Паровоз с передовыми технологиями 5AT
| 5АТ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Локомотив 5АТ в окончательном виде. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Паровоз 5AT Advanced Technology представлял собой концептуальную конструкцию , задуманную британским инженером Дэвидом Уордейлом . [ 1 ] и впервые описан в его исчерпывающей работе о современном Steam в 1998 году « Красный дьявол и другие сказки эпохи Steam». [ 2 ]
Целью Уордейла при выдвижении концепции дизайна «Суперкласс 5 4-6-0 » (как он ее тогда назвал) было предложить будущее для паровых поездов на основных линиях Великобритании, на которых вероятно использование традиционной тяги. будет постепенно сокращаться по мере увеличения скорости и плотности коммерческого железнодорожного движения. [ 3 ]
Работы по проекту были приостановлены в марте 2012 года после завершения технико-экономического обоснования проекта и последующей неспособности привлечь финансирование, необходимое для завершения рабочего проектирования и строительства локомотива. [ 4 ]
Предложение
[ редактировать ]Предложение Уордейла заключалось в создании локомотива, который бы:
- быть приемлемым для британских железнодорожных властей путем соответствия размерам и весу локомотивов БР 5МТ класса 4-6-0, которые эксплуатируются на магистральных линиях Великобритании с 1951 года;
- предложить уровень производительности, необходимый для интеграции чартерных поездов с паровым транспортом в современную высокоскоростную железнодорожную систему, не создавая при этом узких мест;
- предлагают гораздо большую надежность и гораздо более низкие эксплуатационные расходы, чем традиционные паровозы.
В апрельском выпуске журнала Steam Railway за 1998 год была опубликована статья Уордейла под названием «Куда теперь Steam?» [ 5 ] который включал ссылку на «локомотив класса 5 формата 4-6-0, назвав его 5GT, который превзошел бы любой British Pacific ».
за 2001 год он все еще описывается как 5GT В февральском выпуске журнала The Railway Magazine . [ 6 ] Название 5AT впервые появилось в письме Алана Фозара редактору Steam Railway в июне 2001 года. [ 7 ] что совпало с формированием проекта 5АТ. [ 8 ]
5AT в своей окончательной концептуальной форме остался почти идентичным по размеру и весу BR 5MT, разделил межосевое расстояние и был всего на 4 тонны тяжелее, с осевой нагрузкой 20 тонн на каждую ведущую ось и 10 тонн на каждую ось тележки. Чем он отличался по размеру от 5MT, так это своим тендером , который был значительно увеличен для перевозки большого количества топлива и воды для увеличения дальности действия. Такой крупный тендер также предоставил бы место для локомотивных частей современных систем сигнализации, таких как Европейская система управления железнодорожным движением . Четырехосный тендер 5AT должен был иметь полную массу 80 тонн, топлива ( легкого топлива вместимость ) 7 тонн и воды 46 тонн (10 000 британских галлонов).
Контурный рисунок
[ редактировать ]
Проект 5АТ
[ редактировать ]Проект 5AT был основан в 2001 году с целью коммерциализации концепции локомотива Wardale 5AT и воплощения ее в жизнь. Проект возглавила небольшая группа профессиональных инженеров, ученых и бизнесменов, общей целью которых было обеспечение продолжения эксплуатации паровой тяги на магистралях в обозримом будущем.
Проектные расчеты
[ редактировать ]Первой задачей проектной группы было поручить Дэвиду Уордейлу выполнить фундаментальные расчеты конструкции локомотива. Целью этих расчетов было проверить с помощью подробных расчетов, что концептуальный проект жизнеспособен с инженерной точки зрения и соответствует прогнозам производительности, сделанным для него Уордейлом (см. Ниже). В то же время сайт проекта [ 8 ] был установлен.
Уордейл завершил фундаментальные расчеты конструкции локомотива в конце 2004 года после двух с половиной лет почти непрерывного труда. Работа содержит 6100 строк расчета, разделенных на 26 разделов следующим образом:
- Раздел 1.1 - Общие расчеты - Определение заданной мощности и тягово-скоростных характеристик [ 9 ]
- Раздел 1.2. Общие расчеты. Определение целевых кривых градиента нагрузки, скорости и скорости. [ 10 ]
- Раздел 1.3 - Общие расчеты - Предварительные основные расчеты [ 11 ]
- Раздел 1.4 – Общие расчеты – Диаграммы тягового усилия [ 12 ]
- Раздел 2.1 – Поршни, кольца, шатуны и рулевые тяги;
- Раздел 2.2 – Траверса и ползуны;
- Раздел 2.3 – Шатуны;
- Раздел 3 - Шатунные шейки, соединительные тяги, ведущие и спаренные мосты, а также шатунные и осевые роликоподшипники;
- Раздел 4 – Клапаны поршневые, кольца клапанные, шпиндели клапанов и уплотнения;
- Раздел 5 – Клапанный механизм;
- Раздел 6 – Цилиндры и гильзы цилиндров;
- Раздел 7 – Расчеты пара охлаждения гильз клапанов;
- Раздел 8 – Балансировка колес;
- Секция 9 – Подогрев питательной воды;
- Раздел 10 – Нагрев воздуха для горения;
- Раздел 11.1 – Прочность котла;
- Раздел 11.2 – Система сгорания котла;
- Раздел 11.3 – Горение газа + поток пара и теплопередача;
- Раздел 12 – Выхлопная система;
- Раздел 13 – Пружинный такелаж;
- Секция 14 – Основной корпус;
- Раздел 15 – Тормоза;
- Раздел 16 – Ведущая тележка + устойчивость двигателя;
- Раздел 17 – Спецификация собственного оборудования;
- Раздел 18 – Прогнозы производительности (проверка Раздела 1 с учетом результатов других расчетов).
- Раздел 1.3F – Общие расчеты – Предварительные основные расчеты (окончательная версия) [ 13 ]
Бизнес-план
[ редактировать ]С момента завершения фундаментальных проектных расчетов команда Проекта 5АТ сосредоточилась на разработке бизнес-плана по привлечению инвестиций в проект. Это оказалось сложной задачей из-за высоких затрат на разработку, которые ожидались при проектировании и получении железнодорожных разрешений на прототип локомотива, а также ограниченной прибыли, которую можно было ожидать от использования локомотива в туристических и «круизных» поездах. Был сделан вывод, что затраты на постройку локомотива могут быть оправданы только в том случае, если «списать» первоначальные затраты на его разработку.
Исследовать
[ редактировать ]Команда проекта также провела обширное исследование возможностей разработки альтернативных конструкций, основанных на концепциях высокой эффективности и низких эксплуатационных расходов 5AT. Особое внимание было уделено возможностям паровой тяги ( на угле ) для транспортировки угля в развивающихся странах, таких как Индонезия , где эксплуатационные расходы, по оценкам, были значительно ниже, чем для дизельной и электрической тяги.
Производительность локомотива 5АТ
[ редактировать ]Прогнозы
[ редактировать ]Прогнозируемые характеристики локомотива 5АТ суммируются следующим образом: [ 14 ]
- Максимальная скорость непрерывной эксплуатации 180 км/ч/113 миль/ч (при максимальной расчетной скорости 200 км/ч/125 миль/ч);
- Максимальная тяговая мощность 1890 кВт/2535 л.с. при скорости 113 км/ч/70 миль/ч;
- Удельная мощность 12 кВт на тонну (на тяговом стержне);
- тяги Максимальный тепловой КПД 11,8% (примерный КПД 14%);
- Рабочий запас хода между заправками топливом 925 км (575 миль) и между заправками водой 610 км (380 миль) в «средних условиях»;
- Рабочий запас хода между заправками топливом 552 км (343 мили) и между заправками водой 367 км (228 миль) при максимальной рабочей скорости и мощности.
Технические достижения
[ редактировать ]Вышеупомянутые прогнозы производительности были основаны на нескольких технических достижениях, в основном разработанных Ing. LD Porta , все из которых были проверены на практике, в большинстве случаев на SAR класса 26 Уордейла «Красный дьявол» и описаны в книге Уордейла. [ 15 ] по этому поводу. Эти достижения резюмируются следующим образом:
- Высокое давление в котле: 2100 кПа (305 фунтов на квадратный дюйм);
- Высокая температура перегрева: 450 °С;
- Выхлопная система Lempor для минимизации противодавления в цилиндрах;
- предварительный подогрев питательной воды;
- предварительный подогрев воздуха для горения;
- Большие обтекаемые паровые трубы, ходы и паровые камеры;
- Большие клапаны и порты клапанов для обеспечения свободного потока пара в цилиндры и из них;
- Длинный ход поршня для минимизации массы поршня и утечки пара;
- Поршни и клапаны оснащены кольцами дизельного качества для уменьшения утечки пара;
- Жесткие допуски по всем параметрам (эквивалентны современным дизельным стандартам);
- Сверхвысококачественная изоляция, постоянно закрепленная на месте, для минимизации тепловых потерь;
- Система пневматической шлифовки и профили ободов колес с повышенной адгезией для контроля проскальзывания колес;
- Тормоза дисковые на всех колесах для улучшения эффективности торможения и сокращения тормозного пути;
- Сверхлегкое движение (штоки, поршни и поршневые клапаны) для минимизации сил инерции и, следовательно, требований к балансировке (и, следовательно, ударов по гусенице).
Особенности конструкции
[ редактировать ]Кроме того, локомотив должен был иметь следующие функции, которые свели бы к минимуму требования к его техническому обслуживанию и повысили бы его надежность:
- Улучшенное проектирование компонентов с использованием CAD/CAM для обеспечения жестких допусков и точной подгонки;
- Анализ напряжения методом конечных элементов всех критических компонентов для точного определения уровней напряжения в критических компонентах;
- Лучшие материалы – включая подшипники, смазочные материалы, изнашиваемые компоненты, изоляцию и т. д.;
- Замена болтов и заклепок там, где это возможно, на сварные соединения, исключающие возможность расшатывания компонентов.
- Простая двухцилиндровая конструкция для минимизации количества движущихся компонентов.
- Никаких недоступных компонентов.
- Использование правил AAR там, где это необходимо. Правила Американской ассоциации железных дорог, как правило, являются наиболее надежными правилами проектирования, когда необходимо использовать эмпирические методы.
- Роликовые подшипники на всех осях, шатунах, механизме и клапанном механизме, обеспечивающие практически нулевой износ и минимальную вибрацию;
- Саморегулирующиеся клинья на всех ведущих и сцепленных буксах для устранения зазоров буксы-рамы, предотвращения ударов и вибрации, связанных с износом буксы;
- Прочные стойки рупора минимизируют риск растрескивания рамы в верхних углах рупоров;
- Улучшенная трибология клапанов и цилиндров для минимизации износа колец и гильз;
- Хвостовые шатуны на поршнях для уменьшения износа поршневых колец и цилиндров;
- Цельносварной котел – исключает проблемы, связанные с клепаными швами и резьбовыми стойками. Отсутствие возможности утечки или щелочного охрупчивания ;
- Эффективная очистка котловой воды, практически исключающая обслуживание котла.
- Превосходная конструкция опор топки, позволяющая свести к минимуму вероятность переломов опор;
- Жесткая тяга двигателя для устранения «штамповки» и вибраций;
- плавкие пробки топки «капельного типа» — безопаснее обычных свинцовых пробок;
- Коррозионностойкая сталь для тендера и коптильни;
- Улучшенные соединения котла и рамы для повышения жесткости и уменьшения изгиба рамы;
- Дисковые тормоза для минимизации нагрузок на ось и осевые подшипники от тормозных сил;
- Централизованная система дозирования смазки для автоматической смазки всех поверхностей скольжения и т. д.;
- Гильзы клапанов охлаждаются насыщенным паром для защиты смазочных материалов от экстремальных температур, связанных с сильно перегретым паром.
Приостановка проекта
[ редактировать ]В марте 2012 года, после одиннадцати лет разработки, было принято решение приостановить проект из-за отсутствия финансовой поддержки. [ 16 ] В технико-экономическом обосновании проекта было подсчитано, что финансирование, необходимое для завершения детального проектирования, изготовления, сборки, испытаний и одобрения магистральной линии прототипа локомотива, составило чуть более 10 миллионов фунтов стерлингов в ценах 2010 года. Однако стоимость последующих «серийных» локомотивов оценивалась примерно в 2,5 миллиона фунтов стерлингов, и эта стоимость могла быть оправдана ожидаемой прибылью от перевозки роскошных высокоскоростных круизных и туристических поездов, для которых была предназначена эта концепция. После приостановки проекта группа разработчиков была преобразована в Advanced Steam Traction Trust, чтобы предоставлять инженерные ресурсы для альтернативных проектов либо в виде новых конструкций, либо в виде усовершенствований существующих конструкций. [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чапелон, Андре (2000), La Locomotive a Steam (перевод Джорджа В. Карпентера, CEng., MIMech.E. , Camden Miniature Steam Services, стр. 615–616, ISBN) 0-9536523-0-0
- ^ Уордейл, Дэвид (1998), Красный Дьявол и другие сказки эпохи Steam , опубликовано автором, ISBN 0-9529998-0-3
- ^ Уордейл, Дэвид (июнь 2002 г.), Движение в будущее , Паровая железная дорога , с. 36
- ^ Уордейл, Дэвид (март 2012 г.), Конец пути - время проекта 5AT пришло , Steam Railway, стр. 90–94.
- ^ Уордейл, Дэвид, Куда сейчас идет Steam? , Паровая железная дорога выпуск 216
- ^ Wardale раскрывает предложение «нового пара» стоимостью 1,7 миллиона фунтов стерлингов для рынка наследия. Журнал Railway Magazine, выпуск 1198, февраль 2001 г., стр. 71.
- ^ письмо редактору от доктора Алана Фозара , выпуск Steam Railway 259, июнь – июль 2001 г., стр. 43
- ^ Перейти обратно: а б «Группа 5AT – движение вперед с передовыми технологиями» . 5AT.co.uk. Группа 5АТ. Архивировано из оригинала 15 августа 2012 г. Проверено 20 декабря 2009 г.
- ^ Уордейл, Д. (14 августа 2002 г.). «Общие расчеты — определение целевой мощности и тягово-скоростных характеристик» (PDF) . Уордейл Инжиниринг энд Ассошиэйтс. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2008 года.
- ^ Уордейл, Д. (14 августа 2002 г.). «Общие расчеты — определение целевых кривых градиента нагрузки, скорости и скорости» (PDF) . Уордейл Инжиниринг энд Ассошиэйтс. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2008 года.
- ^ Уордейл, Д. (15 августа 2002 г.). «Общие расчеты – Предварительные основные расчеты» (PDF) . Уордейл Инжиниринг энд Ассошиэйтс. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2008 года.
- ^ Уордейл, Д. (3 июля 2004 г.). «Общие расчеты — диаграммы тягового усилия» (PDF) . Уордейл Инжиниринг энд Ассошиэйтс. Архивировано из оригинала (PDF) 9 декабря 2008 года.
- ^ «Общие расчеты – Предварительные основные расчеты (окончательная версия)» (PDF) .
- ^ Уордейл, Дэвид (2004), ОБЩИЕ РАСЧЕТЫ, 1.3.F. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ БАЗОВЫЕ РАСЧЕТЫ (окончательный вариант). , неопубликованный
- ^ «Красный дьявол и другие сказки эпохи Steam» . 5AT.co.uk. Архивировано из оригинала 6 февраля 2010 года.
- ^ «AT5 — движение вперед с передовыми технологиями» . AT5.co.uk. Группа 5АТ. Архивировано из оригинала 15 августа 2012 года . Проверено 9 декабря 2015 г.
- ^ «АТС Групп» . Расширенный трест паровой тяги . Группа компаний АСТ . Проверено 9 декабря 2015 г.