Ранний экспериментальный паровоз "Novelty"

Введение

Ранний экспериментальный паровоз «Новиль» был одним из первых паровозов, построенных Джоном Эриксоном и Джоном Брейтвейтом для участия в испытаниях в Рейнхилле в 1829 году. Это был локомотив типа 0-2-2WT, который сейчас считается первым танковым локомотивом. Он отличался уникальной конструкцией котла и рядом других инновационных решений (что, возможно, и объясняет выбор названия). К сожалению, несколько ключевых компонентов имели серьезные конструктивные недостатки, что в итоге привело к его поломке во время испытаний.

Партнерство Эрикссон и Брейтуэйта

В конце 1820-х годов Эриксон и Брейтуэйт работали вместе, создавая конные пожарные машины с паровыми насосами. В них использовался котел конструкции Эриксона, а сами машины строились на лондонских заводах Джона Брейтуэйта. Эти пожарные машины славились способностью быстро поднимать пар и были очень похожи на "Новелти". Чарльз Вигнолес также был связан с "Новелти", однако степень его практического участия неизвестна. Вероятно, он поддержал этот двигатель из-за продолжавшейся вражды с Джорджем Стивенсоном.

Создание двигателя

Говорят, что Эриксон и Брейтуэйт узнали о Рейнихиллских испытаниях всего за семь недель до их начала, когда Эриксон получил письмо от друга, упоминавшего о "Паровом соревновании". Этот крайне короткий срок заставил некоторых предположить, что "Novelty" на самом деле является переоборудованной пожарной машиной. Более вероятно, что при её создании использовалось множество деталей, аналогичных тем, что применялись в их пожарных машинах, и эти детали могли быть даже изготовлены для существующего заказа, а затем перенаправлены на "Novelty". "Novelty" была построена в лондонской мастерской, принадлежащей Брейтуэйту, и доставлена в Ливерпуль по воде. До отправки не было возможности испытать "Novelty" в Лондоне, а после предварительных заездов в Рейнихилле, перед началом испытаний, были внесены модификации при помощи Тимоти Хакворта.

Котель

Котел, использованный в Novelty, был спроектирован Джоном Эриксоном. Конструкция была весьма передовой для своего времени, но оказалась сложной в изготовлении и обслуживании по сравнению с конструкцией котла, принятой для Rocket и большинства паровозов впоследствии. Наиболее заметной особенностью котла является вертикальная медная топка (большой сосуд справа на иллюстрации). Внутри вертикального сосуда находилась внутренняя топка, а пространство между ними заполнялось водой (до уровня примерно равного щиколотке машиниста). Топливо (кокс) загружалось сверху, через трубу, проходящую вниз сквозь верхнюю часть топки. Эта конструкция топки была схожа с некоторыми типами вертикальных котлов, однако это была лишь часть разработки Эриксона. Подобно Джорджу Стивенсону, Эриксон понимал, что для отвода тепла от горячих газов необходима большая площадь поверхности. Он реализовал это в длинной горизонтальной трубе, заполненной водой, которая проходила под всей длиной машины. Её можно увидеть на иллюстрации вверху страницы, выступающей вправо, с вертикальным дымоходом, прикрепленным к ней. Внутри горизонтального участка находилась труба для отвода горячих газов, имеющая S-образную форму, благодаря которой газы совершали три прохода через воду. Эта S-образная труба также сужалась, что приводило к увеличению скорости газов по мере их охлаждения. На практике эту трубу практически невозможно очистить. В результате котел имел форму молота и требовал установки на раму до монтажа поддона, цилиндров или нагнетателя. Котел использовал «принудительную тягу», обеспечиваемую механическим нагнетателем (треугольная конструкция справа на иллюстрации). Он подавал воздух по трубе в герметичную зольниковую коробку (под топкой). Лишь немногие паровозы когда-либо использовали подобную принудительную тягу, основная причина заключалась в том, что для загрузки топлива необходимо было либо остановить тягу, либо установить воздушный шлюз. Novelty использовал воздушный шлюз для подачи топлива, но все равно существовала опасность попадания пламени и горячих газов в лицо машиниста. Нагнетатель приводился в действие от шатунов, соединяющих цилиндры с колесами, таким образом, тяга была пропорциональна скорости машины, а не её нагрузке, как в случае с соплом. Предполагается, что нагнетатель либо приводился в действие вручную, когда машина стояла, либо приводные колеса поднимались над рельсами. Детали конструкции нагнетателя неизвестны точно. Вода подавалась в котел с помощью насоса, приводимого в действие одним из цилиндров (это была распространенная практика в то время).

The boiler used on Novelty was designed by John Ericsson. The design was very scientific for the era but proved to be very hard to build and maintain compared with the boiler design adopted for Rocket and most steam locomotives since. The most prominent feature for the boiler is the vertical copper firebox (the large vessel to the right in the illustration here). Within the vertical vessel was the inner firebox and the space between the two was filled with water (to a level just about the same as the driver’s ankle). (Coke) fuel was added from the top, where a tube passed down through the top of the firebox. This firebox construction was not dissimilar to some types of vertical boiler, but this was only part of Ericsson’s design. Like George Stephenson, Ericsson understood that a large area was needed to extract heat from the hot gases. This he did in a long horizontal tube filled with water which ran under the full length of the engine. It can be seen in the illustration on top of this page, sticking out to the right, with the vertical chimney attached to it. Within the horizontal section was a tube carrying the hot gases, this formed an ‘S’ shape so the gases made three passes through the water. This S shaped tube was also tapered causing the gases to speed up as they cooled down. In practice this tube is almost impossible to clean. The resulting boiler was the shape of a hammer and was required to be fitted to the frame before the footplate, cylinders or blower could be added. The boiler used a ‘Forced Draught’ provided by a mechanical blower (the triangular structure on the right in the illustration). This forced air along a pipe and into the sealed ashpan (below the fire). Very few steam locomotives have ever used a forced draught like this, the main reason is that in order to add fuel either the draft must be stopped or some form of airlock fitted. Novelty used an airlock to feed the fuel in, but there was still a chance of flame and hot gases being blown into the face of the fireman. The blower was driven from the rods linking the cylinders to the wheels, thus the draught was proportional to the speed of the engine, not to how hard it is working as with a blastpipe. It is assumed that either the blower was worked by hand when the engine was standing or the drive wheels were lifted off the rails. Details of the blower design are not known for certain. Water was forced into the boiler using a pump driven off one of the cylinders (this was normal practice at the time).

Поездка на колеса

В то время инженеров беспокоил неравномерный износ поршней и цилиндров при горизонтальной установке, поэтому большинство из них устанавливали вертикально. Однако вертикальные цилиндры, непосредственно приводящие в движение колеса (как на Sans Pareil), вызывали проблемы с плохой ходовой частью и плохо взаимодействовали с пружинами. На "Новелле" цилиндры были установлены вертикально к задней части двигателя (справа от людей на иллюстрации). Непосредственно под ними располагались кривошипно-шатунные механизмы, которые изменяли направление привода на горизонтальное. Шатуны соединяли кривошипно-шатунные механизмы с кривошипной осью (ось слева на иллюстрации). Механизм управления клапанами следовал аналогичному пути привода. Это приводило к большому количеству пальцев и звеньев, что вызывало люфт в механизме. Колеса имели подвесную конструкцию (подобную велосипедным колесам). Можно легко ошибочно принять "Новеллу" за локомотив типа 0-4-0 из-за одинакового размера колес, однако на самом деле это локомотив типа 0-2-2WT. Привод осуществлялся только на колеса под топкой (те, что слева на иллюстрации), остальные колеса обычно не были связаны с приводом, хотя их можно было соединить цепью "при необходимости".

Первый танковый локомотив

Новинка была первым локомотивом с баком-колодцем, поскольку несла воду в баке, расположенном между колесами. Поскольку одно из правил Рейнхилльских испытаний касалось веса локомотива без тендера, для "Новинки" потребовалось сделать специальное исключение.

Результаты испытаний

«Новичок» был фаворитом публики на испытаниях. Это могло быть связано с тем, что он напоминал паровой экипаж (который люди ассоциировали со скоростью и прогрессом в транспорте), или с тем, что он не походил на типичный шахтный локомотив того времени. В демонстрационных заездах, состоявшихся в первый день испытаний, «Новичок» не разочаровал, развив скорость около…

При подготовке к испытаниям «Новичок» показал себя очень легким и быстро поднимающим пар. «Новичок» стал первым испытанным локомотивом. Начиная со второго дня испытаний, он приступил к запланированной серии заездов, но очень скоро сломался нагнетатель, потребовался ремонт. Ремонт занял весь следующий день. Однако, когда «Новичок» снова вышел на трассу, лопнула труба подачи воды, и потребовался дополнительный ремонт, который, судя по всему, включал в себя уплотнение котла. В то время котлы герметизировали цементоподобным составом, которому требовались дни, а то и недели, чтобы полностью затвердеть. Времени на это не было, и уплотнение быстро разрушилось после возобновления испытательных заездов. Других британских локомотивов, построенных в подобном стиле, не известно. Его сравнивают с вертикально-котловыми двигателями XX века, например, производства Sentinel из Шрусбери, но принципы их работы были существенно иными.