O locomotivă cu turbină cu abur este o locomotivă alimentată de o turbină cu abur . În ciuda avantajelor evidente sub formă de eficiență ridicată , economie și posibilitatea de a folosi combustibil ieftin de calitate scăzută, acest tip de locomotivă, în ciuda mai multor încercări de construcție relativ reușite, nu a primit nicio distribuție vizibilă pe rețelele feroviare ale lumii .
Utilizarea unei turbine cu abur pentru a conduce o locomotivă cu abur promitea o eficiență economică mai mare, menținând în același timp limitele superioare de presiune și temperatură ale unui cazan convențional cu abur. Prin utilizarea unui condensator, gradientul de presiune din sistemul de abur ar putea fi adus la un nivel de vid. Eficiența sistemului, ținând cont de economiile de abur sau combustibil, a ajuns la 30%. În plus, o turbină mică ar putea fi plasată ieftin pe o locomotivă. Datorită designului, toate părțile turbinei în contact cu aburul ar putea fi proiectate să funcționeze fără lubrifiere și fără nevoie de curățare regulată. Ciclul închis al apei a permis ca distilatul să fie folosit fără impurități, iar pierderile de apă în sistem au fost extrem de scăzute.
Încercările de a realiza centrale electrice cu abur mici standard cu turbine cu abur au fost întotdeauna limitate de eficiența scăzută a unor astfel de centrale. De exemplu, în cartea lui F. Boyko „Locomotive cu abur de transport industrial” se indică faptul că la mijlocul anilor 50, turbogeneratorul unei locomotive cu abur de 1 kW consuma 100 kg de abur la 1 kWh de putere (eficiență - 1%% ), iar în cartea P. Chernyaev „Centrale electrice de nave și funcționarea lor” (manual pentru universități) - se indică faptul că la mijlocul anilor 70 principalele centrale electrice cu abur cu turbine au atins o eficiență de 35%, dar aburul navei mici unitățile de putere cu o capacitate de 15 - 50 kW (pentru acționarea mecanismelor auxiliare ale navei) consumau până la 30 kg de abur pe oră la 1 kW de putere, ceea ce este de 5 ori mai rău decât mașina principală. Dificultatea turbinelor mici de a atinge valori de eficiență ridicate, care sunt tipice pentru turbinele mari, constă în modificarea raportului dintre vitezele aburului care iese din duze și vitezele circumferențiale ale palelor turbinei, ca și diametrele rotoarele turbinelor mici scad. Odată cu scăderea dimensiunilor totale ale unei centrale electrice cu abur cu o turbină, eficiența termodinamică a acesteia scade, iar prețul pentru 1 kW de putere agregată crește. Deci, la centralele electrice cu abur cu turbine cu abur pe ciclul ORC al producătorului italian „TURBODEN”, eficiența în electricitate este foarte scăzută - doar 18%. În practică, astfel de probleme erau, de asemenea, caracteristice unei locomotive cu turbină cu abur (și unei locomotive cu turbină cu gaz ), împreună cu o serie de alte dificultăți.
- prin pornirea vitezei de marșarier a cutiei de viteze;
- transmisie inversă pe un cuplaj hidraulic la utilizarea unui HMF (nu implementat nicăieri în practică);
- este instalată o turbină inversă suplimentară.
Locomotivele turbo cu transmisie electrică nu prezintă acest dezavantaj.
Toate locomotivele cu turbină cu abur sunt împărțite în două tipuri principale, în funcție de metoda de transmitere a cuplului roților motoare:
Pennsylvania Railroad a operat cea mai mare locomotivă cu turbină cu abur din lume. Această locomotivă (tip S2, #70900) avea o turbină construită de Baldwin Locomotive Works . Locomotiva a intrat pe drum în septembrie 1944. Proiectul original trebuia să fie o formulă 4-8-4 , dar din cauza lipsei de materiale structurale ușoare în timpul războiului, S2 a devenit singura locomotivă din lume construită conform formula 6-8-6 .
Turbina S2 tip PRR Nr 6200 avea o putere de 6900 CP. (5100 kW ) și a permis să atingă viteze de până la 160 km/h (100 mph). Împreună cu tender, locomotiva avea o lungime de 123 de picioare (37,5 m). Turbina cu abur a fost o turbină de navă modificată. În ciuda faptului că transmisia mecanică este mai simplă decât cea electrică, s-a dovedit a fi un defect fatal: turbinele sunt ineficiente la viteze mici. La viteze sub 64 km/h, consuma o cantitate excesivă de abur și combustibil. Cu toate acestea, la viteze mari, S2 a tras trenuri grele practic fără probleme și cu o eficiență ridicată. Funcționarea lină a turbinei a oferit un impact mult mai mic asupra șinei în comparație cu o locomotivă cu abur convențională.
Cu toate acestea, eficiența slabă la viteze mici a ucis turbina și, odată ce locomotivele diesel au început să iasă pe drum , nu au mai fost construite S2-uri. Locomotiva a fost scoasă din funcțiune în 1949, iar în mai 1952 a fost casată.
Regatul UnitUna dintre cele mai de succes locomotive cu turbină cu abur a fost creată în Marea Britanie . LMS Turbomotive [1] era o locomotivă cu 4-6-2 osii fără condensator de abur. În ciuda acestui fapt, avea o eficiență termică peste locomotivele convenționale. Acesta a fost rezultatul faptului că cele șase duze care trimiteau abur la turbină puteau fi controlate (deschise și închise) independent una de cealaltă. Creatorii s-au inspirat din designul turbinelor designerului suedez Fridrik Ljungström ( Fredrik Ljungström ).
După unsprezece ani de funcționare grea, turbina principală s-a defectat, iar în 1949 Turbomotorul a fost transformat într-o locomotivă cu abur convențională, iar după accidentul feroviar din 1952 cunoscut sub numele de deraierea trenului Harrow și Wyldstone [2] , a fost scos din funcțiune.
GermaniaMai multe încercări de a crea locomotive de acest tip au fost făcute și de constructorii de locomotive din Germania . În 1928, Krupp - Zoelly a construit o locomotivă cu turbină cu abur cu acţionare mecanică . Aburul rezidual de la turbină a fost alimentat într-un condensator, ceea ce a economisit apă și a crescut eficiența termică a turbinei. Un coș de fum cu o cutie de fum a fost folosit pentru a ieși din produsele de ardere uzate . În 1940, această locomotivă a fost lovită de o bombă. A fost dezafectat și nu a fost restaurat.
O mașină similară a fost construită și în 1929 de către Maffei . În ciuda presiunii ridicate a aburului din cazan, aceasta a avut o eficiență mai mică decât locomotiva Krupp - Zelli . În 1943 a fost, de asemenea, avariat de o bombă și scos din funcțiune.
Henschel ( Henschel-Werke ) a transformat în 1927 o locomotivă obișnuită cu abur într-o locomotivă cu turbină cu abur. Roțile motrice suplimentare de sub tender au fost antrenate de o turbină . Aburul evacuat în cilindri era furnizat turbinei, iar aburul evacuat în turbină a intrat în condensator. Produsele de ardere au fost de asemenea evacuate printr-un coș de fum cu o cutie de fum . Cu toate acestea, eficiența i-a dezamăgit pe creatori, iar turbina a fost retrasă de la licitație. [3]
FranțaDouă încercări au fost făcute în Franța. Prima turbină Nord , atât ca aspect, cât și ca design, semăna cu LMS Turbomotive britanic . Totuși, proiectul a fost abandonat și locomotiva a fost construită cu un motor cu abur compus convențional. O altă încercare, construcția SNCF 232Q1 , a fost făcută în 1939. Era neobișnuit, deoarece roțile motoare nu erau conectate la mecanismul de distribuție a aburului. Fiecare dintre cele trei osii motoare avea propria sa turbină. Locomotiva a fost grav avariată de trupele germane în timpul celui de-al Doilea Război Mondial și casată în 1946.
ElvețiaCompania elvețiană Zoelly a construit o locomotivă cu turbină cu abur în 1919. Avea o formulă axială 4-6-0 și era echipată cu un condensator de abur . De asemenea, a fost echipat cu un ventilator în grătarul cazanului, care a răcit ușor aerul care intra în coș în loc să folosească o cutie de fum . Această soluție, deși evită dificultățile asociate construcției unei conducte, care trebuie să reziste la gaze fierbinți, corozive, dar a dat naștere la noi probleme. Camera de foc a cazanului funcționa la presiune pozitivă, iar gazele fierbinți, împreună cu cenușa, puteau fi suflate din ușile cuptorului dacă erau deschise în timpul funcționării. Acest design potențial periculos a fost în cele din urmă înlocuit cu un coș de fum cutie de fum .
ItaliaÎn Italia, mai multe locomotive experimentale cu turbină cu abur au fost construite de Giuseppe Belluzzo . Dar nici unul dintre ele nu a fost testat chiar pe autostrăzile importante. Prima a fost o locomotivă mică cu patru roți, fiecare condusă de propria turbină. Inversarea a fost furnizată prin alimentarea cu abur turbinelor printr-o duză inversă. Turbinele cu abur sunt proiectate să se rotească doar într-o singură direcție, ceea ce face ca această metodă să fie extrem de ineficientă. Nimeni altcineva nu a făcut o asemenea încercare.
Belluzzo a contribuit, de asemenea, la dezvoltarea în 1931 a locomotivei 2-8-2 construită de compania lui Ernesto Breda . A folosit patru turbine ca parte a unei mașini de expansiune multiplă . [4] [5]
În 1933, una dintre locomotivele cu formula 2-6-2 a Căilor Ferate de Stat Italiene ( FS ) a fost transformată într-o turbină cu abur. A făcut o călătorie de probă de la Florența la Pistoia , nu există alte informații disponibile.
SuediaInginerul suedez Fredrik Ljungström a dezvoltat multe locomotive experimentale cu turbină cu abur, unele dintre ele de mare succes .
Prima încercare a fost făcută în 1921 și a fost mai degrabă o curiozitate tehnică. [6] Cele trei osii motoare au fost amplasate sub tender, în timp ce locuința șoferului și boilerul erau amplasate deasupra osiilor de direcție. Ca urmare, doar o mică parte din greutatea locomotivei a luat parte la crearea tracțiunii .
A doua dezvoltare a fost locomotivele de marfă cu formula 2-8-0 aparent de succes . [7] Construit în 1930 și 1936. firma Nydqvist și Holm ( Nydqvist & Holm ), aceste locomotive au înlocuit locomotivele convenționale cu abur pe linia Grängesberg- Oxelösund (Grängesberg-Oxelösund) . Nu exista condensator cu abur, deoarece complexitatea acestuia depășea avantajele din punct de vedere termodinamic. Roțile au fost puse în mișcare prin intermediul unei transmisii cardan. Aceste locomotive nu s-au retras decât în anii 1950, când linia a fost electrificată . Două copii ale acestei serii au fost păstrate și pot fi văzute în Grengesberg , Suedia .
ArgentinaPe drumul Tucuman - Santa Fe , care străbate terenul muntos, există puține locuri convenabile pentru a reumple rezervele de apă. În 1925, compania suedeză Nydqvist & Holm ( Nydqvist & Holm, Nydqvist & Holm AB ) a construit o locomotivă cu turbină cu abur, similară cu primul proiect al lui Ljungström . Condensatorul a funcționat destul de bine - doar 3 sau 4 la sută din apă s-a pierdut pe parcurs și chiar și atunci doar din cauza unei scurgeri din rezervor. Locomotiva, însă, nu era fiabilă și ulterior a fost înlocuită cu o locomotivă cu abur cu condensare.
În 1938, General Electric Corporation a construit două locomotive cu turbină cu abur cu formula de transmisie electrică 2-C + C-2 ( 4-6-6-4 ) pentru Union Pacific Railroad . Aceste locomotive erau în esență centrale electrice extrem de mobile și, în consecință, complexe. Acestea au fost singurele locomotive cu condensator cu abur operate vreodată în Statele Unite. Un cazan Babcock & Wilcox a furnizat abur, iar un generator electric plasat în fața locomotivei a generat electricitate pentru a alimenta motoarele de tracțiune .
Controlul cazanului a fost în mare parte automatizat; două locomotive ar putea lucra împreună pe un sistem de mai multe unități sub controlul unui singur șofer. Ca combustibil a fost folosit păcură , aceeași care a fost folosită ulterior pe locomotivele cu turbină cu gaz Union Pacific .
În 1939, Union Pacific a pus în funcțiune locomotivele, dar le-a returnat un an mai târziu, invocând rezultate nesatisfăcătoare. Locomotivele turbo produse de General Electric au fost folosite în 1943, într-o perioadă de lipsă de putere de tracțiune, pe GN ( Great Northern Railway ), și s-au dovedit destul de bune. [9]
În anii crepusculari ai aburului, Baldwin Locomotive Works a făcut mai multe încercări de a dezvolta o tehnologie alternativă la propulsia diesel. În 1944, a fost produsă locomotiva Pennsylvania Railroad S2 , construită după formula 6-8-6 (vezi mai sus).
Între 1947 și 1948 Baldwin Locomotive Works a construit trei locomotive electrice unice cu turbine cu abur , pe cărbune, concepute pentru a deservi trenurile de pasageri de pe Chesapeake & Ohio Railway Chesapeake & Ohio Railway (C&O) . Avea denumirea oficială M1, dar datorită costurilor sale de exploatare extrem de mari și a performanței slabe, a fost supranumită „Vaca Sacră” ( „Vaca Sacră” ). Cu o putere de 6000 CP, au fost echipate cu echipamente electrice fabricate de Westinghouse Electric ( Westinghouse Electric ) și dispunere conform formulei 2-C1 + 2-C1-2. Aveau 106 picioare (32 m) lungime, ceea ce le face cele mai lungi locomotive din lume construite vreodată pentru serviciul de pasageri. Cabina șoferului era montată în mijlocul caroseriei, buncărele de cărbune erau în cap, iar în spate se afla centrala de tip locomotivă obișnuită (în tender era depozitată doar o rezervă de apă). [10] Aceste locomotive trebuiau să circule pe linia dintre Washington și Cincinnati, Ohio , dar nici o călătorie nu a fost fără avarii grave. Praful de cărbune și apa pătrundeau adesea în motoarele de tracțiune. Deoarece depanarea a durat destul de mult, s-a considerat că aceste locomotive ar fi întotdeauna prea scumpe pentru a fi operate și toate trei au fost trimise la casare în 1950.
În mai 1954, Baldwin a construit o locomotivă electrică cu turbină cu abur de 4.500 CP . pentru serviciul de trenuri de marfă pe Norfolk and Western Railway( N&W ), poreclit „Jawn Henry” în onoarea eroului folclorului american John Henry ( John Henry ), un feroviar care a câștigat competiția împotriva unui ciocan cu abur, însă a murit imediat după victorie. Unitatea arăta ca o locomotivă turbo pentru Chesapeake & Ohio Railway, totuși, era foarte diferit din punct de vedere mecanic; formula sa axială era C + C-C + C, era echipat cu un cazan cu tub de apă Babcock & Wilcox adaptat pentru control automat. [11] Din păcate, controlul cazanului a cauzat probleme și, la fel ca locomotiva C&O , praful de cărbune și apă a intrat în motoare. 4 ianuarie 1958, „Jawn Henry” și-a lăsat ceasul pe Norfolk and Western Railway.
Regatul UnitLocomotiva turbo Reid-Ramsey ( Reid-Ramsey ), construită în 1910 de NBL (North British Locomotive Company) , avea o formulă axială 2-B + B-2 (4-4-0 + 0-4-4). Se știu puține despre el; se presupune că proiectarea sa nu a avut succes. Mai târziu, a fost transformată într-o locomotivă cu turbină cu abur cu transmisie mecanică, despre care a fost discutat mai sus. [12]
Locomotiva firmei Sir WG Armstrong Whitworth & Co Ltd ( Armstrong, Whitworth and Co ) avea o formulă axială 1-C + C-1 (2-6-6-2). Avea un condensator rotativ de abur în care aburul se condensa pe măsură ce trecea printr-o serie de tuburi rotative. Țevile au fost umezite și răcite prin evaporarea apei. Pierderea de apă pentru evaporare a fost mult mai mică decât în absența unui condensator. Fluxul de aer din condensator a luat o cale sinuoasă, reducând eficiența condensatorului. Locomotiva era prohibitiv de grea și avea o eficiență scăzută. În 1923, a fost întors la fabrică și tăiat în fier vechi.
URSS și RusiaDeși nu a fost încă posibil să se găsească dovezi convingătoare că în anii 30 ai secolului XX au fost realizate dezvoltări similare în URSS (arhivele Uzinei de locomotive din Lugansk au fost parțial sau aproape complet distruse în timpul evacuării sale în 1941), totuși, câteva decenii mai târziu, proiectată la începutul anilor 1980, deși din motive evidente, locomotiva cu propulsie nucleară care nu a intrat în construcție în serie era în esență și o locomotivă cu turbină cu abur, cu transmisie de putere, pentru generarea de abur, în care un BOR-60 ar fi trebuit folosit un reactor cu neutroni rapidi în locul unui cazan cu abur.
Extreme Steam- Variații neobișnuite pe locomotiva cu aburi (engleză) (link indisponibil) . Muzeul Tehnologiei Retro . Douglas Self (26 iulie 2010). — Locomotive extreme și neobișnuite. Preluat la 16 mai 2012. Arhivat din original la 27 iunie 2012.
Locomotive cu turbină cu abur (link indisponibil) . Consultat la 14 iunie 2015. Arhivat din original pe 7 iunie 2015.
| Tipuri de locomotive | |
|---|---|
| |
| Litere mici între paranteze indică varietăți specifice ale respectivelor tipuri de locomotive | |