Паровоз высокого давления - High-pressure steam locomotive
Паровоз высокого давления является паровоз с котлом , который работает при давлении значительно выше , что было бы считать нормальным для других локомотивов. В более поздние годы выпуска пара давление в котле обычно составляло от 1,38 до 1,72 МПа ( от 200 до 250 фунтов на квадратный дюйм ). Можно считать, что локомотивы высокого давления будут запускаться при давлении 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа), когда становятся необходимыми специальные методы строительства, но некоторые из них имели котлы, которые работали при давлении более 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа).
.jpg)
Причина высокого давления
Максимальное повышение эффективности теплового двигателя в основном зависит от получения температуры, при которой тепло принимается (т. Е. Поднимается пар в котле ), как можно дальше от температуры, при которой оно отбрасывается (т. Е. Пара, когда он выходит из цилиндра). Это количественно оценил Николя Леонар Сади Карно .
Есть два варианта: повысить температуру приема или снизить температуру отбраковки. Для парового двигателя первое означает подъем пара при более высоком давлении и температуре, что с технической точки зрения довольно просто. Последнее означает более крупные цилиндры, позволяющие выхлопному пару расширяться дальше - и движение в этом направлении ограничивается манометром - и, возможно, конденсация выхлопа для дальнейшего снижения температуры сброса. Это имеет тенденцию к саморазрушению из-за потерь на трение в значительно увеличенных объемах отработанного пара, который необходимо обрабатывать.
Таким образом, часто считалось, что высокое давление - это способ улучшить топливную экономичность локомотива. Однако эксперименты в этом направлении всегда терпели поражение из-за значительного увеличения затрат на покупку и обслуживание. Более простой способ повысить допустимую температуру - использовать небольшое давление пара и перегреватель .
Недостатки высокого давления
Сложность
Локомотивы высокого давления были намного сложнее обычных конструкций. Речь шла не просто о постройке обычного жаротрубного котла с увеличенной мощностью и более жесткой топкой. Требования к конструкционной прочности кожуха котла делают это непрактичным; он становится невероятно толстым и тяжелым. Для высоких давлений пара повсеместно применяется водотрубный котел . Паровые барабаны и их соединительные трубы имеют относительно небольшой диаметр с толстыми стенками и, следовательно, намного прочнее.
Отложение накипи
Следующая трудность связана с отложением накипи и коррозией в трубах котла. Накипь, отложившаяся внутри трубок, невидима, обычно недоступна и представляет смертельную опасность, так как приводит к локальному перегреву и выходу трубки из строя. Это было серьезным недостатком ранних водотрубных котлов, таких как конструкция Du Temple, испытанных на французской сети Nord в 1907 и 1910 годах. Водяные трубы в котлах Королевского флота проверялись на предмет засорения, осторожно сбрасывая пронумерованные шары по изогнутым трубам. .
Соображения безопасности
Внезапная утечка пара в топку достаточно опасна для обычного котла - огонь, скорее всего, вырвется из дверцы топки с плачевными последствиями для любого, кто окажется на пути. В случае котла высокого давления результаты еще более опасны из-за большего выделения энергии. Это было продемонстрировано трагедией Фьюри , хотя причиной отказа трубы в этом случае был сделан вывод о перегреве из-за отсутствия потока пара, а не от накипи.
Джейкоб Перкинс
Первым экспериментатором с паром высокого давления был Джейкоб Перкинс . Перкинс применил свою систему « герметичных труб » к котлам паровозов, и в 1836 году было изготовлено несколько локомотивов, использующих этот принцип для Лондонской и Юго-Западной железных дорог .
Система Шмидта
.jpg)
Один из способов избежать коррозии и образования накипи при высоком давлении - использовать дистиллированную воду , как это делается на электростанциях . Растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ, также вызывают коррозию при высоких температурах и давлениях, и их необходимо не допускать. У большинства локомотивов не было конденсаторов, поэтому не было источника чистой питательной воды. Одним из решений была система Шмидта;
Макет
В системе Шмидта использовался герметичный контур сверхвысокого давления, который просто передавал тепло в контур высокого давления с помощью нагревательных змеевиков внутри котла высокого давления. Если бы в последний подавалась обычная вода, на внешней стороне нагревательных змеевиков могла образоваться накипь, но это не могло вызвать перегрева, потому что трубы сверхвысокого давления были вполне способны выдерживать внутреннюю температуру пара, но не температуру пламени топки.
Давление
Герметичный контур сверхвысокого давления работал под давлением от 1,27 до 11,03 МПа (1,27–11,03 МПа), в зависимости от скорости стрельбы. Котел высокого давления работал при давлении около 850 фунтов на квадратный дюйм (5,86 МПа), а котел низкого давления - при давлении от 200 до 250 фунтов на квадратный дюйм (1,38–1,72 МПа). Котлы сверхвысокого и высокого давления имели водотрубную конструкцию, а котел низкого давления представлял собой жаротрубный котел, типичный для паровозов. Цилиндры низкого давления приводились в действие смесью выхлопа цилиндра высокого давления и мощности котла низкого давления. И котлы высокого и низкого давления имели перегреватели .
Примеры
Французский PL241P , то немецкий H17-206 и британский LMS 6399 Fury все использовали систему Шмидта, и были в основном аналогичной конструкции. New York Central HS-1a и Canadian 8000 также использовали систему Шмидта , но были размером больше altogether- в 8000 весили больше , чем в два раза Фьюри.
Система Шварцкопфа-Лёффлера
Другой способ избежать образования накипи в котле высокого давления - использовать только пар для передачи тепла от огня; пар, конечно, не может откладывать накипь. Насыщенный пар из парогенератора ВД прокачивался через трубы пароперегревателя ВД, которые были облицованы топкой. Там он был перегрет примерно до 900 ° F (482 ° C), а давление повысилось до 1700 фунтов на квадратный дюйм (11,72 МПа). Только четверть этого количества подавалась на цилиндры высокого давления; остальное было возвращено в парогенератор, где его тепло испарило больше воды для продолжения цикла.
Паровой контур
Выхлоп цилиндра ВД проходил через питающий нагреватель НД, а затем через трубы котла НД; он был примерно эквивалентен котлу низкого давления в системе Шмидта, но нагревался выхлопным паром высокого давления, а не дымовыми газами. Пар поднимался в котле низкого давления под давлением 225 фунтов на квадратный дюйм (1,55 МПа), подавался в пароперегреватель низкого давления, а затем в цилиндр низкого давления. Выхлоп НД подавал в дымовую трубу дымовую трубу. Выхлопные газы высокого давления, сконденсировавшиеся в нагревательных трубках котла низкого давления, перекачивались обратно в парогенератор высокого давления. Это была сложная система.
Пример
Единственным локомотивом, построенным с использованием этой системы, был немецкий DRG H 02 1001 1930 года. Он не имел успеха, будучи безнадежно ненадежным.
Прямой подход
Жаротрубный котел
Baldwin 60000 прототип работал на скромной 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа) и не использовать любой из сложных систем , описанных выше. В нем была относительно обычная водотрубная топка и пожарный котел. Тем не менее, высокие затраты на техническое обслуживание и низкая надежность более чем свели на нет экономию топлива, обещанную высоким давлением и компаундированием, и конструкция не была повторена. Другие относительно обычные локомотивы высокого давления были построены в США, в том числе замечательный локомотив LF Loree с тройным расширением 1933 года. Ни один из них не имел успеха.
HW Bell и компания представили успешную линейку локомотивов высокого давления в 1908 году, производство которых продолжалось до 1920-х годов. Базовая технология, используемая на этих машинах, была взята из Stanley Steamer . Самыми маленькими из них были крошечные узкоколейные машины, весящие всего 5 000 фунтов (2300 кг) и с колесной базой 5 футов (1,5 м) , но они работали при давлении 500 фунтов на квадратный дюйм (3,45 МПа), а котлы были испытаны на давление 1200 фунтов на квадратный дюйм (8,27 МПа). ). Вертикальный жаротрубный котел был намотан рояльной проволокой , а шатуны и кривошипы были полностью закрыты и привязаны к одной оси. В Bell Locomotive Works рекламируется более поздних моделях на более скромные 325 фунтов на квадратный дюйм (2,24 МПа) или 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа).
Водотрубный котел
В Великобритании LNER Class W1 имел водотрубный котел морского типа, работающий под давлением 450 фунтов на квадратный дюйм (3,10 МПа). Он не имел большого успеха и был перестроен на обычный жаротрубный котел.
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- Локомотивы Большой объем информации о паровозах высокого давления, а также о многих других рельсовых диковинках.