stringtranslate.com

Двойной дымоход

Юбилей LMS 5596 Багамы

Двойная труба (или двойной дымоход, double smokestack в американском английском) — это форма дымохода для паровоза , где обычное одинарное отверстие дублируется вместе с дымовой трубой под ним. Хотя внутренние отверстия образуют два круга, внешний вид обычно образует один вытянутый овал.

Цель

Разрез дымовой коробки, показывающий двойную трубу и дымовые трубы Kylchap парохода RENFE (испанского производства) класса 141 F

Классическая конструкция выхлопной трубы для паровоза началась с изобретения Хаквортом дымовой трубы , размещенной по центру внутри высокой трубы. Викторианские разработки уменьшили высоту трубы, так что естественная тяга больше не имела значения. Стандартной конструкцией тогда была круглая дымовая коробка с барабанной головкой , с одним соплом дымовой трубы, ведущим в дымовую трубу с расширяющейся нижней трубой под ней. Из работ таких теоретиков, как В. Ф. М. Госс из Университета Пердью , а позже С. О. Элл из Суиндона , [1] были разработаны руководящие принципы на каждом локомотивном заводе, описывающие, как они должны были быть пропорциональны. [2]

Было признано, что для пароподъемной способности каждого котла потребуется определенный диаметр дымохода и дымовой трубы, а также что конический сужение от дымохода к дымовой трубе не может быть слишком крутым. По мере того, как котлы становились мощнее, не только диаметр дымохода должен был стать больше, но и минимальная высота дымохода становилась больше — так же, как увеличивающийся размер котлов ограничивал высоту зазора, доступную в пределах габарита загрузки . Высота дымохода [i] не менее 24 дюймов считалась минимально возможной. [1] К 1930-м годам стало все труднее обеспечивать такую ​​высоту, и искались другие решения.

Решением этого ограничения стало использование двойной дымовой трубы. Это позволило получить достаточную площадь поперечного сечения для воздушного потока, одновременно уменьшив диаметр каждой трубы и, таким образом, минимальную высоту, необходимую для приемлемо плавного сужения. [3] [ii]

Кылчапские взрывные трубы

Одновременно с этим была разработана труба Kylchap , объединяющая распределитель Kylälä финского инженера Kyösti Kylälä и еще одну дымовую дроссельную трубу, добавленную французским инженером Андре Шапелоном . Это разделило область трубы на четыре меньших сопла, а вертикальная тяга была введена через три сложенных вместе трубки Вентури . Хотя общая площадь трубы оставалась постоянной, их периметр, а следовательно, и площадь смешивания с отработавшими газами, удвоились. Дополнительные юбки также повысили эффективность дутья в создании тяги.

Хотя нет никаких причин, по которым один подход, будь то двойная дымовая труба или дымовая труба Кильчап, зависит от другого, интерес к обоим подходам, как правило, возникал одновременно, и поэтому их часто устанавливали вместе.

Недостатки

4472 Flying Scotsman в 2003 году, с переоборудованными дымовыми дефлекторами типа Witte

Первые 50 пароходов класса Ivatt 4MT 2-6-0 были построены с двойными дымоходами. Однако они работали плохо и были отмечены как плохие пароходы. Работа на статическом испытательном заводе в Рагби обнаружила, что не было никаких преимуществ от двойной дымоходной трубы, а также что она была плохо спроектирована изначально. После модернизации с одной дымоходной трубой и улучшения потока газа в дымовой коробке их скорость парообразования была увеличена с 9000 фунтов/час с двойной дымоходной трубой до 17000 фунтов/час с одной дымоходной трубой, хотя это все еще было ниже теоретического предела, ограниченного размером колосниковой решетки, в 19000 фунтов/час. [4]

Небольшим недостатком может быть «более мягкий» выхлопной поток для того, чтобы убрать внешний дым из поля зрения водителя. Когда в конце 1950-х годов класс LNER A3 был оснащен двойными дымоходами, у них возникли проблемы с дымом, закрывающим обзор из кабины. [iii] Решением этой проблемы стала установка небольших дымовых дефлекторов типа Witte немецкого образца.

Известные инсталляции

Многие установки двойных дымоходов, по крайней мере в Великобритании, были выполнены в 1930-х годах в качестве экспериментальных переоборудований, а не как новые конструкции.

ЛНЕР А4

А4 60019 Выпь

Найджел Гресли , CME LNER , был ярым последователем французской локомотивной практики, в частности , работы Андре Шапелона и Nord 'Superpacifics' Марка де Касо  [fr] . Когда Гресли проектировал свой класс P2 как преемника своих A3 , [iv] он принял во внимание эту французскую работу и также использовал двойную дымовую трубу с выхлопными трубами Kylchap . Первоначально было построено два P2, 2001 Cock O' The North , а затем 2002 Earl Marischal , оба в 1934 году. Также следуя французской практике, 2001 был построен с тарельчатыми клапанами, а для сравнения 2002 сохранил обычные поршневые клапаны. Чтобы избежать проблем с дымом, закрывающим обзор машиниста, оба были построены с клиновидными верхами дымовой коробки и крыльевыми пластинами на ее верхних сторонах, как это было использовано для 10000 . С более резким выхлопом 2001 года, оснащенного тарельчатым клапаном, это было успешно, и дым выбрасывался вверх, прочь от окон кабины. 2002 год имел более мягкий выхлоп и создавал проблемы, пока его не переделали с дополнительными дымовыми дефлекторами , расположенными на расстоянии около 18 дюймов параллельно существующим пластинам крыла. Оба локомотива считались успешными, но 2002 год имел преимущество по эффективности, приписываемое меньшим объемам в клапанной коробке. [v] Когда были построены дальнейшие члены класса P2, они последовали за 2002 годом с поршневыми клапанами и дополнительными дымовыми дефлекторами. [5]

Первые из класса A4 вернулись к одинарной дымовой трубе и обычной воздухозаборной трубе. Они уделили наибольшее внимание потоку газа в целом, как на входе, так и на выходе. У P2 наблюдалась тенденция к избытку тяги при интенсивной работе на длинном участке, достаточном для того, чтобы поднять огонь. Чтобы избежать этого, A4 использовали «перемычку» на своей воздухозаборной трубе, свободное кольцо, которое поднималось под воздействием сильной струи дутья, увеличивая эффективный диаметр сопла и, таким образом, уменьшая тягу дутья. Это устройство нельзя было применить ни к двойной дымовой трубе, ни к воздухозаборной трубе Килала, но неясно, было ли это единственной причиной для упрощенной одинарной воздухозаборной трубы. [6]

4468 Mallard, 28-й из A4 , был построен с двойной дымовой трубой и дымовыми трубами Kylchap в 1938 году. Это было признано успешным, и поэтому последние три судна этого класса, построенные несколько месяцев спустя, также были построены с ними. [7] Весь класс был переоборудован аналогичным образом в 1950-х годах, вместе с некоторыми из A3 . [7] [8]

Самолеты А2 Pacific компании Peppercorn были построены после войны с аналогичными двойными трубами Kylchap.

Юбилей LMS

Пять членов класса LMS Jubilee были экспериментально оснащены двойными дымоходами в разное время. Первым был 5684 Jutland , двойная дымоходная труба с юбками Kylchap в 1937 году. [9] Это улучшило как паропроизводительность, так и сократило потребление угля, хотя это было снято через год из-за проблем с чрезмерной тягой, вызывающей выброс искр из дымохода и накопление избыточного пепла в дымовой коробке. [10] Затем 5742 Connaught и 5553 Canada были оснащены простыми двойными дымоходами в 1940 году, которые были сняты с Canada через короткое время, но которые Connaught имел до 1955 года. [9]

В рамках экспериментов на испытательном заводе в Рагби, 45722 Defence был оснащен двойной дымовой трубой с 1956 по 1957 год. [11] В 1961 году двойной выхлоп был установлен на 45596 Bahamas , что позволило провести его через вывод из эксплуатации и консервацию. [11] Еще два паровоза, 5735 Comet и 5736 Phoenix, были перестроены с коническим котлом 2A и двойной дымовой трубой в 1942 году. [12] Они должны были стать прототипом для перестройки всего класса, но, в конце концов, это были единственные Jubilees, которые подверглись такому обращению. Все паровозы класса Royal Scot были перестроены по схожим схемам, как и многие локомотивы Fowler Patriot.

ЛМС Черный 5

LMS 'Black 5' 4767 был завершен в последний день LMS, 31 декабря 1947 года. Он был уникальным среди 842-сильного класса тем, что он имел внешний рычажный механизм Стефенсона в дополнение к другим экспериментальным особенностям: двойная дымовая труба, роликовые подшипники Timken по всему периметру и электрическое освещение. [13] Эти модификации были частью серии экспериментов Джорджа Иватта по улучшению и без того превосходного Black 5, разработанного Станье. Двойная дымовая труба была удалена в 1953 году из-за уже хороших характеристик стандартной дымовой трубы и проблем с более мягким потоком двойной дымовой трубы, не очищавшим кабину так хорошо. [14] 4765 и 4766 также испытывали похожую двойную дымовую трубу, но со стандартным клапанным механизмом Walschaerts. [14]

Некоторые из первых Black 5, построенных BR, были построены с клапанным механизмом Caprotti . Была построена партия из двадцати, 44738-44757 , из которых последние три также имели двойные дымоходы. Котлы двигателей Caprotti были подняты на 2 дюйма, что еще больше уменьшило зазор для высоты дымохода. Клапанные коробки Caprotti были расположены с 6,25-дюймовыми (159-миллиметровыми) впускными клапанами снаружи, питаемыми большими и выступающими паровыми трубами, и 7-дюймовыми (180-миллиметровыми) выпускными клапанами внутри. Большой объем зазора, который был неизбежен в клапанной коробке тарельчатых клапанов Caprotti, имел аналогичный эффект длинного опережения в настройке клапана. В отличие от двигателя Стефенсона, [vi] это привело к тому, что эти двигатели хорошо работали на скорости, но плохо на подъеме. Хотя целью испытания клапанного механизма Caprotti было сокращение технического обслуживания, потребление угля все еще было важным. Эти двигатели считались более жадными до угля, чем обычные, поскольку слышимый резкий выхлопной лай влиял на тягу топки. Однако образцы с двойной трубой имели более мягкую кору и поэтому потребляли меньше. [15]

Вторая партия из двух двигателей, оснащенных Caprotti, была опробована в 1951 году, 44686 и 44687. Они имели другую конструкцию, с улучшенным механическим приводом кулачковых коробок, и оба с двойными дымоходами. Чтобы уменьшить объем «мертвого пространства» внутри клапанной коробки, выпускные клапаны были уменьшены в размере, чтобы теперь они были такими же, как впускные. Конструкция механического привода была признана успешной и была скопирована для нескольких более поздних двигателей Caprotti, построенных для классов BR Standard. Поведение с хорошими скоростными характеристиками, но нехваткой мощности при низких отсечках было таким же, как и у других двигателей. Все двигатели Caprotti сохранили свои двойные дымоходы, и было заметно, что их все еще отрывистый выхлоп не испытывал проблем с поднятием дыма из кабины. [16]

Класс Great Western King

Король Эдуард I

В сентябре 1955 года GWR King class 6015 King Richard III был оснащен двойной дымовой трубой для испытаний. Они прошли успешно, и поэтому весь класс был переоборудован ими. Некоторые из класса Castle были переоборудованы аналогичным образом. Испытания с динамометрическим вагоном при буксировке Корнуольской Ривьеры в 1956 году не показали очевидного увеличения производительности, но показали 8%-ное улучшение эффективности потребления угля. Потребление воды оставалось постоянным, что указывает на то, что это было улучшение сгорания и теплопередачи, а не снижение противодавления выхлопных газов двигателя, на что указывали некоторые другие испытания. [17]

Стандартные классы Британских железных дорог

92240

Стандарты BR были разработаны с самого начала, а их чертежи основывались на более ранней работе SO Ell. Несмотря на это, некоторые классы плохо парили, особенно Class 4 4-6-0 . В 1957 году 75029 был успешно оснащен двойной дымовой трубой, что привело к ее принятию во многих классах. [18]

В то же время было также предложение испытать эжектор Гисля на 9F [vii] Возможно, в качестве сравнения для этого, 92178 был построен с двойной трубой. Двойная труба была настолько успешной [20] , что она была принята в качестве стандарта для всех 9F, построенных с 92183 и далее, [viii] включая три, оснащенные механическим кочегаром . [22]

Герцог Глостерский

BR Standard class 8 Duke of Gloucester был последним из классов BR Standard, который был спроектирован, поскольку изначально была отвергнута необходимость строить больше таких больших пассажирских экспресс-локомотивов. Это привело к тому, что он проигнорировал один из принципов проектирования классов Standard, и вместо двух цилиндров с внешним клапанным механизмом Walschaerts он использовал три цилиндра и клапанный механизм Caprotti с тарельчатыми клапанами с кулачковым приводом. Клапаны Caprotti полностью открывались быстрее, чем поршневые клапаны, давая резкий выхлоп. Компания Caprotti рекомендовала использовать выхлопную трубу Kylchap , чтобы противостоять неблагоприятным последствиям этого, но это было проигнорировано в пользу обычной двойной дымовой трубы, разработанной Swindon, на основе их опыта с классом King . [23] [24] Учитывая резкость взрыва, эти принципы Swindon привели к созданию относительно небольшой выхлопной трубы с двойной дымовой трубой столь же небольших размеров. [25]

В эксплуатации Duke of Gloucester показал себя позорно плохо, имея репутацию плохого паровоза. Он имел короткий срок службы, как результат быстрого отказа от паровой тяги на British Rail , так и его плохих эксплуатационных характеристик и нежелания тратить усилия на решение этой проблемы. [23] [25]

Duke of Gloucester был спасен со свалки Barry , и потребовалась обширная реставрация. Во время этой реставрации были проверены тяга котла и подача воздуха в зольник, и было обнаружено, что они были неожиданно ограничительными. Предполагалось, что это были основные причины плохой производительности, что подтвердилось улучшением производительности после того, как обе проблемы были исправлены. [25] Хотя размер дросселя дымоходов был пропорционален дымовой трубе, их общий размер был в несколько раз меньше, чем у котлов сопоставимого размера на Merchant Navy pacifics и A2 pacifics . Реставрация включала строительство пары дымовых труб Kylchap и дросселей дымохода. Помимо улучшения тяги, эти дымовые трубы также уменьшили противодавление на цилиндры, что еще больше повысило эффективность. [25]

Соединенные Штаты

Железная дорога Union Pacific

Union Pacific № 4014, Union Depot

Несколько поздних конструкций паровой эры на железной дороге Union Pacific , особенно те, которые были разработаны во времена Отто Ябельмана, главного механика железной дороги, использовали двойные дымовые трубы. FEF-3, третья и последняя итерация серии Union Pacific FEF, были построены заново с двойными трубами. Как и их британские современники, двойные трубы вызывали проблемы с созданием большого количества дыма, который мог заблокировать обзор машиниста, поэтому FEF-3 вскоре были оснащены дымовыми дефлекторами в стиле «ухо слона». [26] Дымовые дефлекторы позже были установлены на всех других локомотивах FEF, включая те, у которых не было двойных труб. Один из железнодорожных FEF-2, № 831, был оснащен экспериментальной тройной дымовой трубой. [27] [28]

Другие проекты Union Pacific, в которых использовались двойные трубы, были построены для железной дороги в конце эпохи сочлененных локомотивов , включая последнюю группу локомотивов Union Pacific Challenger , построенных в 1942 году , и всю серию локомотивов Union Pacific Big Boy . [29] Хотя некоторые локомотивы Challenger и Big Boy были оснащены дымовыми дефлекторами, дым не был для них такой проблемой, как для класса FEF из-за их гораздо более длинных котлов. Несколько Challenger, оборудованных двойными трубами, были направлены на железную дорогу Denver and Rio Grande Western Railroad , откуда они позже перешли на железную дорогу Clinchfield Railroad . Все действующие локомотивы современной паровой программы Union Pacific, UP 844, UP 4014 и ныне выведенный из эксплуатации UP 3985, сохранили свои двойные трубы.

Пенсильванская железная дорога

Двойные стеки были обычной чертой нескольких классов дуплексных локомотивов PRR и других экспериментальных конструкций в поздней паровой эре. Класс S1 железной дороги Пенсильвании, единственный прототип 6-4-4-6, использовал двойной стек, а также класс Q2 железной дороги Пенсильвании, дуплексы 4-4-6-4 , всего было построено 26 локомотивов. Класс T1 железной дороги Пенсильвании, дуплексный класс, с 52 произведенными локомотивами, также имел двойной стек. Класс S2 железной дороги Пенсильвании использовал уникальную систему четырехслойных стеков как часть экспериментальной конструкции паровой турбины. Этот единственный двигатель, представленный в 1944 году, был списан к 1952 году.

Pennsylvania Railroad 5550 — это новая сборка на основе класса T1, которая в настоящее время строится компанией T1 Steam Locomotive Trust. С 2021 года будет построен котел двигателя, и после завершения строительства он будет иметь двойную дымовую трубу, как и оригинальные локомотивы. [30]

Южно-Тихоокеанская железная дорога

SP 4294 в Сакраменто

Несколько более крупных локомотивов Southern Pacific Railroad, таких как Southern Pacific class AC-9 и Southern Pacific class AC-12, использовали двухтрубные системы. Они также были оснащены «разделителями выхлопных газов» — конструктивной особенностью, восходящей к однотрубным Mallet's Southern Pacific, которые снижали скорость выхлопа, чтобы не повредить крыши снежных ангаров. [31] Несколько из этих локомотивов были построены по схеме Cab forward 4-8-8-2 , размещая кабину локомотива в передней части двигателя, чтобы предотвратить удушье во время длинных участков туннеля и снежных ангаров на Southern Pacific. [32] Southern Pacific 4294, единственный сохранившийся локомотив Southern Pacific cab forward, хранится в Сакраменто, Калифорния, в Калифорнийском государственном железнодорожном музее .

Южная Америка

LDPorta'sАргентина

Паровоз Аргентина , разработанный Порта - 1969

Экспериментальный локомотив метровой колеи «Аргентина» Ливио Данте Порты был перестроен в 1948 году из бывшего 4-6-2 в 4-8-0 . [33] Локомотив включал в себя двойную дымовую трубу в дополнение к другим улучшениям, направленным на улучшение потока пара и расхода топлива. Выхлопные конструкции Порты в конечном итоге эволюционировали в эжектор «Лемпор» . Экспериментальный локомотив имел успех, и другие локомотивы были модифицированы, чтобы включить усовершенствования Порты, хотя не многие получили двойные дымовые трубы, как Аргентина . В 1970-х годах Порта спроектировал большой локомотив, чтобы соответствовать североамериканскому габариту загрузки Plate C, который был основан на конструкции Аргентины , включая двойные дымовые трубы. [34] Этот локомотив так и не был построен. Аргентина была сохранена на станции Мате де Луна в Сан-Мигель-де-Тукуман , ее нынешнее состояние неизвестно, и некоторые сообщения предполагают, что с тех пор она была списана.

ЮАР

Южноафриканский класс 26 4-8-4

SAR Class 25NC 4354 "Red Devil" с двойной дымовой трубой

Следуя методологии проектирования LD Porta, южноафриканский паровоз Class 26 4-8-4 LD Porta (более известный по прозвищу Red Devil ) был оборудован двойной дымовой трубой, оснащенной эжекторами Lempor, а также системой сжигания газа для повышения эффективности. [35]

Примечания

  1. ^ Обратите внимание, что это внутренняя длина дымохода до нижней трубы, а не внешняя высота над котлом.
  2. ^ Похожий подход привел к созданию эжектора Гисля . Он использовал большое количество отдельных дымоходных каналов, расположенных в ряд, что позволяло каждому из них стать очень длинным и тонким конусом.
  3. ^ У самолетов A3 не было обтекаемой формы, позволяющей отводить дым, как у самолетов A4.
  4. ^ ie 4472 Летучий шотландец
  5. ^ Извечной проблемой при проектировании тарельчатых клапанов было отсутствие избыточного «мертвого» пространства вокруг них.
  6. ^ Переменный шаг клапанного механизма Стефенсона обеспечивал большой шаг при установке на короткую отсечку и, как известно, хорошо подходил для подъема на холмы, но не так хорошо работал на скорости.
  7. ↑ Установлен на 9F 92250, позже переоборудован в двойную дымоходную трубу. [19]
  8. ^ Двойные дымоходы 9F были 92165–92167 (с установленной топкой, как построено), 92178 (первый эксперимент), 92183–92250 (как построено) и 92000–92002, 92005, 92006 (модифицированные) [21]

Ссылки

  1. ^ ab Walford & Harrison (2008), стр. 29.
  2. ↑ Семменс и Голдфинч (2003), стр. 73–74.
  3. ^ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 28–29.
  4. ^ Семменс и Голдфинч (2003), стр. 74.
  5. ↑ Нок (1982), стр. 140–142.
  6. ↑ Нок (1982), стр. 146–147.
  7. ^ ab Semmens & Goldfinch (2003), стр. 78.
  8. ↑ Нок (1966), стр. 261–262, Глава 20: Финал.
  9. ^ ab Rowledge & Reed (1984), стр. 31.
  10. ^ Хареснейп (1970), стр. 34.
  11. ^ ab Rowledge & Reed (1984), стр. 38–40.
  12. ^ Роуледж и Рид (1984), стр. 45.
  13. ↑ Нок (1966), стр. 181–182, Глава 14: Послевоенное развитие.
  14. ^ ab Clay (1972), стр. 47.
  15. ↑ Клей (1972), стр. 46–47.
  16. ↑ Клей (1972), стр. 48.
  17. ↑ Нок (1966), стр. 265–269, Глава 20: Финал.
  18. ^ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 29, 214.
  19. ^ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 33–37.
  20. ^ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 212–215.
  21. ^ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 28.
  22. ↑ Уолфорд и Харрисон (2008), стр. 28–30, 36.
  23. ^ ab Herring (2000), стр. 188–189, Стандартный класс 8.
  24. ↑ Нок (1966), стр. 228–229, Глава 17: Британские стандартные локомотивы.
  25. ^ abcd "Модификации". 71000 Герцог Глостерский .
  26. ^ Дон Стрэк (26 декабря 2019 г.). «Дымоуловители на паровозах Union Pacific». Utah Rails .
  27. ^ "ОП-16553". digital.denverlibrary.org . Проверено 30 декабря 2021 г.
  28. ^ "Big Boy Steam - Holy Brake Smokes & Double-Headed Big Boys!", Facebook , получено 30.12.2021
  29. ↑ Ричард Ф. Коул (май–июнь 1975 г.). «Сочлененные поезда Union Pacific». Western Prototype Modeler – через Utah Rails.
  30. ^ Пенсильванская железная дорога T1 Steam Locomotive Trust (24 сентября 2020 г.). "(фото без названия)". Facebook .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )[ нужен лучший источник ]
  31. ^ "Локомотивы Southern Pacific 4-8-8-2 "Cab Forward" в США".
  32. ^ "Паровозы "Cab Forward"".
  33. ↑ Мартин Бэйн. «Аргентина».
  34. ↑ Мартин Бэйн. «Третье поколение паровых двигателей для Северной Америки — 6000-сильный двигатель тройного расширения 2-10-0».
  35. ^ "Система сжигания газогенератора (GPCS)". Trainweb / The Ultimate Steam Page .

Источники

На Викискладе есть медиафайлы по теме Двойные дымоходы .

Дальнейшее чтение