Összetett gőzmozdony (van gőzmozdony keverék változata is ) - összetett rendszeren működő (kétszeres vagy többszörös gőztágulású) géppel működő gőzmozdony , amely az egyszerűekhez képest nagyobb hatásfokú. Az 1880-as évektől tömegesen gyártanak összetett gőzmozdonyokat Európa (Ausztria-Magyarország, Nagy-Britannia, Németország, Oroszország, Franciaország) és az USA, majd Óceánia vasutak számára ; az 1890-es években már ők tették ki ezen országok mozdonyflottájának többségét. Ezek a gőzmozdonyok főként két- és négyhengeres, kettős gőztágulású gépekkel rendelkeztek.
A túlhevítők megjelenése miatt , amelyek lehetővé tették a hatásfok olcsóbb növelését, az összetett rendszerű gőzmozdonyok gyártása 1900 után szinte teljesen leállt, mivel túlhevített gőzzel üzemelve a megtakarítás viszonylag csekély volt, és nem lehetett. kompenzálja a drágább karbantartást és javítást .
Egy klasszikus összetett gőzmozdonyon a kazánból származó gőz egy nagynyomású hengerbe kerül , ahol hőfolyamat megy végbe , amikor a gőz térfogata nő (dugattyú nyomva), miközben a nyomás csökken. Kialakul az úgynevezett összegyűrt gőz , amely ezután a jóval nagyobb térfogatú kisnyomású hengerbe kerül , ahol az expanziós folyamat ismét megismétlődik. Így a gőzt kétszer használják fel, ami a hagyományos gőzmozdonyokhoz képest segít csökkenteni a gőz-, így a víz- és üzemanyag-fogyasztást munkaegységenként.
Az összeállítások közé tartozik minden többszörös tágulás elvén működő mozdony, függetlenül a hengerek számától (2, 3 vagy 4). Túlnyomórészt dupla gőztágulásuk volt; hármas expanziós gőzmozdonyok kísérleti mintaként épültek, és nem jutottak el a sorozatgyártásig.
Az első dupla gőztágítású gépeket gőzhajókon kezdték használni , ezt követte a helyhez kötött gőzgépek építése ezzel a rendszerrel. Ami a gőzmozdonyokat illeti, már a 19. század közepén megvolt az ötlet az összetett rendszer használatára, de csak az 1870-es évektől távolodtak el a tervezők a gyakorlati tapasztalatoktól, és kezdtek tudományos megközelítést alkalmazni a mozdonyok tervezésénél. . Az első összetett gőzmozdonyt Anatole Malle mérnök készítette 1876-ban a schichaui gyárban.Elbingben ( Poroszország ) egy egyszerű gőzmozdony átalakításával . A tervezés bonyolultsága ellenére a kettős tágulás lehetővé tette a gőzfogyasztás 25%-os csökkentését. Oroszországban az első összetett gőzmozdonyt 1882-ben hozták létre, amikor a Délnyugati Vasút kijevi műhelyében A. P. Borodin mérnök kezdeményezésére átépítettek egy mozdonyt, amely korábban egyszerű kéthengeres motorral rendelkezett. Az átalakított gőzmozdonyt állóberendezésként használták, és a vizsgálati eredmények szerint akár 20%-os gőzmegtakarítást is elértek, azonban a gyakorlati vizsgálatok már alacsonyabb megtakarítást mutattak ki, amit a rosszul megválasztott hengerátmérők okoztak.
Az 1880-as évek elején a tervezők azt próbálták kitalálni, hogyan lehet a gőzmozdonyokat erősebbé tenni a gőzgép nyomatékának növelésével. Olyan lehetőségeket mérlegeltek, mint a hengerek területének (és átmérőjének) növelése, vagy az üzemi gőznyomás növelése. Azonban az első esetben a gőzgép méreteit a gördülőállomány mérete korlátozza , a másodikban pedig a víz olyan tulajdonsága lép életbe, hogy a nyomás növekedésével a forráspont is nő , ami viszont növeli az üzemanyag-fogyasztást. És ennek a problémának a megoldását keresve a kettős gőzexpanzió használata igazi leletté vált, mivel lehetővé tette a gőzkazán méreteinek megőrzése mellett a teljesítmény növelését, annak ellenére, hogy az optimális üzemi nyomás a számára megfelelő volt. 13 atmoszféráig. A négyhengeres gépek (például a Mallet rendszer ) használata pedig lehetővé tette a vonóerő jelentős növelését, miközben viszonylag kis axiális terhelést tartott fenn. Az utasszállító mozdonyok az egyszerű mozdonyokhoz képest viszont kisebb levágásokon működhettek, ami lehetővé tette a sebesség növelését.
Ugyanakkor az összetett gőzmozdonyok tervezése megkövetelte a tervezőktől a termo- és hidrodinamika alaposabb tanulmányozását, ezzel is hozzájárulva a gőzmozdony-építés tudományos iskolájának fejlődéséhez. Az összetett rendszer széleskörű elterjedése lehetővé tette hiányosságainak tanulmányozását. Elsősorban a kéthengeres motorral szerelt gőzmozdonyok igényeltek hozzáértő irányítást, főleg vonat alatti helyről indulva, nagy sebességnél pedig nyugtalan mozgás volt. A tervezők ezekre a problémákra kerestek megoldást a három- és négyhengeres gépek használatában, amelyek hozzájárultak a különféle módosítások megjelenéséhez; köztük voltak az összetett gépek kompakt változatai, amelyek lehetővé tették, hogy a mozdonyon egyszerre két ilyen, oldalt elhelyezett, egyszerű kéthengeresként, de előnyösebb levágásokon működő gépet is lehessen használni.
Az 1890-es évek végén a túlhevítőket gőzmozdonyokon kezdték használni ; most a kazánból a túlhevítőbe belépő gőzt ráadásul magasabb hőmérsékletre melegítették, ami szintén növelte a nyomását. Egy ilyen rendszer lehetővé teszi az üzemi nyomás fenntartása mellett a víz- és üzemanyag-fogyasztás csökkentését, ráadásul olcsóbban. E tekintetben számos országban az összetett gőzmozdonyok gyártása 1900 után gyakorlatilag leállt.
Az összetett gőzmozdonyok fő hátránya a költségesebb javításuk és karbantartásuk, többek között a szerkezet intenzívebb kopása miatt. A mozdonyszolgálat jellemzőinek hatása is hatással van. Például a hajók motorjai hosszú ideig (akár több napig) folyamatosan működnek egyenletes terhelés mellett és közel azonos belső hőmérsékleten, ami lehetővé teszi, hogy nagy gőzmegtakarítást érjenek el. A mozdonyokon azonban már egyenetlen terhelés mellett, változó sebességgel és széles környezeti hőmérséklet-tartományban üzemelnek. Ilyen körülmények között lehetetlen fenntartani az összetett gépek optimális működési módját, ami hatékonyságuk csökkenéséhez vezet. Amint a gyakorlat megmutatta, a legjövedelmezőbb az összetett gőzmozdonyokat sík profilon üzemeltetni, míg a törött profilú szakaszokon (fel- és lejtőkön) még több üzemanyagot fogyaszthatnak, mint az egyszerűek. Ezenkívül az összetett gépek használatából származó üzemanyag-fogyasztás jelentősen csökken a mozgási sebesség növekedésével és a gőznyomás növekedésével.
A túlhevített gőz használatának kezdete gépészeti technológiai változtatást igényelt, mert a túlhevített gőz kisebb sűrűségű („illékonyabb”) , mint a telített gőzé, ami a szivárgás növekedéséhez vezet, ezért szükséges a mérettűrések csökkentése. Ezért, ha összetett rendszert használnak túlhevített gőzzel működő gőzmozdonyon (Oroszországban A. O. Chechott mérnök javasolta ), a karbantartási költségek még magasabbak lesznek. Ezenkívül a túlhevített gőz az összetett gépben történő működés során jelentősen csökkenti a mutatószámot, ezért megtakarítása már sokkal kisebb, és valójában gazdaságilag irracionális.
A keresztben kevert gépnek két hengere van, a nagynyomású hengerrel (kicsi) a kocsi egyik oldalán, a kisnyomású hengerrel (nagy) a másikon. Ebben a sémában a gőz az egyik hengerből a másikba megy a vevőcső mentén az egész mozdonyon keresztül, amelyre a nevét kapta; a hőveszteség csökkentése érdekében nem ritka, hogy a vevő áthalad egy füstszekrényen . Ezt a sémát először Malle mérnök alkalmazta gőzmozdonyokon 1876-ban, és klasszikusnak számít, és széles körben elterjedt. A keresztösszeállításnak azonban van egy nagyon komoly hátránya - ha a kis henger dugattyúja holtpontban van , akkor a mozdony nem tud menni. Ennek megakadályozására speciális eszközöket használnak, amelyek gőzt szállítanak a kazánból egy nagy hengerbe; ezek az eszközök nehéz emelőkön is használhatók, amikor a vonóerő növelésére van szükség. Ezek az eszközök eltérő kialakításúak, de általában két nagy csoportra oszthatók:
A kéthengeres mozdonyok másik hátránya volt, hogy a kerékfordulatszámok teljes tartományában nem tudták ellenállni a nagy henger teljes feltöltésének, ami nagy sebességnél nyugtalan futást okozott, ami hozzájárult a 3 és 4 hengeres motorok megjelenéséhez.
A fentebb már említett Anatole Malle mérnök (az orosz szakirodalomban tévesen Mallet ) egy kéthengeres keverék tesztelésének eredménye után felvetette egy négyhengeres gép ötletét egy külön hajtású gőzmozdonyon, amikor magas. - a nyomáshengereket a kerekek egyik csoportjának meghajtására, az alacsony nyomású hengereket pedig a második csoport meghajtására használják. Ebben az esetben két lehetőség volt: mindkét kerékcsoport ugyanabban a merev vázban van, vagy az elülső kerékcsoport egy forgatható kocsin van, míg a kisnyomású hengerek szolgálnak hajtásként, ami megkönnyíti a gőzvezetékek munkakörülményei ; az első opciót soha nem hajtották végre fémben, ellentétben a másodikkal. A Malle rendszer első gőzmozdonyait a Decauville Company építette 1889-ben, és a párizsi világkiállításon a 600 mm-es nyomtávú vasútra szánták őket . A rendszer először Svájcban, majd Oroszországban ( І és Ѳ sorozat ) és az USA-ban bizonyult elég népszerűnek; nagy vonóerejű, ugyanakkor gyenge felépítményű vágányokon történő üzemeltetésre alkalmas gőzmozdonyok létrehozását tette lehetővé. Később az Egyesült Államokban elterjedt az "egyszerű Malle" séma egyszerű gőzgépekkel; ide tartoznak a világ legnagyobb soros gőzmozdonyai is – a Challenger és a Big Boy .
A Malle rendszer összetett mozdonyainak fő hátrányai ugyanazok voltak, mint a többi csuklós mozdonyé - drágább javítások az egymotoros mozdonyokhoz képest. Általában azonban tervezésük annyira sikeres volt, hogy tovább építették őket, mint más összetett mozdonyok; például a Ѳ orosz sorozat megjelenéseh
toa 0-3-0+0-3-0 típus csak 1924-ben készült el.
1889-ben Samuel Vauquelin amerikai mérnök (a Baldwin Locomotive Works menedzsere ) szabadalmat kapott egy olyan gépre, amelyben a nagy és alacsony nyomású hengerek egymás felett helyezkedtek el, és a nyomatékot egy közös csúszkára adták át, és közös gőzelosztó mechanizmussal vezérelték. egyetlen összetett kialakítású orsó használatával. A Vauquelin rendszer gépe elég kompaktnak bizonyult ahhoz, hogy egy gőzmozdonyra két ilyen gépet lehessen felszerelni, oldalanként egyet, amelyek úgy működtek, mint egy egyszerű kéthengeres hengerei, ami megkönnyítette az irányíthatóságukat. A rendszer a maga korához képest meglehetősen progresszívnek bizonyult, szerzője számos díjat kapott. A Baldwin gyár nem csak amerikai utakra, hanem európai (köztük Oroszország), Ausztráliára és Új-Zélandra is épített ilyen géppel mozdonyokat, és 1900-ig 140 kezelő üzemeltetett Vauquelin rendszerű összetett mozdonyokat.
Üzemi körülmények között azonban ez a gép olyan jelentős hátrányt mutatott, mint a csúszóvezetők gyakoribb javítása az egyenetlen kopás miatt. 1900 után a Vauquelin-rendszerű összetett mozdonyok gyártása megszűnt, a korábban megépített mozdonyok közül sokat egyszerűvé alakítottak át.
Az 1880-as években Franciaországban hiány volt a főként importált magas fűtőértékű szénből, amihez a gőzmozdonytervezőknek az összetett gépek alkalmazásában kellett megoldást keresniük. Aztán Alfred de Glehn mérnök, aki a Société Alsacienne de Constructions Mécaniques -nél dolgozott, egy külön hajtású négyhengeres gép ötletét vetette fel, de a Webb rendszerrel ellentétben a kis hengerek a kereten belül, míg a nagyok kívül helyezkedtek el. 1885-ben Gaston de Busquet megbízásából(a Chemins de fer du Nord mozdonyosztályának vezetője) készült egy prototípus Nord 701 típusú 1-1-1-1, melyben nagynyomású hengerek hajtották az első hajtótengelyt, alacsony nyomású hengerek a hátsót. 1891-ben már épült két Nord 2.121 és 2.122 gőzmozdony, szintén független mozgó tengelyekkel, de de Busquet kérésére a kis hengereket most kívül, a nagyokat belül helyezték el; A művelet azt mutatta, hogy a hengerek elrendezésének ez a változata rosszabbnak bizonyult a prototípushoz képest.
Gaston de Busquet jelentős szerepet játszott a de Glehn rendszerének fejlesztésében, többek között a belső hengerek hajtó- és gőzelosztó mechanizmusainak finomításában a könnyebb hozzáférés érdekében, így csökkentve a karbantartási időt. A de Glehn géppel szerelt gőzmozdonyok az egyszerűekhez képest akár a gőz egyharmadát is megtakarították, és nagyon jól működtek a francia vasutakon, bár nehéz volt kezelni és hosszabb ideig tartott a javításuk. Ugyancsak elterjedt egy ilyen rendszer Anglia, Belgium, Németország és Új-Zéland vasútvonalain, azonban később egyes gőzmozdonyokon (elsősorban új-zélandiak) az összetett gépet egyszerű kéthengeresre cserélték. Az amerikai vasutak közül csak a Pennsylvania Railroad rendelt egy prototípus 2-2-1 mozdonyt.
Az Orosz Birodalomban 1907-1910-ben a harkovi mozdonygyár 8 db Ъ x sorozatú 2-3-1 típusú féltartályos gőzmozdonyt gyártott , amelyekben mind a négy hengert az első hajtótengely meghajtására használták. Ugyancsak 1906-1912-ben a Kolomnai Üzemben 62 darab U sorozatú 2-3-0 típusú gőzmozdonyt építettek , amelyekben a nagynyomású hengerek nem belül, hanem kívül helyezkedtek el. Az egyik ilyen mozdony ( U127 ) a mai napig fennmaradt, és a Moszkvai Vasúti Múzeum kiállítása .