Паротурбовоз — это паровоз, который передавал энергию пара на колеса через паровую турбину . Было предпринято множество попыток создания такого типа локомотива, в основном безуспешно. В 1930-х годах этот тип локомотива рассматривался как способ возродить паровую энергетику и бросить вызов дизельным локомотивам, которые тогда вводились в эксплуатацию.
Существовало два способа приведения колес в движение: либо непосредственно через шестерни, либо с помощью тяговых двигателей с приводом от генератора .
Маршрут из Тукумана в Санта-Фе, Аргентина, проходит по горной местности с небольшим количеством возможностей для забора воды. В 1925 году шведская фирма NOHAB построила турбинный локомотив, похожий на первую конструкцию Фредрика Люнгстрёма . Конденсатор работал довольно хорошо — в пути было потеряно всего 3 или 4% воды, и то только из-за утечки из бака. У локомотива были проблемы с надежностью, и позже его заменили на поршневой паровоз, оснащенный конденсатором.
Две попытки были предприняты во Франции . Одна попытка, Nord Turbine, напоминала LMS Turbomotive как по внешнему виду, так и по механической компоновке. Проект был отменен, и локомотив был построен как составной поршневой паровоз. Вторая попытка, SNCF 232.Q.1 , была построена в 1940 году. Она была необычной тем, что ее ведущие колеса не были соединены боковыми тягами . Каждая из ее трех ведущих осей имела свою собственную турбину. Она была сильно повреждена немецкими войсками во время Второй мировой войны и была списана в 1946 году.
.jpg/1280px-Combined_reciprocating_and_turbine-driven_locomotive,_German_State_Railways_(CJ_Allen,_Steel_Highway,_1928).jpg)
Немецкие локомотивостроители предприняли множество попыток создания такого типа . В 1928 году компания Krupp - Zoelly построила паротурбинный локомотив с редуктором. Выхлоп турбины подавался в конденсатор , что одновременно сохраняло воду и увеличивало тепловой КПД турбины. Тягу для огня обеспечивал паровой вентилятор в дымовой коробке . В 1940 году в этот локомотив попала бомба. Он был выведен из эксплуатации и не ремонтировался.
Подобную машину построила фирма Maffei в 1929 году. Несмотря на более высокий уровень давления в котле, она была менее эффективной, чем локомотив Krupp-Zoelly. В 1943 году в нее попала бомба, и ее сняли с эксплуатации.
В 1927 году компания Henschel переделала обычный паровоз DRG Class 38 для использования паровой турбины. [1] Сам локомотив был немного изменен, основные изменения коснулись тендера , который был оснащен парными ведущими колесами в компоновке 2-4-4, приводимыми в движение отдельными прямыми и обратными турбинами. Обе турбины приводились в действие паром промежуточного давления, выхлопным газом из исходных цилиндров. Конденсатор в тендере обеспечивал вакуум для выхлопа турбины, увеличивая тепловую эффективность. Поскольку конечный выхлоп находился под незначительным давлением, оригинальный дымовой патрубок пришлось заменить электрическим вытяжным вентилятором в дымовой коробке.
Результаты оказались неудовлетворительными, и в 1937 году турбинный тендер был демонтирован.
Джузеппе Беллуццо из Италии спроектировал ряд экспериментальных турбинных локомотивов. [2] [3] Ни один из них не был испытан на магистральных линиях. Его первым был небольшой локомотив с четырьмя колесами, каждое из которых было оснащено собственной небольшой турбиной. Обратное движение достигалось путем подачи пара в турбины через обращенный назад вход. Паровые турбины предназначены для вращения только в одном направлении, что делает этот метод очень неэффективным. Похоже, больше никто не пытался это сделать.
Беллуццо внес вклад в проект локомотива 2-8-2 , построенного Эрнесто Бредой в 1931 году. Он использовал четыре турбины в многоступенчатой компоновке. Патент США Беллуццо того периода показывает турбину, приводящую в движение промежуточный вал через коробку передач перед машинистами локомотива. [4] Этот локомотив никогда не был полностью оборудован.
В 1933 году локомотив FS Class 685 2-6-2 стал объектом любопытного эксперимента, в ходе которого поршневой двигатель был снят, а на его место установлена турбина, в результате чего локомотив в остальном остался совершенно неизменным. Однако испытания оказались неудачными, поскольку его производительность оказалась значительно ниже, чем у обычного 685; турбина вскоре сломалась, и это стало сигналом к концу попытки. В 1936 году локомотив был переоборудован под обычный поршневой двигатель. [5]
Шведский инженер Фредрик Люнгстрём спроектировал ряд паротурбинных локомотивов, некоторые из которых были весьма успешными. Его первая попытка в 1921 году была довольно странной на вид машиной. [6] Его три ведущие оси располагались под тендером, а кабина и котел стояли на неприводных колесах. В результате, только небольшая часть веса локомотива вносила вклад в тягу . В середине 1920-х годов Люнгстрём подал патент на привод пиноли для паротурбинного локомотива. [7]
Вторая конструкция была 2-8-0, похожая на успешную грузовую конструкцию. Построенные в 1930 и 1936 годах компанией Nydqvist & Holm , эти локомотивы заменили обычные на железной дороге Грэнгесберг-Окселёсунд . Конденсатор не устанавливался, так как его сложность перевешивала его термодинамические преимущества. Колеса приводились в движение промежуточным валом . Эти двигатели не снимались с производства до 1950-х годов, когда линия была электрифицирована . Было построено три двигателя этого типа, все три из которых сохранились. В настоящее время их можно увидеть в Железнодорожном музее Грэнгесберга , два (71 и 73) принадлежат Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ), а третий (72) — Шведскому железнодорожному музею .
Швейцарская фирма Zoelly построила турбинный локомотив в 1919 году. Это был локомотив 4-6-0, оснащенный конденсатором. Он был оснащен вентилятором холодного воздуха, подающим воздух в решетку топки, а не всасывающим вентилятором в дымовой камере. Это позволило избежать сложности создания вентилятора, который мог бы выдерживать горячие, едкие газы, но создало новую проблему. Топка находилась под положительным давлением , и горячие газы и шлак могли выдуваться через дверцы топки, если бы они были открыты во время работы вентилятора. Это потенциально опасное устройство в конечном итоге было заменено вентилятором дымовой камеры.
Одна из наиболее успешных турбин, эксплуатируемых в Соединенном Королевстве , LMS Turbomotive , построенная в 1935 году [8], была вариацией большого пассажирского экспресс-локомотива Princess Royal 4-6-2 . Конденсатора не было. Хотя это было недостатком для тепловой эффективности турбины, это позволяло по-прежнему использовать выхлоп турбины через воздухозаборную трубу для отвода огня, как в обычном паровозе, и избегать отдельных вентиляторов, которые доставляли столько хлопот другим турболокомотивам. См. статью Roland Bond J. Instn Loco. Engrs ., 1946, 36 (Paper 458) через [1] Несмотря на это ограничение, она имела большую тепловую эффективность, чем обычные локомотивы. Высокая эффективность в основном достигалась за счет того, что было шесть паровых сопел, направленных в турбину, которые можно было включать и выключать по отдельности. Таким образом, каждое сопло могло работать или не работать на полной мощности, а не неэффективно дросселироваться до более низкого давления. Определенную долю вдохновения, судя по всему, почерпнули из турбин Фредрика Люнгстрёма в Швеции.
Главная турбина вышла из строя после одиннадцати лет интенсивной эксплуатации. Turbomotive был переоборудован в поршневой привод в 1952 году, переименован в «Принцессу Анну» и вскоре после ввода в эксплуатацию был снят с эксплуатации после смертельной железнодорожной катастрофы в Харроу и Уилдстоуне в 1952 году.
.jpg/1280px-Ljungstr%C3%B6m_locomotive_(Wonder_Book_of_Engineering_Wonders,_1931).jpg)
Другой локомотив был построен компанией Beyer, Peacock and Company , с использованием турбины Ljungström Фредерика Ljungström . Как и в одной из ранних конструкций Ljungström, ведущие колеса находились под тендером. Однако производительность была разочаровывающей, отчасти из-за плохого нагрева котла.
Локомотив Reid-Ramsey (описанный ниже) был перестроен компанией North British Locomotive Company , заменив его электрическую трансмиссию на прямой привод от турбины. Было проведено всего несколько испытаний, прежде чем он был заброшен из-за механических неисправностей.
В последние годы пара Baldwin Locomotive Works предприняла несколько попыток создания альтернативных дизельным технологиям. В 1944 году Baldwin построила единственный экземпляр класса S2 для Пенсильванской железной дороги , доставив его в сентябре 1944 года. Это был самый большой в мире паротурбинный локомотив с прямым приводом и имел колесную формулу 6-8-6 . Первоначально он был спроектирован как 4-8-4, но из-за нехватки легких материалов во время Второй мировой войны S2 потребовались дополнительные ведущие и задние колеса . Под номером 6200 в реестре PRR S2 имел максимальную выходную мощность 6900 л. с. (5,1 МВт) и был способен развивать скорость более 100 миль в час (160 км/ч). С тендером длина агрегата составляла приблизительно 123 фута (37 м).
Паровая турбина была модифицированным морским агрегатом. Хотя система передач была проще, чем у генератора, у нее был фатальный недостаток: турбина была неэффективна на низких скоростях. Ниже примерно 40 миль в час (64 км/ч) турбина потребляла огромное количество пара и топлива. Однако на высоких скоростях S2 мог плавно и эффективно перемещать тяжелые поезда. Плавный привод турбины создавал гораздо меньшую нагрузку на рельсы, чем обычный поршневой локомотив. Однако низкая эффективность на низких скоростях обрекла эту турбину на провал, и с введением дизель-электрических двигателей больше не строились S2. Локомотив был снят с эксплуатации в 1949 году и сдан на слом в мае 1952 года.
Турбина Reid-Ramsey, построенная North British Locomotive Company в 1910 году, имела колесную формулу 2-B+B-2 (4-4-0 + 0-4-4). Пар вырабатывался в стандартном локомотивном котле с пароперегревателем и передавался в турбогенератор. Отработанный пар конденсировался и рециркулировался небольшими вспомогательными турбонасосами. [9] Якоря двигателей были установлены непосредственно на четырех ведущих осях. Позднее он был перестроен в турболокомотив с прямым приводом, как отмечено выше.
Турбина Armstrong Whitworth , построенная в 1922 году (изображение справа), имела схему расположения колес 1-C+C-1 ( 2-6-6-2 ). Она была оснащена роторным испарительным конденсатором, в котором пар конденсировался, проходя через вращающийся набор трубок. Трубки увлажнялись и охлаждались испарением воды. Потеря воды от испарения была намного меньше, чем была бы без конденсатора вообще. Воздушный поток в конденсаторе должен был проходить по извилистому пути, что снижало эффективность конденсатора. Локомотив был слишком тяжелым и плохо работал. Он был возвращен в 1923 году и списан.
В 1938 году компания General Electric построила два паротурбинных электровоза с колесной формулой 2+C-C+2 ( 4-6-6-4 ) для Union Pacific. По сути, эти локомотивы работали как мобильные паровые электростанции и были соответственно сложными. Это были единственные конденсационные паровозы, когда-либо использовавшиеся в Соединенных Штатах. Котел Babcock & Wilcox вырабатывал пар, который приводил в действие пару паровых турбин , которые приводили в действие генератор , обеспечивая питание электродвигателей тяги , которые приводили в движение колеса, а также обеспечивая питание головной части для остальной части поезда. Управление котлом было в значительной степени автоматическим, и два локомотива могли быть соединены вместе в многосекционный блок , оба управлялись из одной кабины. Котел работал на нефти, а топливом был тяжелый мазут «Bunker C» , то же самое топливо, которое использовалось на больших судах, а также топливо, которое позже использовалось в газотурбинных электровозах Union Pacific .
Union Pacific приняла локомотивы в 1939 году, но вернула их позже в том же году, сославшись на неудовлетворительные результаты. Турбины GE использовались во время нехватки тяговой мощности на Великой Северной железной дороге в 1943 году и, по-видимому, показали себя довольно хорошо. Однако к концу 1943 года колеса обоих локомотивов были изношены до такой степени, что требовали замены, а в одном из котлов локомотива обнаружился дефект. Локомотивы были возвращены GE и разобраны. [10]
В 1947–1948 годах Болдуин построил три необычных угольных паротурбинных электровоза для пассажирских поездов на железной дороге Чесапик и Огайо (C&O). Их обозначение было M1, но из-за их дороговизны и плохой производительности они получили прозвище «Священная корова». Установки мощностью 6000 лошадиных сил (4500 кВт), которые имели электрические системы Westinghouse , имели колесную формулу 2-C1+2-C1-B . Они были длиной 106 футов (32 м). Кабина находилась в центре с угольным бункером впереди и обычным котлом позади него, а тендер перевозил только воду. [11] Эти локомотивы были предназначены для маршрута из Вашингтона, округ Колумбия , в Цинциннати, штат Огайо, но никогда не могли пройти весь маршрут без какой-либо поломки. Угольная пыль и вода часто попадали в тяговые двигатели. Хотя со временем эти проблемы можно было устранить, было очевидно, что эти локомотивы всегда будут дороги в обслуживании, поэтому все три были списаны в 1950 году.
В мае 1954 года Болдуин построил паротурбинный электровоз мощностью 4500 лошадиных сил (3400 кВт) для грузовых перевозок на Норфолкской и Западной железной дороге (N&W), прозванный Jawn Henry в честь легенды о Джоне Генри , бурильщике, который, как известно, соревновался с паровым буром и победил, но сразу же погиб. Длина, включая тендеры, составила 161 фут 1-1/2 дюйма, вероятно, рекорд для паровоза; длина только двигателя составила 111 футов 7-1/2 дюйма, возможно, рекорд для любой отдельной единицы. [12] [13]
Блок был похож на турбины C&O, но отличался механически; это был C+C-C+C с водотрубным котлом Babcock & Wilcox с автоматическим управлением. Управление котлом иногда было проблемным, и (как и в случае с турбинами C&O) угольная пыль и вода попадали в двигатели. Jawn Henry был выведен из состава N&W 4 января 1958 года.
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь ) [ необходима полная цитата ]