Паровоз высокого давления - High-pressure steam locomotive

А паровоз высокого давления это паровоз с котел который работает при давлениях, значительно превышающих то, что считается нормальным. В более поздние годы выпуска пара давление в котлах обычно составляло от 200 до 250.psi (1,38–1,72МПа ). 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 у некоторых из них были котлы, которые работали при давлении более 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа).

Делавэр и Хадсон № 1401, Джон Б. Джервис

Причина высокого давления

Максимизация эффективности Тепловой двигатель в основном зависит от температуры, при которой принимается тепло (т.е.поднятие пара в котел ) как можно дальше от температуры, при которой он отбрасывается (то есть пара, когда он выходит из цилиндра). Это было определено количественно Николя Леонар Сади Карно.

Есть два варианта: повысить температуру приема или снизить температуру отбраковки. Для паровой двигатель, первый означает повышение давления пара при более высоком давлении и температуре, что с технической точки зрения довольно просто. Последнее означает больше цилиндры чтобы выпускаемый пар мог расширяться дальше - и движение в этом направлении ограничено датчик загрузки - и возможно уплотнение выхлоп для дальнейшего снижения температуры отбраковки. 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 умеренное давление пара и перегреватель.

Недостатки высокого давления

Сложность

Локомотивы высокого давления были намного сложнее обычных конструкций. Дело было не просто в создании нормального жаротрубный котел с соответственно увеличенной силой и более жесткой топкой. Требования к конструкционной прочности оболочки котла делают это непрактичным; он становится невероятно толстым и тяжелым. Для высокого давления пара водотрубный котел используется повсеместно. Паровые барабаны и их соединительные трубы имеют относительно небольшой диаметр с толстыми стенками и поэтому намного прочнее.

Отложение накипи

Следующая трудность связана с отложением накипи и коррозия 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 в сети French Nord в 1907 и 1910 годах. Водяные трубы в котлах Королевского флота проверялись на предмет засорения путем осторожного падения пронумерованных шариков в изогнутые трубы. .

Соображения безопасности

Внезапная утечка пара в топка с обычным котлом достаточно опасно - огонь, скорее всего, вырвется из дверцы топки, что приведет к плачевным результатам для всех, кто окажется на пути. В случае котла высокого давления результаты еще более опасны из-за большего выделения энергии. Это было продемонстрировано Ярость трагедия, хотя причину отказа трубки в этом случае решили, что это перегрев из-за отсутствия потока пара, а не накипь.

Джейкоб Перкинс

Один из первых экспериментаторов с паром высокого давления был Джейкоб Перкинс. Перкинс применил свой "герметичная трубка «Система паровозных котлов и ряд локомотивов, использующих этот принцип, были изготовлены в 1836 г. для Лондон и Юго-Западная железная дорога.

Система Шмидта

6399 Ярость

Один из способов избежать проблем с коррозией и накипью при высоком давлении - использовать дистиллированная вода, как это сделано в энергостанции[нужна цитата ]. Растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ также вызывают коррозию при высоких температурах и давлениях, и их необходимо держать вдали. У большинства локомотивов не было конденсаторов, поэтому не было источника чистой питательной воды. Одним из решений была система Шмидта;[1]

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 (от 1200 до 1600 фунтов на квадратный дюйм), 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 UHP и HP были водяная трубка конструкции, а котел низкого давления был дымовой котел типичен для паровозов. Цилиндры низкого давления приводились в действие смесью выхлопа цилиндра высокого давления и мощности котла низкого давления. Котлы ВД и НД имели перегреватели.

Примеры

В Французский PL241P, то Немецкий H17-206 и британский LMS 6399 Ярость все использовали систему Шмидта и имели в основном похожую конструкцию. В Нью-Йорк Сентрал HS-1a и Канадский 8000 также использовали систему Шмидта, но в целом были на размер больше - 8000 весил более чем в два раза больше Fury.

Система Шварцкопфа-Лёффлера

Другой способ избежать образования накипи в котле высокого давления - использовать только пар для передачи тепла от огня; пар, разумеется, не может откладывать накипь. Насыщенный пар из парогенератора ВД прокачивался через трубы пароперегревателя ВД, которые покрывали топку. 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, чтобы продолжить цикл.

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. Отходы ВД, сконденсировавшиеся в нагревательных трубках котла НД, перекачивались обратно в парогенератор ВД - это 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

Пожарный котел

В Болдуин 60000 прототип работал при скромном давлении 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа) и не использовал ни одну из сложных систем, описанных выше. Он имел относительно обычную водотрубную топку 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 трехкратный тепловоз. L F Loree локомотив 1933 г. Ни одна из них не увенчалась успехом.

Х. В. Белл 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 получена из Стэнли Пароход.[2] Самые маленькие из них были крошечными узкоколейка машины весом всего 5 000 фунтов (2300 кг) и длиной 5 футов (1,5 м) колесная база, 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 заводился с струна для фортепиано, а шатуны и кривошипы были полностью закрыты и привязаны к одной оси.[3]

Водотрубный котел

В Великобритании LNER Класс 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

Рекомендации

  1. ^ Дуглас Селф. «Технология паровозов высокого давления». Галерея Локо Локо.
  2. ^ Дэвид Э. Томас, Белл-редукторные паровозы, Редукторный паровозостроительный завод, 14 марта 2020 г.
  3. ^ Подрядчики Легкий нефтесодержащий локомотив, Муниципальный журнал, Vol. XXXIV № 1 (2 января 1913 г.); стр.40.

внешняя ссылка

  • Локомотивы Большой объем информации о паровозах высокого давления, а также множество других рельсовых странностей.