Sammensat damplokomotiv (der er også en variant damplokomotivforbindelse ) - et damplokomotiv, der bruger en maskine, der opererer på et sammensat system (med dobbelt eller mere dampekspansion), som sammenlignet med simple, har højere effektivitet. Siden 1880'erne er sammensatte damplokomotiver blevet masseproduceret til jernbanerne i Europa (Østrig-Ungarn, Storbritannien, Tyskland, Rusland, Frankrig) og USA og senere Oceanien ; i 1890'erne udgjorde de allerede størstedelen af disse landes lokomotivflåde. Disse damplokomotiver havde hovedsageligt to- og firecylindrede maskiner med dobbelt dampekspansion.
På grund af fremkomsten af overhederne , som gjorde det muligt at øge effektiviteten på en billigere måde, stoppede produktionen af damplokomotiver med det sammensatte system næsten fuldstændigt efter 1900, da de opnåede besparelser ved drift på overhedet damp var relativt små og ikke kunne kompensere for dyrere vedligeholdelse og reparationer .
På et klassisk sammensat damplokomotiv kommer damp fra kedlen ind i en højtrykscylinder , hvor der opstår en termisk proces , når dampen øges i volumen (skubbestemplet), mens trykket falder. Der dannes den såkaldte krøllede damp , som derefter kommer ind i lavtrykscylinderen , som har et meget større volumen, hvor ekspansionsprocessen gentages igen. Der bruges således damp to gange, hvilket sammenlignet med konventionelle damplokomotiver er med til at reducere forbruget af damp, og dermed vand og brændstof, per arbejdsenhed.
Forbindelser omfatter alle lokomotiver, der arbejder efter princippet om multipel ekspansion, uanset antallet af cylindre (2, 3 eller 4). De havde overvældende dobbelt dampekspansion; damplokomotiver med tredobbelt ekspansion blev bygget som eksperimentelle prøver og nåede ikke serieproduktion.
De første maskiner med dobbelt ekspansion af damp begyndte at blive brugt på dampskibe , efterfulgt af konstruktion af stationære dampmaskiner med dette system. Med hensyn til damplokomotiver eksisterede ideen om at bruge det sammensatte system på dem allerede i midten af det 19. århundrede, men først fra 1870'erne bevægede designere sig væk fra praktisk erfaring og begyndte at anvende en videnskabelig tilgang, når de designede lokomotiver . Det første sammensatte damplokomotiv blev skabt af ingeniør Anatole Malle i 1876 på Schichau fabrikken.i Elbing ( Preussen ) ved at ændre et simpelt damplokomotiv. På trods af designets kompleksitet tillod brugen af dobbelt ekspansion at reducere dampforbruget med 25%. I Rusland blev det første sammensatte damplokomotiv skabt i 1882, da man på værkstederne i Kiev fra South-Western Railway på initiativ af ingeniør A.P. Borodin lavede et lokomotiv om, som tidligere havde haft en simpel to-cylindret motor. Det ombyggede damplokomotiv blev brugt som stationær installation, og ifølge testresultaterne blev der opnået dampbesparelser på op til 20%, dog viste praktiske tests allerede lavere besparelser, som skyldtes forkert valgte cylinderdiametre.
I begyndelsen af 1880'erne forsøgte designere at finde ud af, hvordan man kunne gøre et damplokomotiv mere kraftfuldt ved at øge drejningsmomentet fra dampmaskinen. Muligheder blev overvejet såsom at øge arealet (og diameteren) af cylindrene eller øge driftsdamptrykket. Men i det første tilfælde er dimensionerne af dampmaskinen begrænset af størrelsen af det rullende materiel , og i det andet træder en sådan egenskab ved vand i kraft, at kogepunktet også stiger med stigende tryk, hvilket igen øger brændstofforbruget. Og på jagt efter en løsning på dette problem blev brugen af dobbelt dampekspansion et rigtigt fund, da det tillod, samtidig med at dimensionerne af dampkedlen bibeholdtes, at øge effekten, på trods af at det optimale arbejdstryk for det var op til 13 atmosfærer. Og brugen af firecylindrede maskiner (for eksempel Mallet-systemet ) gjorde det muligt at øge trækkraften betydeligt, samtidig med at en relativt lille aksial belastning blev bibeholdt. Passagersammensatte lokomotiver, i sammenligning med simple lokomotiver, kunne til gengæld operere ved mindre afskæringer, hvilket gjorde det muligt at øge hastigheden.
Samtidig krævede design af sammensatte damplokomotiver fra designere et dybere studie af termo- og hydrodynamik, hvilket bidrog til udviklingen af den videnskabelige skole for damplokomotivkonstruktion. Den udbredte brug af det sammensatte system gjorde det muligt at studere dets mangler. Først og fremmest krævede damplokomotiver med en to-cylindret motor kompetent kontrol, især når man startede fra et sted under et tog, og ved høje hastigheder var der en urolig bevægelse. Designerne ledte efter en løsning på disse problemer i brugen af tre- og firecylindrede maskiner, hvilket bidrog til fremkomsten af forskellige modifikationer; blandt dem var kompakte versioner af sammensatte maskiner, som gjorde det muligt at bruge to sådanne maskiner på lokomotivet på én gang, placeret på siderne og fungerede som en simpel to-cylindret, men med mere fordelagtige afskæringer.
I slutningen af 1890'erne begyndte man at bruge superheatere på damplokomotiver ; nu blev dampen fra kedlen, der kom ind i overhederen, desuden opvarmet til en højere temperatur, hvilket også øgede dens tryk. En sådan ordning gør det muligt, samtidig med at arbejdstrykket opretholdes, at reducere forbruget af vand og brændstof og på en billigere måde. I denne henseende ophørte produktionen af sammensatte damplokomotiver i en række lande efter 1900 praktisk talt.
Den største ulempe ved sammensatte damplokomotiver er deres dyrere reparation og vedligeholdelse, herunder på grund af mere intensiv slitage af strukturen. Indflydelsen af lokomotivtjenestens funktioner påvirker også. For eksempel fungerer motorer på skibe kontinuerligt i lang tid (op til flere dage) under en ensartet belastning og ved næsten samme indvendige temperatur, hvilket gør det muligt at opnå høje dampbesparelser fra dem. På lokomotiver kører de dog allerede under en ujævn belastning med variabel hastighed og i en bred vifte af omgivende temperaturer. Under sådanne forhold er det umuligt at opretholde den optimale driftsform for sammensatte maskiner, hvilket fører til et fald i deres effektivitet. Som praksis har vist, er det mest rentabelt at drive sammensatte damplokomotiver på en flad profil, mens de i sektioner med en brudt profil (op- og nedstigninger) kan forbruge endnu mere brændstof end simple. Også brændstoføkonomien ved brug af sammensatte maskiner falder markant med en stigning i bevægelseshastigheden og en stigning i damptrykket.
Begyndelsen af brugen af overophedet damp krævede en ændring i maskinteknisk teknologi, fordi overophedet damp har en lavere densitet (mere "flygtig") end mættet damp, hvilket fører til en stigning i lækage, og derfor kræver en reduktion i dimensionstolerancer. Derfor, hvis et sammensat system bruges på en damplokomotivmaskine med overophedet damp (i Rusland blev det foreslået af ingeniør A. O. Chechott ), bliver vedligeholdelsesomkostningerne endnu højere. Også overophedet damp under drift i en sammensat maskine har et mere signifikant fald i indikatornummeret, og derfor er dens besparelser allerede meget mindre og faktisk økonomisk irrationelle.
Cross-compound-maskinen har to cylindre, med højtrykscylinderen (lille) på den ene side af vognen og lavtrykscylinderen (stor) på den anden. I denne ordning går damp fra en cylinder til en anden langs modtagerrøret gennem hele lokomotivet, som det har fået sit navn for; for at reducere varmetabet er det ikke ualmindeligt, at modtageren passerer gennem en røgkasse . Denne ordning blev første gang brugt på damplokomotiver af ingeniøren Malle i 1876 og er en klassiker, der er blevet udbredt. Imidlertid har krydsforbindelsen en meget alvorlig ulempe - hvis stemplet på den lille cylinder er i et dødpunkt , vil lokomotivet ikke være i stand til at køre. For at forhindre dette bruges specielle enheder, der leverer damp fra kedlen til en stor cylinder; også disse enheder kan bruges på tunge løft, når en forøgelse af trækkraften er påkrævet. Disse enheder har et andet design, men generelt kan de opdeles i to store grupper:
En anden ulempe ved to-cylindrede lokomotiver var den manglende evne til at modstå den fulde fyldning af den store cylinder i hele området af hjulhastigheder, hvilket forårsagede en urolig kørsel ved høje hastigheder, hvilket bidrog til fremkomsten af 3 og 4-cylindrede motorer.
Ingeniøren Anatole Malle allerede nævnt ovenfor (i russisk litteratur fejlagtigt - Mallet ) efter resultaterne af test af en to-cylindret forbindelse, foreslog ideen om en fire-cylindret maskine på et damplokomotiv med et separat drev, når høj -trykcylindre bruges til at drive en gruppe hjul, og lavtrykscylindre - den anden gruppe. I dette tilfælde var der to muligheder: begge grupper af hjul er i den samme stive ramme, eller den forreste gruppe af hjul er på en drejelig vogn, mens lavtrykscylindre tjener som drivkraft for det, hvilket gør det lettere at arbejde med damprørledninger ; den første mulighed blev aldrig implementeret i metal, i modsætning til den anden. De første damplokomotiver af Malle-systemet blev bygget af Decauville Company i 1889 og var beregnet til at køre på 600 mm sporvidde jernbanen på Paris World's Fair . Systemet viste sig at være ret populært først i Schweiz og derefter i Rusland (serie І og Ѳ ) og USA; det gjorde det muligt at skabe damplokomotiver med høj trækkraft, og samtidig velegnet til drift på spor med svag overbygning. Senere blev den "simple Malle"-ordning med simple dampmaskiner udbredt i USA; det omfatter også verdens største serielle damplokomotiver - Challenger og Big Boy .
De største ulemper ved de sammensatte lokomotiver i Malle-systemet var de samme som ved andre ledlokomotiver - dyrere reparationer sammenlignet med enmotorede lokomotiver. Men generelt var deres design så vellykket, at de fortsatte med at blive bygget længere end andre sammensatte lokomotiver; for eksempel udgivelsen af den russiske serie Ѳh
tiltype 0-3-0+0-3-0 blev først færdig i 1924.
I 1889 modtog den amerikanske ingeniør Samuel Vauquelin (leder af Baldwin Locomotive Works ) et patent på en maskine, hvor høj- og lavtrykscylindrene var placeret over hinanden og overførte drejningsmoment til en fælles skyder og styret af en fælles dampfordelingsmekanisme . ved hjælp af en enkelt spole af komplekst design. Maskinen i Vauquelin-systemet viste sig at være kompakt nok til, at det var muligt at installere to sådanne maskiner på et damplokomotiv, en på hver side, som fungerede som cylindre på en simpel to-cylindret, hvilket gjorde dem nemmere at styre. Systemet viste sig at være ret progressivt for sin tid, og dets forfatter modtog flere priser. Baldwin-fabrikken byggede lokomotiver med en sådan maskine ikke kun til amerikanske veje, men også til europæiske (herunder Rusland), australske og New Zealand, og i 1900 drev 140 operatører sammensatte lokomotiver med Vauquelin-systemet.
Men under driftsforhold viste denne maskine en så betydelig ulempe som en hyppigere reparation af glidestyrene på grund af ujævnt slid. Efter 1900 blev produktionen af sammensatte lokomotiver af Vauquelin-systemet indstillet, og mange af de tidligere byggede blev omdannet til simple.
I 1880'erne var der mangel på høj-kalorisk kul i Frankrig, som hovedsageligt blev importeret, hvilket krævede, at damplokomotivdesignere ledte efter en løsning i brugen af sammensatte maskiner. Derefter ingeniøren Alfred de Glehn, der arbejdede for Société Alsacienne de Constructions Mécaniques, foreslog ideen om en firecylindret maskine med et separat drev, men i modsætning til Webb-systemet var de små cylindre placeret inde i rammen, mens de store var udenfor. I 1885, bestilt af Gaston de Busquet(leder af lokomotivafdelingen i Chemins de fer du Nord) blev der bygget en prototype af Nord 701 type 1-1-1-1, hvor højtrykscylindre drev den forreste drivaksel, og lavtrykscylindre drev den bagerste. I 1891 var der allerede bygget to damplokomotiver Nord 2.121 og 2.122, også med ubeslægtede bevægelige aksler, men efter anmodning fra de Busquet var de små cylindre nu placeret udenfor, og de store indeni; drift viste, at denne version af arrangementet af cylindrene viste sig at være værre sammenlignet med prototypen.
Gaston de Busquet spillede en væsentlig rolle i udviklingen af de Glehns system, herunder raffinering af driv- og dampfordelingsmekanismerne for de indvendige cylindre for lettere adgang, og dermed reducere vedligeholdelsestiden. Damplokomotiver med en de Glehn-maskine sparede, sammenlignet med simple, op til en tredjedel af dampen og fungerede meget godt på franske jernbaner, selvom de var svære at styre og tog længere tid at reparere. Et sådant system blev også udbredt på jernbanerne i England, Belgien, Tyskland og New Zealand, men senere på nogle damplokomotiver (primært newzealandske), blev den sammensatte maskine erstattet med en simpel to-cylindret. Af de amerikanske jernbaner var det kun Pennsylvania Railroad , der bestilte et prototype 2-2-1 lokomotiv.
I det russiske imperium producerede Lokomotivfabrikken i Kharkov i 1907-1910 8 halvtanks damplokomotiver af typen 2-3-1 af Ъ x -serien , hvor alle fire cylindre blev brugt til at drive den forreste drivaksel. Også i 1906-1912 byggede Kolomna- værket 62 type 2-3-0 damplokomotiver af U-serien , hvor højtrykscylindrene ikke var placeret inde, men udenfor. Et af disse lokomotiver ( U127 ) har overlevet til i dag og er en udstilling fra Moskvas jernbanemuseum .