Sdružená parní lokomotiva (existuje i varianta parní lokomotiva spřažená ) - parní lokomotiva využívající stroj pracující na složeném systému (s dvojnásobnou nebo více expanzí páry), který má oproti jednoduchým vyšší účinnost. Od 80. let 19. století se složené parní lokomotivy sériově vyráběly pro železnice Evropy (Rakousko-Uhersko, Velká Británie, Německo, Rusko, Francie) a USA a později Oceánie ; v 90. letech 19. století již tvořily většinu lokomotivního parku těchto zemí. Tyto parní lokomotivy měly především dvou- a čtyřválcové stroje s dvojitou parní expanzí.
Nástupem přehříváků , které umožnily zvýšit účinnost levnějším způsobem, se po roce 1900 výroba parních lokomotiv se sdruženým systémem téměř úplně zastavila, protože při provozu na přehřátou páru byly dosažené úspory relativně malé a nebylo možné kompenzovat nákladnější údržbu a opravy .
U klasické sdružené parní lokomotivy pára z kotle vstupuje do vysokotlakého válce , kde dochází k tepelnému procesu , kdy pára zvětšuje svůj objem (tlačný píst), zatímco tlak klesá. Vzniká tzv. zmačkaná pára , která se poté dostává do nízkotlakého válce , který má mnohem větší objem, kde se expanzní proces znovu opakuje. Pára je tak využita dvakrát, což ve srovnání s konvenčními parními lokomotivami pomáhá snižovat spotřebu páry, potažmo vody a paliva, na jednotku práce.
Mezi složené patří všechny lokomotivy fungující na principu vícenásobné expanze bez ohledu na počet válců (2, 3 nebo 4). Převážně měly dvojitou expanzi páry; trojexpanzní parní lokomotivy byly stavěny jako experimentální vzorky a nedostaly se do sériové výroby.
První stroje s dvojitou expanzí páry se začaly používat na parnících , následovala stavba stacionárních parních strojů s tímto systémem. Pokud jde o parní lokomotivy, myšlenka použití složeného systému na nich existovala již v polovině 19. století, ale teprve od 70. let 19. století se konstruktéři odklonili od praktických zkušeností a začali při konstrukci lokomotiv uplatňovat vědecký přístup. . První sdruženou parní lokomotivu vytvořil inženýr Anatole Malle v roce 1876 v továrně Schichau .v Elbingu ( Prusko ) úpravou jednoduché parní lokomotivy. Navzdory složitosti konstrukce umožnilo použití dvojité expanze snížit spotřebu páry o 25 %. V Rusku vznikla první složená parní lokomotiva v roce 1882, kdy byla v kyjevských dílnách Jihozápadní dráhy z iniciativy inženýra A. P. Borodina předělána lokomotiva, která měla dříve jednoduchý dvouválcový motor. Přestavěná parní lokomotiva byla použita jako stacionární zařízení a podle výsledků zkoušek bylo dosaženo úspory páry až 20 %, praktické zkoušky však ukázaly již nižší úspory, což bylo způsobeno nesprávně zvolenými průměry válců.
Na počátku 80. let 19. století se konstruktéři snažili přijít na to, jak udělat parní lokomotivu výkonnější zvýšením točivého momentu z parního stroje. Zvažovaly se možnosti jako zvětšení plochy (a průměru) válců nebo zvýšení provozního tlaku páry. V prvním případě jsou však rozměry parního stroje omezeny velikostí kolejového vozidla a ve druhém se projeví taková vlastnost vody, že se zvyšujícím se tlakem roste i bod varu , což zase zvyšuje spotřebu paliva. A při hledání řešení tohoto problému se použití dvojité expanze páry stalo skutečným objevem, protože umožnilo při zachování rozměrů parního kotle zvýšit výkon, přestože pro něj byl optimální pracovní tlak až 13 atmosfér. A použití čtyřválcových strojů (například systém Mallet ) umožnilo výrazně zvýšit tažnou sílu při zachování relativně malého axiálního zatížení. Osobní složené lokomotivy ve srovnání s jednoduchými lokomotivami zase mohly jezdit na menších výlukách, což umožnilo zvýšit rychlost.
Konstrukce spřažených parních lokomotiv zároveň vyžadovala od konstruktérů hlubší studium termo- a hydrodynamiky, čímž přispěla k rozvoji vědecké školy stavby parních lokomotiv. Široké použití složeného systému umožnilo studovat jeho nedostatky. Parní lokomotivy s dvouválcovým motorem vyžadovaly především kompetentní ovládání, zejména při rozjezdu z místa pod vlakem a ve vysokých rychlostech docházelo k neklidnému pohybu. Konstruktéři hledali řešení těchto problémů v použití tří a čtyřválcových strojů, což přispělo ke vzniku různých modifikací; byly mezi nimi kompaktní verze složených strojů, které umožňovaly použít na lokomotivě dva takové stroje najednou, umístěné po stranách a fungující jako jednoduchý dvouválec, ale ve výhodnějších výřezech.
Koncem 90. let 19. století se na parních lokomotivách začaly používat přehříváky ; nyní byla pára z kotle vstupující do přehříváku dodatečně ohřívána na vyšší teplotu, čímž se také zvýšil její tlak. Takové schéma umožňuje při zachování pracovního tlaku snížit spotřebu vody a paliva a to levněji. V tomto ohledu v řadě zemí výroba složených parních lokomotiv po roce 1900 prakticky ustala.
Hlavní nevýhodou složených parních lokomotiv je jejich dražší oprava a údržba, mimo jiné z důvodu intenzivnějšího opotřebení konstrukce. Vliv vlastností lokomotivní služby také ovlivňuje. Například motory na lodích pracují nepřetržitě po dlouhou dobu (až několik dní) při rovnoměrném zatížení a téměř stejné vnitřní teplotě, což umožňuje dosáhnout z nich vysoké úspory páry. Na lokomotivách však již fungují při nerovnoměrném zatížení s proměnlivou rychlostí a v širokém rozsahu okolních teplot. Za takových podmínek je nemožné udržet optimální režim provozu složených strojů, což vede ke snížení jejich účinnosti. Jak ukázala praxe, nejvýnosnější je provozovat složené parní lokomotivy na plochém profilu, přičemž v úsecích s členitým profilem (stoupání a klesání) mohou spotřebovat ještě více paliva než jednoduché. Také úspora paliva při použití složených strojů výrazně klesá se zvýšením rychlosti pohybu a zvýšením tlaku páry.
Začátek používání přehřáté páry si vyžádal změnu ve strojírenské technologii, protože přehřátá pára má nižší hustotu ("těkavější") než pára sytá , což vede ke zvýšení netěsnosti, a proto vyžaduje snížení rozměrových tolerancí. Pokud se tedy na stroji parní lokomotivy s přehřátou párou použije složený systém (v Rusku jej navrhl inženýr A. O. Chechott ), náklady na údržbu se ještě zvýší. Také přehřátá pára při provozu ve složeném stroji má výraznější pokles ukazatelového čísla, a proto jsou její úspory již mnohem menší a v podstatě ekonomicky iracionální.
Stroj pro křížové skládání má dva válce, přičemž vysokotlaký válec (malý) na jedné straně vozíku a nízkotlaký válec (velký) na druhé straně. V tomto schématu jde pára z jednoho válce do druhého podél přijímací trubky přes celou lokomotivu, pro kterou dostala své jméno; pro snížení tepelných ztrát není neobvyklé, že přijímač prochází udírnou . Toto schéma bylo poprvé použito na parních lokomotivách inženýrem Mallem v roce 1876 a je klasikou, která se rozšířila. Křížové skládání má však jednu velmi vážnou nevýhodu - pokud je píst malého válce v úvrati , lokomotiva nebude schopna jet. Aby se tomu zabránilo, používají se speciální zařízení, která dodávají páru z kotle do velkého válce; tato zařízení lze také použít na těžkých zvedácích, kde je požadováno zvýšení tažné síly. Tato zařízení mají odlišný design, ale obecně je lze rozdělit do dvou velkých skupin:
Další nevýhodou dvouválcových lokomotiv byla neschopnost vydržet plné naplnění velkého válce v celém rozsahu otáček kol, což způsobovalo neklidný chod ve vysokých otáčkách, což přispělo ke vzniku 3 a 4válcových motorů.
Již výše zmíněný inženýr Anatole Malle (v ruské literatuře chybně - Mallet ) po výsledcích testování dvouválcové směsi navrhl myšlenku čtyřválcového stroje na parní lokomotivě se samostatným pohonem, když je vysoká -tlakové válce slouží k pohonu jedné skupiny kol a nízkotlaké válce - druhá skupina. V tomto případě byly dvě možnosti: obě skupiny kol jsou ve stejném tuhém rámu, nebo je přední skupina kol na otočném vozíku, přičemž jako pohon mu slouží nízkotlaké válce, což usnadňuje práci s parovody ; první možnost nebyla nikdy implementována v kovu, na rozdíl od druhé. První parní lokomotivy systému Malle byly postaveny společností Decauville v roce 1889 a byly určeny k provozu na železnici s rozchodem 600 mm na světové výstavě v Paříži . Systém se ukázal být docela populární nejprve ve Švýcarsku a poté v Rusku (série І a Ѳ ) a USA; umožnila vytvořit parní lokomotivy s vysokou tažnou silou a zároveň vhodné pro provoz na tratích se slabým svrškem. Později se ve Spojených státech rozšířilo schéma „jednoduchého Malle“ s jednoduchými parními stroji; zahrnuje také největší sériové parní lokomotivy na světě - Challenger a Big Boy .
Hlavní nevýhody složených lokomotiv systému Malle byly stejné jako u ostatních kloubových lokomotiv - dražší opravy oproti jednomotorovým. Nicméně, obecně, jejich design byl tak úspěšný, že oni pokračovali být stavěn déle než jiné složené lokomotivy; například vydání ruské série Ѳh
dotyp 0-3-0+0-3-0 byl dokončen až v roce 1924.
V roce 1889 obdržel americký inženýr Samuel Vauquelin (manažer Baldwin Locomotive Works ) patent na stroj, ve kterém byly vysokotlaké a nízkotlaké válce umístěny nad sebou, přenášely točivý moment na společný jezdec a ovládaly se společným mechanismem distribuce páry . pomocí jediné cívky složité konstrukce. Stroj systému Vauquelin se ukázal být dostatečně kompaktní, aby bylo možné na parní lokomotivu nainstalovat dva takové stroje, na každé straně jeden, které fungovaly jako válce jednoduchého dvouválce, což usnadnilo jejich ovládání. Systém se ukázal být na svou dobu poměrně progresivní a jeho autor získal několik ocenění. Továrna Baldwin stavěla lokomotivy s takovým strojem nejen pro americké silnice, ale i pro evropské (včetně Ruska), Austrálii a Nový Zéland a do roku 1900 provozovalo složené lokomotivy se systémem Vauquelin 140 provozovatelů.
V provozních podmínkách však tento stroj vykazoval tak podstatnou nevýhodu, jako je častější oprava vedení jezdců z důvodu nerovnoměrného opotřebení. Po roce 1900 byla ukončena výroba složených lokomotiv systému Vauquelin a mnohé z dříve vyrobených byly přestavěny na jednoduché.
V 80. letech 19. století byl ve Francii nedostatek vysokovýhřevného uhlí, které se převážně dováželo, což vyžadovalo, aby konstruktéři parních lokomotiv hledali řešení ve využití složených strojů. Pak inženýr Alfred de Glehn, který pracoval pro Société Alsacienne de Constructions Mécaniques, navrhl myšlenku čtyřválcového stroje se samostatným pohonem, ale na rozdíl od systému Webb byly malé válce umístěny uvnitř rámu, zatímco velké byly venku. V roce 1885 na objednávku Gastona de Busquet(vedoucí lokomotivního oddělení Chemins de fer du Nord) byl postaven prototyp Nord 701 typ 1-1-1-1, u kterého vysokotlaké válce poháněly přední hnací nápravu a nízkotlaké válce zadní. V roce 1891 byly již vyrobeny dvě parní lokomotivy Nord 2.121 a 2.122, rovněž s nesouvisejícími pohyblivými nápravami, ale na žádost de Busqueta byly nyní malé válce umístěny venku a velké uvnitř; provozu ukázal, že tato verze uspořádání válců dopadla ve srovnání s prototypem hůře.
Gaston de Busquet sehrál významnou roli ve vývoji de Glehnova systému, včetně zdokonalení mechanismu pohonu a distribuce páry pro vnitřní válce pro snadnější přístup, čímž se zkrátil čas na údržbu. Parní lokomotivy s de Glehnovým strojem oproti jednoduchým ušetřily až třetinu páry a na francouzských drahách fungovaly velmi dobře, i když byly náročné na správu a déle se opravovaly. Takový systém se rozšířil i na železnicích Anglie, Belgie, Německa a Nového Zélandu, později však u některých parních lokomotiv (především novozélandských) byl složený stroj nahrazen jednoduchým dvouválcovým. Z amerických železnic si jeden prototyp lokomotivy 2-2-1 objednala pouze Pennsylvania Railroad .
V Ruské říši vyrobilo v letech 1907-1910 Charkovský lokomotivní závod 8 polotankových parních lokomotiv typu 2-3-1 řady Ъ x , u kterých byly všechny čtyři válce použity k pohonu přední hnací nápravy. Závod Kolomna také v letech 1906-1912 postavil 62 parních lokomotiv typu 2-3-0 řady U , u kterých byly vysokotlaké válce umístěny nikoli uvnitř, ale venku. Jedna z těchto lokomotiv ( U127 ) se dochovala do současnosti a je exponátem Moskevského železničního muzea .