвало значительную утечку, особенно в сухую погоду. Через некоторое время она полностью разорвалась».
Техническое обслуживание тяговой трубы и клапана входило в контрактную ответственность Самуды, но Брюнель указал, что он обвиняет компанию в небрежном хранении и в том, что клапан был установлен за некоторое время до того, как его начали использовать поезда; Брюнель отказался вдаваться в вопрос ответственности, намекнув на возможные паллиативные меры, но заключил:
Стоимость строительства намного превзошла наши ожидания, а сложность работы системы, столь сильно отличающейся от той, к которой все — как путешественники, так и рабочие — привыкли, оказалась (sic) слишком большой; и поэтому, хотя, без сомнения, после некоторых дальнейших испытаний можно будет значительно снизить стоимость работы на проложенном участке, я не могу предвидеть возможности какого-либо побуждения продолжать работу системы после Ньютона. [27]
Среди некоторых акционеров возникла огромная враждебность, и Самуда, а в особенности Брунель, подверглись жесткой критике, но атмосферная система на линии была завершена.
Томас Гилл был председателем правления Южного Девона и хотел продолжить работу с атмосферной системой. Чтобы добиться этого, он ушел в отставку и в ноябре 1848 года опубликовал брошюру, призывающую сохранить систему. Он собрал достаточно поддержки, чтобы 6 января 1849 года состоялось Внеочередное общее собрание компании. Состоялось продолжительное техническое обсуждение, в ходе которого Гилл заявил, что Кларк и Варли готовы заключить контракт на завершение работы над атмосферной системой и ее обслуживание на участке линии. По словам Гилла, было еще двадцать пять изобретателей, желавших испытать свои творения на линии. Собрание длилось восемь часов, но в конце концов было проведено голосование: большинство присутствовавших акционеров высказались за продолжение работы с системой, 645 против 567 акций. Однако большой блок доверенностей был у акционеров, которые не хотели присутствовать на собрании, и их голосами отказ был подтвержден 5324 против 1230.
Это был конец атмосферной системы на Южно-Девонской железной дороге.
Среди групп энтузиастов часто утверждается, что одним из факторов отказа кожаного лоскута были крысы, привлеченные жиром, которые грызли его. Хотя говорят, что крысы были втянуты в тяговую трубу в первые дни, на кризисном совещании, описанном выше, об этом не упоминалось. Историк Колин Дивалл считает, что нет «никаких документальных свидетельств» того, что крысы вызывали такие проблемы на железной дороге. [28]
Поршневая тележка на демонстрационной линии представляла собой открытую четырехколесную гусеницу. На чертеже не показано никаких органов управления. Балка, на которой устанавливался поршень, называлась «насестом» и крепилась непосредственно к осям, поворачиваясь в своей центральной точке; она имела противовес на задней части кронштейна крепления (называемого «сошником»).
Обычный состав поезда состоял из двух вагонов: поршневого вагона, включавшего купе кондуктора и жилые помещения третьего класса, и вагона второго класса с торцевыми смотровыми окнами сзади. Вагона первого класса не было. У кондуктора был винтовой тормоз, но не было другого управления. Возврат (спуск) осуществлялся под действием силы тяжести, и у кондуктора был рычаг, который позволял ему откидывать поршневой узел в одну сторону, так что спуск производился с поршнем снаружи трубы.
Введенный в эксплуатацию участок от Ле-Пек до Сен-Жермена был почти такой же длины, как линия Далки, и эксплуатировался аналогичным образом, за исключением того, что спуск под действием силы тяжести производился с помощью поршня в трубе, так что давление воздуха помогало замедлить скорость. Верхний терминал имел подъездные пути, а переключение осуществлялось с помощью канатов. [29]
Поршневые экипажи представляли собой шестиколесные фургоны с платформой водителя на каждом конце, поскольку они были двусторонними. Место водителя находилось внутри экипажа, а не на открытом воздухе. Центральная ось была неподрессоренной, и поршневой узел был напрямую соединен с ней. У водителя был вакуумметр (ртутный манометр ), соединенный металлической трубкой с головкой поршня. Некоторые транспортные средства были оснащены спидометрами, изобретением Мозеса Рикардо. Помимо тормоза, у водителя был перепускной клапан, который впускал воздух в частично истощенную тяговую трубку перед поршнем, уменьшая оказываемое тяговое усилие. Похоже, это использовалось на спуске 1 из 50 с эстакады. Расположение рычага и клапана показано на схеме в « Трактате» Самуды .
Часть патента Самуды включала поршень переменного диаметра, что позволяло одной и той же поршневой каретке преодолевать участки маршрута с различными размерами тяговой трубы. Клейтон описывает это: изменение могло контролироваться машинистом во время движения; рычаг управлял устройством, похожим на зонтик, в задней части головки поршня; у него были шарнирные стальные ребра. Чтобы разместить кронштейн для поршня, прорезь тяговой трубы, а следовательно, и верхняя часть трубы, должны были находиться на одном уровне независимо от диаметра трубы, так что все дополнительное пространство, которое нужно было герметизировать, было направлено вниз и вбок; расположение «зонтика» было асимметричным. Фактически это никогда не использовалось на железной дороге Южного Девона, поскольку 22-дюймовые трубы там никогда не открывались; и изменение в Форест-Хилле длилось всего четыре месяца до конца тамошней атмосферной системы. [30] Поршень переменного диаметра также планировалось использовать на железной дороге Сен-Жермен, где 15-дюймовая труба должна была использоваться от Нантера до Ле-Пек, а затем 25-дюймовая труба на уклоне в три с половиной процента до Сен-Жермена. Только 25-дюймовая секция была завершена, поэтому использовался простой поршень. [29]
В машинном отделении Дейнтона вакуумный ресивер должен был быть установлен во впускной трубе насосов. По-видимому, это был перехватчик мусора, который мог попасть в тяговую трубу; у него была открывающаяся дверь, чтобы персонал мог время от времени очищать мусор. [31]
Были построены две демонстрационные железные дороги, в которых внутри трубы находился весь вагон, а не только поршень. В обоих случаях вагоны толкались атмосферным давлением в одном направлении и повышенным давлением в другом, и в обоих случаях целью было запустить вагоны под землей без дыма и газа паровозов.
Попытки девятнадцатого века создать практическую атмосферную систему (описанную выше) потерпели неудачу из-за технологических недостатков. В настоящее время современные материалы позволили реализовать практическую систему.
К концу двадцатого века бразильская корпорация Aeromovel разработала автоматизированное средство передвижения людей , работающее на атмосферном топливе. Легкие поезда ездят по рельсам, установленным на приподнятой пустотелой бетонной коробчатой балке, которая образует воздуховод. Каждый вагон прикреплен к квадратной пластине — поршню — внутри воздуховода, соединенного мачтой, проходящей через продольный паз, который герметизирован резиновыми клапанами. Стационарные электрические воздушные насосы расположены вдоль линии, чтобы либо нагнетать воздух в воздуховод для создания положительного давления, либо выпускать воздух из воздуховода для создания частичного вакуума. Перепад давления, действующий на поршневую пластину, заставляет транспортное средство двигаться.
Электроэнергия для освещения и торможения подается в поезд низковольтным (50 В) током через рельсы, по которым движутся транспортные средства; он используется для зарядки бортовых аккумуляторов. Поезда имеют обычные тормоза для точной остановки на станциях; эти тормоза автоматически применяются, если на пластине нет перепада давления. Полностью загруженные транспортные средства имеют соотношение полезной нагрузки к собственному весу около 1:1, что в три раза лучше, чем у обычных альтернатив. [34] Транспортные средства не имеют водителя, а их движение определяется органами управления на линии. [35] Aeromovel был разработан в конце 1970-х годов бразильцем Оскаром Х. В. Костером . [36]
Система была впервые реализована в 1989 году в Taman Mini Indonesia Indah , Джакарта , Индонезия . Она была построена для обслуживания тематического парка; это 2-мильный (3,22 км) круг с шестью станциями и тремя поездами. [37] В конце 2010-х годов система была закрыта. Впоследствии она была переведена на дизельную работу с одним поездом и вновь открыта в 2019 году. [38]
Вторая установка, Metro-Airport Connection, открылась в августе 2013 года. Линия соединяет Estação Aeroporto (станция аэропорта) метро Порту-Алегри и Терминал 1 международного аэропорта Салгаду Филью . [39] Длина одной линии составляет 0,6 мили (1 км), а время в пути — 90 секунд. Первый 150-местный вагон был доставлен в апреле 2013 года, а второй на 300 пассажиров был доставлен позже.
В декабре 2018 года в Китае был открыт центр исследований и разработок пневматических железных дорог, созданный в сотрудничестве между Aeromovel и China Railway Engineering Group (CREG). [40] Фирмы работали вместе над проектами с начала 2017 года, [41] включая начатую, но приостановленную систему, предложенную для Canoas . [42]
Предлагаемая Accra Skytrain , пятилинейная, 194-километровая (121 миля) надземная сеть легкорельсового транспорта в столице Ганы, также будет использовать эту технологию. В 2019 году правительство Ганы подписало концессионное соглашение «строительство-эксплуатация-передача» с южноафриканским консорциумом на разработку проекта, оценочная стоимость которого составляет 2,6 миллиарда долларов. По состоянию на июнь 2021 года [обновлять]проект не продвинулся и не прошел стадию технико-экономического обоснования.
В декабре 2020 года было объявлено, что компания Aerom, владеющая технологией Aeromovel, была выбрана для установки GRU Airport People Mover в международном аэропорту Сан-Паулу/Гуарульюс . Линия будет иметь длину 2,6 километра (1,6 мили) и 4 станции. [43] [44]
Flight Rail Corporation. в Соединенных Штатах разработала концепцию высокоскоростного атмосферного поезда, который использует вакуум и давление воздуха для перемещения пассажирских модулей по приподнятой направляющей. Стационарные силовые системы создают вакуум (впереди поршня) и давление (позади поршня) внутри непрерывной пневматической трубы, расположенной по центру под рельсами в ферменной сборке. Свободный поршень магнитно соединен с пассажирскими модулями выше; такое расположение позволяет закрыть силовую трубу, избегая утечки. Транспортный блок работает над силовой трубой на паре параллельных стальных рельсов.
В настоящее время компания имеет пилотную модель масштаба 1/6, работающую на открытом испытательном пути. Путь имеет длину 2095 футов (639 м) и включает уклоны 2%, 6% и 10%. Пилотная модель работает на скорости до 25 миль в час (40 км/ч). Корпорация заявляет, что полномасштабная реализация будет способна развивать скорость свыше 200 миль в час (320 км/ч). [45] [46]
