A gőzturbinás mozdony egy gőzturbinával hajtott mozdony . A nagy hatásfok , a gazdaságosság és az olcsó, alacsony minőségű üzemanyag felhasználásának lehetősége ellenére ez a mozdonytípus több viszonylag sikeres építési kísérlet ellenére sem kapott észrevehető elterjedést a világ vasúthálózatain .
A gőzturbina alkalmazása a gőzmozdony meghajtására nagyobb gazdasági hatékonyságot ígért, miközben megtartotta a hagyományos gőzkazán nyomásának és hőmérsékletének felső határát. Kondenzátor használatával a gőzrendszerben a nyomásgradiens vákuumszintre hozható. A rendszer hatásfoka, figyelembe véve a gőz- vagy üzemanyag-megtakarítást, elérte a 30%-ot. Ráadásul egy kis turbinát olcsón el lehetne helyezni egy mozdonyra. A konstrukcióból adódóan a turbina minden gőzzel érintkező alkatrésze kenés és rendszeres tisztítás igénye nélküli működésre tervezhető volt. A zárt vízciklus lehetővé tette, hogy a desztillátumot vízköves szennyeződések nélkül lehessen használni, és a rendszerben a vízveszteség rendkívül alacsony volt.
A gőzturbinás szabványos kis gőzerőművek gyártására tett kísérleteket mindig is korlátozta az ilyen erőművek alacsony hatásfoka . Például F. Boyko "Ipari szállító gőzmozdonyok" című könyvében az szerepel, hogy az 50-es évek közepén egy 1 kW-os gőzmozdony turbógenerátora 100 kg gőzt fogyasztott 1 kWh teljesítményenként (hatékonyság - 1%% ), valamint a P. Chernyaev „Hajóerőművek és működésük” (egyetemi tankönyv) című könyvében szerepel, hogy a 70-es évek közepén a fő turbinás gőzerőművek 35%-os hatásfokot értek el, de a kishajós gőz. A 15-50 kW teljesítményű erőművek (kiegészítő hajómechanizmusok hajtásához) óránként 30 kg gőzt fogyasztanak 1 kW teljesítményenként, ami 5-ször rosszabb, mint a főgép. A kis turbinák számára a nagy turbinákra jellemző nagy hatásfok elérésének nehézsége a fúvókákból kiáramló gőz sebességének és a turbinalapátok kerületi sebességének arányának változásában rejlik, mivel a turbinák átmérője a kis turbinák rotorjai csökkennek. A turbinával rendelkező gőzerőmű teljes méretének csökkenésével termodinamikai hatásfoka csökken, és az aggregált teljesítmény 1 kW-os ára nő. Tehát az olasz "TURBODEN" gyártó ORC ciklusú gőzturbinás gőzerőműveiben a villamosenergia-hatékonyság nagyon alacsony - csak 18%. A gyakorlatban ezek a problémák a gőzturbinás mozdonyra (és egy gázturbinás mozdonyra ) is jellemzőek voltak, számos egyéb nehézséggel együtt.
- a sebességváltó hátrameneti fokozatának bekapcsolásával;
- hátrameneti sebességváltó hidraulikus tengelykapcsolón HMF használata esetén (a gyakorlatban sehol nincs megvalósítva);
- egy további fordított turbina van beépítve.
Az elektromos hajtóművel rendelkező turbómozdonyok mentesek ettől a hátránytól.
Az összes gőzturbinás mozdony két fő típusra osztható a nyomaték hajtókerekekre való átvitelének módja szerint:
A Pennsylvania Railroad üzemeltette a világ legnagyobb gőzturbinás mozdonyát. Ennek a mozdonynak (S2 típus, #70900) a Baldwin Locomotive Works által épített turbinája volt . A mozdony 1944 szeptemberében lépett az útra. Az eredeti tervnek 4-8-4 képletnek kellett volna lennie , de a háború alatti könnyű szerkezeti anyagok hiánya miatt az S2 lett az egyetlen mozdony a világon, amelyet a 4-8-4 képletnek megfelelően építettek. 6-8-6 képlet .
A 6200-as PRR típusú S2 turbina 6900 LE teljesítményű volt. (5100 kW ), és akár 160 km/h (100 mph) sebességet is elérhet. A pályázattal együtt a mozdony 123 láb (37,5 m) hosszú volt. A gőzturbina egy módosított hajóturbina volt. Annak ellenére, hogy a mechanikus sebességváltó egyszerűbb, mint az elektromos, végzetes hibának bizonyult: a turbinák alacsony fordulatszámon nem hatékonyak. 64 km/h alatti sebességnél túl sok gőzt és üzemanyagot fogyasztott. Nagy sebességnél azonban az S2 gyakorlatilag probléma nélkül és nagy hatékonysággal vontatta a nehéz vonatokat. A turbina sima járása sokkal kisebb hatást gyakorolt a pályára, mint egy hagyományos gőzmozdony.
Alacsony fordulatszámon a gyenge hatékonyság azonban megölte a turbinát, és amint dízelmozdonyok kezdtek útra kelni, nem építettek több S2-t. A mozdonyt 1949-ben kivonták a forgalomból, 1952 májusában pedig leselejtezték.
Egyesült KirályságAz egyik legsikeresebb gőzturbinás mozdonyt Nagy-Britanniában hozták létre . Az LMS Turbomotive [1] egy 4-6-2 tengelyes mozdony volt, gőzkondenzátor nélkül. Ennek ellenére termikus hatásfoka a hagyományos mozdonyok felett volt. Ez annak volt az eredménye, hogy a turbinához gőzt továbbító hat fúvóka egymástól függetlenül vezérelhető (nyitható és zárható). Az alkotók a svéd tervező, Fridrik Ljungström ( Fredrik Ljungström ) turbináinak terveiből merítettek némi ihletet .
Tizenegy év súlyos szolgálat után a főturbina meghibásodott, és 1949-ben a Turbomotive -t hagyományos gőzmozdonymá alakították át, majd az 1952-es vasúti balesetet követően a Harrow and Wyldstone-i vonat kisiklása [2] után kivonták a forgalomból.
NémetországTöbbször próbálkoztak ilyen típusú mozdonyok létrehozásával a németországi mozdonyépítők is . 1928- ban Krupp - Zoelly épített egy mechanikus hajtású gőzturbinás mozdonyt . A turbinából származó hulladékgőzt egy kondenzátorba vezették, ami egyrészt vizet takarított meg, másrészt növelte a turbina termikus hatásfokát . Az elhasznált égéstermékek kivezetésére füstszekrényes kéményt használtak . 1940-ben ezt a mozdonyt bombatalálat érte. Leszerelték és nem állították helyre.
Hasonló gépet épített 1929 -ben a Maffei is . A kazánban lévő magas gőznyomás ellenére alacsonyabb hatásfokkal rendelkezett, mint a Krupp - Zelli mozdony . 1943-ban szintén bomba rongálta meg és leszerelték.
Henschel ( Henschel-Werke ) 1927-ben egy közönséges gőzmozdonyt alakított át gőzturbinás mozdonymá. A pályázat keretében további hajtókerekeket turbina hajtott . A hengerekben távozó gőz a turbinába került, a turbinában távozó gőz a kondenzátorba került. Az égéstermékeket szintén füstölővel ellátott kéményen keresztül vezették el . A hatékonyság azonban csalódást okozott az alkotóknak, a turbinát kivonták a pályázatból. [3]
FranciaországKét kísérlet történt Franciaországban. Az első Nord Turbine megjelenésében és kialakításában is a brit LMS Turbomotive -ra hasonlított . A projektet azonban felhagyták, és a mozdonyt hagyományos, összetett gőzgéppel építették. Egy másik kísérlet, az SNCF 232Q1 konstrukciója 1939-ben történt. Szokatlan volt, mert a hajtókerekek nem csatlakoztak a gőzelosztó mechanizmushoz. Mindhárom hajtótengelynek saját turbinája volt. A mozdonyt a német csapatok súlyosan megrongálták a második világháborúban , és 1946-ban leselejtezték.
SvájcA svájci Zoelly cég 1919-ben gőzturbinás mozdonyt épített . Axiális képlete 4-6-0 volt, és gőzkondenzátorral szerelték fel . A kazán rostélyában ventilátorral is felszerelték, amely füstszekrény helyett kissé hűtötte a kéménybe kerülő levegőt . Ez a megoldás ugyan elkerülte a forró, korrozív gázoknak ellenálló csőépítéssel járó nehézségeket, de új problémákat vet fel. A kazán tűzkamrája pozitív nyomáson működött, és a kemenceajtók működés közbeni kinyitása esetén a forró gázok a hamuval együtt fújhattak ki. Ezt a potenciálisan veszélyes konstrukciót végül egy füstdoboz kémény váltotta fel .
OlaszországOlaszországban Giuseppe Belluzzo több kísérleti gőzturbinás mozdonyt épített . De még egyiket sem tesztelték a főbb autópályákon. Az első egy kis mozdony volt négy kerékkel, mindegyiket saját turbinája hajtotta. A visszafordítást úgy biztosították, hogy egy fordított fúvókán keresztül gőzt juttattak a turbinákba. A gőzturbinákat úgy tervezték, hogy csak egy irányba forogjanak, ami rendkívül hatástalanná teszi ezt a módszert. Senki más nem tett ilyen kísérletet.
Belluzzo az Ernesto Breda cége által épített 2-8-2 mozdony 1931-es fejlesztésében is közreműködött . Négy turbinát használt egy többszörös expanziós gép részeként . [4] [5]
1933-ban az Olasz Államvasutak ( FS ) 2-6-2 képletének egyik mozdonyát gőzturbinává alakították át. Próbautat tett Firenzéből Pistoiába , további információ nem áll rendelkezésre.
SvédországFredrik Ljungström svéd mérnök sok különböző kísérleti gőzturbinás mozdonyt fejlesztett ki , amelyek közül néhány nagyon sikeres .
Az első próbálkozásra 1921-ben került sor, és inkább technikai érdekesség volt. [6] A pályázat alatt a három hajtótengely, míg a kormánytengelyek felett kapott helyet a vezetőház és a kazán. Ennek eredményeként a mozdony súlyának csak kis része vett részt a vontatás kialakításában.
A második fejlesztés a sikeresnek tűnő 2-8-0 formula tehermozdonyok voltak . [7] 1930-ban és 1936-ban épült. Nydqvist és Holm cég ( Nydqvist & Holm ), ezek a mozdonyok váltották fel a hagyományos gőzmozdonyokat a Grängesberg- Oxelösund vonalon (Grängesberg-Oxelösund) . Gőzkondenzátor nem volt, mert bonyolultsága felülmúlta a termodinamikai előnyöket. A kerekeket kardánváltó segítségével állította mozgásba. Ezek a mozdonyok csak az 1950-es években vonultak ki, amikor a vonalat villamosították . Ebből a sorozatból két példányt őriztek meg , és a svédországi Grengesbergben láthatók .
ArgentínaA Tucuman - Santa Fe úton , amely hegyvidéki terepen halad keresztül, kevés a megfelelő hely a vízkészletek feltöltésére. 1925-ben a svéd Nydqvist & Holm ( Nydqvist & Holm, Nydqvist & Holm AB ) gőzturbinás mozdonyt épített, hasonlóan Ljungström első projektjéhez . A kondenzátor egész jól működött - a víznek csak 3-4 százaléka veszett el útközben, és akkor is csak a tartályból való szivárgás miatt. A mozdony azonban nem volt megbízható, és később kondenzációs gőzmozdonyra cserélték.
1938-ban a General Electric Corporation két gőzturbinás mozdonyt épített 2-C + C-2 ( 4-6-6-4 ) elektromos átviteli képlettel az Union Pacific Railroad számára . Ezek a mozdonyok alapvetően rendkívül mobil erőművek és ennek megfelelően összetettek voltak. Ezek voltak az egyetlen gőzkondenzátoros mozdonyok, amelyeket valaha is üzemeltettek az Egyesült Államokban. A gőzt Babcock & Wilcox kazán szolgáltatta , a mozdony előtt elhelyezett elektromos generátor pedig villamos energiát termelt a vontatómotorok meghajtására .
A kazánvezérlés többnyire automatizált volt; két mozdony működhet együtt egy sok egységből álló rendszeren , egy vezető irányítása alatt. Tüzelőanyagként fűtőolajat használtak , ugyanazt, mint később az Union Pacific gázturbinás mozdonyokon .
1939-ben az Union Pacific üzembe helyezte a mozdonyokat, de egy évvel később visszaadta őket, nem kielégítő eredményekre hivatkozva. A General Electric által gyártott turbómozdonyokat 1943-ban, a vonóerő hiányában használták a GN -en ( Great Northern Railway ), és elég jól beváltak. [9]
A szürkületi gőzévek alatt a Baldwin Locomotive Works számos kísérletet tett a dízelhajtás alternatív technológiájának kifejlesztésére. 1944-ben gyártották a Pennsylvania Railroad S2 mozdonyt , amely a 6-8-6 képlet szerint készült (lásd fent).
1947 és 1948 között A Baldwin Locomotive Works három egyedi széntüzelésű gőzturbinás elektromos mozdonyt épített a Chesapeake & Ohio Railway személyvonatainak kiszolgálására Chesapeake & Ohio Railway (C&O) . Hivatalos megjelölése M1 volt, de rendkívül magas üzemeltetési költségei és gyenge teljesítménye miatt a "Szent Tehén" ( "Sacred Cow" ) becenevet kapta. 6000 LE teljesítménnyel a Westinghouse Electric ( Westinghouse Electric ) által gyártott elektromos berendezésekkel és a 2-C1 + 2-C1-2 képlet szerinti elrendezéssel szerelték fel. 106 láb (32 m) hosszúak voltak, így a világ leghosszabb mozdonyai, amelyeket valaha személyszállításra építettek. A karosszéria közepére szerelték a vezetőfülkét, a fejben a szénbunkerek, mögötte pedig a szokásos mozdonytípusú kazán (a pályázatban csak vízkészletet tároltak). [10] Ezeknek a mozdonyoknak a Washington és az ohiói Cincinnati közötti vonalon kellett volna közlekedniük , de egyetlen út sem történt komoly meghibásodás nélkül. A vontatómotorokba gyakran szénpor és víz került. Mivel a hibaelhárítás meglehetősen sokáig tartott, úgy ítélték meg, hogy ezeknek a mozdonyoknak az üzemeltetése mindig túl drága lesz, és 1950-ben mindhármat selejtezésre küldték.
1954 májusában Baldwin egy 4500 LE -s gőzturbinás elektromos mozdonyt épített . tehervonatok szolgáltatásához a norfolki és a nyugati vasúton( N&W ), a "Jawn Henry" becenevet az amerikai folklór hőse, John Henry ( John Henry ) tiszteletére, vasutasként nyerte meg a versenyt gőzkalapács ellen, azonban a győzelem után azonnal meghalt. Az egység úgy nézett ki, mint egy turbómozdony a Chesapeake & Ohio Railway számáramechanikailag azonban nagyon eltérő volt; axiális képlete C + C-C + C volt , automatizált vezérlésre adaptált Babcock & Wilcox vízcsöves kazánnal szerelték fel . [11] Sajnos a kazánvezérlés problémákat okozott, és a C&O mozdonyhoz hasonlóan szénpor és víz került a motorokba. 1958. január 4. "Jawn Henry" elhagyta óráját a norfolki és a nyugati vasúton.
Egyesült KirályságA Reid-Ramsey ( Reid-Ramsey ) turbómozdony, amelyet 1910-ben épített az NBL (North British Locomotive Company) , axiális képlete 2-B + B-2 (4-4-0 + 0-4-4). Keveset tudni róla; feltételezhető, hogy a tervezése sikertelen volt. Később mechanikus hajtóműves gőzturbinás mozdonyrá alakították át, amiről fentebb volt szó. [12]
A Sir WG Armstrong Whitworth & Co Ltd. ( Armstrong, Whitworth és Co. ) mozdonyának axiális képlete 1-C + C-1 (2-6-6-2). Volt benne egy forgó gőzkondenzátor, amelyben a gőz lecsapódott, miközben egy sor forgó csövön áthaladt. A csöveket megnedvesítettük és víz elpárologtatásával hűtöttük. A párolgási vízveszteség sokkal kisebb volt, mint kondenzátor hiányában. A kondenzátor légáramlása kanyargós utat járt be, csökkentve a kondenzátor hatékonyságát. A mozdony rendkívül nehéz volt és alacsony hatásfokkal. 1923-ban visszakerült az üzembe, és fémhulladékra vágták.
Szovjetunió és OroszországBár még nem sikerült meggyőző bizonyítékot találni arra, hogy a 20. század 30-as éveiben hasonló fejlesztéseket hajtottak volna végre a Szovjetunióban (a luganszki mozdonygyár archívuma az 1941-es evakuálás során részben vagy csaknem teljesen megsemmisült), azonban több évtizeddel később, az 1980-as évek elején tervezték, bár nyilvánvaló okokból a sorozatgyártásba nem került atommeghajtású mozdony lényegében szintén erőátviteli, gőztermelésre szolgáló gőzturbinás mozdony volt, amelyben egy BOR-60. gőzkazán helyett gyorsneutronreaktort kellett volna használni.
Extreme Steam- Szokatlan variációk a The Steam Locomotive-on (angol) (nem elérhető link) . A Retro Technológiai Múzeum . Douglas Self (2010. július 26.). — Extrém és szokatlan mozdonyok. Letöltve: 2012. május 16. Az eredetiből archiválva : 2012. június 27.
Gőzturbinás mozdonyok (nem elérhető link) . Letöltve: 2015. június 14. Az eredetiből archiválva : 2015. június 7..
| A mozdonyok típusai | |
|---|---|
| A zárójelben lévő apró betűs rész az adott típusú mozdonyok konkrét fajtáit jelzi | |