Lokomotiva s parní turbínou je lokomotiva poháněná parní turbínou . Přes zjevné výhody v podobě vysoké účinnosti , hospodárnosti a možnosti použití levného nekvalitního paliva se tento typ lokomotivy přes několik poměrně úspěšných konstrukčních pokusů nedočkal výraznějšího rozšíření na světových železničních sítích .
Využití parní turbíny pro pohon parní lokomotivy slibovalo vyšší ekonomickou efektivitu při zachování horních mezí tlaku a teploty klasického parního kotle. Použitím kondenzátoru by se tlakový gradient v parním systému mohl dostat na úroveň vakua. Účinnost systému s přihlédnutím k úsporám páry nebo paliva dosáhla 30 %. Kromě toho mohla být malá turbína umístěna levně na lokomotivu. Díky konstrukci mohly být všechny části turbíny ve styku s párou navrženy tak, aby fungovaly bez mazání a nutnosti pravidelného čištění. Uzavřený vodní cyklus umožnil použití destilátu bez usazování nečistot a ztráty vody v systému byly extrémně nízké.
Pokusy o vytvoření standardních malých parních elektráren s parními turbínami byly vždy limitovány nízkou účinností těchto elektráren. Například v knize F. Bojka "Průmyslové dopravní parní lokomotivy" je naznačeno, že v polovině 50. let turbogenerátor parní lokomotivy o výkonu 1 kW spotřeboval 100 kg páry na 1 kWh výkonu (účinnost - 1%% ), a v knize P. Chernyaev „Lodní elektrárny a jejich provoz“ (učebnice pro vysoké školy) - je uvedeno, že v polovině 70. let dosahovaly hlavní parní elektrárny s turbínami účinnosti 35 %, ale malá lodní pára pohonné jednotky o výkonu 15 - 50 kW (pro pohon pomocných lodních mechanismů) spotřebovaly na 1 kW výkonu až 30 kg páry za hodinu, což je 5x horší než hlavní stroj. Obtížnost malých turbín při dosahování vysokých hodnot účinnosti, které jsou typické pro velké turbíny, spočívá ve změně poměru rychlostí páry vytékající z trysek a obvodových rychlostí lopatek turbíny jako průměrů rotorů malých turbín klesá. Se zmenšováním celkových rozměrů parní elektrárny s turbínou klesá její termodynamická účinnost a roste cena za 1 kW agregovaného výkonu. Takže na parních elektrárnách s parními turbínami v cyklu ORC italského výrobce "TURBODEN" je účinnost elektřiny velmi nízká - pouze 18%. V praxi byly tyto problémy charakteristické také pro lokomotivu s parní turbínou (a lokomotivu s plynovou turbínou ) spolu s řadou dalších potíží.
- zapnutím zpětného chodu převodovky;
- zpětný převod na hydraulické spojce při použití HMF (v praxi nikde nerealizováno);
- je instalována přídavná zpětná turbína.
Turbolokomotivy s elektrickým převodem nemají tento nedostatek.
Všechny parní turbínové lokomotivy jsou rozděleny do dvou hlavních typů podle způsobu přenosu točivého momentu na hnací kola:
Pennsylvania Railroad provozovala největší parní turbínovou lokomotivu na světě. Tato lokomotiva (typ S2, #70900) měla turbínu postavenou společností Baldwin Locomotive Works . Lokomotiva vstoupila na silnici v září 1944. Původní konstrukce měla být formule 4-8-4 , ale kvůli nedostatku lehkých konstrukčních materiálů během války se S2 stala jedinou lokomotivou na světě postavenou podle 6-8-6 vzorec .
Turbína S2 typ PRR č. 6200 měla výkon 6900 koní. (5100 kW ) a umožnilo dosáhnout rychlosti až 160 km/h (100 mph). Spolu s tendrem byla lokomotiva dlouhá 123 stop (37,5 m). Parní turbína byla upravená lodní turbína. Navzdory tomu, že mechanický převod je jednodušší než elektrický, ukázalo se to jako fatální chyba: turbíny jsou v nízkých otáčkách neúčinné. Při rychlostech pod 64 km/h spotřebovával nadměrné množství páry a paliva. S2 však při vysokých rychlostech táhla těžké vlaky prakticky bez problémů a s vysokou účinností. Hladký chod turbíny poskytoval mnohem menší dopad na trať ve srovnání s klasickou parní lokomotivou.
Špatná účinnost při nízkých rychlostech však zabila turbínu a jakmile začaly na silnici vyjíždět dieselové lokomotivy , další S2 už nebyly stavěny. Lokomotiva byla vyřazena z provozu v roce 1949 a v květnu 1952 byla sešrotována.
Spojené královstvíJedna z nejúspěšnějších lokomotiv s parní turbínou vznikla ve Velké Británii . LMS Turbomotive [1] byla 4-6-2 nápravová lokomotiva bez parního kondenzátoru. Navzdory tomu měla tepelnou účinnost nad konvenčními lokomotivami. To bylo výsledkem skutečnosti, že šest trysek, které posílaly páru do turbíny, bylo možné ovládat (otvírat a zavírat) nezávisle na sobě. Inspiraci tvůrci čerpali z návrhů turbín švédského konstruktéra Fridrika Ljungströma ( Fredrik Ljungström ).
Po jedenácti letech těžké služby selhala hlavní turbína a v roce 1949 byla Turbomotive přestavěna na konvenční parní lokomotivu a po železniční nehodě v roce 1952, známé jako vykolejení vlaku Harrow a Wyldstone [2] , byla vyřazena z provozu.
NěmeckoNěkolik pokusů vytvořit lokomotivy tohoto typu bylo také vyrobeno staviteli lokomotiv v Německu . V roce 1928 byla firmou Krupp - Zoelly postavena mechanicky poháněná parní turbínová lokomotiva . Odpadní pára z turbíny byla přiváděna do kondenzátoru, což jednak šetřilo vodu a jednak zvyšovalo tepelnou účinnost turbíny. Pro odvod spalin byl použit komín s udírnou . V roce 1940 byla tato lokomotiva zasažena bombou. Byl vyřazen z provozu a nebyl obnoven.
Podobný stroj postavila v roce 1929 také Maffei . I přes vysoký tlak páry v kotli měla nižší účinnost než lokomotiva Krupp - Zelli . V roce 1943 byl také poškozen bombou a vyřazen z provozu.
Henschel ( Henschel-Werke ) v roce 1927 přestavěl obyčejnou parní lokomotivu na parní turbínovou lokomotivu. Přídavná hnací kola pod tendrem byla poháněna turbínou . Pára odsávaná ve válcích byla přiváděna do turbíny a pára odsávaná v turbíně vstupovala do kondenzátoru. Zplodiny hoření byly také odváděny komínem s udírnou . Efektivita ale tvůrce zklamala a turbína byla z výběrového řízení stažena. [3]
FrancieDva pokusy byly provedeny ve Francii. První - Nord Turbine , vzhled i design připomínal britský LMS Turbomotive . Od projektu se však upustilo a lokomotiva byla postavena s konvenčním sdruženým parním strojem. Další pokus, konstrukce SNCF 232Q1 , byl proveden v roce 1939. Byl neobvyklý, protože hnací kola nebyla připojena k mechanismu rozvodu páry. Každá ze tří hnacích náprav měla vlastní turbínu. Lokomotiva byla těžce poškozena německými jednotkami během druhé světové války a sešrotována v roce 1946.
ŠvýcarskoŠvýcarská firma Zoelly postavila v roce 1919 parní turbínovou lokomotivu. Měla axiální formuli 4-6-0 a byla vybavena parním kondenzátorem . Dále byl vybaven ventilátorem v roštu kotle, který místo udírny mírně ochlazoval vzduch jdoucí do komína . Toto řešení se sice vyhnulo obtížím spojeným s konstrukcí potrubí, které musí odolávat horkým, korozivním plynům, ale vyvolalo nové problémy. Spalovací komora kotle pracovala při přetlaku a horké plyny spolu s popelem mohly být vyfukovány ven z dvířek topeniště, pokud by byly během provozu otevřeny. Tento potenciálně nebezpečný design byl nakonec nahrazen komínem udírny .
ItálieV Itálii postavil Giuseppe Belluzzo několik experimentálních lokomotiv s parní turbínou . Žádný z nich ale nebyl ani testován na hlavních dálnicích. První byla malá lokomotiva se čtyřmi koly, každé poháněné vlastní turbínou. Zpětný chod byl zajišťován přiváděním páry do turbín reverzní tryskou. Parní turbíny jsou navrženy tak, aby se otáčely pouze jedním směrem, což činí tuto metodu extrémně neefektivní. Nikdo jiný takový pokus neudělal.
Belluzzo také přispěl k vývoji v roce 1931 lokomotivy 2-8-2 postavené společností Ernesto Breda . To používalo čtyři turbíny jako součást rozmanitého expanzního stroje . [4] [5]
V roce 1933 byla jedna z lokomotiv formule 2-6-2 italských státních drah ( FS ) přestavěna na parní turbínu. Uskutečnil zkušební cestu z Florencie do Pistoie , další informace nejsou k dispozici.
ŠvédskoŠvédský inženýr Fredrik Ljungström vyvinul mnoho různých experimentálních lokomotiv s parní turbínou, některé z nich velmi úspěšné .
První pokus se uskutečnil v roce 1921 a byl spíše technickou kuriozitou. [6] Tři hnací nápravy byly umístěny pod tendrem, zatímco kabina řidiče a kotel byly umístěny nad nápravami řízení. V důsledku toho se na vytvoření trakce podílela pouze malá část hmotnosti lokomotivy .
Druhým vývojem byly zdánlivě úspěšné formulové nákladní lokomotivy 2-8-0 . [7] Postaven v letech 1930 a 1936. firmy Nydqvist and Holm ( Nydqvist & Holm ), tyto lokomotivy nahradily konvenční parní lokomotivy na trati Grängesberg- Oxelösund (Grängesberg-Oxelösund) . Chyběl parní kondenzátor, protože jeho složitost převažovala nad výhodami z hlediska termodynamiky. Kola se uváděla do pohybu pomocí kardanové převodovky. Tyto lokomotivy vysloužily až v 50. letech 20. století, kdy byla trať elektrifikována . Z této série se zachovaly dva exempláře, které jsou k vidění ve švédském Grengesbergu .
ArgentinaNa silnici Tucuman - Santa Fe , která vede hornatým terénem, je jen málo vhodných míst k doplnění zásob vody. V roce 1925 švédská společnost Nydqvist & Holm ( Nydqvist & Holm, Nydqvist & Holm AB ) postavila lokomotivu s parní turbínou, podobnou prvnímu Ljungströmovu projektu . Kondenzátor fungoval docela dobře – cestou se ztratila jen 3 nebo 4 procenta vody a i to jen kvůli úniku z nádrže. Lokomotiva však nebyla spolehlivá a následně byla nahrazena kondenzační parní lokomotivou.
V roce 1938 společnost General Electric Corporation postavila dvě lokomotivy s parní turbínou s elektrickým převodovým vzorcem 2-C + C-2 ( 4-6-6-4 ) pro Union Pacific Railroad . Tyto lokomotivy byly v podstatě extrémně mobilní elektrárny a odpovídajícím způsobem složité. Jednalo se o jediné parní kondenzátorové lokomotivy, které kdy byly provozovány ve Spojených státech. Kotel Babcock & Wilcox poskytoval páru a elektrický generátor umístěný před lokomotivou vyráběl elektřinu pro pohon trakčních motorů .
Ovládání kotle bylo většinou automatizované; dvě lokomotivy mohly spolupracovat na systému mnoha jednotek pod kontrolou jednoho strojvedoucího. Jako palivo byl použit topný olej , stejný, který byl později použit na lokomotivách s plynovou turbínou Union Pacific .
V roce 1939 Union Pacific uvedl lokomotivy do provozu, ale o rok později je vrátil s odvoláním na neuspokojivé výsledky. Turbo lokomotivy vyrobené General Electric byly v roce 1943, v období nedostatku trakčního výkonu, nasazeny na GN ( Great Northern Railway ) a docela se osvědčily. [9]
Během let soumraku páry podnikla společnost Baldwin Locomotive Works několik pokusů vyvinout alternativní technologii k dieselovému pohonu. V roce 1944 byla vyrobena lokomotiva Pennsylvania Railroad S2 , postavená podle vzorce 6-8-6 (viz výše).
V letech 1947 až 1948 Baldwin Locomotive Works postavila tři unikátní uhelné parní turbínové elektrické lokomotivy určené k obsluze osobních vlaků na Chesapeake & Ohio Railway Chesapeake & Ohio Railway (C&O) . Mělo oficiální označení M1, ale kvůli extrémně vysokým provozním nákladům a špatnému výkonu se mu přezdívalo „Sacred Cow“ ( „Sacred Cow“ ). S výkonem 6000 koní byly vybaveny elektrickou výzbrojí firmy Westinghouse Electric ( Westinghouse Electric ) a dispozičním řešením podle vzorce 2-C1 + 2-C1-2. Byly 106 stop (32 m) dlouhé, což z nich dělalo nejdelší lokomotivy na světě, které kdy byly vyrobeny pro osobní dopravu. Uprostřed korby byla namontována budka strojvedoucího, v hlavě byly uhelné zásobníky a za ní kotel obvyklého typu lokomotivy (v tendru byla uložena pouze zásoba vody). [10] Tyto lokomotivy měly jezdit na trati mezi Washingtonem a Cincinnati v Ohiu , ale ani jedna cesta se neobešla bez vážných poruch. Do trakčních motorů se často dostával uhelný prach a voda. Protože odstraňování závad trvalo poměrně dlouho, mělo se za to, že provoz těchto lokomotiv bude vždy příliš drahý, a všechny tři byly v roce 1950 odeslány do šrotu.
V květnu 1954 Baldwin postavil elektrickou lokomotivu s parní turbínou o výkonu 4 500 hp . pro nákladní vlakovou dopravu na Norfolku a západní železnici( N&W ), přezdívaný „Jawn Henry“ na počest hrdiny amerického folklóru Johna Henryho ( John Henry ), železničáře, který vyhrál soutěž proti parnímu bucharu, však ihned po vítězství zemřel. Jednotka vypadala jako turbolokomotiva pro Chesapeake & Ohio Railway, nicméně byl velmi odlišný mechanicky; jeho axiální vzorec byl C + C-C + C, byl vybaven vodotrubným kotlem Babcock & Wilcox uzpůsobeným pro automatizované řízení. [11] Bohužel ovládání kotle způsobilo problémy a podobně jako u C&O lokomotivy se do motorů dostal uhelný prach a voda. 4. ledna 1958 „Jawn Henry“ opustil své hodinky na Norfolku a Western Railway.
Spojené královstvíTurbo lokomotiva Reid-Ramsey ( Reid-Ramsey ), postavená v roce 1910 NBL (North British Locomotive Company) , měla axiální vzorec 2-B + B-2 (4-4-0 + 0-4-4). Málo se o něm ví; předpokládá se, že jeho návrh byl neúspěšný. Později byla přestavěna na parní turbínovou lokomotivu s mechanickou převodovkou, o které byla řeč výše. [12]
Lokomotiva firmy Sir WG Armstrong Whitworth & Co Ltd ( Armstrong, Whitworth and Co ) měla axiální vzorec 1-C + C-1 (2-6-6-2). Měl rotační parní kondenzátor, ve kterém pára kondenzovala, když procházela řadou rotujících trubek. Trubky byly smáčeny a ochlazovány odpařováním vody. Ztráta vody pro odpařování byla mnohem menší než při absenci kondenzátoru. Proud vzduchu v kondenzátoru měl klikatou dráhu, což snižovalo účinnost kondenzátoru. Lokomotiva byla neúměrně těžká a měla nízkou účinnost. V roce 1923 byl vrácen do závodu a rozřezán na kovový šrot.
SSSR a RuskoPřestože se dosud nepodařilo nalézt přesvědčivé důkazy, že ve 30. letech 20. století probíhal podobný vývoj i v SSSR (archiv Luganského lokomotivního závodu byl při jeho evakuaci v roce 1941 částečně nebo téměř zcela zničen), nicméně o několik desetiletí později, navržená na začátku 80. let, i když z pochopitelných důvodů byla jaderná lokomotiva, která se nedostala do sériové konstrukce , v podstatě také parní turbínová lokomotiva s přenosem výkonu na výrobu páry, ve které byl BOR-60 místo parního kotle měl být použit rychlý neutronový reaktor.
Extreme Steam- Neobvyklé variace na The Steam Locomotive (anglicky) (nedostupný odkaz) . Muzeum retro technologie . Douglas Self (26. července 2010). — Extrémní a neobvyklé lokomotivy. Získáno 16. května 2012. Archivováno z originálu dne 27. června 2012.
Parní turbínové lokomotivy (nedostupný odkaz) . Získáno 14. června 2015. Archivováno z originálu 7. června 2015.
lokomotiv | Typy|
---|---|
| |
Drobným písmem v závorce jsou vyznačeny konkrétní varianty příslušných typů lokomotiv |