Паровоз передовых технологий 5АТ - 5AT Advanced Technology Steam Locomotive
| 5AT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
.jpg) Локомотив 5АТ в окончательном виде.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5AT Advanced Technology Паровоз был концептуальный проект задуман британским инженером Дэвид Wardale и первым описал в своей окончательной работе на современной паре, Red Devil и другие сказки из Эпохи Steam.
Цель Уордейла, выдвинувшего концепцию дизайна «Super Class 5 4-6-0 » (как он тогда ее назвал), заключалась в том, чтобы предложить будущее паровозам на основных линиях в Великобритании, на которых, вероятно, будет использоваться традиционная тяга. будет постепенно сокращаться по мере увеличения скорости и плотности коммерческих железнодорожных перевозок.
Работа над проектом была приостановлена в марте 2012 года после завершения технико-экономического обоснования проекта и последующего отказа от привлечения финансовых средств, необходимых для завершения рабочего проектирования и строительства локомотива.
Предложение
Предложение Уордейла было о локомотиве, который:
- быть приемлемым для британских железнодорожных властей, соответствуя размеру и весу локомотивов BR 5MT класса 4-6-0 , которые эксплуатируются на британских магистральных линиях с 1951 года;
- предложить уровень производительности, необходимый для интеграции паровых чартерных поездов в современную высокоскоростную железнодорожную систему, не создавая узких мест;
- предлагают гораздо большую надежность и гораздо более низкие эксплуатационные расходы, чем традиционные паровозы.
В выпуске Steam за апрель 1998 г. была опубликована статья Уордейла под названием «Куда теперь идет Steam?». который включал ссылку на «локомотив формата 4-6-0 класса 5 - называя его 5GT - который превзойдет любой British Pacific ».
Все еще описываемое как 5GT в выпуске журнала The Railway Magazine за февраль 2001 г. , название 5AT впервые появилось в письме Алана Фозарда редактору Steam Railway в июне 2001 г., что совпало с формированием проекта 5AT.
5AT в своей окончательной концептуальной форме оставался почти идентичным по размеру и весу BR 5MT, разделяя межосевые расстояния 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 в его тендере, который был значительно увеличен, чтобы перевозить большое количество топлива и воды, чтобы расширить его рабочий диапазон. Такой крупный тендер также предоставил бы место для локомотивных частей передовых систем сигнализации, таких как Европейская система управления железнодорожным движением . Четыре моста тендер 5AT был бы имел вес брутто 80 тонн с топлива ( светло-масло ) мощностью 7 тонн и водой мощностью 46 тонн (12000 галлонов США).
Габаритный рисунок
Проект 5AT
Проект 5AT был основан в 2001 году с целью коммерциализации концепции локомотива 5AT компании Wardale и ее воплощения в жизнь. Возглавлял проект небольшая группа профессиональных инженеров, ученых и бизнесменов, общей целью которых было продолжение использования паровой тяги в магистральных линиях в обозримом будущем.
Расчетные конструкции
Первой задачей, которую взяла на себя команда проекта, было поручить Дэвиду Вардейлу провести фундаментальные проектные расчеты локомотива. Целью этих расчетов было проверить посредством подробных расчетов, что концептуальный проект жизнеспособен с инженерной точки зрения и соответствует прогнозам производительности, сделанным для него Wardale (см. Ниже). В то же время был создан веб-сайт проекта.
Компания Wardale завершила основные проектные расчеты локомотива в конце 2004 г. после двух с половиной лет почти непрерывной работы. Работа состоит из 6100 расчетных строк, разделенных на 26 разделов:
- Раздел 1.1 - Общие расчеты - Определение целевой мощности и тягово-скоростных характеристик
- Раздел 1.2 - Общие расчеты - Определение целевых кривых градиента нагрузки-скорости
- Раздел 1.3 - Общие расчеты - Предварительные основные расчеты
- Раздел 1.4 - Общие расчеты - Диаграммы тягового усилия
- Раздел 2.1 - Поршни, кольца, штоки и хвостовые штоки;
- Раздел 2.2 - Крейцкопф и ползунки;
- Раздел 2.3 - Шатуны;
- Раздел 3 - Шатуны, соединительные тяги, ведущие и соединенные оси, а также подшипники качения кривошипа и оси;
- Раздел 4 - Поршневые клапаны, клапанные кольца, шпиндели клапанов и сальники;
- Раздел 5 - Клапанная передача;
- Раздел 6 - Цилиндры и гильзы цилиндров;
- Раздел 7 - Расчет пара охлаждения гильзы клапана;
- Раздел 8 - Балансировка колес;
- Участок 9 - Подогрев питательной воды;
- Раздел 10 - Подогрев воздуха для горения;
- Раздел 11.1 - Прочность котла;
- Раздел 11.2 - Система сгорания котла;
- Раздел 11.3 - Горючий газ + поток пара и теплопередача;
- Раздел 12 - Выхлопная система;
- Раздел 13 - Пружинный такелаж;
- Раздел 14 - Основная рама;
- Раздел 15 - Тормоза;
- Раздел 16 - Ведущая тележка + устойчивость двигателя;
- Раздел 17 - Спецификация фирменного оборудования;
- Раздел 18 - Прогнозы производительности (проверка Раздела 1 с учетом результатов других расчетов).
- Раздел 1.3F - Общие расчеты - Предварительные базовые расчеты (окончательная версия)
Бизнес-план
После завершения фундаментальных расчетов проекта команда 5AT сосредоточилась на разработке бизнес-плана по привлечению инвестиций в проект. Это оказалось сложной задачей из-за высоких затрат на разработку, которые предполагались для проектирования и получения железнодорожных разрешений на прототип локомотива, а также из-за ограниченной отдачи, которую можно было ожидать от использования локомотива в туристических и «круизных» поездах. Был сделан вывод, что стоимость постройки локомотива может быть оправдана только в том случае, если первоначальные затраты на его разработку были «списаны».
Исследовать
Команда проекта также провела обширное исследование возможностей разработки альтернативных конструкций, основанных на концепции 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 , эксплуатационные расходы которых, по оценкам, были значительно ниже, чем для дизельной и электрической тяги.
Характеристики локомотива 5АТ
Прогнозы
Прогнозируемые характеристики локомотива 5AT резюмируются следующим образом:
- Максимальная продолжительная рабочая скорость 180 км / ч / 113 миль / ч (максимальная расчетная скорость 200 км / ч / 125 миль / ч);
- Максимальная тяговая мощность 1890 кВт / 2535 л.с. при 113 км / ч / 70 миль / ч;
- Удельная мощность 12 кВт на тонну (на дышле);
- Максимальный тепловой КПД дышла 11,8% (указанная эффективность 14%);
- Рабочий диапазон между заправками топливом 925 км (575 миль) и между заправками 610 км (380 миль) при «средних условиях»;
- Рабочий диапазон между заправкой топливом 552 км (343 мили) и между заправкой водой 367 км (228 миль) при максимальной рабочей скорости и мощности.
Технические достижения
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 Class 26 «Красный дьявол» Уордейла и описаны в книге Уордейла по этому вопросу. Эти достижения можно резюмировать следующим образом:
- Высокое давление в котле: 2100 кПа (305 фунтов на кв. Дюйм);
- Высокая температура перегрева: 450 ° C;
- Выхлопная система Lempor для минимизации противодавления в цилиндре;
- Предварительный подогрев питательной воды;
- Предварительный подогрев воздуха для горения;
- Большие обтекаемые паровые трубы, проходы и парогенераторы;
- Большие клапаны и порты клапанов для облегчения свободного потока пара в цилиндры и из них;
- Большой ход поршня для минимизации массы поршня и утечки пара;
- Поршни и клапаны снабжены кольцами дизельного качества для уменьшения утечки пара;
- Жесткие допуски во всем (соответствует современным стандартам дизельного топлива);
- Надежная изоляция сверхвысокого качества для минимизации тепловых потерь;
- Система воздушного шлифования и профили обода колеса с улучшенным сцеплением для контроля проскальзывания колеса;
- Зажимные тормоза на всех колесах для улучшения тормозных характеристик и сокращения тормозного пути;
- Сверхлегкое движение (штоки, поршни и поршневые клапаны) для минимизации сил инерции и, следовательно, требований к балансировке (и, следовательно, удар молотка по гусенице).
Особенности дизайна
Кроме того, локомотив должен был включать в себя следующие функции, которые позволили бы минимизировать его требования к техническому обслуживанию и повысить его надежность:
- Улучшенный дизайн компонентов с использованием CAD / CAM для обеспечения жестких допусков и точной подгонки;
- Анализ напряжений всех критических компонентов методом конечных элементов для точного определения уровней напряжений в критических компонентах;
- Лучшие материалы - включая подшипники, смазочные материалы, изнашиваемые детали, изоляцию и т. Д .;
- Замена болтов и заклепок по возможности на сварные соединения, что исключает возможность ослабления компонентов.
- Простая двухцилиндровая конструкция для минимизации количества движущихся компонентов.
- Нет 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, шатунные шейки, ходовой и клапанный механизм, обеспечивающие практически нулевой износ и минимальную вибрацию;
- Саморегулирующиеся клинья на всех ведущих и сцепленных буксах для устранения зазоров между буксами и рамой, предотвращения ударов и вибрации, связанных с износом букс;
- Прочные стойки рожка сводят к минимуму риск растрескивания рамы в верхних углах рожков;
- Улучшенная трибология клапанов и цилиндров для минимизации износа колец и гильз;
- Шатуны на поршнях для уменьшения износа поршневых колец и цилиндров;
- Цельносварной котел - устраняет проблемы, связанные с заклепочными швами и резьбовыми стойками. Отсутствие утечки или щелочного охрупчивания ;
- Эффективная очистка котловой воды, практически исключающая обслуживание котла.
- Превосходная конструкция стойки топки минимизирует вероятность поломки топки;
- Жесткое тягово-сцепное устройство для предотвращения «штамповки» и вибрации;
- Плавкие заглушки для топки капельного типа - безопаснее обычных свинцовых заглушек;
- Сталь нержавеющая для тендера и коптильни;
- Улучшенные соединения котла и рамы для увеличения жесткости и уменьшения деформации рамы;
- Зажимные тормоза для минимизации нагрузок на оси и осевые подшипники из-за 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
В марте 2012 года, после одиннадцати лет разработки, было принято решение приостановить проект из-за отсутствия финансовой поддержки. В технико-экономическом обосновании проекта было подсчитано, что финансирование, необходимое для завершения детального проектирования, изготовления, сборки, испытаний и утверждения основной линии для прототипа локомотива, составило немногим более 10 миллионов фунтов стерлингов в ценах 2010 года. Однако последующие «производственные» локомотивы оценивались примерно в 2,5 миллиона фунтов стерлингов, стоимость, которая могла быть оправдана ожидаемой прибылью от перевозки роскошных высокоскоростных круизных и туристических поездов, для которых предназначалась концепция. После приостановки проекта группа дизайнеров была преобразована в Advanced Steam Traction Trust, чтобы предоставить инженерные ресурсы для альтернативных проектов либо в форме новых проектов, либо в виде улучшений существующих проектов.