Система выхлопа паровоза Kylchap: конструкция и эффективность
Kylchap
Система выхлопа KylChap для паровозов: принцип работы, конструкция сопла Киляля и вклад Андре Шаплона. Повышение эффективности тяги и мощности локомотива.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Выхлопная система паровоза Килчап была разработана и запатентована французским инженером-паровозостроителем Андре Шапелоном с использованием двухступенчатого сопла, разработанного финским инженером Кёсти Киллала и известного как рассекатель Киллала; таким образом, эта конструкция получила название KylChap.
Steam locomotive exhaust system
The Kylchap steam locomotive exhaust system was designed and patented by French steam engineer André Chapelon, using a second stage nozzle designed by the Finnish engineer Kyösti Kylälä and known as the Kylälä spreader; thus the name KylChap for this design.
Строительство
Выхлопная труба Kylchap состоит из четырех последовательно расположенных сопел, первое из которых (в Великобритании: взрывная труба) выбрасывает только отработанный пар и известно как первичное сопло – это конструкция Chapelon, использующая четыре треугольных струи. Отработанный пар поступает во вторую ступень – распределитель Kylälä, который смешивает его с частью газов дымовой коробки; затем эта смесь поступает в третью ступень, разработанную Chapelon, где она смешивается с еще большим количеством газов дымовой коробки. Четыре сопла этой ступени выбрасывают смесь в четвертую ступень – классическое раструбное устройство дымовой трубы.
The Kylchap exhaust consists of four stacked nozzles, the first exhaust nozzle (UK: blastpipe) blowing exhaust steam only and known as the primary nozzle, this being a Chapelon design using four triangular jets. This exhausts into the second stage, the Kylälä spreader, which mixes the exhaust steam with some of the smokebox gases; this then exhausts into a third stage, designed by Chapelon, that mixes the resulting steam/smokebox gases mixture with yet more smokebox gases. The four nozzles of this then exhaust into the fourth stage, the classic chimney (U. S.: stack) bell mouth.
Теория
По теории Шапелона, такая многоступенчатая система смешения и всасывания должна была быть более эффективной, чем одноступенчатая, до сих пор широко используемая в паровозостроении, где выхлопное сопло просто направлялось вверх по центру раструба дымовой трубы. Это также обеспечивало более равномерный поток через все жаровые трубы, а не концентрировало всасывание в одной зоне. Эффективность системы Килчапа зависела от точного подбора пропорций ее компонентов, а также от идеального выравнивания и соосности.
It was Chapelon's theory that such a multi stage mixing and suction arrangement would be more efficient than the single stage arrangement hitherto popular in steam locomotive draughting, in which an exhaust nozzle simply is fired up the middle of the stack bell mouth. It would also ensure a more even flow through all the firetubes, rather than concentrating the suction on one area. The efficiency of the Kylchap system relied on careful proportioning of its components, and perfect alignment and concentricity.
Франция
Шапелон разработал выхлопную систему Kylchap в 1926 году, когда она была испытана на компаунд-локомотивах типа Pacific классов 4500 и 3500, а также на простом локомотиве расширения типа Pacific класса 3591, что привело к значительному улучшению парообразования и, в одном случае, к снижению встречного давления на 41%. Однако, широкую известность система приобрела в 1929 году, когда была применена к компаунд-локомотиву типа Pacific № 3566, который объединял увеличенные паровые каналы, повышенный перегрев пара, подогреватель питательной воды, термический сифон, клапаны Ленца с двойными экстракторами выхлопа Kylchap и дымовые трубы. При испытаниях в ноябре 1929 года индикаторная мощность локомотива увеличилась более чем на 60%, с 1850 л.с. до 3000 л.с., а расход топлива и воды снизился на 25% по сравнению с локомотивами того же класса, не подвергшимися модернизации. Эти результаты прославили имя Шапелона, а локомотив 3566 стал широко известен во Франции и в большинстве стран Западного мира.
Chapelon developed the Kylchap exhaust in 1926 when it was tested on compound Pacifics of the 4500 and 3500 classes and a simple expansion Pacific of the 3591 class, producing significant improvements in steaming and in one case a 41% reduction in back pressure. However, it first came into prominence in 1929 when applied to compound Pacific No 3566 which combined enlarged steam circuits, increased superheat, feedwater heater, thermic syphon, Lentz poppet valves with double Kylchap exhaust extractors and chimneys. On test in November 1929, the locomotive's indicated power output was found to have increased by over 60%, from 1850 ihp to 3000 ihp while its fuel and water consumption had improved by 25% compared to unrebuilt engines of the same class. These results made Chapelon's name and 3566 became well known both within France and in most countries of the Western world.
Великобритания
Сэр Найджел Гресли из LNER стал сторонником этой системы, когда установил двойные дымовые камеры Kylchap на четыре своих локомотива типа A4 Pacific, включая мировой рекордсмен Mallard. Послевоенные локомотивы LNER Pacific, разработанные Артуром Пепперкорном, также были оснащены ими, в том числе сохранившийся A2 532 Blue Peter и воссозданный A1 Tornado. Изначально дымовые камеры Kylchap были дорогими и редко использовались, поскольку конструкция была запатентована и требовала лицензионных отчислений, но после истечения срока действия патента многие локомотивы были модернизированы, включая все оставшиеся локомотивы классов A3 и A4, так как себестоимость их изготовления была относительно невысокой. Последний построенный в Великобритании паровой пассажирский локомотив, «Герцог Глостерский», не был оснащен дымовой камерой Kylchap во время эксплуатации, несмотря на планы по ее установке, но она была установлена уже в процессе сохранения, когда выяснилось, что плохая тяга была одной из главных причин его неудовлетворительной работы в годы службы. Дымовая камера Kylchap установлена на промышленный локомотив 0-4-0st «F C Tingey» компании Stainmore Railway, расположенный на станции Kirkby Stephen East. Эти дымовые камеры также устанавливались на некоторые британские экспортные локомотивы, в основном на локомотивы Garratt для Африки.
Sir Nigel Gresley of the LNER became a proponent when he incorporated double Kylchap exhausts into four of his A4 Pacifics, including the world speed record holder Mallard. Arthur Peppercorn's post war LNER Pacifics also incorporated them, including preserved A2 532 Blue Peter, and the recreated A1 Tornado. Originally Kylchap exhausts were expensive and rarely used because the design was patented and subject to a licence fee but, after the patent expired, many more locomotives were retrofitted, including all the remaining A3 and A4 class, as the pure manufacturing cost was relatively low. The last steam express passenger locomotive built in Britain, Duke of Gloucester, was not fitted with a Kylchap exhaust in service, despite plans to fit one, but one was fitted in preservation when it was realised that poor draughting had been one of the biggest reasons behind its poor performance in its service days. A Kylchap exhaust is fitted to the Stainmore Railway company industrial 0 4 0st locomotive 'F C Tingey', found at Kirkby Stephen East station. These exhausts were also fitted to some British built export locomotives, primarily Garratt locomotives for Africa.
Чехословакия
Единственной другой страной, принявшей их в значительных количествах, была Чехословакия, где все поздние паровозы нормальной колеи использовали такую конструкцию выхлопа.
The only other nation to take them up in quantity was Czechoslovakia, where all late normal gauge steam locomotives used this exhaust design.
Другие выхлопные системы
Килчап был не единственным передовым устройством отработавших газов паровоза. Другая конструкция, Lemaître, имела некоторый успех во Франции и Англии. Известный аргентинский инженер Ливио Данте Порта разработал несколько систем: Kylpor, Lempor и Lemprex. Несколько железных дорог США, включая Norfolk & Western, использовали концентрическое сопло, известное как "выхлопная система типа вафельного железа".
The Kylchap was not the only advanced steam locomotive exhaust. Another design, the Lemaître, had some success in France and England. The noted Argentinian engineer, Livio Dante Porta, designed several: the Kylpor, Lempor and Lemprex systems. Several U. S. railroads, including the Norfolk & Western, used a concentric nozzle known as the "waffle iron exhaust".