Паровой локомотив высокого давления

Паровой локомотив высокого давления представляет собой паровой локомотив с котлом , который работает при давлениях намного выше того, что будет считаться нормальным для других локомотивов. Большинство локомотивов работают с давлением пара от 200 до 300 фунтов на квадратный дюйм (от 1,38 до 2,07 МПа). ^{[ 1 ]} В последующие годы пара давление котла обычно составляло от 200 до 250 фунтов на квадратный дюйм (от 1,38 до 1,72 МПа ). ^{[ Цитация необходима ]} Можно считать локомотивы высокого давления, которые начинаются с 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа), когда специальные методы строительства становятся необходимыми, но у некоторых были котлы, которые работали на уровне более 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа).

Причина высокого давления

Максимизация эффективности теплового двигателя в основном зависит от получения температуры, при которой тепло принимается (то есть поднятие пар в котле ), насколько это возможно, от температуры, при которой он отклоняется (то есть пара, когда он покидает цилиндр). Это было количественно определено Николасом Леонардом Сади Карно .

Существует два варианта: повысить температуру принятия или снизить температуру отклонения. Для парового двигателя первое означает повышение пар при более высоком давлении и температуре, что в технических терминах довольно просты. Последнее может быть реализовано двумя способами: большие цилиндры , чтобы позволить выхрушкому пар расширяться и/или конденсация выхлопных газов, чтобы еще больше снизить температуру отторжения. Тем не менее, обе реализации являются мертвыми концами: первая ограничена манометом нагрузки , в то время как второй, как правило, является саморазрушением из-за потерь трения в значительно увеличенных объемах выпускаемого пар, который нужно обрабатывать.

Таким образом, часто считалось, что высокое давление - это способ пойти на повышение топливной эффективности локомотива. Тем не менее, эксперименты в этом направлении всегда были побеждены большими увеличением затрат на покупку и обслуживания. Более простой способ повысить температуру принятия - использовать скромное давление пара и перегрегатель .

Недостатки высокого давления

Сложность

Локомотивы высокого давления были гораздо сложнее, чем обычные дизайны. Это был не просто вопрос построения обычного котла с пожарной трубкой с надлежащей повышенной прочностью и сильнее разжигания. Требования к структурной прочности в котловой оболочке делают это непрактичным; Это становится невероятно густым и тяжелым. Для высокого парового давления котел для водяной трубы используется повсеместно . Паровые барабаны и их взаимосвязанные трубки имеют относительно небольшой диаметр с толстыми стенами и, следовательно, намного сильнее.

Масштабное осаждение

Следующая трудность - это масштабное осаждение и коррозию в котлах. Масштаб, нанесенный внутри трубок, невидим, обычно недоступен, и смертельная опасность, поскольку это приводит к местному перегреву и отказа трубки. Это было серьезным недостатком с ранними котлами с водной трубкой, такими как дизайн Du Temple, протестированные в сети французской сети в 1907 и 1910 годах. Водные трубы в котлах Королевского флота были проверены на закупорку путем тщательного сброса пронумерованных шариков вниз по изогнутым трубам Полем

Проблемы безопасности

Внезапная утечка в огненной коробке достаточно опасна с обычным котлом - огонь, вероятно, будет взорван из двери пожарной коробки, с несчастными результатами для всех на пути. С котлом высокого давления результаты еще более опасны из-за большего высвобождения энергии. Это было продемонстрировано трагедией ярости , хотя причина сбоя трубки в этом случае была сделана перегрев из -за отсутствия потока пара, а не масштабирования.

Джейкоб Перкинс

Ранним экспериментатором с паром высокого давления был Джейкоб Перкинс . Перкинс применил свою систему « герметической трубки » к паровым котлам, и ряд локомотивов, использующих этот принцип, были сделаны в 1836 году для Лондона и Юго -Западной железной дороги .

Система Шмидта

Одним из способов избежать коррозии и масштабных проблем при высоком давлении является использование дистиллированной воды , как это делается на электростанциях . ^{[ Цитация необходима ]} Растворенные газы, такие как кислород и диоксид углерода, также вызывают коррозию при высоких температурах и давлениях, и должны быть не допустить. У большинства локомотивов не было конденсаторов, поэтому не было источника чистой питательной воды. Одним из решений была система Шмидта. ^{[ 2 ]}

Макет

Система Шмидта использовала герметичную схему сверхвысокого давления, которая просто перенесла тепло в цепь высокого давления с помощью нагревательных катушек внутри котла высокого давления. Если бы это последнее питалось обычной водой, масштаб мог бы образуется на внешней стороне нагревательных катушек, но это не могло вызвать перегрев, потому что трубы Ultra-HP были вполне способны выдержать их внутреннюю температуру пара, хотя и не температура огненной коробки.

Давление

Запечатанная схема сверхвысокого давления выполнялась от 1200 до 1600 фунтов на квадратный дюйм (8,27 и 11,03 МПа), в зависимости от скорости стрельбы. Котлер HP работал со скоростью около 850 фунтов на квадратный дюйм (5,86 МПа), а котел с низким давлением-от 200 до 250 фунтов на квадратный дюйм (от 1,38 до 1,72 МПа). Котлы UHP и HP были из конструкции водной трубки , в то время как котел LP представлял собой котел с огненной трубкой, типичный для паровых локомотивов. Цилиндры LP приводили в состав смесью выхлопного выхлопа цилиндра HP и выхода котла LP. У котлов HP и LP были сверхсиары .

Примеры

Французский PL241P , немецкий H17-206 и British LMS 6399 Fury- все использовали систему Schmidt и были в основном аналогично дизайну. New York Central HS-1A и Canadian 8000 также использовали систему Schmidt, но были в целом больший размер- 8000 взвешивали более чем в два раза больше ярости.

Система Schwarzkopf-Löffler

Другой способ избежать масштабирования в котле HP - использовать пар в одиночестве для переноса тепла от огня; Стором не может, конечно, депозитный шкал. Насыщенный пара из парового генератора HP прокачивали через трубки HP перегревателя, которые выровняли пожарную коробку. Там он был перегрет примерно до 900 ° F (482 ° C), а давление поднялось до 1700 фунтов на квадратный дюйм (11,72 МПа). Только четверть этого была подана в цилиндры HP; Остальное было возвращено в парогенератор, где его тепло испарило больше воды, чтобы продолжить цикл.

Паровой цепь

Выхлоп цилиндра HP проходил через нагреватель пищи LP, а затем трубки котла LP; Это было примерно эквивалентно котле LP в системе Schmidt, но было нагревалось выпускным паром HP, а не газами сгорания. Пар был поднят в котле LP при 225 фунтов на квадратный дюйм (1,55 МПа), подал в перегреватель LP, а затем цилиндр LP. Выхлоп LP подал бластоту в дымовой боксе. Выхлоп HP, конденсированный в пробирках для нагрева котлов LP, перекачивали обратно в парогенератор HP. Это была сложная система.

Пример

Единственным локомотивом, построенным с использованием этой системы, был немецкий DRG H 02 1001 от 1930 года. Это не было успехом, будучи чрезвычайно ненадежным.

Простой подход

Котел с огненной трубкой

Прототип Baldwin 60000 работал на относительно низком уровне 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа) и не использовал ни одной из сложных систем, описанных выше. У него был как относительно обычный котел с водяной трубкой , так и котел с пожарной трубкой . Тем не менее, высокие затраты на техническое обслуживание и плохая надежность отрицали экономику топлива, обещанные в результате высокого давления и соединения, и дизайн не был повторен. Другие умеренно обычные локомотивы высокого давления были построены в США, в том числе тройная экспертная локомотива 1933 года, но ни один из них не был успешным.

HW Bell and Company представили успешную линию локомотивов высокого давления в 1908 году, которая продолжалась в производстве до 1920-х годов. Основная технология, используемая на этих машинах, была получена из парохода Стэнли . ^{[ 3 ]} Наименьшим из них были узкие калибраные двигатели весом всего 5000 фунтов (2300 кг) и с 5-футовой (1,5 м) колесной базой , но они работали на 500 фунтов на квадратный дюйм (3,45 МПа), а котлы были протестированы до 1200 фунтов на квадратный дюйм (8,27 МПа ) Вертикальный котел с огненной трубкой был намотан фортепианным проводом , а соединительные шатуны и кривошители были полностью закрыты и привязаны к одной оси. ^{[ 4 ]} Bell Locomotive Работы рекламировали более поздние модели на более обычных 325 фунтов на квадратный дюйм (2,24 МПа) или 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа). ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Водяной котел

В Великобритании класс W1 LNER был построен из морского водопроводного котла, работающего на уровне 450 фунтов на квадратный дюйм (3,10 МПа) в 1929 году. Он был не очень успешным и был восстановлен обычным котлом для пожарной трубки в 1936 году.

Смотрите также

Усовершенствованная технология Steam

Ссылки

^ «Как работают паровые локомотивы» . Поезда . 16 мая 2023 года. ISSN 0041-0934 . Получено 8 сентября 2023 года .
^ Дуглас Селф . «Королева высокого давления в локомотивном технологии» . Loco Loco Gallery.
^ Дэвид Э. Томас, паровые локомотивы Bell Gear , Greanded Steam Locomotive, 14 марта 2020 года.
^ Подрядчики легкие масляные локомотивы, муниципальный журнал, вып. XXXIV , № 1 (2 января 1913 г.); Страница 40.
^ Новый Bell Locomotive, подрядчик , 15 февраля 1916 г.; Страница 46.
^ Промышленное локомотив Bell с нефтяным котлом, обзор Locomotive Magazine и Railway and Carriage , Vol XXVIII, № 358 (15 июня 1922 г.); Страница 162.

Внешние ссылки

Локомотивы локомотивы большой объем информации о паровых локомотивах высокого давления, а также о многих других железнодорожных странностях.

[1] «Как работают паровые локомотивы» . Поезда . 16 мая 2023 года. ISSN 0041-0934 . Получено 8 сентября 2023 года .

[Loco_loco._Schmidt-2] Дуглас Селф . «Королева высокого давления в локомотивном технологии» . Loco Loco Gallery.

[3] Дэвид Э. Томас, паровые локомотивы Bell Gear , Greanded Steam Locomotive, 14 марта 2020 года.

[4] Подрядчики легкие масляные локомотивы, муниципальный журнал, вып. XXXIV , № 1 (2 января 1913 г.); Страница 40.

[5] Новый Bell Locomotive, подрядчик , 15 февраля 1916 г.; Страница 46.

[6] Промышленное локомотив Bell с нефтяным котлом, обзор Locomotive Magazine и Railway and Carriage , Vol XXVIII, № 358 (15 июня 1922 г.); Страница 162.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]