Выхлопная система паровоза состоит из тех частей паровоза , которые вместе выпускают отработанный пар из цилиндров , чтобы увеличить тягу через огонь. Она обычно состоит из выхлопной трубы (или сопла первой ступени), дымовой коробки и дымохода , хотя более поздние конструкции также включают сопла второй и третьей ступени.
Первенство открытия эффекта направления отработанного пара вверх по дымоходу как средства обеспечения тяги через огонь является предметом некоторых споров, Аронс (1927) уделил этому вопросу значительное внимание. Выхлоп из цилиндров первого паровоза, построенного Ричардом Тревитиком , был направлен вверх по дымоходу, и он отметил его влияние на увеличение тяги через огонь в то время. В Уайламе Тимоти Хакворт также использовал воздуходувку на своих самых ранних локомотивах, но неясно, было ли это независимым открытием или копией конструкции Тревитика. Вскоре после Хакворта Джордж Стефенсон также использовал тот же метод, но снова неясно, было ли это независимым открытием или копией конструкции одного из других инженеров.
В то время паровозы использовали либо котел с одним дымоходом , либо один обратный дымоход с колосниковой решеткой на одном конце дымохода. Для котлов такой конструкции струя суженного дымохода была слишком сильной и поднимала огонь. Только с разработкой многотрубного котла центрально расположенная суженная дымоходная труба стала стандартом. Сочетание многотрубного котла и парового дутья часто упоминается в качестве основных причин высокой производительности Rocket 1829 года на испытаниях в Рейнхилле .
Вскоре после открытия силы парового дутья стало очевидно, что под дымоходом необходим дымовой короб , чтобы обеспечить пространство, в котором выходящие из котельных труб отработанные газы могли смешиваться с паром. Это имело дополнительное преимущество, позволяя собирать золу, протягиваемую через дымовые трубы тягой. Дымовая труба, из которой выбрасывается пар, была установлена непосредственно под дымоходом в нижней части дымового короба.
Паровое дутье в значительной степени саморегулирующееся: увеличение расхода пара цилиндрами увеличивает дутье, что увеличивает тягу и, следовательно, температуру огня.
Современные локомотивы также оснащены нагнетателем , который представляет собой устройство, которое выпускает пар непосредственно в дымовую камеру для использования, когда требуется большая тяга без большего объема пара, проходящего через цилиндры. Примером такой ситуации является ситуация, когда регулятор внезапно закрывается или поезд проходит через туннель. Если однолинейный туннель плохо проветривается, локомотив, въезжающий на высокой скорости, может вызвать быстрое сжатие воздуха внутри туннеля. Этот сжатый воздух может попасть в дымоход со значительной силой. Это может быть чрезвычайно опасно, если дверца топки в это время открыта. По этой причине нагнетатель часто включается в таких ситуациях, чтобы противодействовать эффекту сжатия.
Целью разработки выхлопной системы является получение максимального разрежения в дымовой камере при минимальном противодавлении на поршнях.
Незначительное развитие основных принципов проектирования дымовых коробок имело место до 1908 года, когда WFM Goss из Университета Пердью провел первое всестороннее исследование производительности пароподъема . Эти принципы были приняты на Great Western Railway Чёрчвордом , а затем развиты Сэмюэлем Эллом в 1950-х годах с использованием стационарной испытательной установки GWR (тогда национализированной BR). Эллу удалось удвоить максимальную скорость паровозостроения класса GWR Manor, по-видимому, незначительными изменениями в конструкции передней части, и более чем удвоить скорость для LNER V2.
Андре Шапелон значительно усовершенствовал свой выхлоп Kylchap , который включал в себя рассеиватель Kylälä (сопло второй ступени) и обтекатель третьей ступени между соплом (сопло первой ступени) и дымоходом. Это стало популярным в конце эпохи пара (начало-середина 20 века) и использовалось на Mallard сэра Найджела Гресли , который удерживает официальный мировой рекорд скорости для паровозов. Другие современные разработки включают выхлопы Giesl и Lemaître , которые достигают той же цели другими способами.
Дальнейшие разработки продолжил друг Шапелона Ливио Данте Порта , который разработал выхлопные системы Kylpor , Lempor и Lemprex . Он также разработал сложные математические модели для оптимизации их использования для конкретных локомотивов.
С прекращением коммерческой эксплуатации паровых локомотивов на магистральных железных дорогах по всему миру финансирование дальнейшего развития технологии паровозостроения сократилось, несмотря на достижения в области материаловедения и методов компьютерного моделирования, которые могли бы обеспечить дальнейшее повышение эффективности.
