Parowóz wysokociśnieniowy - High-pressure steam locomotive

Wysokociśnieniowy parowóz jest lokomotywa parowa z kotłem , która funkcjonuje przy ciśnieniu znacznie powyżej tego, co byłoby uznane za normalne dla innych lokomotyw. W późniejszych latach pary, ciśnienia w kotle wynosiły zazwyczaj 200 do 250  psi (1,38 do 1,72  MPa ). Lokomotywy wysokociśnieniowe można uznać za uruchamiane przy 350 psi (2,41 MPa), gdy konieczne są specjalne techniki konstrukcyjne, ale niektóre miały kotły, które działały przy ponad 1500 psi (10,34 MPa).

Powód wysokiego ciśnienia

Maksymalizacja sprawności silnika cieplnego zależy zasadniczo od uzyskania temperatury, w której ciepło jest przyjmowane (tj. podnoszenie pary w kotle ) jak najdalej od temperatury, w której jest ono odrzucane (tj. pary opuszczającej cylinder). Zostało to określone ilościowo przez Nicolasa Léonarda Sadi Carnota .

Istnieją dwie możliwości: podnieść temperaturę akceptacji lub obniżyć temperaturę odrzucenia. W przypadku silnika parowego to pierwsze oznacza podnoszenie pary przy wyższym ciśnieniu i temperaturze, co z technicznego punktu widzenia jest dość proste. To ostatnie oznacza większe cylindry, które pozwalają parze wylotowej na dalsze rozszerzanie się – a podążanie w tym kierunku jest ograniczone przez wskaźnik obciążenia – i ewentualnie kondensację spalin w celu dalszego obniżenia temperatury odrzucania. Ma to tendencję do samo-niszczenia się z powodu strat tarcia w znacznie zwiększonych objętościach pary odlotowej, którą należy przetworzyć.

Dlatego często uważano, że wysokie ciśnienie jest drogą do poprawy wydajności paliwowej lokomotywy. Jednak eksperymenty w tym kierunku zawsze były udaremniane przez znacznie zwiększone koszty zakupu i utrzymania. Prostszym sposobem na zwiększenie temperatury akceptacji jest zastosowanie umiarkowanego ciśnienia pary i przegrzewacza .

Wady wysokiego ciśnienia

Złożoność

Lokomotywy wysokociśnieniowe były znacznie bardziej skomplikowane niż konstrukcje konwencjonalne. Nie chodziło tylko o zbudowanie normalnego kotła płomienicowego o odpowiednio zwiększonej wytrzymałości i mocniejszym podsycaniu. Wymagania dotyczące wytrzymałości konstrukcyjnej płaszcza kotła sprawiają, że jest to niepraktyczne; staje się niemożliwie gruby i ciężki. W przypadku wysokich ciśnień pary kocioł wodnorurkowy jest powszechnie stosowany. Bębny parowe i ich rury łączące mają stosunkowo małą średnicę i grube ścianki, a zatem są znacznie mocniejsze.

Osadzanie się kamienia

Kolejną trudnością jest osadzanie się kamienia kotłowego i korozja w rurach kotłowych. Osadzający się wewnątrz rur kamień jest niewidoczny, zwykle niedostępny i stanowi śmiertelne niebezpieczeństwo, gdyż prowadzi do miejscowego przegrzania i uszkodzenia rurki. Była to poważna wada wczesnych kotłów wodnorurowych, takich jak konstrukcja Du Temple, testowanych na francuskiej sieci Nord w 1907 i 1910 roku. Rury wodne w kotłach Royal Navy sprawdzano pod kątem zablokowania poprzez ostrożne upuszczanie ponumerowanych kulek w dół zakrzywionych rur. .

Względy bezpieczeństwa

Nagły wyciek pary do paleniska jest wystarczająco niebezpieczny w przypadku konwencjonalnego bojlera – ogień prawdopodobnie zostanie wyrzucony przez drzwi paleniska, z nieszczęśliwymi skutkami dla każdego, kto stanie na drodze. W przypadku kotła wysokociśnieniowego wyniki są jeszcze bardziej niebezpieczne ze względu na większe uwalnianie energii. Zostało to zademonstrowane przez tragedię Fury'ego , chociaż uznano , że przyczyną awarii lampy w tym przypadku było przegrzanie z powodu braku przepływu pary, a nie kamienia.

Jakuba Perkinsa

Wczesnym eksperymentatorem z parą pod wysokim ciśnieniem był Jacob Perkins . Perkins zastosował swój system „ hermetycznej rury ” do kotłów parowozów iw 1836 r. wyprodukowano szereg lokomotyw wykorzystujących tę zasadę dla London and South Western Railway .

System Schmidta

Jednym ze sposobów uniknięcia korozji i problemów z osadzaniem się kamienia pod wysokim ciśnieniem jest użycie wody destylowanej , jak to ma miejsce w elektrowniach . Rozpuszczone gazy, takie jak tlen i dwutlenek węgla, również powodują korozję w wysokich temperaturach i ciśnieniach i muszą być trzymane z dala. Większość lokomotyw nie miała skraplaczy, więc nie było źródła czystej wody zasilającej. Jednym z rozwiązań był system Schmidta;

Układ

System Schmidta wykorzystywał szczelny obwód ultrawysokiego ciśnienia, który po prostu przekazywał ciepło do obwodu wysokiego ciśnienia za pomocą wężownic grzewczych wewnątrz kotła wysokociśnieniowego. Gdyby ten ostatni był zasilany zwykłą wodą, kamień mógłby tworzyć się na zewnątrz wężownic grzewczych, ale nie mogłoby to spowodować przegrzania, ponieważ lampy ultra-HP były całkiem zdolne do wytrzymania wewnętrznej temperatury pary, ale nie temperatury płomienia paleniska.

Naciski

Uszczelniony obwód ultrawysokiego ciśnienia działał pod ciśnieniem od 1200 do 1600 psi (8,27 do 11,03 MPa), w zależności od szybkości wypalania. Kocioł HP pracował przy ok. 850 psi (5,86 MPa), a kocioł niskociśnieniowy przy 200 do 250 psi (1,38 do 1,72 MPa). Kotły UHP i HP miały konstrukcję wodnorurową , natomiast kocioł LP był kotłem płomieniówkowym typowym dla parowozów. Cylindry LP były napędzane mieszaniną spalin z cylindra HP i mocy kotła LP. Zarówno kotły HP jak i LP posiadały przegrzewacze .

Przykłady

Francuski PL241P The German H17-206 i brytyjski LMS 6399 Fury używane systemie Schmidta, i były w zasadzie podobnej konstrukcji. New York Central HS-1a i kanadyjski 8000 stosowane także system Schmidt ale były rozmiar większy altogether- 8000 ważył więcej niż dwukrotność Fury.

System Schwarzkopff-Löffler

Innym sposobem uniknięcia tworzenia się kamienia w kotle wysokociśnieniowym jest użycie samej pary do przenoszenia ciepła z ognia; para nie może oczywiście osadzać się kamienia. Para nasycona z wytwornicy pary HP była pompowana przez rury przegrzewacza HP, które wyściełały palenisko. Tam został przegrzany do około 900°F (482°C), a ciśnienie wzrosło do 1700 psi (11,72 MPa). Tylko jedna czwarta z tego została podana do butli HP; reszta została zwrócona do generatora pary, gdzie jej ciepło odparowało więcej wody, aby kontynuować cykl.

Obieg pary

Wylot z cylindra HP przeszedł przez podgrzewacz zasilania LP, a następnie rury kotła LP; było to z grubsza równoważne z kotłem LP w systemie Schmidta, ale było ogrzewane parą wylotową HP, a nie spalinami. Para została podniesiona w kotle LP przy 225 psi (1,55 MPa), podawana do przegrzewacza LP, a następnie do cylindra LP. Wydech LP zasilał rurę nadmuchową w komorze wędzarniczej. Spaliny wysokiego ciśnienia skondensowane w rurach grzewczych kotła LP były pompowane z powrotem do wytwornicy pary wysokiego ciśnienia. To był złożony system.

Przykład

Jedyną lokomotywą zbudowaną w tym systemie była niemiecka DRG H 02 1001 z 1930 roku. Nie była to sukces, ponieważ była beznadziejnie zawodna.

Proste podejście

Kocioł płomieniówkowy

Baldwin 60000 Prototyp pracował w niewielkim 350 psi (2,41 MPa) i nie używać albo złożonych systemów opisanych powyżej. Miał stosunkowo konwencjonalny palenisko wodnorurowe i kocioł płomienicowy. Niemniej jednak wysokie koszty konserwacji i słaba niezawodność z nawiązką zniwelowały oszczędności paliwowe obiecane przez wysokie ciśnienie i mieszanie, a projekt nie został powtórzony. Inne stosunkowo konwencjonalne lokomotywy wysokociśnieniowe zostały zbudowane w USA, w tym niezwykła lokomotywa o potrójnej rozbudowie LF Loree z 1933 roku. Żadna z nich nie odniosła sukcesu.

HW Bell i spółka wprowadzili w 1908 roku udaną linię lokomotyw wysokociśnieniowych, które kontynuowano w produkcji do lat 20. XX wieku. Podstawowa technologia zastosowana w tych maszynach wywodzi się z parowca Stanleya . Najmniejsze z nich były maleńkimi maszynami wąskotorowymi ważącymi tylko 5000 funtów (2300 kg) i z rozstawem osi 5 stóp (1,5 m) , ale działały przy 500 psi (3,45 MPa), a kotły testowano do 1200 psi (8,27 MPa). ). Pionowy kocioł płomieniówkowy owinięto drutem fortepianowym , a korbowody i korby zostały w pełni zabudowane i nastawione na jedną oś. W Bell ruchowego roboty reklamowane nowsze modele na bardziej skromne 325 psi (2.24 MPa) lub 350 psi (2.41 MPa).

Kocioł wodnorurkowy

W Wielkiej Brytanii LNER Class W1 miał kocioł wodnorurowy typu morskiego pracujący pod ciśnieniem 450 psi (3,10 MPa). Nie był to wielki sukces i został przebudowany na konwencjonalny kocioł płomieniówkowy.

Zobacz też

• Zaawansowana technologia parowa

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Lokomotywy Duża ilość informacji o wysokociśnieniowych lokomotywach parowych, a także wielu innych osobliwościach kolejowych.