Бұқты бу локомотивтері: Бу турбинасы арқылы дөңгелектерге қуат жеткізетін локомотивтер. 1930-жылдары дизель локомотивтеріне балама ретінде жоғары тиімділікпен жұмыс істеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бу турбиналы локомотив – бу турбинасы арқылы дөңгелектерге бу күшін жеткізетін бу локомотиві. Осы типтегі локомотивтерді жасауға көптеген әрекеттер жасалды, бірақ көбісі сәтті болмады. 1930 жылдары осы локомотивтер бу күшін қайта жандандырудың және сол кезде пайда бола бастаған дизель локомотивтеріне қарсы тұрудың бір жолы ретінде қарастырылды.
A steam turbine locomotive was a steam locomotive which transmitted steam power to the wheels via a steam turbine. Numerous attempts at this type of locomotive were made, mostly without success. In the 1930s this type of locomotive was seen as a way both to revitalize steam power and challenge the diesel locomotives then being introduced.
Артықшылықтар
Жоғары жылдамдықта жоғары тиімділік. Қозғалмалы бөлшектердің азайтылуы, осылайша, сенімділіктің арту мүмкіндігін береді. Дәстүрлі поршенді бу локомотивтері өзгермелі, синусоидальды моментті қамтамасыз етеді, бұл жолға шығу кезінде дөңгелектердің сырғанау ықтималдығын арттырады. Дәстүрлі бу локомотивтерінің бүйірлік таяқшалары мен клапандық механизмі теміржолға түсетін тік күштерді айтарлықтай арттырмайынша, толыққанды теңгерілмейтін көлденең күштерді тудырады, бұл "балға соққысы" деп аталады.
High efficiency at high speed. Far fewer moving parts, hence potentially greater reliability. Conventional piston steam locomotives give a varying, sinusoidal torque, making wheelslip much more likely when starting. The side rods and valve gear of conventional steam locomotives create horizontal forces that cannot be fully balanced without substantially increasing the vertical forces on the track, known as hammer blow.
Кемшіліктер
Жоғары тиімділік көбінесе жоғары жылдамдық және жоғары қуаттылықта ғана қол жеткізіледі (бірақ кейбір швед және Ұлыбритания локомотивтері қалыпты жұмыс жағдайларында, оның ішінде жартылай жүктемеде поршендік қозғалтқыштармен шамалас немесе одан да жақсы тиімділікпен жұмыс істеу үшін жасалған және салынған). Газ турбиналық локомотивтерде де ұқсас мәселелер болды, сонымен қатар басқа да көптеген қиындықтар туындады. Ең жоғары тиімділікке тек турбинаның беттік конденсатормен жасалған дерлік вакуумға шығуы арқылы қол жеткізілуі мүмкін. Бұл құрылғылар ауыр және көлемді. Турбиналар тек бір бағытта ғана айналуы мүмкін. Бу турбиналық локомотивтің кері қозғалуы үшін тікелей жетекті турбинаға кері турбина да орнатылуы керек.
High efficiency is ordinarily obtained only at high speed and high power output (though some Swedish and UK locomotives were designed and built to operate with an efficiency equal to or better than that of piston engines under customary operating conditions including part load). Gas turbine locomotives had similar problems, together with a range of other difficulties. Peak efficiency can be reached only if the turbine exhausts into a near vacuum, generated by a surface condenser. These devices are heavy and cumbersome. Turbines can rotate in only one direction. A reverse turbine must also be fitted for a direct drive steam turbine locomotive to be able to move backwards.
Қозғалыс әдістері
Дөңгелектерді қозғалудың екі тәсілі болды: тікелей берілістер арқылы немесе генератормен қуатталатын жетек қозғалтқыштары арқылы.
There were two ways to drive the wheels: either directly via gears, or using generator driven traction motors.
Аргентина
Тукуманнан Аргентинаның Санта-Фе қаласына дейінгі маршрут таулы аймақтардан өтеді, онда су қосып алу мүмкіндігі шектеулі. 1925 жылы швед фирмасы NOHAB Фредрик Люнгстремнің алғашқы дизайнына ұқсас турбиналық локомотив құрастырды. Конденсатор өте жақсы жұмыс істеді – жол бойында тек 3-4% су ғана жоғалды, ол да резервуардан ағып кету салдарынан болды. Локомотив сенімділік мәселелеріне тап болды және кейіннен конденсатормен жабдықталған поршенді бу локомотивімен ауыстырылды.
The route from Tucumán to Santa Fe, Argentina goes through mountainous terrain with few opportunities to take on water. In 1925 the Swedish firm NOHAB built a turbine locomotive similar to Fredrik Ljungström's first design. The condenser worked quite well only 3 or 4% of the water was lost en route and due only to leakage from the tank. The locomotive had reliability problems and was later replaced by a condenser equipped piston steam locomotive.
Франция
Францияда екі әрекет жасалды. Бір жоба, "Норд Турбина", сыртқы түрі мен механикалық құрылымы жағынан LMS Turbomotive-ке ұқсас болды. Жоба тоқтатылып, локомотив құрама поршеньді бу локомотиві ретінде салынды. Екінші әрекет, SNCF 232. Q.1, 1940 жылы салынды. Оның ерекшелігі – жетек дөңгелектері бірімен-бірі байланысты болмады. Оның үш жетек осінің әрқайсысының өз турбинасы болды. Екінші дүниежүзілік соғыста неміс әскерлерімен ауыр зақымданғаннан кейін 1946 жылы бұзылып жатыр.
Two attempts were made in France. One effort, the Nord Turbine, resembled the LMS Turbomotive in both appearance and mechanical layout. The project was canceled and the locomotive was built as a compound piston steam locomotive instead. The second attempt, SNCF 232. Q.1, was built in 1940. It was unusual in that its driving wheels were not connected by side rods. Each of its three driving axles had its own turbine. It was heavily damaged by German troops in World War II and was scrapped in 1946.
Германия
Неміс локомотив жасаушылары осы типті бірнеше рет сынап көрді. 1928 жылы Крупп Зоелли бу турбиналы локомотив құрастырды. Турбинаның түтіні суды сақтап, турбинаның жылу тиімділігін арттыратын конденсаторға жіберілді. Отты жағу үшін ауа тартуды түтін қорабындағы бумен жұмыс істейтін желдеткіш қамтамасыз етті. 1940 жылы бұл локомотив бомбаға ұшырады. Ол қызметтен алынып, жөнделмеді. 1929 жылы Maffei компаниясы осыған ұқсас машина жасады. Жоғары қысымды қазандыққа ие болғанына қарамастан, ол Крупп Зоелли локомотивінен азырақ тиімді болды. 1943 жылы бомбаға ұшырап, қызметтен шығарылды. 1927 жылы Хеншель DRG 38 классының булы локомотивін бу турбинасын пайдалану үшін қайта жабдықтады. Локомотивтің өзі көп өзгертілмеді, негізгі өзгерістер тендерде болды, ол 2-4-4 схемасында біріктірілген жетек дөңгелектерімен жабдықталды, оларды жеке алдыңғы және артқы турбиналар қозғалтты. Екі турбина да бастапқы цилиндрлерден шыққан аралық қысымды бумен жұмыс істеді. Тендердегі конденсатор турбина түтіні үшін вакуум жасап, жылу тиімділігін арттырды. Түтін қысымы өте төмен болғандықтан, түтін тарту құбыры түтін қорабындағы электр желдеткішпен ауыстырылды. Нәтиже көңіл көнші болмады, 1937 жылы турбиналық тендер алынып тасталды.
Multiple attempts at this type were made by German locomotive builders. In 1928 Krupp Zoelly built a geared steam turbine locomotive. The exhaust of the turbine was fed to a condenser which both conserved water and increased the thermal efficiency of the turbine. Draught for the fire was provided by a steam driven fan in the smokebox. In 1940, this locomotive was hit by a bomb. It was withdrawn from service and not repaired. A similar machine was built by Maffei in 1929. Despite having a higher pressure boiler, it was less efficient than the Krupp Zoelly locomotive. It was hit by a bomb in 1943 and removed from service. Henschel converted a normal DRG Class 38 steam locomotive to use a steam turbine in 1927. The locomotive itself was little modified, the major changes being to the tender which was fitted with coupled driving wheels in a 2 4 4 layout, driven by separate forward and reverse turbines. Both turbines were driven by intermediate pressure exhaust steam from the original cylinders. A condenser in the tender provided a vacuum for the turbine exhaust, increasing thermal efficiency. As the final exhaust was at negligible pressure, the original smokebox blastpipe had to be replaced by an electric draught fan in the smokebox. Performance was disappointing, and the turbine tender was removed in 1937.
Италия
Италиялық Джузеппе Беллуццо бірнеше эксперименталды турбиналы локомотивтерді жобалады. Олардың ешқайсысы негізгі желілерде сынақтан өтпеді. Оның алғашқысы – әрқайсысында кішкентай турбинасы бар төрт дөңгелекті шағын локомотив болды. Кері қозғалыс турбиналарға кері бағытталған кіреберіс арқылы бу жіберу арқылы іске асырылды. Бу турбиналары тек бір бағытта айналуға арналған, сондықтан бұл әдіс өте тиімсіз болды. Ешкім басқа осыны жасаған жоқ. Беллуццо 1931 жылы Эрнесто Бреда салған 2-8-2 локомотивінің жобасына үлес қосты. Ол көп сатылы кеңейту жүйесінде төрт турбинаны пайдаланды. Беллуццоның сол кездегі АҚШ патенты турбинаның локомотивтің дөңгелектері алдындағы беріліс қорабы арқылы біліктерді қозғалтқандығын көрсетеді. Алайда, бұл локомотив толық жабдықталмады. 1933 жылы FS Class 685 2-6-2 локомотивіне қатысты бір қызықты тәжірибе жасалды, онда поршеньді қозғалтқыш алынып, оның орнына турбина орнатылды, ал локомотивтің қалған бөлігі өзгеріссіз қалды. Бірақ сынақтар сәтсіз аяқталды, себебі оның көрсеткіштері қарапайым 685 локомотивінен төмен болды; турбина жақын арада бұзылып, бұл әрекеттің соңына нүкте қойды. 1936 жылы локомотивке қайтадан поршеньді қозғалтқыш орнатылды.
Giuseppe Belluzzo of Italy designed a number of experimental turbine locomotives. None were ever tested on main lines. His first was a small locomotive with four wheels, each fitted with its own small turbine. Reverse movement was accomplished by feeding steam into the turbines via a backwards facing inlet. Steam turbines are designed to rotate in only one direction, making this method very inefficient. No one else appears to have attempted it. Belluzzo contributed to the design of a 2 8 2 locomotive built by Ernesto Breda in 1931. It used four turbines in a multiple expansion arrangement. Belluzzo's US patent from that period shows the turbine driving a jackshaft through a gearbox in front of the locomotive's drivers. This locomotive was never completely fitted out. In 1933, a FS Class 685 2 6 2 locomotive was the object of a curious experiment, in which the piston engine was removed and a turbine fitted in its place, leaving the locomotive otherwise completely unchanged. Tests run were however a failure, as its performance proved to be well below that of a normal 685; the turbine soon broke up, and that signalled the end of the attempt. In 1936 the locomotive was refitted with a normal piston engine.
Швеция
Швед инженері Фредрик Люнгстрем бірнеше бу турбиналы локомотивтерді жобалады, олардың кейбіреулері өте табысты болды. Оның 1921 жылы жасаған алғашқы талпынысы өте ерекше көрінді. Оның үш жетекші доңғалақ осі тендердің астында орналасқан, ал кабина мен қазандық жетекші емес доңғалақтарда орналасқан. Нәтижесінде, локомотивтің салмағының шағын бөлігі ғана жетеуге қатысты. 1920-ші жылдардың ортасында Люнгстрем бу турбиналы локомотив үшін білік жетегіне патент алды. Екінші жоба 2-8-0 конфигурациясымен, табысты жүк локомотивіне ұқсас болды. 1930 және 1936 жылдары Nydqvist & Holm компаниясы салып шықты, бұл локомотивтер Grängesberg-Oxelösund темір жолындағы дәстүрлі локомотивтерді алмастырды. Конденсатор орнатылмады, себебі оның күрделілігі термодинамикалық артықшылықтарынан басым түсті. Доңғалақтар аралық білік арқылы қозғалды. Бұл локомотивтер 1950 жылдарға дейін пайдалануда болды, осы кезде желі электрлендірілді. Осы типтегі үш локомотив салынды, олардың барлығы да сақталған. Қазіргі уақытта оларды Grängesberg теміржол мұражайында көруге болады, екеуі (71 және 73) Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ) мен үшіншісі (72) Швед теміржол мұражайына тиесілі.
Swedish engineer Fredrik Ljungström designed a number of steam turbine locomotives, some of which were highly successful. His first attempt in 1921 was a rather odd looking machine. Its three driving axles were located under the tender, and the cab and boiler sat on unpowered wheels. As a result, only a small portion of the locomotive's weight contributed to traction. In the mid 1920s, Ljungström filed a patent on a quill drive for a steam turbine locomotive. The second design was a 2 8 0 similar to a successful freight design. Built in 1930 and 1936 by Nydqvist & Holm, these locomotives replaced conventional ones on the Grängesberg Oxelösund Railway. No condenser was fitted, as its complexity outweighed its thermodynamic advantages. The wheels were driven by a jackshaft. These engines were not retired until the 1950s when the line was electrified. Three engines of this type were built, all three of which have been preserved. These can currently be seen in the Railway Museum of Grängesberg, two (71 and 73) being owned by the Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ) and the third (72) by the Swedish Railway Museum.
Швейцария
1919 жылы швейцариялық Zoelly фирмасы турбиналық локомотив құрастырды. Бұл конденсатормен жабдықталған 4-6-0 локомотиві болды. Ол түтін қорабындағы сорғыш желдеткіш орнына оттық торына суық ауа үрлейтін желдеткішпен жабдықталған. Бұл ыстық, коррозиялық газдарға төтеп бере алатын желдеткіш жасаудың қиындығын болдырмады, бірақ жаңа мәселе тудырды. Оттық оң қысымда болды, ал желдеткіш жұмыс істеп тұрғанда есіктері ашылса, ыстық газдар мен ұсқын шығып кетуі мүмкін еді. Бұл қауіпті жағдай кейін түтін қорабына орнатылатын желдеткішпен алмастырылды.
The Swiss firm Zoelly built a turbine locomotive in 1919. It was a 4 6 0 locomotive fitted with a condenser. It was fitted with a cold air blower feeding into the firebox grate rather than a suction fan in the smokebox. This avoided the complexity of building a fan that could withstand hot, corrosive gases, but introduced a new problem. The firebox was at positive pressure, and hot gases and cinders could be blown out the firebox doors if they were opened while the blower was operating. This potentially dangerous arrangement was eventually replaced with a smokebox fan.
Америка Құрама Штаттары
Бу машинасының күші азайған кезде, Болдуин локомотивтер зауыты дизельдік қуатқа баламалы технологияларды бірнеше рет сынап көрді. 1944 жылы Болдуин Пенсильвания темір жолы үшін S2 класының жалғыз данасын жасап, 1944 жылдың қыркүйегінде тапсырды. Бұл әлемдегі ең ірі тікелей жетекті бу турбиналық локомотив және 6-8-6 дөңгелек конфигурациясына ие болды. Алғашқыда 4-8-4 ретінде жобаланған, бірақ Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жеңіл материалдардың тапшылығына байланысты S2-ге қосымша жетекші және бағыттайтын дөңгелектер қажет болды. PRR тізімінде 6200 нөмірімен тіркелген S2 локомотивінің ең жоғары қуаты 6900 а.к. (5.1 МВт) құрады және жоғары жылдамдыққа ие болды. Тендермен бірге локомотивтің ұзындығы шамамен 123 фут (37 метр) болды. Бу турбинасы – өңделген теңіздік агрегат. Беріліс жүйесі генератордан қарапайым болғанымен, бір кемшілігі болды: турбинаның төмен жылдамдықта тиімділігі төмен еді. Сағатына шамамен 40 миль (64 км/сағ) жылдамдықтан төмен жылдамдықпен турбина көп мөлшерде бу мен отынды пайдаланды. Дегенмен, жоғары жылдамдықтарда S2 ауыр пойызды оңай да тиімді түрде жылжыта алды. Түйіршікті турбиналық жетек, поршеньді локомотивке қарағанда рельс жолына азырақ жүктеме түсірді. Бірақ, төмен жылдамдықтағы тиімсіздік бұл турбинаның тағдырын шешті, ал дизельдік-электрлік локомотивтер енгізілгеннен кейін S2 локомотивтерінен басқасы жасалмады. Локомотив 1949 жылы пайдаланудан шығарылып, 1952 жылдың мамыр айында бұзылды.
In the waning years of steam, the Baldwin Locomotive Works undertook several attempts at alternative technologies to diesel power. In 1944, Baldwin built the sole example of the S2 class for the Pennsylvania Railroad, delivering it in September 1944. It was the largest direct drive steam turbine locomotive in the world and had a 6 8 6 wheel arrangement. It was originally designed as a 4 8 4, but due to shortages of lightweight materials during World War II, the S2 required additional leading and trailing wheels. Numbered 6200 on the PRR roster, the S2 had a maximum power output of 6,900 HP (5.1 MW) and was capable of speeds over With the tender, the unit was approximately 123 feet (37 m) long. The steam turbine was a modified marine unit. While the gearing system was simpler than a generator, it had a fatal flaw: the turbine was inefficient at slow speeds. Below about 40 mph (64 km/h) the turbine used enormous amounts of steam and fuel. At high speeds, however, the S2 could propel heavy trains almost effortlessly and efficiently. The smooth turbine drive put far less stress on the track than a normal piston driven locomotive. However, poor efficiency at slow speeds doomed this turbine, and with diesel electrics being introduced, no more S2s were built. The locomotive was retired in 1949 and scrapped in May, 1952.
Ұлыбритания
1910 жылы Солтүстік Британдық локомотив компаниясы салған Рид Рамзи турбинасының дөңгелектері 2 B+B 2 (4 4 0+0 4 4) схемасында орналасты. Бу стандартты локомотив қазандығында, суперлифтермен жасалып, турбина генераторына жіберілді. Қалдық бу конденсацияланып, кішкентай қосымша турбиналық сорғылармен қайта айналымға келтірілді. Двигательдің арматурасы төрт жетекші осьтерге тікелей орнатылды. Кейіннен ол жоғарыда айтылғандай тікелей жететін турбиналық локомотив ретінде қайта жаңартылды. 1922 жылы салынған Армстронг Уитворт турбинасының (суретте оң жақта) дөңгелектері 1 C+C 1 (2 6 6 2) схемасында орналасты. Ол айналмалы буландыру конденсаторымен жабдықталған, онда бу айналмалы құбырлар арқылы өтіп конденсацияланды. Құбырлар судың булануымен ылғалданды және салқындатылды. Буланудан кеткен су мөлшері конденсатор болмаған жағдайдағыдан әлдеқайда аз болды. Конденсатордағы ауа ағыны қисық жолмен өтуге мәжбүр болды, бұл конденсатордың тиімділігін төмендетті. Локомотив ауыр болды және нашар жұмыс істеді. Ол 1923 жылы қайтарылып, бұзылды.
The Reid Ramsey turbine, built by the North British Locomotive Company in 1910, had a 2 B+B 2 (4 4 0+0 4 4) wheel arrangement. Steam was generated in a standard locomotive boiler, with superheater, and passed to a turbine generator. Exhaust steam was condensed and recirculated by small auxiliary turbine pumps. The armatures of the motors were mounted directly on the four driving axles. It was later rebuilt as a direct drive turbine locomotive as noted above. The Armstrong Whitworth turbine, built in 1922 (image right), had a 1 C+C 1 (2 6 6 2) wheel arrangement. It was fitted with a rotary evaporative condenser, in which the steam was condensed by passing it through a rotating set of tubes. The tubes were dampened and cooled by the evaporation of water. The loss of water from evaporation was far less than what it would have been with no condenser at all. The airflow in the condenser had to take a convoluted path, reducing the condenser's efficiency. The locomotive was overweight and a poor performer. It was returned in 1923 and scrapped.