Паровоз: История, устройство и развитие

Паровоз: принцип работы, устройство и история локомотивов на паровой тяге. Объяснение, как уголь/масло нагревают воду для создания пара и движения.

54 мин чтения

100%

Источник: Steam locomotive — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Железнодорожный локомотив, который производит свою тяговую силу посредством парового двигателя.

Railway locomotive that produces its pulling power through a steam engine

A steam locomotive is a locomotive that provides the force to move itself and other vehicles by means of the expansion of steam. It is fuelled by burning combustible material (usually coal, oil or, rarely, wood) to heat water in the locomotive's boiler to the point where it becomes gaseous and its volume increases 1,700 times. Functionally, it is a steam engine on wheels. In most locomotives, the steam is admitted alternately to each end of its cylinders in which pistons are mechanically connected to the locomotive's main wheels. Fuel and water supplies are usually carried with the locomotive, either on the locomotive itself or in a tender coupled to it. Variations in this general design include electrically powered boilers, turbines in place of pistons, and using steam generated externally. Steam locomotives were first developed in the United Kingdom during the early 19th century and used for railway transport until the middle of the 20th century. Richard Trevithick built the first steam locomotive known to have hauled a load over a distance at Pen y darren in 1804, although he produced an earlier locomotive for trial at Coalbrookdale in 1802. Salamanca, built in 1812 by Matthew Murray for the Middleton Railway, was the first commercially successful steam locomotive. Locomotion No. 1, built by George Stephenson and his son Robert's company Robert Stephenson and Company, was the first steam locomotive to haul passengers on a public railway, the Stockton and Darlington Railway, in 1825. Rapid development ensued; in 1830 George Stephenson opened the first public inter city railway, the Liverpool and Manchester Railway, after the success of Rocket at the 1829 Rainhill Trials had proved that steam locomotives could perform such duties. Robert Stephenson and Company was the pre eminent builder of steam locomotives in the first decades of steam for railways in the United Kingdom, the United States, and much of Europe. Towards the end of the steam era, a longstanding British emphasis on speed culminated in a record, still unbroken, of by LNER Class A4 4468 Mallard. In the United States, larger loading gauges allowed the development of very large, heavy locomotives such as the Union Pacific Big Boy, which weighed and had a tractive effort of
Beginning in the early 1900s, steam locomotives were gradually superseded by electric and diesel locomotives, with railways fully converting to electric and diesel power beginning in the late 1930s. The majority of steam locomotives were retired from regular service by the 1980s, although several continue to run on tourist and heritage lines.

Паровоз – это локомотив, который обеспечивает силу для перемещения себя и других транспортных средств за счет расширения пара. Он работает на топливе, получаемом при сжигании горючих материалов (обычно угля, нефти или, реже, древесины) для нагрева воды в котле локомотива до состояния, когда она превращается в газ, увеличиваясь в объеме в 1700 раз. По сути, это паровой двигатель на колесах. В большинстве паровозов пар поочередно подается в оба конца цилиндров, в которых поршни механически соединены с ведущими колесами локомотива. Запас топлива и воды обычно перевозится вместе с локомотивом, либо на самом локомотиве, либо в прицепном тендере. Вариации этой общей конструкции включают паровые котлы, работающие от электричества, турбины вместо поршней и использование пара, производимого внешним источником. Паровозы были впервые разработаны в Великобритании в начале XIX века и использовались для железнодорожного транспорта до середины XX века. Ричард Тревитик построил первый известный паровоз, который перевез груз на значительное расстояние в Пен-и-Даррен в 1804 году, хотя более ранний локомотив был построен им для испытаний в Коалбрукдейле в 1802 году. "Саламанка", построенная в 1812 году Мэтью Мюрреем для Миддлтонской железной дороги, стала первым коммерчески успешным паровозом. "Локомотив № 1", построенный Джорджем Стивенсоном и компанией его сына Роберта, "Robert Stephenson and Company", стал первым паровозом, перевозившим пассажиров по общественной железной дороге – Стоктон-Дарлингтонской железной дороге в 1825 году. После этого последовало быстрое развитие: в 1830 году Джордж Стивенсон открыл первую общественную междугороднюю железную дорогу – Ливерпульско-Манчестерскую железную дорогу, после того как успех "Rocket" на испытаниях в Рейнхилле в 1829 году доказал, что паровозы способны выполнять подобные задачи. "Robert Stephenson and Company" являлась ведущим производителем паровозов в первые десятилетия паровой тяги в Соединенном Королевстве, Соединенных Штатах и большей части Европы. К концу эпохи паровой тяги давний британский акцент на скорости достиг своего пика, установив рекорд, который до сих пор не побит, – рекорд локомотива LNER Class A4 4468 "Mallard". В Соединенных Штатах большие габариты позволяли создавать очень большие и тяжелые локомотивы, такие как "Union Pacific Big Boy", весивший и обладавший тяговым усилием .

Начиная с начала 1900-х годов паровозы постепенно заменялись электрическими и дизельными локомотивами, а полный переход железных дорог на электрическую и дизельную тягу начался в конце 1930-х годов. Большинство паровозов были выведены из регулярной эксплуатации к 1980-м годам, хотя некоторые продолжают эксплуатироваться на туристических и исторических линиях.

Великобритания

В первые железные дороги лошадей использовали для тяги вагонеток по рельсовым путям. В 1784 году шотландский изобретатель Уильям Мёрдок построил в Бирмингеме прототип паровой дорожной машины. Полномасштабный рельсовый паровоз был предложен Уильямом Рейнольдсом около 1787 года. Ранняя рабочая модель рельсового паровоза была спроектирована и построена пионером пароходства Джоном Фитчем в США в 1794 году. Некоторые источники утверждают, что модель Фитча была работоспособна уже к 1780-м годам и что он продемонстрировал свой локомотив Джорджу Вашингтону. Его паровоз использовал внутренние колеса с лопастями, направляемые рельсами или путями. Модель до сих пор существует в музее исторического общества штата Огайо в Колумбусе, США. Подлинность и дата создания этого локомотива оспариваются некоторыми экспертами, и появление работоспособного парового поезда пришлось ждать изобретения паровой машины высокого давления Ричардом Тревитиком, который стал пионером в использовании паровозов. Первым полномасштабным рабочим рельсовым паровозом был Coalbrookdale калибра 3 фута, построенный Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Coalbrookdale в Шропшире, Великобритания, однако никаких записей о его работе там не сохранилось. 21 февраля 1804 года состоялось первое задокументированное путешествие по железной дороге с паровой тягой: другой локомотив Тревитика провёл поезд по трамвайной линии шириной 4 фута 4 дюйма от металлургического завода Pen y Darren, недалеко от Мертир-Тидвила, до Аберсинона в Южном Уэльсе. В сопровождении Эндрю Вивиана, путешествие прошло с переменным успехом. Конструкция включала ряд важных инноваций, в том числе использование пара высокого давления, что уменьшило вес машины и повысило её эффективность. Тревитик посетил район Ньюкасла в 1804 году и встретил заинтересованную аудиторию владельцев угольных шахт и инженеров. Визит оказался настолько успешным, что угольные железные дороги на северо-востоке Англии стали ведущим центром экспериментов и разработки паровозов. Тревитик продолжил свои эксперименты с паровым приводом, создав ещё три локомотива, завершив их машиной "Поймай меня, если сможешь" в 1808 году – первым в мире локомотивом, перевозившим платных пассажиров. В 1812 году успешный двухцилиндровый рельсовый локомотив Мэтью Мюррея Salamanca впервые проехал по зубчатой рельсовой дороге Миддлтонской железной дороги. Ещё одним известным ранним локомотивом был Puffing Billy, построенный в 1813–14 годах инженером Уильямом Хедли. Он предназначался для работы на угольной шахте Wylam, недалеко от Ньюкасла-на-Тайне. Этот локомотив является старейшим сохранившимся и экспонируется в Музее науки в Лондоне.

The earliest railways employed horses to draw carts along rail tracks. In 1784, William Murdoch, a Scottish inventor, built a small scale prototype of a steam road locomotive in Birmingham. A full scale rail steam locomotive was proposed by William Reynolds around 1787. An early working model of a steam rail locomotive was designed and constructed by steamboat pioneer John Fitch in the US during 1794. Some sources claim Fitch's model was operable already by the 1780s and that he demonstrated his locomotive to George Washington. His steam locomotive used interior bladed wheels guided by rails or tracks. The model still exists at the Ohio Historical Society Museum in Columbus, US. The authenticity and date of this locomotive is disputed by some experts and a workable steam train would have to await the invention of the high pressure steam engine by Richard Trevithick, who pioneered the use of steam locomotives. The first full scale working railway steam locomotive was the 3ft gauge Coalbrookdale Locomotive, built by Trevithick in 1802. It was constructed for the Coalbrookdale ironworks in Shropshire in the United Kingdom though no record of it working there has survived. On 21 February 1804, the first recorded steam hauled railway journey took place as another of Trevithick's locomotives hauled a train along the 4ft4in wide tramway from the Pen y darren ironworks, near Merthyr Tydfil, to Abercynon in South Wales. Accompanied by Andrew Vivian, it ran with mixed success. The design incorporated a number of important innovations that included using high pressure steam which reduced the weight of the engine and increased its efficiency. Trevithick visited the Newcastle area in 1804 and had a ready audience of colliery (coal mine) owners and engineers. The visit was so successful that the colliery railways in north east England became the leading centre for experimentation and development of the steam locomotive. Trevithick continued his own steam propulsion experiments through another trio of locomotives, concluding with the Catch Me Who Can in 1808, first in the world to haul fare paying passengers. In 1812, Matthew Murray's successful twin cylinder rack locomotive Salamanca first ran on the edge railed rack and pinion Middleton Railway. Another well known early locomotive was Puffing Billy, built 1813–14 by engineer William Hedley. It was intended to work on the Wylam Colliery near Newcastle upon Tyne. This locomotive is the oldest preserved, and is on static display at the Science Museum, London.

Джордж Стивенсон

Джордж Стивенсон, бывший шахтер, работавший мастером по ремонту двигателей на угольной шахте Киллингворт, разработал до шестнадцати локомотивов Киллингворт, включая «Блюхер» в 1814 году, еще один в 1815 году и (недавно идентифицированный) «Киллингворт Билли» в 1816 году. Он также построил локомотив «Дюк» в 1817 году для железной дороги Килмарнок и Трон, который стал первым паровым локомотивом, работавшим в Шотландии. В 1825 году Стивенсон построил локомотив № 1 для железной дороги Стоктона и Дарлингтона, расположенной на северо-востоке Англии, который стал первой в мире общественной паровой железной дорогой. В 1829 году его сын Роберт построил в Ньюкасле локомотив «Ракета», который участвовал и выиграл испытания в Рейнхилле. Этот успех позволил компании стать ведущим производителем паровых локомотивов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы. Многие из первых локомотивов, использовавшихся в коммерческих целях на американских железных дорогах, были импортированы из Великобритании, в том числе сначала «Stourbridge Lion», а затем «John Bull». Однако вскоре была создана отечественная промышленность по производству локомотивов. В 1830 году «Том-пальчик» Балтиморской и Огайоской железной дороги, спроектированный Питером Купером, стал первым коммерческим локомотивом американской сборки, который работал в Америке; он предназначался для демонстрации потенциала паровой тяги, а не для получения прибыли. «DeWitt Clinton», построенный в 1831 году для железной дороги Mohawk and Hudson, был заметным ранним локомотивом. По состоянию на 2021 год оригинальный «John Bull» экспонировался в Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Реплика хранится в Музее железных дорог Пенсильвании.

Континентальная Европа

Первая железнодорожная линия за пределами Великобритании и Северной Америки была открыта в 1829 году во Франции между Сент-Этьеном и Лионом; она изначально использовала тягу животных и была переведена на паровую тягу в начале 1831 года с применением локомотивов Seguin. Первый паровоз, поступивший в эксплуатацию в Европе за пределами Франции, назывался «Слон», который 5 мая 1835 года повёз поезд по первой линии в Бельгии, соединяющей Мехелен и Брюссель. В Германии первым действующим паровозом был локомотив со зубчатой передачей, аналогичный «Саламанке», разработанный британским пионером локомотивостроения Джоном Бленкинсопом. Построенный в июне 1816 года Иоганном Фридрихом Кригаром на Королевском Берлинском железолитейном заводе (Königliche Eisengießerei zu Berlin), локомотив ходил по кольцевому пути на территории завода. Это был первый локомотив, построенный на европейском континенте, и первая пассажирская перевозка на паровой тяге; любопытные могли прокатиться в прицепных вагонах за плату. Он изображён на новогодней значке Королевского литейного завода 1816 года. Ещё один локомотив, построенный по той же системе, появился в 1817 году. Они предназначались для использования на шахтёрских железных дорогах в Кёнигсхютте и в Луизентале на Сааре (сегодня часть Вёклингена), но после разборки, перемещения и сборки ни один из них не удалось вернуть в рабочее состояние. 7 декабря 1835 года «Адлер» совершил свой первый рейс между Нюрнбергом и Фюртом по Баварской железной дороге Людвига. Это был 118-й локомотив, выпущенный локомотивными мастерскими Роберта Стивенсона, и он был защищён патентом. В России первый паровоз был построен в 1834 году Черепановыми, однако из-за нехватки угля в этом районе он был заменён конной тягой после вырубки окрестных лесов. Первая российская Царскосельская железная дорога начала работу в 1837 году с использованием локомотивов, приобретённых у компании Роберта Стивенсона. В 1837 году в Австрии была открыта первая железная дорога на паровой тяге – Северная железная дорога императора Фердинанда между Веной-Флоридсдорфом и Дойч-Ваграмом. В Австрии также эксплуатируется старейший в мире непрерывно работающий паровоз: GKB 671, построенный в 1860 году, никогда не был выведен из эксплуатации и до сих пор используется для специальных экскурсий. В 1838 году третий паровоз, построенный в Германии, «Саксония», был изготовлен компанией Maschinenbaufirma Übigau близ Дрездена под руководством профессора Иоганна Андреаса Шуберта. Первым локомотивом собственной разработки в Германии был «Бойт», построенный Августом Борзигом в 1841 году. Первый локомотив, произведённый компанией Henschel Werke в Касселе, «Драхе», был поставлен в 1848 году. Первыми паровозами, работавшими в Италии, были «Байяр» и «Везувий», курсировавшие по линии Неаполь – Портичи в Королевстве обеих Сицилий. Первой железнодорожной линией, проходящей по территории Швейцарии, была линия Страсбург – Базель, открытая в 1844 году. Три года спустя, в 1847 году, была открыта первая полностью швейцарская железная дорога Spanisch Brötli Bahn, соединяющая Цюрих и Баден.

The first railway service outside the United Kingdom and North America was opened in 1829 in France between Saint Etienne and Lyon; it was initially limited to animal traction and converted to steam traction early 1831, using Seguin locomotives. The first steam locomotive in service in Europe outside of France was named The Elephant, which on 5 May 1835 hauled a train on the first line in Belgium, linking Mechelen and Brussels. In Germany, the first working steam locomotive was a rack and pinion engine, similar to the Salamanca, designed by the British locomotive pioneer John Blenkinsop. Built in June 1816 by Johann Friedrich Krigar in the Royal Berlin Iron Foundry (Königliche Eisengießerei zu Berlin), the locomotive ran on a circular track in the factory yard. It was the first locomotive to be built on the European mainland and the first steam powered passenger service; curious onlookers could ride in the attached coaches for a fee. It is portrayed on a New Year's badge for the Royal Foundry dated 1816. Another locomotive was built using the same system in 1817. They were to be used on pit railways in Königshütte and in Luisenthal on the Saar (today part of Völklingen), but neither could be returned to working order after being dismantled, moved and reassembled. On 7 December 1835, the Adler ran for the first time between Nuremberg and Fürth on the Bavarian Ludwig Railway. It was the 118th engine from the locomotive works of Robert Stephenson and stood under patent protection. In Russia, the first steam locomotive was built in 1834 by Cherepanovs, however, it suffered from the lack of coal in the area and was replaced with horse traction after all the woods nearby had been cut down. The first Russian Tsarskoye Selo steam railway started in 1837 with locomotives purchased from Robert Stephenson and Company. In 1837, the first steam railway started in Austria on the Emperor Ferdinand Northern Railway between Vienna Floridsdorf and Deutsch Wagram. The oldest continually working steam engine in the world also runs in Austria: the GKB 671 built in 1860, has never been taken out of service, and is still used for special excursions. In 1838, the third steam locomotive to be built in Germany, the Saxonia, was manufactured by the Maschinenbaufirma Übigau near Dresden, built by Prof. Johann Andreas Schubert. The first independently designed locomotive in Germany was the Beuth, built by August Borsig in 1841. The first locomotive produced by Henschel Werke in Kassel, the Drache, was delivered in 1848. The first steam locomotives operating in Italy were the Bayard and the Vesuvio, running on the Napoli Portici line, in the Kingdom of the Two Sicilies. The first railway line over Swiss territory was the Strasbourg–Basel line opened in 1844. Three years later, in 1847, the first fully Swiss railway line, the Spanisch Brötli Bahn, from Zürich to Baden was opened.

Австралия

Сухой характер южной Австралии создавал уникальные проблемы для развития сети парового транспорта. Высокая концентрация хлорида магния в скважинной воде, используемой в паровых котлах локомотивов на Трансавстралийской железной дороге, вызывала серьезные и дорогостоящие проблемы с техническим обслуживанием. Вдоль всего маршрута линия не пересекает ни одного постоянного источника пресной воды, поэтому приходилось использовать только скважинную воду. Не существовало доступных и недорогих способов очистки сильно минерализованной воды, из-за чего срок службы локомотивных котлов сокращался более чем в четыре раза. В эпоху паровозов около половины общей массы поезда приходилось на воду для двигателя. Оператор линии, Commonwealth Railways, одним из первых начал использовать дизель-электрические локомотивы.

Компоненты

№ Поз. № Поз. № Поз. № Поз. 1 Тендер 13 Дверь дымовой коробки 25 Клапан 37 Угольный бункер 2 Кабина 14 Задняя тележка / Задний ход 26 Паровая коробка / Клапанная коробка 38 Решетка топки / Колосниковая решетка 3 Предохранительные клапаны 15 Настил / Подножка 27 Топка 39 Бункер золы 4 Расчалобка 16 Рама 28 Трубы котла 40 Подшипниковая коробка 5 Свисток 17 Тормозная колодка 29 Котел 41 Уравнительные балки / Уравнительные рычаги / Уравнительные тяги 6 Генератор / Турбогенератор 18 Песочная труба 30 Трубы перегревателя 42 Листовые рессоры 7 Песочный купол 19 Боковые тяги / Сцепные тяги 31 Регулирующий клапан / Клапан машиниста 43 Ведущее колесо / Движущее колесо 8 Рычаг машиниста / Регулировочный рычаг 20 Клапанный механизм / Привод клапанов 32 Перегреватель 44 Подставка / Седло 9 Паровой купол 21 Шатун / Главный стержень 33 Дымовая труба / Дымоход 45 Пароотвод 10 Воздушный насос / Компрессор 22 Шток поршня 34 Фара 46 Передняя тележка (осевая, если одна ось) / Передний ход 11 Дымовая коробка 23 Поршень 35 Тормозной шланг 47 Отбойник 12 Паровой трубопровод 24 Цилиндр 36 Водомерный отсек 48 Сцепка / Соединитель Описание этих компонентов приведено здесь.

Котельная

Котельная с огнетрубным котлом была стандартной практикой для паровозов. Хотя оценивались и другие типы котлов, они не получили широкого распространения, за исключением примерно 1000 локомотивов в Венгрии, использовавших водотрубный котел Brotan. Котел состоит из топки, где сжигается топливо, барабана, где вода превращается в пар, и дымовой коробки, в которой поддерживается незначительно более низкое давление, чем вне топки. Твердое топливо, такое как дерево, уголь или кокс, забрасывается в топку через дверцу кочегаром на колосниковую решетку, которая удерживает топливо в слое во время горения. Зола просыпается сквозь решетку в зольник. Если в качестве топлива используется масло, необходима дверца для регулировки потока воздуха, обслуживания топки и очистки масляных форсунок. Огнетрубный котел имеет внутренние трубы, соединяющие топку с дымовой коробкой, через которые проходят продукты сгорания, передавая тепло воде. Все трубы вместе обеспечивают большую площадь контакта, называемую поверхностью нагрева труб, между газом и водой в котле. Вода из котла окружает топку, чтобы предотвратить перегрев металла. Это еще одна область, где газ передает тепло воде и называется поверхностью нагрева топки. Зола и шлак собираются в дымовой коробке, поскольку газы поднимаются вверх по дымовой трубе (дымоходу в США) за счет выхлопного пара из цилиндров. Давление в котле необходимо контролировать с помощью манометра, установленного в кабине. Давление пара может быть сброшено вручную машинистом или кочегаром. Если давление достигает предельного рабочего значения котла, автоматически открывается предохранительный клапан для снижения давления и предотвращения катастрофической аварии. Выхлопной пар из цилиндров двигателя выходит из сопла, направленного вверх по дымовой трубе в дымовой коробке. Пар увлекает за собой газы из дымовой коробки, поддерживая более низкое давление в дымовой коробке, чем под колосниковой решеткой топки. Эта разница давлений создает поток воздуха вверх через угольный слой и поддерживает горение. Стремление к повышению тепловой эффективности по сравнению с типичным огнетрубным котлом побудило инженеров, таких как Найджел Гресли, рассмотреть водотрубный котел. Хотя он испытывал эту концепцию на локомотивах LNER класса W1, трудности в процессе разработки превзошли желание повысить эффективность таким путем. Пар, генерируемый в котле, используется не только для движения локомотива, но и для работы других устройств, таких как свисток, воздушный компрессор для тормозов, насос для пополнения воды в котле и система отопления пассажирских вагонов. Постоянная потребность в паре требует периодической замены воды в котле. Вода хранится в цистерне локомотивного тендера или окружает котел в случае танк-локомотива. Для пополнения цистерн необходимы периодические остановки; альтернативой был водозаборник, установленный под тендером, который собирал воду, когда поезд проходил над водоналивным корытом между рельсами. Пока локомотив производит пар, количество воды в котле постоянно контролируется путем наблюдения за уровнем воды в прозрачной трубке, или смотровом стекле. Для эффективной и безопасной работы котла необходимо поддерживать уровень воды между линиями, нанесенными на смотровом стекле. Если уровень воды слишком высок, производство пара снижается, теряется эффективность, и вода уносится с паром в цилиндры, что может привести к механическим повреждениям. Более серьезно, если уровень воды становится слишком низким, верхняя пластина топки остается незащищенной. Без воды над пластиной для отвода тепла сгорания, она размягчается и разрушается, выпуская пар высокого давления в топку и кабину. Разработка предохранительной пробки, чувствительного к температуре устройства, обеспечивала контролируемый сброс пара в топку для предупреждения кочегара о необходимости добавления воды. В котле образуется накипь, которая препятствует адекватному теплообмену, а коррозия со временем разрушает материалы котла до такой степени, что его необходимо восстанавливать или заменять. Запуск большого локомотива может занять несколько часов предварительного нагрева воды котла, прежде чем будет доступно достаточно пара. Хотя котел обычно устанавливается горизонтально, для локомотивов, предназначенных для работы в местах с крутыми уклонами, может быть более целесообразно рассмотреть вертикальный котел или котел, установленный таким образом, чтобы он оставался горизонтальным, но колеса наклонены в соответствии с уклоном рельсов.

The fire tube boiler was standard practice for steam locomotive. Although other types of boiler were evaluated they were not widely used, except for some 1,000 locomotives in Hungary which used the water tube Brotan boiler. A boiler consists of a firebox where the fuel is burned, a barrel where water is turned into steam, and a smokebox which is kept at a slightly lower pressure than outside the firebox. Solid fuel, such as wood, coal or coke, is thrown into the firebox through a door by a fireman, onto a set of grates which hold the fuel in a bed as it burns. Ash falls through the grate into an ashpan. If oil is used as the fuel, a door is needed for adjusting the air flow, maintaining the firebox, and cleaning the oil jets. The fire tube boiler has internal tubes connecting the firebox to the smokebox through which the combustion gases flow transferring heat to the water. All the tubes together provide a large contact area, called the tube heating surface, between the gas and water in the boiler. Boiler water surrounds the firebox to stop the metal from becoming too hot. This is another area where the gas transfers heat to the water and is called the firebox heating surface. Ash and char collect in the smokebox as the gas gets drawn up the chimney (stack or smokestack in the US) by the exhaust steam from the cylinders. The pressure in the boiler has to be monitored using a gauge mounted in the cab. Steam pressure can be released manually by the driver or fireman. If the pressure reaches the boiler's design working limit, a safety valve opens automatically to reduce the pressure and avoid a catastrophic accident. The exhaust steam from the engine cylinders shoots out of a nozzle pointing up the chimney in the smokebox. The steam entrains or drags the smokebox gases with it which maintains a lower pressure in the smokebox than that under the firebox grate. This pressure difference causes air to flow up through the coal bed and keeps the fire burning. The search for thermal efficiency greater than that of a typical fire tube boiler led engineers, such as Nigel Gresley, to consider the water tube boiler. Although he tested the concept on the LNER Class W1, the difficulties during development exceeded the will to increase efficiency by that route. The steam generated in the boiler not only moves the locomotive, but is also used to operate other devices such as the whistle, the air compressor for the brakes, the pump for replenishing the water in the boiler and the passenger car heating system. The constant demand for steam requires a periodic replacement of water in the boiler. The water is kept in a tank in the locomotive tender or wrapped around the boiler in the case of a tank locomotive. Periodic stops are required to refill the tanks; an alternative was a scoop installed under the tender that collected water as the train passed over a track pan located between the rails. While the locomotive is producing steam, the amount of water in the boiler is constantly monitored by looking at the water level in a transparent tube, or sight glass. Efficient and safe operation of the boiler requires keeping the level in between lines marked on the sight glass. If the water level is too high, steam production falls, efficiency is lost and water is carried out with the steam into the cylinders, possibly causing mechanical damage. More seriously, if the water level gets too low, the crown sheet (top sheet) of the firebox becomes exposed. Without water on top of the sheet to transfer away the heat of combustion, it softens and fails, letting high pressure steam into the firebox and the cab. The development of the fusible plug, a temperature sensitive device, ensured a controlled venting of steam into the firebox to warn the fireman to add water. Scale builds up in the boiler and prevents adequate heat transfer, and corrosion eventually degrades the boiler materials to the point where it needs to be rebuilt or replaced. Start up on a large engine may take hours of preliminary heating of the boiler water before sufficient steam is available. Although the boiler is typically placed horizontally, for locomotives designed to work in locations with steep slopes it may be more appropriate to consider a vertical boiler or one mounted such that the boiler remains horizontal but the wheels are inclined to suit the slope of the rails.

Паровая цепь

Парообразование в котле заполняет пространство над водой в частично заполненном котле. Его максимальное рабочее давление ограничено пружинными предохранительными клапанами. Затем пар собирается либо в перфорированной трубе, установленной над уровнем воды, либо в куполе, в котором часто находится регуляторный клапан или дроссель, предназначенный для контроля количества пара, выходящего из котла. Далее пар либо непосредственно направляется по паропроводу к двигательному блоку, либо сначала может поступать в мокрый коллектор перегревателя, роль которого заключается в повышении тепловой эффективности и удалении капель воды, взвешенных в "насыщенном паре" – состоянии, в котором он покидает котел. Покинув перегреватель, пар выходит из сухого коллектора перегревателя и по паропроводу поступает в паровые камеры, прилегающие к цилиндрам двигателя с возвратно-поступательным движением. Внутри каждой паровой камеры находится золотниковый клапан, распределяющий пар через порты, соединяющие паровую камеру с торцами цилиндра. Роль клапанов двойная: подача каждой новой порции пара и выпуск отработанного пара после выполнения работы. Цилиндры двухстороннего действия, с подачей пара поочередно на каждую сторону поршня. В двухцилиндровом локомотиве один цилиндр расположен с каждой стороны от транспортного средства. Кривошипы установлены со сдвигом фаз в 90°. Во время полного оборота ведущего колеса пар обеспечивает четыре рабочих хода; каждый цилиндр получает два впрыска пара за оборот. Первый ход – к передней части поршня, второй – к задней; следовательно, два рабочих хода. Таким образом, две подачи пара на каждую сторону поршня в двух цилиндрах обеспечивают полный оборот ведущего колеса. Каждый поршень соединен с ведущей осью с каждой стороны посредством шатуна, а ведущие колеса соединены между собой сцепными тягами для передачи мощности от ведущего колеса к остальным. Следует отметить, что в двух "мертвых точках", когда шатун находится на одной оси с кривошипным пальцем на ведущем колесе, шатун не оказывает никакого крутящего момента на колесо. Следовательно, если оба кривошипных механизма могли бы одновременно оказаться в "мертвой точке", и колеса остановились бы в этом положении, локомотив не смог бы тронуться с места. Поэтому кривошипные пальцы прикреплены к колесам под углом 90° друг к другу, чтобы в один момент времени только одна сторона могла находиться в мертвой точке. Каждый поршень передает мощность через перекрестную головку, шатун (основной шатун в США) и кривошипный палец на ведущем колесе (основной ведущий вал в США) или к кривошипу на ведущей оси. Движением клапанов в паровой камере управляет набор тяг и рычагов, называемый золотниковым механизмом, приводимым в действие от ведущей оси или от кривошипного пальца; золотниковый механизм включает в себя устройства, позволяющие изменять направление движения, регулировать ход золотника и время впуска и выпуска. Момент отсечки определяет момент, когда золотник перекрывает паровой порт, "отключая" подачу пара и, таким образом, определяя долю хода, в течение которой пар подается в цилиндр; например, отсечка в 50% обеспечивает подачу пара в течение половины хода поршня. Остальная часть хода осуществляется за счет силы расширения пара. Рациональное использование отсечки обеспечивает экономичное использование пара и, как следствие, снижает расход топлива и воды. Обратный рычаг (Johnson bar в США) или винтовой реверсор (при наличии) контролирует отсечку и выполняет функцию, аналогичную переключению передач в автомобиле – максимальная отсечка, обеспечивающая максимальное тяговое усилие за счет эффективности, используется для трогания с места, в то время как отсечка до 10% используется при движении с постоянной скоростью, обеспечивая меньшее тяговое усилие и, следовательно, меньший расход топлива/воды. Отработанный пар направляется вверх из локомотива через дымовую трубу посредством сопла, называемого эжектором, создавая характерный звук "чуханья" паровоза. Эжектор расположен в стратегической точке внутри дымовой коробки, через которую одновременно проходят газы сгорания, отводимые через котел и колосниковую решетку за счет действия струи пара. Объединение двух потоков, пара и отработанных газов, имеет решающее значение для эффективности любого паровоза, а внутренние профили дымовой трубы (или, строго говоря, эжектора) требуют тщательного проектирования и регулировки. Это было предметом интенсивных исследований со стороны ряда инженеров (и часто игнорировалось другими, иногда с катастрофическими последствиями). Тот факт, что тяга зависит от давления выхлопа, означает, что подача мощности и выработка мощности автоматически саморегулируются. Среди прочего, необходимо найти баланс между получением достаточной тяги для сгорания и предоставлением отработанным газам и частицам достаточного времени для сгорания. В прошлом сильная тяга могла поднять огонь с колосниковой решетки или вызвать выброс несгоревших частиц топлива, грязи и загрязнений, из-за чего паровозы имели дурную славу. Кроме того, насосное действие выхлопа оказывает противоположный эффект, создавая встречное давление на сторону поршня, принимающую пар, тем самым незначительно снижая мощность цилиндра. Проектирование выхлопного эжектора стало отдельной наукой, и инженеры, такие как Шапелон, Гизль и Порта, внесли значительные улучшения в тепловую эффективность и существенное сокращение времени обслуживания и загрязнения. Аналогичная система использовалась некоторыми ранними производителями тракторов, работающих на бензине/керосине (Advance Rumely/Hart Parr) – объем выхлопных газов выпускался через градирню, позволяя выхлопному пару затягивать больше воздуха мимо радиатора.

The steam generated in the boiler fills the space above the water in the partially filled boiler. Its maximum working pressure is limited by spring loaded safety valves. It is then collected either in a perforated tube fitted above the water level or by a dome that often houses the regulator valve, or throttle, the purpose of which is to control the amount of steam leaving the boiler. The steam then either travels directly along and down a steam pipe to the engine unit or may first pass into the wet header of a superheater, the role of the latter being to improve thermal efficiency and eliminate water droplets suspended in the "saturated steam", the state in which it leaves the boiler. On leaving the superheater, the steam exits the dry header of the superheater and passes down a steam pipe, entering the steam chests adjacent to the cylinders of a reciprocating engine. Inside each steam chest is a sliding valve that distributes the steam via ports that connect the steam chest to the ends of the cylinder space. The role of the valves is twofold: admission of each fresh dose of steam, and exhaust of the used steam once it has done its work. The cylinders are double acting, with steam admitted to each side of the piston in turn. In a two cylinder locomotive, one cylinder is located on each side of the vehicle. The cranks are set 90° out of phase. During a full rotation of the driving wheel, steam provides four power strokes; each cylinder receives two injections of steam per revolution. The first stroke is to the front of the piston and the second stroke to the rear of the piston; hence two working strokes. Consequently, two deliveries of steam onto each piston face in the two cylinders generates a full revolution of the driving wheel. Each piston is attached to the driving axle on each side by a connecting rod, and the driving wheels are connected together by coupling rods to transmit power from the main driver to the other wheels. Note that at the two "dead centres", when the connecting rod is on the same axis as the crankpin on the driving wheel, the connecting rod applies no torque to the wheel. Therefore, if both cranksets could be at "dead centre" at the same time, and the wheels should happen to stop in this position, the locomotive could not start moving. Therefore, the crankpins are attached to the wheels at a 90° angle to each other, so only one side can be at dead centre at a time. Each piston transmits power through a crosshead, connecting rod (Main rod in the US) and a crankpin on the driving wheel (Main driver in the US) or to a crank on a driving axle. The movement of the valves in the steam chest is controlled through a set of rods and linkages called the valve gear, actuated from the driving axle or from the crankpin; the valve gear includes devices that allow reversing the engine, adjusting valve travel and the timing of the admission and exhaust events. The cut off point determines the moment when the valve blocks a steam port, "cutting off" admission steam and thus determining the proportion of the stroke during which steam is admitted into the cylinder; for example a 50% cut off admits steam for half the stroke of the piston. The remainder of the stroke is driven by the expansive force of the steam. Careful use of cut off provides economical use of steam and in turn, reduces fuel and water consumption. The reversing lever (Johnson bar in the US), or screw reverser (if so equipped), that controls the cut off, therefore, performs a similar function to a gearshift in an automobile – maximum cut off, providing maximum tractive effort at the expense of efficiency, is used to pull away from a standing start, whilst a cut off as low as 10% is used when cruising, providing reduced tractive effort, and therefore lower fuel/water consumption. Exhaust steam is directed upwards out of the locomotive through the chimney, by way of a nozzle called a blastpipe, creating the familiar "chuffing" sound of the steam locomotive. The blastpipe is placed at a strategic point inside the smokebox that is at the same time traversed by the combustion gases drawn through the boiler and grate by the action of the steam blast. The combining of the two streams, steam and exhaust gases, is crucial to the efficiency of any steam locomotive, and the internal profiles of the chimney (or, strictly speaking, the ejector) require careful design and adjustment. This has been the object of intensive studies by a number of engineers (and often ignored by others, sometimes with catastrophic consequences). The fact that the draught depends on the exhaust pressure means that power delivery and power generation are automatically self adjusting. Among other things, a balance has to be struck between obtaining sufficient draught for combustion whilst giving the exhaust gases and particles sufficient time to be consumed. In the past, a strong draught could lift the fire off the grate, or cause the ejection of unburnt particles of fuel, dirt and pollution for which steam locomotives had an unenviable reputation. Moreover, the pumping action of the exhaust has the counter effect of exerting back pressure on the side of the piston receiving steam, thus slightly reducing cylinder power. Designing the exhaust ejector became a specific science, with engineers such as Chapelon, Giesl and Porta making large improvements in thermal efficiency and a significant reduction in maintenance time and pollution. A similar system was used by some early gasoline/kerosene tractor manufacturers (Advance Rumely/Hart Parr) – the exhaust gas volume was vented through a cooling tower, allowing the steam exhaust to draw more air past the radiator.

Бегущая часть

Подвижная часть включает в себя тормозное оборудование, колесные пары, буксовые узлы, рессорное устройство и приводной механизм, включающий соединительные тяги и золотниковый механизм. Передача мощности от поршней к рельсам и поведение локомотива как транспортного средства, способного проходить кривые пути, стрелочные переводы и неровности, имеет первостепенное значение. Поскольку возвратно-поступательное усилие должно передаваться на рельс непосредственно с 0 об/мин, это создает проблему сцепления ведущих колес с гладкой поверхностью рельса. Адгезивный вес – это часть веса локомотива, приходящаяся на ведущие колеса. Его эффективность повышается, если пара ведущих колес способна максимально использовать нагрузку на ось, то есть свою долю в адгезивном весе. Выравнивающие балки, соединяющие концы листовых рессор, часто считались усложнением в Великобритании, однако локомотивы, оснащенные такими балками, обычно менее подвержены пробуксовке колес и потере тяги. Использование выравнивающих рычагов между ведущими осями и между ведущими осями и тележками было стандартной практикой на североамериканских локомотивах для поддержания равномерной нагрузки на колеса при движении по неровному пути. Локомотивы с полной адгезией, где все колеса жестко соединены, как правило, обладают недостаточной устойчивостью на скорости. Для компенсации этого локомотивы часто оснащаются неведущими поддерживающими колесами, установленными на двухколесных тележках или четырехколесных узелках, центрированных рессорами, перевернутыми коромыслами или зубчатыми роликами, которые помогают вести локомотив по кривым. Обычно они принимают на себя вес цилиндров спереди или топки сзади, когда ширина превышает ширину рамы. Локомотивы с несколькими жестко соединенными колесами на неразъемном шасси будут испытывать неприемлемые силы в боковых упорах на крутых поворотах, что приведет к чрезмерному износу боковых поверхностей колес и рельсов, расширению колеи и сходу колес с рельсов. Одним из решений было уменьшение или истончение боковых поверхностей колес на оси. Более распространенным было обеспечение осевого люфта и использование системы контроля бокового перемещения с помощью рессор или наклонных плоскостей, использующих силу тяжести. Железнодорожные компании обычно предпочитали локомотивы с меньшим количеством осей для снижения затрат на обслуживание. Количество необходимых осей определялось максимальной осевой нагрузкой данной железной дороги. Производитель обычно добавлял оси до тех пор, пока максимальный вес на любой оси не соответствовал допустимой осевой нагрузке железной дороги. Локомотив с колесной формулой 2-2-1 (две ведущие оси, две движущие оси и одна поддерживающая ось) был высокоскоростной машиной. Две ведущие оси необходимы для обеспечения хорошей устойчивости на высоких скоростях. Две движущие оси имели меньшую возвратно-поступательную массу, чем три, четыре, пять или шесть сцепленных осей. Благодаря этому они могли вращаться на очень высоких скоростях из-за меньшей возвратно-поступательной массы. Поддерживающая ось могла выдерживать огромную топку, поэтому большинство локомотивов с колесной формулой (американский тип "Атлантик") назывались паровозами со свободным паром и могли поддерживать давление пара независимо от положения регулятора.

Running gear includes the brake gear, wheel sets, axleboxes, springing and the motion that includes connecting rods and valve gear. The transmission of the power from the pistons to the rails and the behaviour of the locomotive as a vehicle, being able to negotiate curves, points and irregularities in the track, is of paramount importance. Because reciprocating power has to be directly applied to the rail from 0 rpm upwards, this creates the problem of adhesion of the driving wheels to the smooth rail surface. Adhesive weight is the portion of the locomotive's weight bearing on the driving wheels. This is made more effective if a pair of driving wheels is able to make the most of its axle load, i. e. its individual share of the adhesive weight. Equalising beams connecting the ends of leaf springs have often been deemed a complication in Britain, however, locomotives fitted with the beams have usually been less prone to loss of traction due to wheel slip. Suspension using equalizing levers between driving axles, and between driving axles and trucks, was standard practice on North American locomotives to maintain even wheel loads when operating on uneven track. Locomotives with total adhesion, where all of the wheels are coupled together, generally lack stability at speed. To counter this, locomotives often fit unpowered carrying wheels mounted on two wheeled trucks or four wheeled bogies centred by springs/inverted rockers/geared rollers that help to guide the locomotive through curves. These usually take on weight – of the cylinders at the front or the firebox at the rear – when the width exceeds that of the mainframes. Locomotives with multiple coupled wheels on a rigid chassis would have unacceptable flange forces on tight curves giving excessive flange and rail wear, track spreading and wheel climb derailments. One solution was to remove or thin the flanges on an axle. More common was to give axles end play and use lateral motion control with spring or inclined plane gravity devices. Railroads generally preferred locomotives with fewer axles, to reduce maintenance costs. The number of axles required was dictated by the maximum axle loading of the railroad in question. A builder would typically add axles until the maximum weight on any one axle was acceptable to the railroad's maximum axle loading. A locomotive with a wheel arrangement of two lead axles, two drive axles, and one trailing axle was a high speed machine. Two lead axles were necessary to have good tracking at high speeds. Two drive axles had a lower reciprocating mass than three, four, five or six coupled axles. They were thus able to turn at very high speeds due to the lower reciprocating mass. A trailing axle was able to support a huge firebox, hence most locomotives with the wheel arrangement of (American Type Atlantic) were called free steamers and were able to maintain steam pressure regardless of throttle setting.

Шасси

Шасси, или локомотивная рама, является основной конструкцией, на которую монтируется котел и которая объединяет различные элементы ходовой части. Котел жестко крепится к "седлу" под дымовой коробкой и перед цилиндрической частью котла, но топка в задней части допускает продольное скольжение для компенсации теплового расширения. Европейские локомотивы обычно используют "пластинчатые рамы", где две вертикальные плоские плиты формируют основное шасси, соединенные различными распорками и буферным брусом на каждом конце для обеспечения жесткости конструкции. При установке внутренних цилиндров между рамами, пластинчатые рамы представляют собой единую крупную отливку, служащую основным несущим элементом. Смещение подшипниковых коробок вверх и вниз обеспечивает некоторую пружинную подвеску, опирающуюся на утолщенные стенки, прикрепленные к раме, называемые "горнблоками". На протяжении многих лет американская практика заключалась в использовании сборных рамок из полос, в которые были интегрированы конструкция седла/цилиндра и тяговая балка. В 1920-х годах, с появлением локомотивов типа "суперсила", нормой стала локомотивная балка из литой стали, объединяющая в единую сложную, прочную, но тяжелую отливку рамы, пружинные кронштейны, кронштейны механизма, седло дымовой коробки и цилиндровые блоки. Исследование SNCF, использовавшее сварные трубчатые рамы, позволило создать жесткую раму с уменьшением веса на 30%.

Топливо и вода

Как правило, самые большие локомотивы постоянно соединены с тендером, который перевозит воду и топливо. Часто локомотивы, работающие на небольшие расстояния, не имеют тендера и несут топливо в бункере, а воду – в резервуарах, расположенных рядом с котлом. Резервуары могут иметь различные конфигурации, включая два боковых резервуара (или паннерные резервуары), один сверху (седловый резервуар) или один между рамами (колодезный резервуар). Вид используемого топлива зависел от экономической доступности для железной дороги. В Великобритании и других частях Европы обильные запасы угля делали его очевидным выбором с первых дней паровой машины. До 1870 года большинство локомотивов в Соединенных Штатах работали на дровах, но по мере вырубки лесов на востоке уголь постепенно стал более распространенным, пока не стал доминирующим топливом для паровозов во всем мире. Железные дороги, обслуживающие плантации сахарного тростника, использовали багассу – побочный продукт переработки сахара. В США доступность и низкая цена нефти сделали ее популярным топливом для паровозов после 1900 года, особенно для железных дорог юго-запада, в частности Southern Pacific. В австралийском штате Виктория после Второй мировой войны многие паровозы были переоборудованы для работы на мазуте. Железные дороги Германии, России, Австралии и Великобритании экспериментировали с использованием угольной пыли для топки локомотивов. Во время Второй мировой войны ряд швейцарских маневровых паровозов были модифицированы для использования электрически нагреваемых котлов, потребляющих около 480 кВт мощности, получаемой от контактной сети с помощью пантографа. Эти локомотивы были значительно менее эффективны, чем электрические; они использовались, потому что Швейцария испытывала нехватку угля из-за войны, но имела доступ к обильным гидроэлектроресурсам. На ряде туристических линий и исторических локомотивов в Швейцарии, Аргентине и Австралии использовалось легкое дизельное топливо. Вода подавалась на станциях и локомотивных депо из специальных водонапорных башен, соединенных с водоподъемными кранами или эстакадами. В Великобритании, США и Франции на некоторых основных линиях были установлены водопоглощающие каналы (так называемые track pans в США), позволявшие локомотивам пополнять запасы воды без остановки, используя дождевую воду или талую воду, заполнявшую канал во время непогоды. Это достигалось с помощью выдвижного "водяного ковша", установленного под тендером или задним резервуаром воды в случае танк-локомотива; машинист дистанционно опускал ковш в канал, скорость локомотива заставляла воду подниматься в резервуар, и ковш поднимался снова, когда он заполнялся. Вода необходима для работы паровоза. Как утверждал Свенгель: "Вода обладает наибольшей удельной теплоемкостью среди распространенных веществ; то есть, при нагревании воды до определенной температуры сохраняется больше тепловой энергии, чем при нагревании того же количества стали или меди до той же температуры. Кроме того, свойство испарения (образование пара) запасает дополнительную энергию без повышения температуры. Вода – очень подходящая среда для преобразования тепловой энергии топлива в механическую энергию. В 1970-х годах Л. Д. Порта разработал сложную систему интенсивной химической обработки воды (Porta Treatment), которая не только поддерживает чистоту внутренней поверхности котла и предотвращает коррозию, но и изменяет пену таким образом, чтобы сформировать компактное "одеяло" на поверхности воды, которое фильтрует пар по мере его образования, сохраняя его чистоту и предотвращая попадание в цилиндры воды и взвешенных абразивных частиц. Некоторые паровозы работали на альтернативных видах топлива, таких как Grand Canyon Railway 4960, Grand Canyon Railway 29, U. S. Sugar 148 и локомотивы Disneyland Railroad.

Generally, the largest locomotives are permanently coupled to a tender that carries the water and fuel. Often, locomotives working shorter distances do not have a tender and carry the fuel in a bunker, with the water carried in tanks placed next to the boiler. The tanks can be in various configurations, including two tanks alongside (side tanks or pannier tanks), one on top (saddle tank) or one between the frames (well tank). The fuel used depended on what was economically available to the railway. In the UK and other parts of Europe, plentiful supplies of coal made this the obvious choice from the earliest days of the steam engine. Until 1870, the majority of locomotives in the United States burned wood, but as the Eastern forests were cleared, coal gradually became more widely used until it became the dominant fuel worldwide in steam locomotives. Railways serving sugar cane farming operations burned bagasse, a byproduct of sugar refining. In the US, the ready availability and low price of oil made it a popular steam locomotive fuel after 1900 for the southwestern railroads, particularly the Southern Pacific. In the Australian state of Victoria, many steam locomotives were converted to heavy oil firing after World War II. German, Russian, Australian and British railways experimented with using coal dust to fire locomotives. During World War 2, a number of Swiss steam shunting locomotives were modified to use electrically heated boilers, consuming around 480 kW of power collected from an overhead line with a pantograph. These locomotives were significantly less efficient than electric ones; they were used because Switzerland was suffering a coal shortage because of the War, but had access to plentiful hydroelectricity. A number of tourist lines and heritage locomotives in Switzerland, Argentina and Australia have used light diesel type oil. Water was supplied at stopping places and locomotive depots from a dedicated water tower connected to water cranes or gantries. In the UK, the US and France, water troughs (track pans in the US) were provided on some main lines to allow locomotives to replenish their water supply without stopping, from rainwater or snowmelt that filled the trough due to inclement weather. This was achieved by using a deployable "water scoop" fitted under the tender or the rear water tank in the case of a large tank engine; the fireman remotely lowered the scoop into the trough, the speed of the engine forced the water up into the tank, and the scoop was raised again once it was full. Water is essential for the operation of a steam locomotive. As Swengel argued:

blockquote|It has the highest specific heat of any common substance; that is, more thermal energy is stored by heating water to a given temperature than would be stored by heating an equal mass of steel or copper to the same temperature. In addition, the property of vapourising (forming steam) stores additional energy without increasing the temperature water is a very satisfactory medium for converting thermal energy of fuel into mechanical energy. In the 1970s, L. D. Porta developed a sophisticated system of heavy duty chemical water treatment (Porta Treatment) that not only keeps the inside of the boiler clean and prevents corrosion, but modifies the foam in such a way as to form a compact "blanket" on the water surface that filters the steam as it is produced, keeping it pure and preventing carry over into the cylinders of water and suspended abrasive matter. Some steam locomotives have been run on alternative fuels such as used cooking oil like Grand Canyon Railway 4960, Grand Canyon Railway 29, U. S. Sugar 148, and the Disneyland Railroad Locomotives.

Экипаж

Парный локомотив обычно управляется с задней стенки топки, а машинисты обычно защищены от непогоды кабиной. Для управления паровозом обычно требуется бригада как минимум из двух человек. Один, машинист (в Северной Америке – инженер), отвечает за запуск, остановку и скорость локомотива, а кочегар – за поддержание огня, регулирование давления пара и контроль уровня воды в котле и тендере. В связи с исторической утратой эксплуатационной инфраструктуры и штата, сохранившиеся паровозы, работающие на основных путях, часто сопровождаются вспомогательным составом.

Фитинги и приборы

Все локомотивы оснащены разнообразным оборудованием. Часть этого оборудования напрямую связана с работой паровой машины, а другое предназначено для сигнализации, управления поездом или иных целей. В Соединенных Штатах Федеральное управление железных дорог на протяжении многих лет предписывало использование определенного оборудования в связи с вопросами безопасности. Наиболее распространенное оборудование включает в себя:

Паровые насосы и инжекторы

Вода (питательная вода) должна поступать в котел для замены той, которая выходит в виде пара после совершения рабочего хода поршнями. Поскольку котел находится под давлением во время работы, питательная вода должна подаваться в котел под давлением, превышающим давление пара, что требует использования насоса. Ручные насосы были достаточны для самых первых локомотивов. В более поздних моделях использовались насосы, приводимые в действие движением поршней (осевые насосы), которые были просты в эксплуатации, надежны и могли перекачивать большие объемы воды, но работали только при движении локомотива и могли перегружать золотниковую передачу и поршневые стержни на высоких скоростях. Позже насосы были заменены паровыми инжекторами, а некоторые локомотивы перешли на турбонасосы. Стандартной практикой стало использование двух независимых систем подачи воды в котел: либо двух паровых инжекторов, либо, в более консервативных конструкциях, осевых насосов при рабочей скорости и парового инжектора для наполнения котла при остановке или на низких скоростях. К XX веку практически все новые локомотивы использовали только паровые инжекторы – часто один инжектор получал "живой" пар непосредственно из котла, а другой использовал выхлопной пар из цилиндров локомотива, что было более эффективно (поскольку использовало пар, который в противном случае был бы потерян), но могло применяться только при движении локомотива и открытом регуляторе. Инжекторы становились ненадежными при высокой температуре питательной воды, поэтому на локомотивах с подогревателями воды, танк-локомотивах с резервуарами, контактирующими с котлом, и конденсационных локомотивах иногда использовались поршневые паровые насосы или турбонасосы. Вертикальные стеклянные трубки, известные как водомерные стекла, показывают уровень воды в котле и постоянно контролируются во время работы котла. До 1870-х годов было более распространено наличие серии пробных кранов, установленных на котле в пределах досягаемости машиниста и кочегара; каждый пробный кран (устанавливалось как минимум два, обычно три) был расположен на разном уровне. Открывая каждый пробный кран и наблюдая, выходит ли пар или вода, можно было с ограниченной точностью оценить уровень воды в котле. С увеличением давления в котле использование пробных кранов становилось все более опасным, а клапаны были склонны к засорению накипью или осадком, что приводило к ложным показаниям. Это привело к их замене на смотровые стекла. Как и в случае с инжекторами, обычно устанавливались два стекла с отдельными соединениями для получения независимых показаний.

Water (feedwater) must be delivered to the boiler to replace that which is exhausted as steam after delivering a working stroke to the pistons. As the boiler is under pressure during operation, feedwater must be forced into the boiler at a pressure that is greater than the steam pressure, necessitating the use of some sort of pump. Hand operated pumps sufficed for the very earliest locomotives. Later engines used pumps driven by the motion of the pistons (axle pumps), which were simple to operate, reliable and could handle large quantities of water but only operated when the locomotive was moving and could overload the valve gear and piston rods at high speeds. Steam injectors later replaced the pump, while some engines transitioned to turbopumps. Standard practice evolved to use two independent systems for feeding water to the boiler; either two steam injectors or, on more conservative designs, axle pumps when running at service speed and a steam injector for filling the boiler when stationary or at low speeds. By the 20th century virtually all new built locomotives used only steam injectors – often one injector was supplied with "live" steam straight from the boiler itself and the other used exhaust steam from the locomotive's cylinders, which was more efficient (since it made use of otherwise wasted steam) but could only be used when the locomotive was in motion and the regulator was open. Injectors became unreliable if the feedwater was at a high temperature, so locomotives with feedwater heaters, tank locomotives with the tanks in contact with the boiler and condensing locomotives sometimes used reciprocating steam pumps or turbopumps. Vertical glass tubes, known as water gauges or water glasses, show the level of water in the boiler and are carefully monitored at all times while the boiler is being fired. Before the 1870s it was more common to have a series of try cocks fitted to the boiler within reach of the crew; each try cock (at least two and usually three were fitted) was mounted at a different level. By opening each try cock and seeing if steam or water vented through it, the level of water in the boiler could be estimated with limited accuracy. As boiler pressures increased the use of try cocks became increasingly dangerous and the valves were prone to blockage with scale or sediment, giving false readings. This led to their replacement with the sight glass. As with the injectors, two glasses with separate fittings were usually installed to provide independent readings.

Изоляция котла

Термин для изоляции труб и котлов – "лагирование", происходящий от термина куперов для деревянной клепки бочки. Два из самых ранних паровозов использовали деревянное лагирование для изоляции своих котлов: "Саламанка", первый коммерчески успешный паровоз, построенный в 1812 году. В последние дни эпохи паровозов к котлу крепили "матрасы" из сшитой асбестовой ткани, набитой асбестовым волокном, с помощью сепараторов, чтобы они не касались котла. Однако в большинстве стран асбест в настоящее время запрещен по соображениям здоровья. Наиболее распространенным современным материалом является стекловата или обертывания из алюминиевой фольги. Лагирование защищено плотно прилегающим металлическим кожухом, известным как котельная обшивка или клидинг. Эффективное лагирование особенно важно для бездымных локомотивов; однако в последнее время, под влиянием Л. Д. Порты, "усиленная" изоляция применяется ко всем типам локомотивов на всех поверхностях, склонных к рассеиванию тепла, таких как торцы цилиндров и поверхности между цилиндрами и рамами. Это значительно сокращает время прогрева двигателя и заметно повышает общую эффективность.

Защитные клапаны

Ранние локомотивы оснащались клапаном, управляемым грузом, подвешенным к концу рычага, а выход пара перекрывался коническим клапаном. Поскольку ничто не препятствовало подпрыгиванию рычага с грузом при движении локомотива по неровностям пути, что приводило к потере пара, груз позже заменили более устойчивой пружинной колонкой, которую часто поставляла компания Salter – известный производитель пружинных весов. Опасность этих устройств заключалась в том, что машинисты могли испытывать соблазн увеличить вес на рычаге для повышения давления. Большинство ранних котлов оснащались защищенным кожухом прямодействующим шаровым предохранительным клапаном. В конце 1850-х годов Джон Рамсботтом представил предохранительный клапан, который стал популярным в Великобритании во второй половине XIX века. Этот клапан был не только защищен от несанкционированного вмешательства, но и любое вмешательство машиниста могло лишь снизить давление. Предохранительный клапан Джорджа Ричардсона был американским изобретением, представленным в 1875 году, и был разработан для сброса пара только в момент достижения максимального допустимого давления. В настоящее время этот тип клапана используется практически повсеместно. Британская Great Western Railway была заметным исключением из этого правила, сохранив прямодействующий тип до конца своего существования как отдельной компании, поскольку считалось, что такой клапан теряет меньше давления при открытии и закрытии.

Давление

Самые ранние локомотивы не показывали давление пара в котле, но его можно было оценить по положению рычага предохранительного клапана, который часто выступал на заднюю стенку топки; деления на пружинной колонке давали приблизительное представление об истинном давлении. Организаторы Рейнхилльских испытаний настояли на том, чтобы у каждого участника был надлежащий механизм для измерения давления в котле, и Стивенсон для своего "Ракеты" сконструировал девятифутовую вертикальную ртутную трубку с видовым стеклом наверху, установленную рядом с дымовой трубой. Манометр с трубкой Бурдона, в котором давление выпрямляет овальную спиральную трубку из латуни или бронзы, соединенную с указателем, был представлен в 1849 году и быстро получил распространение и до сих пор используется. Некоторые локомотивы имеют дополнительный манометр в паровом распределительном ящике. Это помогает машинисту избежать пробуксовки колес при трогании с места, предупреждая о чрезмерном открытии регулятора.

Стокеры

Ограничивающим фактором работы локомотива является скорость подачи топлива в огонь. В начале XX века некоторые локомотивы стали настолько большими, что машинист не мог достаточно быстро загружать уголь. (Не указано, что делал локомотив) работал в пустыне Кару в Южной Африке с 1950-х по 1980-е годы. Некоторые британские и американские локомотивы оснащались ковшами, которые собирали воду из "водяных желобов" (трассовых лотков в США) на ходу, избегая таким образом остановок для пополнения запасов воды. В США небольшие населенные пункты часто не имели пунктов заправки. В первые годы развития железных дорог бригады просто останавливались у ручья и наполняли тендер кожаными ведрами. Этот способ получил название "подкачка воды" и породил термин "города-подкачки" (обозначающий маленький городок, термин, который сегодня считается пренебрежительным). В Австралии и Южной Африке локомотивы в засушливых регионах эксплуатировались с большими тендерами увеличенного размера, а некоторые даже имели дополнительный вагон-цистерну, иногда называемый "кафе" или в Австралии (особенно в Новом Южном Уэльсе) "водяной насос". Паровозы, работавшие на подземных железных дорогах (например, на лондонской Metropolitan Railway), оснащались конденсаторами для предотвращения выброса пара в железнодорожные туннели. Они использовались на линии между Кингс-Кросс и Мургейт вплоть до начала 1960-х годов.

Тормозание

Паровозы обычно имеют собственную тормозную систему, независимую от остальной части поезда. Для тормозов локомотива используются большие тормозные колодки, которые прижимаются к поверхности беговых колёс. Они могут быть воздушными или паровыми. Кроме того, они почти всегда оснащены ручным тормозом для удержания локомотива неподвижным, когда нет давления пара для работы других тормозных систем. Из-за ограниченной тормозной силы, обеспечиваемой только локомотивными тормозами, многие паровозы были оборудованы соста́вными тормозами. Они были двух основных типов: воздушные и вакуумные. Это позволяло машинисту управлять тормозами всех вагонов поезда. Воздушные тормоза, изобретённые Джорджем Вестингхаузом, используют паровой воздушный компрессор, установленный на боку котла, для создания сжатого воздуха, необходимого для работы тормозной системы. Воздушные тормоза были основной формой торможения поездов в большинстве стран в эпоху паровозов. Основным конкурентом воздушного тормоза был вакуумный тормоз, в котором на двигатель вместо воздушного насоса устанавливается паровой эжектор для создания вакуума, необходимого для работы тормозной системы. Вторичный эжектор или крейцкопф-вакуумный насос используется для поддержания вакуума в системе, компенсируя небольшие утечки в трубопроводах между вагонами. Вакуумные тормоза были основной формой торможения поездов в Соединённом Королевстве и странах, перенявших его практику, таких как Индия и Южная Африка, в эпоху паровозов. Паровозы оснащаются песочницами, из которых песок может высыпаться на верхнюю часть рельса для улучшения сцепления и торможения в сырую или обледенелую погоду. На американских локомотивах песочницы, или песочные баки, обычно устанавливаются на вершину котла. В Великобритании ограниченная ширина габарита не позволяет это сделать, поэтому песочницы устанавливаются непосредственно над или под дымовой коробкой.

Смазка

Пистоны и клапаны на самых ранних локомотивах смазывались машинистами, бросавшими кусок животного жира в дымовую трубу. Вскоре были разработаны более совершенные способы подачи смазки. Животный жир хорошо прилипает к стенкам цилиндров и эффективнее минерального масла противостоит воздействию воды. Он по-прежнему является компонентом современных составов масла для паровых цилиндров. С увеличением скорости и расстояний были разработаны механизмы, которые впрыскивали густое минеральное масло в подачу пара. Первый из них – вытеснительный смазчик, устанавливаемый в кабине, использует контролируемый поток пара, конденсирующегося в герметичный контейнер с маслом. Вода, образующаяся при конденсации пара, вытесняет масло в трубы. Устройство обычно оснащено смотровыми стеклами для контроля скорости подачи. Более поздний метод использует механический насос, приводимый в действие от одной из крестовин. В обоих случаях подача масла пропорциональна скорости локомотива. Смазка элементов рамы (подшипников осей, буксовых подшипников и цапф тележек) осуществляется за счет капиллярного действия: отрезки шерстяной пряжи протягиваются из масляных резервуаров в трубы, ведущие к соответствующим компонентам. Скорость подачи масла контролируется размером пучка пряжи, а не скоростью локомотива, поэтому необходимо удалять обрезки (закрепленные на проволоке) во время стоянки. Однако на регулярных остановках (например, на платформе конечной станции) попадание масла на рельсы все еще может быть проблемой. Подшипники коленчатого и крестового валов имеют небольшие чашеобразные резервуары для масла. Они снабжены подающими трубками к поверхности подшипника, которые начинаются выше нормального уровня заполнения или закрыты неплотно прилегающим штифтом, так что масло поступает только при движении локомотива. В Великобритании чаши закрываются простыми пробками, но через них продевается кусочек пористого тростника для доступа воздуха. Обычно в подшипник помещают небольшую капсулу с резким маслом (анисовым или чесночным) для предупреждения о выходе смазки из строя и перегреве или износе.

The pistons and valves on the earliest locomotives were lubricated by the enginemen dropping a lump of tallow down the blast pipe. More sophisticated methods of delivering the substance were soon developed. Tallow adheres well to cylinder walls and is more effective than mineral oil in resisting the action of water. It remains a constituent of modern steam cylinder oil formulation. As speeds and distances increased, mechanisms were developed that injected thick mineral oil into the steam supply. The first, a displacement lubricator, mounted in the cab, uses a controlled stream of steam condensing into a sealed container of oil. Water from the condensed steam displaces the oil into pipes. The apparatus is usually fitted with sight glasses to confirm the rate of supply. A later method uses a mechanical pump worked from one of the crossheads. In both cases, the supply of oil is proportional to the speed of the locomotive. Lubricating the frame components (axle bearings, horn blocks and bogie pivots) depends on capillary action: trimmings of worsted yarn are trailed from oil reservoirs into pipes leading to the respective component. The rate of oil supplied is controlled by the size of the bundle of yarn and not the speed of the locomotive, so it is necessary to remove the trimmings (which are mounted on wire) when stationary. However, at regular stops (such as a terminating station platform), oil finding its way onto the track can still be a problem. Crankpin and crosshead bearings carry small cup shaped reservoirs for oil. These have feed pipes to the bearing surface that start above the normal fill level, or are kept closed by a loose fitting pin, so that only when the locomotive is in motion does oil enter. In United Kingdom practice, the cups are closed with simple corks, but these have a piece of porous cane pushed through them to admit air. It is customary for a small capsule of pungent oil (aniseed or garlic) to be incorporated in the bearing metal to warn if the lubrication fails and excess heating or wear occurs.

Вентилятор

Когда локомотив работает в режиме тяги, тяга в топке создается выхлопным паром, направляемым вверх по дымоходу взрывной трубой. Без тяги огонь быстро затухнет, а давление пара упадет. Когда локомотив остановлен или движется накатом с закрытым регулятором, выхлопного пара для создания тяги нет, поэтому тяга поддерживается с помощью воздушного насоса (дутьевого вентилятора). Это кольцо, расположенное либо вокруг основания дымохода, либо вокруг отверстия взрывной трубы, содержащее несколько небольших паровых сопел, направленных вверх по дымоходу. Эти сопла питаются паром непосредственно из котла и управляются клапаном воздушного насоса. Когда регулятор открыт, клапан воздушного насоса закрыт; когда машинист собирается закрыть регулятор, он сначала открывает клапан воздушного насоса. Важно открывать воздушный насос перед закрытием регулятора, так как без тяги в топке может возникнуть обратная тяга – когда атмосферный воздух задувает в дымоход, изменяя направление потока горячих газов в котловых трубах, и огонь может вырваться через топку на площадку машиниста, что чревато серьезными последствиями для бригады. Риск обратной тяги выше, когда локомотив входит в туннель из-за скачка давления. Воздушный насос также используется для создания тяги при розжиге в начале смены локомотива, в любое время, когда машинисту необходимо усилить тягу в топке, и для очистки дыма из поля зрения машиниста. Прорывы пламени (обратные вспышки) были довольно распространены. В отчете об аварии 1955 года возле Данстебла инспектор писал: "В 1953 году было зарегистрировано двадцать три случая, не вызванных неисправностью двигателя, в результате которых 26 машинистов получили травмы. В 1954 году количество случаев и травм было таким же, а также был один смертельный случай". Эта проблема остается актуальной, о чем свидетельствует инцидент 2012 года с локомотивом BR Standard Class 7 70013 Oliver Cromwell.

Буферы

В британской и европейской практике (за исключением стран бывшего Советского Союза) локомотивы обычно оснащены буферами на каждом конце для поглощения сжимающих нагрузок ("буфетами"). Натяжение при движении поезда (сила тяги) воспринимается системой сцепного устройства. Вместе они контролируют провисание между локомотивом и составом, гасят незначительные удары и служат точкой опоры при маневрах толканием. В канадской и американской практике все силы между локомотивом и вагонами передаются через сцепку – в частности, сцепку Janney, долгое время являвшуюся стандартом для американского железнодорожного подвижного состава – и связанный с ней механизм гашения толчков, который допускает некоторое ограниченное провисание. Небольшие углубления, называемые "полировочными карманами", на передних и задних углах локомотива позволяли переталкивать вагоны на соседний путь с помощью шеста, упирающегося между локомотивом и вагонами. В Великобритании и Европе всё большую популярность приобретают североамериканские сцепки типа "buckeye" и другие устройства, предназначенные для передачи сил между элементами подвижного состава.

Пилоты

Пилот обычно крепился к передней части локомотивов, хотя в европейских и некоторых других железнодорожных системах, включая Новый Южный Уэльс, он считался ненужным. Имея форму плуга, иногда называемого "коровником", он был довольно большим и предназначался для удаления препятствий с пути, таких как скот, бизоны, другие животные или ветви деревьев. Несмотря на то, что он не мог "ловить" заблудившийся скот, эта характерная деталь оставалась на локомотивах до конца эпохи паровозов. На маневровых локомотивах пилот обычно заменяли небольшими ступеньками, известными как подножки. Многие системы использовали пилот и другие конструктивные особенности для придания локомотивам узнаваемого внешнего вида.

Фары

Когда начались ночные операции, железнодорожные компании в некоторых странах оснащали свои локомотивы огнями, чтобы машинист мог видеть, что находится впереди поезда, или чтобы другие могли видеть локомотив. Фары изначально были масляными или ацетиленовыми лампами, но когда в конце 1880-х годов стали доступны электрические дуговые лампы, они быстро заменили более старые типы. Великобритания не стала использовать яркие фары, так как они могли ухудшить ночное зрение и, следовательно, замаскировать масляные лампы низкой интенсивности, используемые в семафорных сигналах и на каждом конце поездов, увеличивая риск пропустить сигнал, особенно на оживленных участках. Тормозной путь локомотива обычно был значительно больше дальности освещения фарами, а железные дороги были хорошо оборудованы сигналами и полностью ограждены, чтобы предотвратить выход на пути скота и людей, что в значительной степени устраняло необходимость в ярких лампах. Таким образом, масляные лампы низкой интенсивности продолжали использоваться, размещаясь на передней части локомотивов для обозначения типа поезда. Предусматривались четыре "ламподержателя" (кронштейны для установки ламп): один под дымовой трубой и три, равномерно расположенные по верхней части бамперной балки. Исключением были Южная железная дорога и её составные части, которые добавили по одному дополнительному ламподержателю с каждой стороны дымовой коробки, а расположение ламп (или белых круглых пластин в дневное время) сообщало железнодорожным работникам о происхождении и пункте назначения поезда. На всех вагонах также предусматривались аналогичные ламподержатели на задней части локомотива или тендера, для случаев, когда локомотив работал тендером или бункером вперед. В некоторых странах эксплуатация исторических паровозов продолжается на национальной сети. Некоторые железнодорожные органы предписали постоянно использовать мощные фары, включая дневное время. Это было сделано для дополнительного информирования общественности или работников путей о движении поездов.

Колокола и свистки

Локомотивы использовали колокола и паровые свистки с самых первых дней паровозостроения. В Соединенных Штатах, Индии и Канаде колокола предупреждали о движении поезда. В Великобритании, где все железнодорожные пути по закону огорожены, колокола были обязательны только на железных дорогах, не имевших ограждений, например, на трамвайных линиях вдоль дорог или на территории верфей. В результате, лишь небольшая часть локомотивов в Великобритании была оснащена колоколами. Свистки использовались для подачи сигналов персоналу и предупреждения. В зависимости от местности, где эксплуатировался локомотив, свисток мог быть сконструирован для предупреждения о приближении на большом расстоянии или для использования на небольшом участке. Первые колокола и свистки приводились в действие с помощью шнуров и рычагов. Автоматические звонки стали широко применяться в США после 1910 года.

Автоматическое управление

С начала XX века компании, эксплуатировавшие железные дороги в таких странах, как Германия и Великобритания, начали оснащать локомотивы кабинным сигнализатором автоматической предупредительной системы (AWS), который автоматически приводил в действие тормоза при проезде сигнала в положении "осторожность". В Великобритании они стали обязательными к установке в 1956 году. В Соединенных Штатах аналогичные устройства также устанавливались на локомотивах компании Pennsylvania Railroad.

Двигатели-подниматели

Двигатель-нагнетатель представлял собой вспомогательный паровой двигатель, обеспечивавший дополнительное тяговое усилие при трогании с места. Это было устройство, работающее на низкой скорости, обычно устанавливаемое на бегунках. Отключение осуществлялось посредством промежуточной передачи на небольшой скорости, например, 30 км/ч. Нагнетатели широко использовались в США и испытывались экспериментально в Великобритании и Франции. На узкоколейной железнодорожной системе Новой Зеландии шесть локомотивов типа Kb 4-8-4 были оснащены нагнетателями, что сделало их единственными в мире локомотивами узкой колеи с таким оборудованием. Нагнетатели также устанавливались на тендерные тележки в США и назывались вспомогательными локомотивами. Две и даже три оси тележки соединялись между собой шатунами, что ограничивало их использование только медленной скоростью.

Огневая дверь

Огневая дверь используется для перекрытия топки, когда уголь не загружают. Она выполняет две функции: во-первых, предотвращает засасывание воздуха над огнем, направляя воздушный поток сквозь него. Во-вторых, она защищает машинистов и кочегаров от выбросов пламени. Тем не менее, предусмотрена возможность подачи небольшого количества воздуха над огнем (так называемый "вторичный воздух") для полного сгорания образующихся газов. Огневые двери имеют различные конструкции, самая простая из которых – цельная дверь на петлях, открывающаяся на топку. Эта конструкция имеет два недостатка. Во-первых, она занимает много места в топке, а во-вторых, тяга имеет тенденцию полностью закрывать ее, перекрывая доступ вторичного воздуха. Для компенсации этого на некоторых локомотивах устанавливают фиксатор, предотвращающий полное закрытие огневой двери, а на других – небольшое вентиляционное отверстие в двери, которое можно открывать для подачи вторичного воздуха. Рассматривалась возможность создания огневой двери, открывающейся внутрь топки, чтобы избежать неудобств в топке, однако такая дверь была бы подвержена воздействию высокой температуры и, вероятно, деформировалась бы, становясь непригодной для использования. Более распространенным типом огневой двери является раздвижная дверь из двух частей, управляемая одним рычагом. Над и под огневой дверью расположены направляющие, по которым она перемещается. Эти направляющие склонны к засорению мусором, и для открытия дверей требуется больше усилий, чем для открывания вышеупомянутой распашной двери. Для решения этой проблемы на некоторых огневых дверях используется привод, работающий от парового или воздушного цилиндра. К таким дверям относятся "бабочки", которые поворачиваются в верхнем углу; такое поворотное движение обеспечивает низкое сопротивление цилиндру, открывающему дверь.

Вариации

Многочисленные варианты базового локомотива возникли по мере того, как железные дороги стремились повысить эффективность и улучшить характеристики.

Цилиндры

Ранние паровозы имели два цилиндра, по одному с каждой стороны, и эта практика сохранялась как наиболее простая компоновка. Цилиндры могли быть установлены между рамами (известные как "внутренние" цилиндры) или снаружи рамы и ведущих колёс ("внешние" цилиндры). Внутренние цилиндры приводили в движение кривошипы, встроенные в ведущую ось, а внешние – кривошипы на удлинениях ведущих осей. В более поздних конструкциях применялись три или четыре цилиндра, установленные как внутри, так и снаружи рам, для более ровного рабочего цикла и большей мощности. Это достигалось за счёт более сложной золотниковой группы и повышенных требований к техническому обслуживанию. В некоторых случаях третий цилиндр устанавливался внутри, чтобы обеспечить использование цилиндров меньшего диаметра снаружи и, следовательно, уменьшить ширину локомотива для работы на линиях с ограниченной конструкционной шириной, например, классы SR K1 и U1. Большинство британских скоростных пассажирских локомотивов, построенных в период с 1930 по 1950 год, были трех- или четырехцилиндровыми (например, GWR 6000 Class, LMS Coronation Class, SR Merchant Navy Class, LNER Gresley Class A3). Начиная с 1951 года, все, кроме одного из 999 новых паровозов стандартного класса British Rail всех типов, использовали двухцилиндровую компоновку для облегчения обслуживания.

Клапанная передача

Ранние локомотивы использовали простую золотниковую передачу, обеспечивавшую полную мощность как при движении вперед, так и назад.

Локомотивы с коленчатым приводом

Очень мощные локомотивы, как правило, длиннее, чем локомотивы с меньшей мощностью, но длинные локомотивы с жесткой рамой непрактичны для крутых поворотов, часто встречающихся на узкоколейных железных дорогах. Для преодоления этой проблемы были разработаны различные конструкции сочленённых локомотивов. Наиболее популярными были системы Малле и Гарратта. Они имели один котел и два двигательных модуля (комплекты цилиндров и ведущих колёс): оба модуля Гарратта располагались на поворотной раме, в то время как у Малле один модуль был на поворотной раме, а другой – жёстко закреплён под котлом. Также было спроектировано несколько тройных локомотивов с третьим двигательным модулем под тендером. Другие, менее распространённые варианты включали локомотив Фэрли, который имел два котла, расположенных спиной к спине на общей раме, с двумя отдельными двигательными модулями.

Двухкомнатные

Были также опробованы двухмашинные локомотивы, содержащие два двигателя в одной жесткой раме, но они не показали заметных успехов. Например, локомотивы класса T1 железной дороги Пенсильвании, разработанные для очень высокой скорости, на протяжении всей службы страдали от повторяющихся и в конечном итоге не устранимых проблем с пробуксовкой колес.

Локомотивы с редукторами

Для локомотивов, где требовался высокий пусковой момент и низкая скорость, обычный прямой привод оказался недостаточным. Чтобы удовлетворить эту потребность на промышленных, лесозаготовительных, шахтерских и карьерных железных дорогах, были разработаны паровозы с редукторным приводом, такие как Shay, Climax и Heisler. Общей особенностью этих трех типов было наличие понижающей передачи и карданного вала между коленчатым валом и ведущими осями. Такая конструкция позволяла двигателю работать на значительно более высокой скорости, чем ведущие колеса, по сравнению с обычной конструкцией, где передаточное число составляет 1:1.

Кабель вперед

В Соединенных Штатах на Южно-Тихоокеанской железной дороге была произведена серия локомотивов с кабиной впереди, где кабина и топка располагались в передней части локомотива, а тендер – за дымовой коробкой, создавая впечатление, что локомотив движется задом наперед. Это стало возможным только благодаря мазутному отоплению. Южно-Тихоокеанская железная дорога выбрала эту конструкцию, чтобы обеспечить машиниста воздухом, свободным от дыма, при прохождении локомотива через горные туннели и снегозащитные укрытия. Другой разновидностью был локомотив типа Camelback, с кабиной, расположенной посередине котла. В Англии Оливер Буллейд разработал локомотив класса SR Leader в процессе национализации в конце 1940-х годов. Локомотив подвергся интенсивным испытаниям, но несколько конструктивных недостатков (таких как угольное отопление и золотниковые клапаны) привели к тому, что этот локомотив и другие частично построенные машины были списаны. Буллейд перенес конструкцию с кабиной впереди в Ирландию, куда он переехал после национализации, и разработал там "turfburner" (локомотив, работающий на торфе). Этот локомотив оказался более успешным, но был списан из-за дизелизации ирландских железных дорог. Единственный сохранившийся локомотив с кабиной впереди – Southern Pacific 4294, находящийся в Сакраменто, Калифорния. Во Франции были построены три локомотива Heilmann с конструкцией кабиной впереди.

Паровые турбины

Паровые турбины были созданы как попытка улучшить работу и повысить эффективность паровозов. Эксперименты с паровыми турбинами, использовавшими прямой привод и электрическую передачу, в разных странах оказались в основном безуспешными.

пароэлектрические локомотивы

Парный электрово́з использует электри́ческую переда́чу, как и дизе́ль-электри́ческие локомоти́вы, за исключением того́, что для привода генера́тора используется парово́й двига́тель вместо дизе́льного. Три тако́й локомоти́ва были постро́ены францу́зским инжене́ром Жаном Жа́ком Хейльма́ном в 1890-х годах.

Категоризация

Паровозы классифицируются по расположению колёс. Две основные системы для этого – нотация Уайта и классификация UIC. Нотация Уайта, используемая в большинстве англоязычных стран и стран Содружества, представляет каждый набор колёс числом. Эти числа обычно указывают количество неподвижных передних колёс, за которым следует количество движущих колёс (иногда в нескольких группах), а затем количество неподвижных задних колёс. Например, маневровый локомотив только с 4 движущими колёсами классифицируется как схема расположения колёс. Локомотив с 4-колёсной передней тележкой, за которой следуют 6 движущих колёс и 2-колёсная задняя тележка, классифицируется как . Различные схемы расположения колёс получали названия, которые обычно отражают первое применение данной схемы; например, тип "Санта-Фе" получил своё название, потому что первые образцы были построены для железной дороги Atchison, Topeka and Santa Fe. Эти названия присваивались неофициально и варьировались в зависимости от региона и даже политической ситуации. Классификация UIC используется в основном в европейских странах, за исключением Великобритании. Она обозначает последовательные пары колёс (неформально – "оси") числом для неподвижных колёс и заглавной буквой для движущих колёс (A=1, B=2 и т.д.). Таким образом, обозначение Уайта будет эквивалентно обозначению 2C1 UIC. На многих железных дорогах локомотивы объединялись в классы. Эти классы представляли собой локомотивы, которые могли взаимозаменяться в эксплуатации, но чаще всего класс представлял собой единую конструкцию. Как правило, классам присваивался определённый код, обычно основанный на расположении колёс. Классы также часто получали прозвища, такие как "Pug" (маленький маневровый локомотив), отражающие заметные (а иногда и нелестные) особенности локомотивов.

Измерение

В эпоху паровозов обычно использовались два показателя эффективности локомотивов. Сначала локомотивы оценивались по тяговому усилию, определяемому как средняя сила, развиваемая во время одного оборота ведущих колес на поверхности рельса. В США оно обычно принимается равным 0,85, но ниже на локомотивах с ограниченным пределом отсечки до 50–75%. Тяговое усилие является лишь "средней" величиной, поскольку не все усилие постоянно в течение одного оборота ведущих колес. В некоторые моменты цикла только один поршень создает вращающий момент, а в другие – оба. Не все котлы обеспечивают полную мощность при старте, и тяговое усилие также уменьшается с увеличением скорости вращения. Локомотивы типа "Малле" претерпели аналогичную эволюцию, превратившись из подсобных локомотивов в огромные магистральные локомотивы с гораздо большими топками; размер их ведущих колес также был увеличен для обеспечения более высокой скорости.

Наиболее производимые классы

Самым массово производимым классом паровозов в мире является российский паровоз класса E, всего было выпущено около 11 000 единиц в России и других странах, таких как Чехословакия, Германия, Швеция, Венгрия и Польша. Российский локомотивный класс О насчитывал 9 129 локомотивов, построенных с 1890 по 1928 год. Около 7 000 единиц было произведено немецких паровозов DRB Class 52 Kriegslok. В Великобритании было построено 863 паровоза класса GWR 5700 и 943 паровоза класса DX Лондонской и Северо-Западной железной дороги, включая 86 паровозов, построенных для железной дороги Ланкашир и Йоркшир.

Великобритания

До принятия в 1923 году Закона о группировке, производство в Великобритании было разрозненным. Крупные железнодорожные компании строили локомотивы в собственных мастерских, а более мелкие компании и промышленные предприятия заказывали их у сторонних производителей. Существовал значительный рынок для сторонних производителей благодаря политике собственных разработок, проводимой основными железнодорожными компаниями. Примером мастерской до группировки является предприятие в Мелтон-Констебле, которое обслуживало и строило часть локомотивов для Midland and Great Northern Joint Railway. Другие мастерские включали предприятие в Бостоне (одно из первых строений GNR) и Horwich Works. В период с 1923 по 1947 год "Большая четверка" железнодорожных компаний (Великая западная железная дорога, Лондонская, Мидлендская и шотландская железная дорога, Лондонская и северо-восточная железная дорога и Южная железная дорога) строила большую часть собственных локомотивов, приобретая их у сторонних производителей только в случае полной загрузки собственных мастерских (или в результате правительственной стандартизации, введенной во время войны). С 1948 года British Railways (BR) разрешила бывшим компаниям "Большой четверки" (теперь обозначенным как "регионы") продолжать производство собственных конструкций, но также разработала ряд стандартных локомотивов, которые, как предполагалось, объединяли лучшие характеристики каждого региона. Несмотря на принятие политики дизелизации в 1955 году, BR продолжала строить новые паровозы до 1960 года, последний из которых получил название Evening Star. Некоторые независимые производители выпускали паровозы еще несколько лет, а последний британский промышленный паровоз был построен компанией Hunslet в 1971 году. С тех пор несколько специализированных производителей продолжают выпускать небольшие локомотивы для узкоколейных и миниатюрных железных дорог, однако спрос на такие локомотивы ограничен, поскольку основным рынком для них является туристический и исторический железнодорожный сектор. В ноябре 2008 года новый магистральный паровоз 60163 Tornado был испытан на основных железнодорожных линиях Великобритании для последующего использования в чартерных и туристических рейсах.

Швеция

В XIX и начале XX веков большинство шведских паровозов производилось в Великобритании. Однако позже большинство паровозов строилось местными заводами, включая NOHAB в Тролльхеттане и ASJ в Фалуне. Одним из самых успешных типов был класс "B", созданный по образцу прусского класса P8. Многие шведские паровозы были сохранены в период холодной войны на случай войны. В 1990-х годах эти паровозы были проданы некоммерческим организациям или за границу, поэтому сейчас шведские паровозы классов B, S и E2 можно увидеть в Великобритании, Нидерландах, Германии и Канаде.

Соединенные Штаты

Локомотивы для американских железных дорог почти всегда строились в Соединенных Штатах, с очень небольшим количеством импорта, за исключением самых ранних дней паровозов. Это было обусловлено фундаментальными различиями в структуре рынков: в США изначально существовало множество небольших рынков, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, в отличие от более высокой плотности рынков в Европе. Требовались недорогие, надежные локомотивы, способные преодолевать большие расстояния по дешево построенным и обслуживаемым путям. После налаживания серийного производства двигателей, покупка локомотива за границей, требующего адаптации к местным условиям и требованиям пути, становилась маловыгодной. Улучшения в конструкции двигателей, как европейского, так и американского производства, внедрялись производителями, если это было экономически оправданно на в целом консервативном и медленно развивающемся рынке. За исключением стандартных локомотивов USRA, построенных во время Первой мировой войны, в США производство паровозов всегда носило полу-индивидуальный характер. Железные дороги заказывали локомотивы, адаптированные к их конкретным потребностям, хотя некоторые базовые конструктивные особенности всегда присутствовали. Отдельные железные дороги выработали свои специфические предпочтения; например, Pennsylvania Railroad и Great Northern Railway предпочитали топку Бельпера. В Соединенных Штатах крупносерийные производители строили локомотивы для почти всех железнодорожных компаний, хотя большинство крупных железных дорог имели ремонтные мастерские, способные выполнять капитальный ремонт, а некоторые (например, Norfolk and Western Railway и Pennsylvania Railroad, располагавшие двумя сборочными мастерскими) строили локомотивы полностью собственными силами. Среди компаний, производивших локомотивы в США, были Baldwin Locomotive Works, American Locomotive Company (ALCO) и Lima Locomotive Works. В общей сложности, с 1830 по 1950 год в Соединенных Штатах было построено более 160 000 паровозов, при этом на долю Baldwin пришлось наибольшая часть – почти 70 000. Паровозы требовали регулярного и, по сравнению с дизель-электрическим локомотивом, более частого обслуживания и капитального ремонта (часто с регламентированными государством интервалами в Европе и США). Модернизация и улучшения регулярно проводились во время капитального ремонта. Добавлялось новое оборудование, устранялись недостатки, улучшались или заменялись цилиндры. Практически любая часть локомотива, включая котлы, могла быть заменена или модернизирована. Когда обслуживание или модернизация становились слишком дорогими, локомотив продавали или выводили из эксплуатации. На Baltimore and Ohio Railroad два локомотива были разобраны; их котлы были установлены на два новых локомотива класса T, а оставшееся ходовое оборудование было переделано в пару маневровых локомотивов класса U с новыми котлами. В 1942 году парк трехцилиндровых локомотивов Union Pacific был переоборудован в двухцилиндровые из-за высоких затрат на обслуживание.

Locomotives for American railroads were nearly always built in the United States with very few imports, except in the earliest days of steam engines. This was due to the basic differences of markets in the United States which initially had many small markets located large distances apart, in contrast to Europe's higher density of markets. Locomotives that were cheap and rugged and could go large distances over cheaply built and maintained tracks were required. Once the manufacture of engines was established on a wide scale there was very little advantage to buying an engine from overseas that would have to be customised to fit the local requirements and track conditions. Improvements in engine design of both European and US origin were incorporated by manufacturers when they could be justified in a generally very conservative and slow changing market. With the notable exception of the USRA standard locomotives built during World War I, in the United States, steam locomotive manufacture was always semi customised. Railroads ordered locomotives tailored to their specific requirements, though some basic design features were always present. Railroads developed some specific characteristics; for example, the Pennsylvania Railroad and the Great Northern Railway had a preference for the Belpaire firebox. In the United States, large scale manufacturers constructed locomotives for nearly all rail companies, although nearly all major railroads had shops capable of heavy repairs and some railroads (for example, the Norfolk and Western Railway and the Pennsylvania Railroad, which had two erecting shops) constructed locomotives entirely in their own shops. Companies manufacturing locomotives in the US included Baldwin Locomotive Works, American Locomotive Company (ALCO), and Lima Locomotive Works. Altogether, between 1830 and 1950, over 160,000 steam locomotives were built in the United States, with Baldwin accounting for the largest share, nearly 70,000. Steam locomotives required regular and, compared to a diesel electric engine, frequent service and overhaul (often at government regulated intervals in Europe and the US). Alterations and upgrades regularly occurred during overhauls. New appliances were added, unsatisfactory features removed, cylinders improved or replaced. Almost any part of the locomotive, including boilers, was replaced or upgraded. When service or upgrades got too expensive the locomotive was traded off or retired. On the Baltimore and Ohio Railroad two locomotives were dismantled; the boilers were placed onto two new Class T locomotives and the residual wheel machinery made into a pair of Class U switchers with new boilers. Union Pacific's fleet of 3 cylinder engines were converted into two cylinder engines in 1942, because of high maintenance problems.

Австралия

В Сиднее компании Clyde Engineering и Eveleigh Railway Workshops строили паровозы для правительственных железных дорог Нового Южного Уэльса. Среди них – класс C38; первые пять локомотивов были построены в Клайде с обтекаемым дизайном, остальные 25 – на мастерских Эвели (13) и Кардифф (12) близ Ньюкасла. В Квинсленде паровозы строились местными силами. Аналогично, Южно-Австралийские железные дороги также производили паровозы на местном уровне, на железнодорожных мастерских Ислингтона в Аделаиде. Викторианские железные дороги строили большинство своих локомотивов на мастерских в Ньюпорте и Бендиго, а в первые годы локомотивы производились на литейном заводе Phoenix в Балларате. Локомотивы, построенные в Ньюпорте, варьировались от класса nA, предназначенного для узкой колеи, до класса H – самого крупного серийного локомотива, когда-либо эксплуатировавшегося в Австралии, весом 260 тонн. Однако звание самого большого локомотива, когда-либо использовавшегося в Австралии, принадлежит 263-тонному локомотиву класса AD60 Нового Южного Уэльса типа Garratt, построенному компанией Beyer, Peacock & Company в Англии. Большинство паровозов, использовавшихся в Западной Австралии, были построены в Соединенном Королевстве, хотя некоторые модели были спроектированы и построены на местном уровне, на железнодорожных мастерских Midland. Десять локомотивов класса WAGR S (введенных в эксплуатацию в 1943 году) были единственным классом паровозов, полностью разработанных, спроектированных и построенных в Западной Австралии, в то время как мастерские Midland активно участвовали в общеавстралийской программе строительства паровозов Australian Standard Garratt. Эти военные локомотивы строились на Midland в Западной Австралии, Clyde Engineering в Новом Южном Уэльсе, Newport в Виктории и Islington в Южной Австралии и использовались в различных штатах Австралии. По мере повышения надежности дизельной тяги (особенно с электрической передачей) в 1930-х годах она заняла прочные позиции в Северной Америке. Полный переход от паровой тяги в Северной Америке произошел в 1950-х годах. В континентальной Европе к 1970-м годам широкомасштабная электрификация вытеснила паровую тягу. Паровые двигатели были хорошо знакомой технологией, легко адаптируемой к местным условиям и потреблявшей широкий спектр топлива, что обеспечило их дальнейшее использование во многих странах до конца XX века. Паровые двигатели имеют значительно более низкий термический КПД, чем современные дизельные двигатели, и требуют постоянного обслуживания и рабочей силы для поддержания их в рабочем состоянии. Вода необходима во многих точках железнодорожной сети, что является серьезной проблемой в пустынных районах, таких как некоторые регионы Соединенных Штатов, Австралии и Южной Африки. В местах, где вода доступна, она может быть жесткой, что приводит к образованию накипи, состоящей в основном из карбоната кальция, гидроксида магния и сульфата кальция. Карбонаты кальция и магния обычно откладываются в виде светло-белых твердых веществ на внутренней поверхности труб и теплообменников. Это осаждение в основном вызвано термическим разложением бикарбонатных ионов, но также происходит, когда концентрация карбонат-ионов достигает насыщения. В результате образующийся налет ограничивает поток воды в трубах. В котлах отложения препятствуют передаче тепла воде, снижая эффективность нагрева и вызывая перегрев металлических компонентов котла. Возвратный механизм на ведущих колесах двухцилиндрового паровоза с однократным расширением имел тенденцию вызывать удары по рельсам (см. эффект молотка), что требовало более частого обслуживания. Подготовка пара из угля занимала несколько часов и создавала серьезные проблемы с загрязнением окружающей среды. Угольные локомотивы требовали очистки топки и удаления золы между рейсами. Дизельные или электрические локомотивы, напротив, получали преимущества от новых, специально построенных сервисных сооружений. Дым от паровозов также считался нежелательным; первые электрические и дизельные локомотивы были разработаны в ответ на требования по снижению задымленности, хотя это не учитывало высокий уровень менее заметного загрязнения в выхлопных газах дизельных двигателей, особенно на холостом ходу. Однако в некоторых странах электроэнергия для электрических локомотивов вырабатывается на электростанциях, работающих на пару, которые часто используют уголь.

In Sydney, Clyde Engineering and the Eveleigh Railway Workshops both built steam locomotives for the New South Wales Government Railways. These include the C38 class ; the first five were built at Clyde with streamlining, the other 25 locomotives were built at Eveleigh (13) and Cardiff Workshops (12) near Newcastle. In Queensland, steam locomotives were locally constructed by Walkers. Similarly, the South Australian Railways also manufactured steam locomotives locally at Islington Railway Workshops in Adelaide. Victorian Railways constructed most of their locomotives at its Newport Workshops and in Bendigo, while in the early days locomotives were built at the Phoenix Foundry in Ballarat. Locomotives constructed at the Newport shops ranged from the nA class built for the narrow gauge, up to the H class – the largest conventional locomotive ever to operate in Australia, weighing 260 tons. However, the title of largest locomotive ever used in Australia goes to the 263 ton New South Wales AD60 class locomotive Garratt, built by Beyer, Peacock & Company in England. Most steam locomotives used in Western Australia were built in the United Kingdom, though some examples were designed and built locally at the Western Australian Government Railways' Midland Railway Workshops. The 10 WAGR S class locomotives (introduced in 1943) were the only class of steam locomotive to be wholly conceived, designed and built in Western Australia, while the Midland workshops notably participated in the Australia wide construction program of Australian Standard Garratts – these wartime locomotives were built at Midland in Western Australia, Clyde Engineering in New South Wales, Newport in Victoria and Islington in South Australia and saw varying degrees of service in all Australian states. As diesel power (especially with electric transmission) became more reliable in the 1930s, it gained a foothold in North America. The full transition away from steam power in North America took place during the 1950s. In continental Europe, large scale electrification had replaced steam power by the 1970s. Steam was a familiar technology, adapted well to local facilities, and also consumed a wide variety of fuels; this led to its continued use in many countries until the end of the 20th century. Steam engines have considerably less thermal efficiency than modern diesels, requiring constant maintenance and labour to keep them operational. Water is required at many points throughout a rail network, making it a major problem in desert areas, as are found in some regions of the United States, Australia and South Africa. In places where water is available, it may be hard, which can cause "scale" to form, composed mainly of calcium carbonate, magnesium hydroxide and calcium sulfate. Calcium and magnesium carbonates tend to be deposited as off white solids on the inside the surfaces of pipes and heat exchangers. This precipitation is principally caused by thermal decomposition of bicarbonate ions but also happens in cases where the carbonate ion is at saturation concentration. The resulting build up of scale restricts the flow of water in pipes. In boilers, the deposits impair the flow of heat into the water, reducing the heating efficiency and allowing the metal boiler components to overheat. The reciprocating mechanism on the driving wheels of a two cylinder single expansion steam locomotive tended to pound the rails (see hammer blow), thus requiring more maintenance. Raising steam from coal took a matter of hours, and created serious pollution problems. Coal burning locomotives required fire cleaning and ash removal between turns of duty. Diesel or electric locomotives, by comparison, drew benefit from new custom built servicing facilities. The smoke from steam locomotives was also deemed objectionable; the first electric and diesel locomotives were developed in response to smoke abatement requirements, although this did not take into account the high level of less visible pollution in diesel exhaust smoke, especially when idling. In some countries, however, power for electric locomotives is derived from steam generated in power stations, which are often run by coal.

Изменение климата

Будущее использование паровозов в Соединенном Королевстве находится под вопросом из-за государственной политики в области изменения климата. Ассоциация наследоносных железных дорог сотрудничает с Всепартийной парламентской группой по наследоносным железным дорогам, чтобы попытаться продолжить эксплуатацию паровозов на угле. Многие туристические железные дороги используют паровозы, работающие на мазуте (или переоборудовали свои паровозы для работы на мазуте), чтобы снизить воздействие на окружающую среду, а также потому, что мазут может быть легче достать, чем уголь подходящего типа и размера для паровозов. Например, паровозы железной дороги Гранд-Каньон работают на отработанном растительном масле. Организация под названием «Коалиция за устойчивый железнодорожный транспорт» (CSR) разрабатывает экологически чистую альтернативу углю на основе торфицированной биомассы. В начале 2019 года они провели серию испытаний на железной дороге Everett Railroad для оценки эффективности биотоплива, результаты которых оказались положительными. Было установлено, что биотопливо сгорает немного быстрее и горячее, чем уголь. Основная цель проекта – найти устойчивое топливо для исторических паровозов на туристических железных дорогах, но CSR также предполагает, что в будущем паровозы, работающие на торфицированной биомассе, могут стать экологически и экономически более выгодной альтернативой дизельным локомотивам. Паровозы – популярная тема для нумизматов. На мексиканской серебряной монете номиналом 5 песо 1950 года на реверсе изображен паровоз. На монете 20 евро периода Бидермейер, отчеканенной 11 июня 2003 года, на аверсе изображена ранняя модель паровоза (Ajax) на первой австрийской железной дороге Kaiser Ferdinands Nordbahn. Ajax до сих пор можно увидеть в Техническом музее Вены. В рамках программы «50 штатных кварталов» квартал, представляющий штат Юта, изображает церемонию встречи двух половин Первой трансконтинентальной железной дороги на Промонтори-Саммите в 1869 году. На монете воссоздан популярный образ с церемонии, на котором паровозы обеих компаний стоят друг напротив друга во время забивания золотого колышка. Роман Кэндзи Миязавы «Ночь на галактической железной дороге» посвящен идее парового поезда, путешествующего среди звезд. Этот роман Миязавы позже вдохновил Лэйдзи Мацумото на создание успешной серии «Галактический экспресс 999». Еще одна японская телевизионная франшиза, Super Sentai, представляет монстров, основанных на паровозах. Charge Man, робот-мастер из пятой части серии Mega Man, создан на основе паровоза.

The future use of steam locomotives in the United Kingdom is in doubt because of government policy on climate change. The Heritage Railway Association is working with the All Party Parliamentary Group on Heritage Rail in an effort to continue running steam locomotives on coal. Many tourist railroads use oil fired steam locomotives (or have converted their locomotives to run on oil) to reduce their environmental footprint, and because fuel oil can be easier to obtain than coal of the proper type and sizing for locomotives. For example, the Grand Canyon Railway runs its steam locomotives on used vegetable oil. An organization called the Coalition for Sustainable Rail (CSR) is developing an environmentally friendly coal substitute made from torrefied biomass. In early 2019, they performed a series of tests using Everett Railroad to evaluate the performance of the biofuel, with positive results. The biofuel was found to burn slightly faster and hotter than coal. The goal of the project is primarily to find a sustainable fuel for historic steam locomotives on tourist railroads, but CSR has also suggested that, in the future, steam locomotives powered by torrefied biomass could be an environmentally and economically superior alternative to diesel locomotives. Steam locomotives are a popular topic for coin collectors. The 1950 Silver 5 Peso coin of Mexico has a steam locomotive on its reverse as the prominent feature. The 20 euro Biedermeier Period coin, minted 11 June 2003, shows on the obverse an early model steam locomotive (the Ajax) on Austria's first railway line, the Kaiser Ferdinands Nordbahn. The Ajax can still be seen today in the Technisches Museum Wien. As part of the 50 State Quarters program, the quarter representing the US state of Utah depicts the ceremony where the two halves of the First transcontinental railroad met at Promontory Summit in 1869. The coin recreates a popular image from the ceremony with steam locomotives from each company facing each other while the golden spike is being driven. The novel "Night on the Galactic Railroad" by Kenji Miyazawa is centered on the idea of a steam train traveling among the stars. Miyazawa's novel later inspired Leiji Matsumoto's successful "Galaxy Express 999" series. Another Japanese televisual franchise, Super Sentai, features monsters based on steam locomotives. Charge Man, a Robot Master from the fifth installment of the Mega Man series is based on a steam locomotive.