القاطرات البخارية هي قاطرات تعمل بالبخار. تم استخدام القاطرات البخارية من منتصف القرن التاسع عشر إلى منتصف القرن العشرين.
بدأت الجرارات تجرها الخيول في العربة ، والتي بدأ استخدامها في ألمانيا في منتصف القرن السادس عشر. مع اختراع آلة البخار في أوائل القرن الثامن عشر ، بدأت هذه الطرق تتحول إلى سكك حديدية ، وتم تصنيع قاطرة البخار الأولى في عام 1500 بواسطة ريتشارد تريفيثيك وأندرو فيفيان في إنجلترا. عملت القاطرة في ويلز على خط ترام "بينيدارين" (ميرثير تيدفيل) ، وهو قريب من حجم السكك الحديدية. في الفترة التالية ، تم بناء قاطرة ثنائية الاسطوانة بواسطة ماثيو موراي في عام 1700 لمشغل سكة حديد فاجونيولو ميدلتون.
أدت هذه التطورات في المملكة المتحدة إلى تسريع بدء الولايات المتحدة ، وبدأ توم تومب ، أول قاطرة بخارية أمريكية تعمل على سكة حديد بالتيمور - أوهايو في عام 1829 ، في العمل على هذا الخط. أفضل صديق لتشارلستون كان أول قاطرة ناجحة للسكك الحديدية.
تطور
في السنوات الـ 25 التي تلت بناء قاطرة تريفيتيك ، تم استخدام عدد محدود من القاطرات البخارية بنجاح في السكك الحديدية الحاملة للفحم. في نهاية الحروب النابليونية ، كان لهذا الارتفاع في أسعار الأعلاف تأثير كبير. نظرًا لأن طرق Ievha المصنوعة من الحديد الزهر لم تكن قوية بما يكفي لسحب وزن قاطرة البخار ، فقد تم استبدال هذه الطرق بقسم "L" حيث تم استبدال عجلات العربة بقضبان ذات سطح مستو وعجلات ذات حواف.
أسطوانة
قام جورج ستيفنسون ، مستفيدًا من خبرة مصمميه السابقين عام 1814 ، بجعل القاطرات ذات السطح المسطح تتحرك على القضبان. في جميع القاطرات السابقة تقريبًا ، تم وضع الأسطوانات بشكل عمودي وتم غمرها جزئيًا في المرجل. في عام 1815 ، حصل ستيفنسون ولوش على براءة اختراع لفكرة نقل عجلات الدفع الرئيسية مباشرة من الأسطوانات عبر السواعد الأمامية بدلاً من نقل قوة الدفع من المكبس إلى عجلة القيادة الرئيسية. تسبب الجهاز ، الذي ينقل قوة الدفع بعجلات التروس ، في حركة متشنجة ، خاصة عندما ظهر البلى على أسنان كبيرة. الآلية ، التي تنقل الطاقة مباشرة من الاسطوانة ، أعطت المصممين درجة أكبر من الحرية لأنها أصغر حجما.
المراجل
وقد تحولت الغلايات القاطرة أيضًا إلى شكل أنبوبي عندما كانت في شكل أنابيب هزيلة ، ثم إلى شكل أنبوبي حيث تتعايش العديد من الأنابيب ، وبالتالي توفير سطح تسخين أوسع. في هذا الشكل الأخير ، تم إرفاق سلسلة من الأنابيب بلوحة مماثلة ، تم العثور عليها على الجانب حيث تم حرق الموقد. يتسبب بخار العادم من الأسطوانات في انفجار أثناء مروره عبر الأنابيب ويذهب من نهاية الدخان إلى المدخنة ، مما يبقي النار على قيد الحياة أثناء تحرك القاطرة. بينما كانت قاطرة تقف في مكانها ، تم استخدام عقدة. هنري بوث ، محاسب شركة ليفربول ومانشستر ، حصل على براءة اختراع في عام 1827 ، وهو حادث أكثر تقدمًا متعدد الأنابيب. استخدم ستيفنسون أيضًا الاختراع الحالي على قاطرته المسماة Rocket (ولكن كان عليه أولاً إجراء تجارب طويلة جدًا لمنع حلقات الاتصال على الألواح الطرفية التي تم توصيل الأنابيب النحاسية بها ، وليس التسرب).
بعد عام 1830 ، اتخذت قاطرة البخار الشكل المعروف اليوم. تم وضع الأسطوانات إما أفقيًا أو مائلًا قليلاً في النهاية حيث خرج الدخان ، وإذا كان مكان رجل الإطفاء موجودًا في النهاية حيث تم حرق الموقد.
الشاسيه
مع خروج البكرات والمحاور من الاتصال بالغلاية أو وضعها مباشرة تحت الغلاية ، كان هناك حاجة إلى إطار لتثبيت الأجزاء المختلفة معًا. سرعان ما تم تنفيذ إطار القضيب ، المستخدم لأول مرة في القاطرات البريطانية ، في الولايات المتحدة الأمريكية وانتقل من الحديد المطاوع إلى الصلب المصبوب. تم تركيب البكرات خارج الإطار. في إنجلترا ، تم استبدال إطار الشريط بإطار لوحة. في هذا ، توجد الأسطوانات داخل الإطار ، وهناك تعليق نابض (حلزوني أو على شكل ورقة) للإطارات ، ومحامل المحور (محامل مزيتة) لعقد المحاور.
مع إدخال الفولاذ في صناعة الغلاية بعد عام 1860 ، كان من الممكن العمل عند ضغوط أعلى. في نهاية القرن التاسع عشر ، انتشر الضغط البالغ 19 بارًا في القاطرات. إذا كان المركب قاطرات ، فقد بدأ استخدام ضغط 12 بار. زاد هذا الضغط إلى 3,8 بار في هذا العصر. في عام 17,2 ، تم تصنيع أسطوانات القاطرات السريعة بقطر 1890 سم وسكتة 51 سم. في وقت لاحق ، في دول مثل الولايات المتحدة الأمريكية ، زاد قطر الأسطوانة إلى 66 سم وبدأت كل من القاطرات والعربات في التزايد.
في القاطرات الأولى ، كانت هناك مضخات تعمل بمحور. ومع ذلك ، عملت هذه فقط أثناء تشغيل المحرك. تم العثور على الحاقن في عام 1859. يتم رش البخار (أو بخار العادم اللاحق) من المرجل من خلال فوهة خشنة مخروطية الشكل (الناشر) ، مما يملأ الماء في المرجل عند ضغط أعلى. أبقى "صمام الفحص" (صمام أحادي الاتجاه) البخار داخل المرجل. تم أخذ البخار الجاف إما من أعلى المرجل وجمعه في أنبوب مثقب أو من نقطة في الجزء العلوي من المرجل وجمعه في قطرات البخار. تم بعد ذلك نقل هذا البخار الجاف إلى منظم وسيطر المنظم على توزيع البخار الجاف. كان أهم تطور في قاطرات البخار هو إدخال ارتفاع درجة الحرارة.
تم اختراع الأنبوب المنحني ، الذي ينقل البخار عبر أنبوب غاز إلى الفرن ثم إلى المجمع في الطرف الأمامي للغلاية ، بواسطة Wilhelm Schmidt واستخدمه مهندسون آخرون. واتضح على الفور التوفير في الوقود ، وخاصة الماء. على سبيل المثال ، تم إنتاج البخار "المشبع" عند ضغط 12 بار ودرجة حرارة 188 درجة مئوية ؛ تمدد هذا البخار بسرعة في الأسطوانات ، حيث تم تسخينه إلى 93 درجة مئوية أخرى. وهكذا ، في القرن العشرين ، كانت القاطرات قادرة على العمل بسرعات عالية حتى مع فترات انقطاع قصيرة تبلغ 20٪. ساهمت التطورات مثل العجلات الفولاذية وبطانات الغلايات المصنوعة من الألياف الزجاجية وصمامات المكبس الطويلة وممرات البخار المباشرة والتسخين الفائق في المرحلة الأخيرة من تطبيق القاطرة البخارية.
كما تم استخدام البخار من المرجل لأغراض أخرى. لزيادة الجر ، بدلًا من السكب ، بدأ استخدام "السفع الرملي" بالبخار ، مما زاد من قوة الاحتكاك في عام 1887. تم تشغيل الفرامل الرئيسية إما عن طريق فراغ من الجهاز أو عن طريق الهواء المضغوط الذي تم توفيره بواسطة مضخة بخار. بالإضافة إلى ذلك ، تم توفير التسخين بالبخار الذي تم نقله إلى العربات بواسطة الأنابيب وتم الحصول على الضوء الكهربائي من دينامو البخار (المولد).
كن أول من يعلق