Ett ångturbinlok är ett lok som drivs av en ångturbin . Trots de uppenbara fördelarna i form av hög effektivitet , ekonomi och möjligheten att använda billigt lågvärdigt bränsle har denna typ av lok, trots flera relativt framgångsrika byggförsök, inte fått någon märkbar spridning på världens järnvägsnät .
Användningen av en ångturbin för att driva ett ånglok lovade större ekonomisk effektivitet samtidigt som de övre gränserna för tryck och temperatur för en konventionell ångpanna bibehölls. Genom att använda en kondensor kunde tryckgradienten i ångsystemet bringas till en vakuumnivå. Systemets effektivitet, med hänsyn till besparingarna i ånga eller bränsle, nådde 30%. Dessutom kunde en liten turbin placeras billigt på ett lok. På grund av konstruktionen kan alla delar av turbinen i kontakt med ånga utformas för att fungera utan smörjning och behov av regelbunden rengöring. Det slutna vattenkretsloppet gjorde att destillatet kunde användas utan avlagringar och vattenförlusterna i systemet var extremt låga.
Försök att tillverka små ångkraftverk av standardtyp med ångturbiner har alltid begränsats av den låga verkningsgraden hos sådana anläggningar. Till exempel, i boken av F. Boyko "Industrial transport steam locomotives" anges att i mitten av 50-talet förbrukade turbogeneratorn för ett 1 kW ånglok 100 kg ånga per 1 kWh effekt (effektivitet - 1%% ), och i boken P. Chernyaev "Skeppskraftverk och deras drift" (lärobok för universitet) - indikeras att i mitten av 70-talet nådde de viktigaste ångkraftverken med turbiner en effektivitet på 35%, men små fartygsånga kraftenheter med en kapacitet på 15 - 50 kW (för att driva hjälpfartygsmekanismer) förbrukade upp till 30 kg ånga per timme per 1 kW effekt, vilket är 5 gånger värre än huvudmaskinen. Svårigheten för små turbiner att uppnå höga verkningsgradsvärden, som är typiska för stora turbiner, ligger i förändringen i förhållandet mellan hastigheterna för ångan som strömmar ut ur munstyckena och turbinbladens periferihastigheter, eftersom diametrarna för rotorer på små turbiner minskar. Med en minskning av de övergripande dimensionerna av ett ångkraftverk med en turbin, minskar dess termodynamiska effektivitet och priset per 1 kW aggregateffekt ökar. Så, på ångkraftverk med ångturbiner på ORC-cykeln av den italienska tillverkaren "TURBODEN", är effektiviteten i el mycket låg - bara 18%. I praktiken var sådana problem också karakteristiska för ett ångturbinlok (och ett gasturbinlok ) tillsammans med en rad andra svårigheter.
- genom att slå på växellådans backväxel;
- backväxel på en hydraulisk koppling vid användning av en HMF (inte implementerad någonstans i praktiken);
- en extra omvänd turbin installeras.
Turbolok med elektrisk transmission är fria från denna nackdel.
Alla ångturbinlok är indelade i två huvudtyper enligt metoden för att överföra vridmoment till drivhjulen:
Pennsylvania Railroad drev världens största ångturbinlokomotiv. Detta lokomotiv (typ S2, #70900) hade en turbin byggd av Baldwin Locomotive Works . Loket kom in på vägen i september 1944. Den ursprungliga designen var tänkt att vara en 4-8-4 formel , men på grund av bristen på lätta konstruktionsmaterial under kriget blev S2 det enda loket i världen byggt enligt 6-8-6 formel .
Turbin S2 typ PRR nr 6200 hade en effekt på 6900 hk. (5100 kW ) och får nå hastigheter upp till 160 km/h (100 mph). Tillsammans med anbudet var loket 123 fot (37,5 m) långt. Ångturbinen var en modifierad fartygsturbin. Trots det faktum att mekanisk transmission är enklare än elektrisk, visade det sig vara ett fatalt fel: turbiner är ineffektiva vid låga hastigheter. Vid hastigheter under 64 km/h förbrukade den en överdriven mängd ånga och bränsle. Men i höga hastigheter drog S2 tunga tåg praktiskt taget utan problem och med hög effektivitet. Turbinens mjuka gång gav en mycket mindre påverkan på banan jämfört med ett konventionellt ånglok.
Men dålig verkningsgrad vid låga hastigheter dödade turbinen, och när diesellokomotiv väl började komma ut på vägen byggdes inga fler S2:or. Loket togs ur drift 1949 och i maj 1952 skrotades det.
StorbritannienEtt av de mest framgångsrika ångturbinloken skapades i Storbritannien . LMS Turbomotive [1] var ett 4-6-2- axligt lokomotiv utan ångkondensor. Trots detta hade den en termisk verkningsgrad över konventionella lok. Detta var resultatet av att de sex munstycken som skickade ånga till turbinen kunde styras (öppnas och stängas) oberoende av varandra. Skaparna hämtade en del inspiration från designen av turbinerna av den svenske designern Fridrik Ljungström ( Fredrik Ljungström ).
Efter elva år av tung tjänst misslyckades huvudturbinen, och 1949 gjordes turbomotivet om till ett konventionellt ånglok, och efter järnvägsolyckan 1952, känd som Harrow and Wyldstone-tågets urspårning [2] togs ur drift.
TysklandFlera försök att skapa lok av denna typ gjordes även av lokbyggare i Tyskland . 1928 byggdes ett mekaniskt driven ångturbinlok av Krupp - Zoelly . Avfallsånga från turbinen matades in i en kondensor, vilket både sparade vatten och ökade turbinens termiska effektivitet . En skorsten med röklåda användes för att komma ut ur förbränningsprodukterna . 1940 träffades detta lok av en bomb. Den togs ur bruk och återställdes inte.
En liknande maskin byggdes också 1929 av Maffei . Trots det höga ångtrycket i pannan hade den lägre verkningsgrad än Krupp - Zelli-loket . 1943 skadades den också av en bomb och togs ur drift.
Henschel ( Henschel-Werke ) byggde 1927 om ett vanligt ånglok till ett ångturbinlok. Ytterligare drivhjul under anbudet drevs av en turbin . Ångan som strömmade ut i cylindrarna tillfördes turbinen och ångan som strömmade ut i turbinen kom in i kondensorn. Förbränningsprodukterna ventilerades också genom en skorsten med röklåda . Effektiviteten gjorde dock skaparna besviken och turbinen drogs ur anbudet. [3]
FrankrikeTvå försök gjordes i Frankrike. Den första Nord Turbine , både till utseende och design liknade brittiska LMS Turbomotive . Men projektet övergavs och loket byggdes med en konventionell sammansatt ångmaskin. Ett annat försök, konstruktionen av SNCF 232Q1 , gjordes 1939. Det var ovanligt eftersom drivhjulen inte var kopplade till ångdistributionsmekanismen. Var och en av de tre drivaxlarna hade sin egen turbin. Loket skadades svårt av tyska trupper under andra världskriget och skrotades 1946.
SchweizDet schweiziska företaget Zoelly byggde ett ångturbinlok 1919. Det hade en axiell formel 4-6-0 och var utrustad med en ångkondensor . Den var också utrustad med en fläkt i panngallret, som något kylde luften som gick in i skorstenen istället för att använda en röklåda . Denna lösning, även om den undviker svårigheterna i samband med konstruktionen av ett rör, som måste motstå heta, korrosiva gaser, men gav upphov till nya problem. Pannans brandkammare fungerade med övertryck och heta gaser kunde tillsammans med aska blåsa ut ur ugnsdörrarna om de öppnades under drift. Denna potentiellt farliga design ersattes så småningom av en röklåda skorsten .
ItalienI Italien byggdes flera experimentella ångturbinlok av Giuseppe Belluzzo . Men ingen av dem har ens testats på större motorvägar. Det första var ett litet lok med fyra hjul som var och en drevs av sin turbin. Reversering åstadkoms genom att tillföra ånga till turbinerna genom ett reverseringsmunstycke. Ångturbiner är konstruerade för att rotera endast i en riktning, vilket gör denna metod extremt ineffektiv. Ingen annan har gjort ett sådant försök.
Belluzzo bidrog också till utvecklingen 1931 av 2-8-2- loket byggt av Ernesto Bredas företag . Den använde fyra turbiner som en del av en multipelexpansionsmaskin . [4] [5]
1933 omvandlades ett av loken med formeln 2-6-2 från de italienska statliga järnvägarna ( FS ) till en ångturbin. Han gjorde en provresa från Florens till Pistoia , ingen ytterligare information finns tillgänglig.
SverigeDen svenske ingenjören Fredrik Ljungström utvecklade många olika experimentella ångturbinlok, några av dem mycket framgångsrika .
Det första försöket gjordes 1921 och var snarare en teknisk kuriosa. [6] De tre drivande axlarna placerades under anbudet, medan förarhuset och pannan var placerade ovanför styraxlarna. Som ett resultat deltog endast en liten del av lokets vikt i skapandet av dragkraft .
Den andra utvecklingen var de till synes framgångsrika 2-8-0 formelfraktloken . [7] Byggd 1930 och 1936. firma Nydqvist och Holm ( Nydqvist & Holm ), har dessa lok ersatt konventionella ånglok på linjen Grängesberg- Oxelösund (Grängesberg-Oxelösund) . Det fanns ingen ångkondensor, eftersom dess komplexitet uppvägde fördelarna när det gäller termodynamik. Hjulen sattes i rörelse med hjälp av en kardantransmission. Dessa lok gick inte i pension förrän på 1950-talet då linjen elektrifierades . Två exemplar av denna serie har bevarats och kan ses i Grengesberg , Sverige .
ArgentinaPå vägen Tucuman - Santa Fe , som går genom bergig terräng, finns det få praktiska ställen att fylla på med vatten. 1925 byggde det svenska företaget Nydqvist & Holm ( Nydqvist & Holm, Nydqvist & Holm AB ) ett ångturbinlok, liknande Ljungströms första projekt . Kondensorn fungerade ganska bra - bara 3 eller 4 procent av vattnet gick förlorat på vägen, och även då bara på grund av en läcka från tanken. Loket var dock inte tillförlitligt och ersattes senare av ett kondenserande ånglok.
År 1938 byggde General Electric Corporation två ångturbinlok med elektrisk transmissionsformel 2-C + C-2 ( 4-6-6-4 ) för Union Pacific Railroad . Dessa lok var i huvudsak extremt mobila kraftverk och motsvarande komplexa. Dessa var de enda ångkondensatorloken som någonsin fungerat i USA. En Babcock & Wilcox-panna gav ånga, och en elektrisk generator placerad framför loket genererade elektricitet för att driva dragmotorerna .
Pannstyrningen var mestadels automatiserad; två lok kunde arbeta tillsammans på ett system med många enheter under kontroll av en förare. Bränsleolja användes som bränsle , samma som senare användes på Union Pacific gasturbinlokomotiv .
1939 tog Union Pacific loken i bruk, men lämnade tillbaka dem ett år senare, med hänvisning till otillfredsställande resultat. Turbolok tillverkade av General Electric användes 1943, under en period av bristande dragkraft, på GN ( Great Northern Railway ), och visade sig ganska bra. [9]
Under skymningsåren av ånga gjorde Baldwin Locomotive Works flera försök att utveckla en alternativ teknik till dieselframdrivning. 1944 tillverkades Pennsylvania Railroad S2-lokomotivet , byggt enligt 6-8-6- formeln (se ovan).
Mellan 1947 och 1948 Baldwin Locomotive Works byggde tre unika koleldade ångturbinelektriska lokomotiv designade för att trafikera passagerartåg på Chesapeake & Ohio Railway Chesapeake & Ohio Railway (C&O) . Den hade den officiella beteckningen M1, men på grund av dess extremt höga driftskostnader och dåliga prestanda fick den smeknamnet "Sacred Cow" ( "Sacred Cow" ). Med en effekt på 6000 hk var de utrustade med elektrisk utrustning tillverkad av Westinghouse Electric ( Westinghouse Electric ) och layout enligt formeln 2-C1 + 2-C1-2. De var 106 fot (32 m) långa, vilket gjorde dem till världens längsta lokomotiv som någonsin byggts för passagerartrafik. Förarhytten var monterad i mitten av karossen, kolbunkrarna fanns i huvudet och bakom den låg pannan av vanlig loktyp (endast vattenförsörjning lagrades i anbudet). [10] Dessa lok var tänkta att köra på linjen mellan Washington och Cincinnati, Ohio , men inte en enda resa var utan allvarliga haverier. Koldamm och vatten kom ofta in i dragmotorerna. Eftersom felsökningen tog ganska lång tid ansågs dessa lok alltid vara för dyra i drift och alla tre skrotades 1950.
I maj 1954 byggde Baldwin ett elektriskt lokomotiv med ångturbin på 4 500 hk . för godstågstrafik på Norfolk och Western Railway( N&W ), med smeknamnet "Jawn Henry" för att hedra den amerikanska folklorehjälten John Henry ( John Henry ), en järnvägsman som vann tävlingen mot en ånghammare, men han dog direkt efter segern. Enheten såg ut som ett turbolokomotiv för Chesapeake & Ohio Railwayvar dock mycket annorlunda mekaniskt; dess axiella formel var C + C-C + C, den var utrustad med en Babcock & Wilcox vattenrörspanna anpassad för automatiserad styrning. [11] Tyvärr orsakade pannstyrningen problem och i likhet med C&O -loket kom koldamm och vatten in i motorerna. 4 januari 1958 "Jawn Henry" lämnade sin klocka på Norfolk and Western Railway.
StorbritannienTurboloket Reid-Ramsey ( Reid-Ramsey ), byggt 1910 av NBL (North British Locomotive Company) , hade en axiell formel 2-B + B-2 (4-4-0 + 0-4-4). Lite är känt om honom; det antas att dess design misslyckades. Senare byggdes den om till ett ångturbinlokomotiv med mekanisk transmission, vilket diskuterades ovan. [12]
Lokomotivet för företaget Sir WG Armstrong Whitworth & Co Ltd ( Armstrong, Whitworth och Co ) hade en axiell formel 1-C + C-1 (2-6-6-2). Den hade en roterande ångkondensor i vilken ångan kondenserade när den passerade genom en serie roterande rör. Rören blöts och kyldes genom att förånga vatten. Förlusten av vatten för avdunstning var mycket mindre än i frånvaro av en kondensor. Luftflödet i kondensorn tog en slingrande väg, vilket minskade kondensorns effektivitet. Loket var oöverkomligt tungt och hade låg verkningsgrad. 1923 återfördes han till anläggningen och skars till skrot.
Sovjetunionen och RysslandÄven om det ännu inte har varit möjligt att hitta övertygande bevis för att liknande utvecklingar på 30-talet av 1900-talet genomfördes i Sovjetunionen (arkiven från Lugansk lokomotivfabriken förstördes delvis eller nästan helt under dess evakuering 1941), men, flera decennier senare, konstruerad i början av 1980-talet, även om det kärnkraftsdrivna loket av naturliga skäl som inte gick i seriebyggd i huvudsak också var ett ångturbinlok med kraftöverföring, för att alstra ånga, i vilket en BOR-60 snabb neutronreaktor borde ha använts istället för en ångpanna.
Extreme Steam- Ovanliga variationer på ångloket (engelska) (ej tillgänglig länk) . Retroteknikmuseet . Douglas Self (26 juli 2010). — Extrema och ovanliga lok. Hämtad 16 maj 2012. Arkiverad från originalet 27 juni 2012.
Ångturbinlok (ej tillgänglig länk) . Hämtad 14 juni 2015. Arkiverad från originalet 7 juni 2015.
| Typer av lok | |
|---|---|
| Småtryck inom parentes indikerar specifika varianter av respektive loktyper | |