Sammansatta ånglok (det finns också en variant av ångloksblandning ) - ett ånglok som använder en maskin som arbetar på ett sammansatt system (med dubbel eller mer ångexpansion), som jämfört med enkla har högre verkningsgrad. Sedan 1880-talet har sammansatta ånglok massproducerats för järnvägarna i Europa (Österrike-Ungern, Storbritannien, Tyskland, Ryssland, Frankrike) och USA och senare Oceanien ; redan på 1890-talet utgjorde de majoriteten av dessa länders lokomotivflotta. Dessa ånglok hade huvudsakligen två- och fyrcylindriga maskiner med dubbel ångexpansion.
På grund av tillkomsten av överhettare , som gjorde det möjligt att öka effektiviteten på ett billigare sätt, upphörde produktionen av ånglok med föreningssystemet nästan helt efter 1900, eftersom de besparingar som erhölls var relativt små och inte kunde när de arbetade på överhettad ånga . kompensera för dyrare underhåll och reparationer .
På ett klassiskt sammansatt ånglok kommer ånga från pannan in i en högtryckscylinder , där en termisk process inträffar , när ångan ökar i volym (tryckande kolv), medan trycket minskar. Den så kallade skrynkliga ångan bildas , som sedan kommer in i lågtryckscylindern , som har en mycket större volym, där expansionsprocessen upprepas igen. Således används ånga två gånger, vilket jämfört med konventionella ånglok bidrar till att minska förbrukningen av ånga, och därmed vatten och bränsle, per arbetsenhet.
Blandningar inkluderar alla lok som arbetar enligt principen om multipel expansion, oavsett antalet cylindrar (2, 3 eller 4). De hade överväldigande dubbel ångexpansion; trippelexpansionsånglok byggdes som experimentella prover och nådde inte serieproduktion.
De första maskinerna med dubbel expansion av ånga började användas på ångfartyg , följt av byggandet av stationära ångmaskiner med detta system. När det gäller ånglok fanns tanken på att använda det sammansatta systemet på dem redan i mitten av 1800-talet, men först från 1870-talet flyttade designers bort från praktisk erfarenhet och började tillämpa ett vetenskapligt tillvägagångssätt när de designade lokomotiv. . Det första sammansatta ångloket skapades av ingenjören Anatole Malle 1876 vid Schichau- fabriken.i Elbing ( Preussen ) genom att ändra ett enkelt ånglok. Trots komplexiteten i designen tillät användningen av dubbel expansion att minska ångförbrukningen med 25%. I Ryssland skapades det första sammansatta ångloket 1882, när man vid Sydvästra järnvägens verkstäder i Kiev, på initiativ av ingenjör A.P. Borodin , gjorde om ett lok, som tidigare hade en enkel tvåcylindrig motor. Det ombyggda ångloket användes som stationär installation och enligt testresultaten erhölls ångbesparingar på upp till 20 %, dock visade praktiska tester redan lägre besparingar, vilket orsakades av felaktigt valda cylinderdiametrar.
I början av 1880-talet försökte designers komma på hur man kunde göra ett ånglok kraftfullare genom att öka vridmomentet från ångmaskinen. Alternativ övervägdes som att öka arean (och diametern) på cylindrarna, eller att öka driftångtrycket. Men i det första fallet begränsas ångmaskinens dimensioner av storleken på den rullande materielen , och i det andra träder en sådan egenskap hos vatten i kraft att med ökande tryck ökar också kokpunkten , vilket i sin tur ökar bränsleförbrukningen. Och på jakt efter en lösning på detta problem blev användningen av dubbel ångexpansion ett verkligt fynd, eftersom det tillät, samtidigt som ångpannans dimensioner bibehölls, att öka effekten, trots att det optimala arbetstrycket för det var upp till 13 atmosfärer. Och användningen av fyrcylindriga maskiner (till exempel Mallet-systemet ) gjorde det möjligt att avsevärt öka dragkraften samtidigt som en relativt liten axiell belastning bibehölls. Passagerarlokomotiv, i jämförelse med enkla lok, kunde i sin tur köra vid mindre avgränsningar, vilket gjorde det möjligt att öka hastigheten.
Samtidigt krävde designen av sammansatta ånglok från designers en djupare studie av termo- och hydrodynamik, vilket bidrog till utvecklingen av den vetenskapliga skolan för ånglokskonstruktion. Den utbredda användningen av det sammansatta systemet gjorde det möjligt att studera dess brister. Först och främst krävde ånglok med en tvåcylindrig motor kompetent kontroll, särskilt när man startade från en plats under ett tåg, och i höga hastigheter var det en rastlös rörelse. Konstruktörerna letade efter en lösning på dessa problem i användningen av tre- och fyrcylindriga maskiner, vilket bidrog till uppkomsten av olika modifieringar; bland dem fanns kompakta versioner av sammansatta maskiner, som gjorde det möjligt att använda två sådana maskiner på loket samtidigt, placerade på sidorna och fungerade som en enkel tvåcylindrig, men med mer fördelaktiga avskärningar.
I slutet av 1890-talet började överhettare användas på ånglok ; nu värmdes ångan från pannan in i överhettaren dessutom till en högre temperatur, vilket också ökade dess tryck. Ett sådant system tillåter, samtidigt som arbetstrycket bibehålls, att minska förbrukningen av vatten och bränsle, och på ett billigare sätt. I detta avseende upphörde praktiskt taget tillverkningen av sammansatta ånglok i ett antal länder efter 1900.
Den största nackdelen med sammansatta ånglok är deras dyrare reparation och underhåll, inklusive på grund av mer intensiv slitage av strukturen. Inflytandet av loktjänstens egenskaper påverkar också. Till exempel arbetar motorer på fartyg kontinuerligt under lång tid (upp till flera dagar) under en jämn belastning och vid nästan samma inre temperatur, vilket gör det möjligt att uppnå höga ångbesparingar från dem. På lokomotiv arbetar de dock redan under en ojämn belastning med variabel hastighet och i ett brett område av omgivningstemperaturer. Under sådana förhållanden är det omöjligt att upprätthålla det optimala driftsättet för sammansatta maskiner, vilket leder till en minskning av deras effektivitet. Som praxis har visat är det mest lönsamt att driva sammansatta ånglok på en platt profil, medan de i sektioner med en bruten profil (upp- och nedstigningar) kan förbruka ännu mer bränsle än enkla. Dessutom minskar bränsleekonomin från användningen av sammansatta maskiner markant med en ökning av rörelsehastigheten och en ökning av ångtrycket.
Början av användningen av överhettad ånga krävde en förändring i maskinteknisk teknik, eftersom överhettad ånga har en lägre densitet (mer "flyktig") än mättad ånga, vilket leder till ett ökat läckage och därför kräver en minskning av dimensionstoleranserna. Därför, om ett sammansatt system används på en ångloksmaskin med överhettad ånga (i Ryssland föreslogs det av ingenjör A. O. Chechott ), blir kostnaden för underhåll ännu högre. Dessutom har överhettad ånga under drift i en sammansatt maskin en mer betydande minskning av indikatornumret, och därför är dess besparingar redan mycket mindre och faktiskt ekonomiskt irrationella.
Cross-compound-maskinen har två cylindrar, med högtryckscylindern (liten) på ena sidan av vagnen och lågtryckscylindern (stor) på den andra. I detta schema går ånga från en cylinder till en annan längs mottagarröret genom hela loket, för vilket det fick sitt namn; för att minska värmeförlusten är det inte ovanligt att mottagaren passerar genom en röklåda . Detta schema användes först på ånglok av ingenjören Malle 1876 och är en klassiker som har blivit utbredd. Men tvärföreningen har en mycket allvarlig nackdel - om kolven på den lilla cylindern är i ett dödläge , kommer loket inte att kunna gå. För att förhindra detta används speciella anordningar som levererar ånga från pannan till en stor cylinder; även dessa anordningar kan användas på tunga lyft när en ökning av dragkraften krävs. Dessa enheter har en annan design, men i allmänhet kan de delas in i två stora grupper:
En annan nackdel med tvåcylindriga lok var oförmågan att motstå full fyllning av den stora cylindern i hela hjulhastighetsområdet, vilket orsakade en rastlös körning i höga hastigheter, vilket bidrog till uppkomsten av 3- och 4-cylindriga motorer.
Ingenjören Anatole Malle som redan nämnts ovan (i rysk litteratur felaktigt - Mallet ) efter resultaten av att testa en tvåcylindrig förening, föreslog idén om en fyrcylindrig maskin på ett ånglok med en separat drivning, när den var hög -tryckcylindrar används för att driva en grupp hjul, och lågtryckscylindrar - den andra gruppen. I det här fallet fanns det två alternativ: båda grupperna av hjul är i samma stela ram, eller den främre gruppen av hjul är på en svängbar vagn, medan lågtryckscylindrar fungerar som en drivning för den, vilket gör det lättare att arbeta med ångledningar ; det första alternativet implementerades aldrig i metall, till skillnad från det andra. De första ångloken i Malle-systemet byggdes av Decauville Company 1889 och var avsedda att fungera på den 600 mm spårvidda järnvägen på världsutställningen i Paris . Systemet visade sig vara ganska populärt först i Schweiz och sedan i Ryssland (serien І och Ѳ ) och USA; det gjorde det möjligt att skapa ånglok med hög dragkraft, och samtidigt lämpliga för körning på banor med svag överbyggnad. Senare blev det "enkla Malle"-systemet med enkla ångmaskiner utbredd i USA; den inkluderar också världens största seriella ånglok - Challenger och Big Boy .
De största nackdelarna med de sammansatta loken i Malle-systemet var desamma som hos andra ledade lok - dyrare reparationer jämfört med enmotoriga lok. Men i allmänhet var deras design så framgångsrik att de fortsatte att byggas längre än andra sammansatta lok; till exempel lanseringen av den ryska serien Ѳh
tilltyp 0-3-0+0-3-0 färdigställdes först 1924.
År 1889 fick den amerikanske ingenjören Samuel Vauquelin (chef för Baldwin Locomotive Works ) patent på en maskin där hög- och lågtryckscylindrarna var placerade ovanför varandra och överförde vridmoment till en gemensam skjutreglage och styrdes av en gemensam ångdistributionsmekanism. med en enda spole av komplex design. Maskinen i Vauquelin-systemet visade sig vara tillräckligt kompakt för att det var möjligt att installera två sådana maskiner på ett ånglok, en på varje sida, som fungerade som cylindrar i en enkel tvåcylindrig, vilket gjorde dem lättare att kontrollera. Systemet visade sig vara ganska progressivt för sin tid, och dess författare fick flera utmärkelser. Baldwin-fabriken byggde lokomotiv med en sådan maskin inte bara för amerikanska vägar, utan också för europeiska (inklusive Ryssland), Australien och Nya Zeeland, och år 1900 körde 140 operatörer sammansatta lok med Vauquelin-systemet.
Men under driftsförhållanden visade denna maskin en så betydande nackdel som en mer frekvent reparation av glidstyrningarna på grund av ojämnt slitage. Efter 1900 avbröts tillverkningen av sammansatta lok av Vauquelin-systemet, och många av de tidigare byggda omvandlades till enkla.
På 1880-talet rådde brist på högkaloriskt kol i Frankrike, som huvudsakligen importerades, vilket krävde ånglokskonstruktörer att leta efter en lösning i användningen av sammansatta maskiner. Sedan ingenjören Alfred de Glehn, som arbetade för Société Alsacienne de Constructions Mécaniques, föreslog idén om en fyrcylindrig maskin med separat drivning, men till skillnad från Webb-systemet var de små cylindrarna placerade inuti ramen, medan de stora var utanför. År 1885, på uppdrag av Gaston de Busquet(chef för lokomotivavdelningen i Chemins de fer du Nord) byggdes en prototyp av Nord 701 typ 1-1-1-1, i vilken högtryckscylindrar drev den främre drivaxeln och lågtryckscylindrar drev den bakre. År 1891 byggdes redan två ånglok Nord 2.121 och 2.122, även de med obesläktade rörliga axlar, men på begäran av de Busquet fanns nu de små cylindrarna utanför, och de stora inuti; drift visade att denna version av arrangemanget av cylindrarna visade sig vara sämre jämfört med prototypen.
Gaston de Busquet spelade en betydande roll i utvecklingen av de Glehns system, inklusive förfining av driv- och ångfördelningsmekanismerna för de inre cylindrarna för enklare åtkomst, vilket minskade underhållstiden. Ånglok med en de Glehn-maskin, jämfört med enkla, sparade upp till en tredjedel av ångan och fungerade mycket bra på franska järnvägar, även om de var svåra att hantera och tog längre tid att reparera. Ett sådant system blev också utbrett på järnvägarna i England, Belgien, Tyskland och Nya Zeeland, men senare på några ånglok (främst Nya Zeeland), ersattes den sammansatta maskinen med en enkel tvåcylindrig. Av de amerikanska järnvägarna beställde bara Pennsylvania Railroad en prototyp 2-2-1 lokomotiv.
I det ryska imperiet, 1907-1910, producerade Kharkov lokomotivfabrik 8 halvtanksånglok av typen 2-3-1 av Ъ x -serien , där alla fyra cylindrarna användes för att driva den främre drivaxeln. Även 1906-1912 byggde Kolomna-fabriken 62 ånglok av typ 2-3-0 av U-serien , där högtryckscylindrarna inte var placerade inuti utan utanför. Ett av dessa lok ( U127 ) har överlevt till idag och är en utställning från Moskvas järnvägsmuseum .