Всего за 259.9 руб. Купить полную версию
Принцип действия пневматических локомотивов впоследствии был положен в основу компрессорной передачи тепловозов. Поэтому пневмолокомотивы можно с полным правом считать предшественниками компрессорных тепловозов и тепловозов с непосредственным приводом, разгоняющихся сжатым воздухом.
При использовании на локомотивах сжатого воздуха в качестве рабочего тела возникает ряд проблем. Сжатый воздух имеет низкую энергетическую плотность. С учётом возможности нагрева воздуха его энергетическая плотность при давлении 300 ат7 не превышает 30 кВтч/м
3
Большим преимуществом пневматических локомотивов, правда, редко используемым на практике, является обратимость пневмодвигателя, возможность перевода его в компрессорный режим и, тем самым, осуществление рекуперации энергии торможения, что в энергетическом смысле аналогично применению рекуперативного торможения на электровозах.
1.2. Зарубежные пневмолокомотивы
Пневмолокомотивы Андро и дю Мотай. Первое фактически осуществлённое пневматическое рельсовое транспортное средство было построено М. Антуаном Андро и Тесси дю Мотай (полное имя Киприен-Мари Тесси дю Мотай) в 1839 г. на заводе Chaillot в Париже, Франция, и испытано в 1840 г. Давление в запасающих баллонах составляло 17 ат, а давление двигателя – 3 ат, что предполагает использование редукционного клапана.
В 1844 г. М. Андро построил локомотив 1-1-1 массой 5 т с одним клёпаным воздушным резервуаром, вмещавшим 3 м
3
Из патента 1841 г. мы узнаём, что Андро и Тесси дю Мотай основались на улице Шаброль, 35 в Париже; эта дорога до сих пор существует и лежит к юго-западу от Гар дю Нор, где заканчивается маршрут тоннельных поездов из Великобритании. Предполагается, что приведённая иллюстрация локомотива Андро относится к этой машине.
Пневмолокомотив Андро. 1844 г. Изображение из Энциклопедии
католиков, Parent-Desbarres, 1845.
Ёмкость резервуара составляла от 8 до 10 м3 при давлении до 20 ат. Похоже, что цилиндры были внутри рам сзади и действовали на среднюю ось. Энциклопедия утверждает, что локомотив был «двойного действия»; это может означать или что цилиндры были двойного действия, или что использовалось компаундное расширение. Вероятно, это было сделано впервые; если компаундное расширение действительно использовалось, то оно было применено на 50 лет раньше Ходжеса и Портера (см. ниже).
Пневматический локомотив Парси. В 1839 г. Артур Парси получил английский патент (№8,093) на локомотив, приводимый в движение сжатым воздухом. После им было получено ещё два английских патента: в 1844 г. и 1854 г. (№88). Он также получил американский патент (№5,205) в 1847 г.
Пневматический локомотив Парси. 1847 г. Рисунок с сайта «The Self Site: Unusual Steam Locomotives».
Резервуар A заполнялся воздухом, «сжатым до такой степени, как это было совместимо с безопасностью», который питал камеру ресивера D, давление в двигателе поддерживалось автоматическим редукционным клапаном C, через который воздух по трубам подавался в шпилевидный вертикальный двигатель двойного действия B. Использование ресивера пониженного давления между основным (запасающим) резервуаром и двигателем вначале было характерно для многих подобных устройств. Парси планировал использовать давление в основном резервуаре от 70 до 140 ат при давлении в двигателе 4,2 ат. Клапан F служил для зарядки воздухом, а G являлся предохранительным клапаном. Двигатель имел два цилиндра, чтобы предотвратить проблемы с мёртвой точкой. Локомотив предназначен для работ на угольных шахтах, где отсутствие дыма и огня было бы большим преимуществом. Изображение взято из американского патента.
Современная иллюстрация локомотива на сжатом воздухе
Парси. Рисунок с сайта «The Self Site: Unusual Steam Locomotives».
Локомотив является точным представлением модели, показанной ниже. Йоркский железнодорожный музей уверенно заявляет, что полномасштабная версия не была построена. Эта сцена является воображаемой, и, конечно, не показывает работу в угольной шахте. Это изображение появилось в « Иллюстрированных лондонских новостях» за 28 февраля 1846 г., стр. 140, во главе статьи, озаглавленной «Пневматический двигатель Парси», в которой было заявлено про утверждение Парси, что максимальная скорость может варьироваться от 20 до 100 миль в час (32 ÷ 160 км/ч) за счёт изменения давления в ресивере, и что заряда воздуха будет хватать локомотиву на протяжении 50 миль (80 км) при движении 40-тонного поезда. Зарядные станции должны были устанавливаться каждые 30 миль (около 50 км).
Модель пневмолокомотива Парси. Эта модель находится
в Йоркском железнодорожном музее в Англии. Фото с сайта «The Self Site: Unusual Steam Locomotives».
По словам сотрудников музея, модель была построена в 1845 г. для демонстрации патентов Парси 1839 и 1844 гг., а позднее была представлена директорам Большой западной железной дороги покойным сэром Джеймсом Кейрдом Бт. Он был судовладельцем, поэтому непонятно, как она к нему попала. Маленький зелёный цилиндр непосредственно над центральной осью является одним из паровых цилиндров. Большой зелёный цилиндр справа от него – приёмник воздуха после того, как он снизился до рабочего давления двигателя. Поверх него находится маховик и винт, который устанавливал давление в редукционном клапане. Между колёсами нет спаривания, и оно невозможно, поскольку колёса имеют разные диаметры, поэтому ведущей является только средняя ось. Это, вероятно, приводило бы к проскальзыванию колёс, если бы была построена полноразмерная версия.
Двигатель пневматического локомотива Парси. 1846 г. Рисунок с сайта «The Self Site: Unusual Steam Locomotives».
Этот рисунок взят из вышеприведённого художественного цикла иллюстрированных лондонских новостей. Несмотря на плохое качество он достаточно информативен. Два запасающих резервуара А, по-видимому, постоянно соединены друг с другом через трубу OCK. Ресивер находится на E, а редукционный клапан на G. Два цилиндра двигателя находятся на K.
Американский патент содержит вызывающий сильное недоумение второй раздел, согласно которому пневмолокомотив снабжён средствами для подачи воздуха обратно в ресивер после его использования в двигателе. Парси говорил: «Я предлагаю при некоторых обстоятельствах вместо того, чтобы позволять его выпускать8, как пар двигателя высокого давления, возвращать сжатый воздух в ресивер А после того, как он воздействует на поршень». Видимо, он имел в виду резервуар A (то есть основной резервуар-хранилище), так как ресивер помечен буквой D, что означает, что давление использованного воздуха должно быть поднято до 70 ат или около того; эта путаница с терминами подрывает доверие к мистеру Парси. А что значит «некоторые обстоятельства»?
Теперь, если эта накачка относится к рекуперативному торможению, это было бы впечатляюще; но это не так, и это вызывает опасение, что предполагается какой-то вечный двигатель. Фактически Парси предполагал, что накачка может производиться вручную (что совершенно непрактично), но он предпочитает «использовать небольшой паровой двигатель» для выполнения этой задачи. Поэтому в простой пневматический локомотив теперь добавились паровой котёл, резервуары для воды, хранилище для угля и так далее. Это неразумно и показывает, что мистер Парси был не очень практичным человеком.
В 1846 году модель Парси была выставлена в офисе компании по производству сжатого воздуха Parsey, №5 Pall Mall East, где её видел Уильям Уильямс с Риджент-сквер в Лондоне. Он не был впечатлён. Он чувствовал, что «… высокая похвала и покровительство, которые были возложены на изобретение» были незаслуженными, поскольку упускались из виду потери мощности в редукционном клапане. Он согласился с тем, что редукционный клапан забирал небольшое количество воздуха при высоком давлении и давал больший объём при более низком давлении, но убедил себя, что есть скрытые потери, которые приведут к уменьшению радиуса действия локомотива до одной или двух миль. Мысли Уильямса были опубликованы в журнале «Mechanics Magazine», т. 44, стр. 200, сб. 14 марта 1846 г., №1179. Другим критиком был некто «A W», который считал предложение Парси чем-то вроде «пузыря», то есть весьма умозрительным и, возможно, неправильным. Похоже, он ещё меньше вникает в ситуацию, чем мистер Уильямс, полагая, что падение давления в редукционном клапане представляет собой мощность, которая будет полностью потеряна. Он заключает: «Я не могу не добавить, что 1000 фунтов на квадратный дюйм – опасное давление для такого применения. Проектировщики утверждают, что воздух обладает всей экспансивной мощностью пара; это совершенно верно, но также верно и то, что он одинаково опасен». Это кажется справедливым комментарием, если Парси намеревался использовать медные сосуды при 70 ат. На стр. 221 этого номера журнала «Mechanics Magazine» некий ещё менее осведомлённый «J M» ошибочно написал о потерях в редукторе. Ни один из корреспондентов не упомянул о вполне реальном источнике неэффективности всего процесса – потерях при сжатии воздуха, в первую очередь.