【科普】法国巴黎-里昂-地中海铁路公司高低三压锅炉蒸汽机车尝试——5-241 B 1号蒸汽机车

2023-06-13 17:23:54

文章作者：Forever Changzhensky（AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵称：宁柳跨越）提示法国东方铁路公司在本文均简称“EST”⑴，法国北

文章作者：Forever Changzhensky（AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵称：宁柳跨越）

提示

法国东方铁路公司在本文均简称“EST”⑴，法国北方铁路公司简称“NORD”⑵，法国西部国家铁路管理局简称“ETAT”⑶，巴黎-里昂-地中海铁路公司简称“PLM”⑷，法国国家铁路公司简称“SNCF”⑸，德意志国铁路简称“DRG”，德国国家铁路简称“DR”；法国机械制造公司简称“SFCM”⑹，法国奥梅库尔海洋钢铁和锻造公司简称“FAMH”，法国阿尔萨斯机械制造公司简称“SACM”，瑞士温特图尔机车和机器制造厂简称“SLM”。
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参考

241 n° A 1 à 145 du PLM
241 n° B 1 du PLM
241 n° C 1 du PLM
241 n° D 17, 18, 19, 20, 25, 51, 66, 119, 138, 141 du PLM
Développement des 241-P d'après le prototype 241-C-1
MikeMorant with Keywords: 241d18, plm
Présentation & Gallerie Photo de locomotives du P.L.M.
[Doc] La Série 241 P (2)
French High-Pressure Locomotives.

概述

241 B 1号蒸汽机车是PLM于1930年从德国Henschel & Sohn公司采购的1台4-8-2“山岳”轮式蒸汽机车。这台机车的特别之处在于配备了超高压水管锅炉、高压烟管锅炉和低压烟管锅炉各1个。

241 B 1号机车及各部件位置图

研制背景

1900年，NORD从SACM订购了2台采用“大西洋”4-4-2轮式的煤水车式蒸汽机车——2.641号和2.642号机车。鉴于其出色的性能，Nord决定订购另外33台机车——2.643号~2.675号机车。然而随着旅客列车编组的增加，这些未来被SNCF定型为2-221 A型的蒸汽机车已难以应对。NORD设计师Gaston Du Bousquet奉命设计采用4-6-4轮式的新型蒸汽机车——3.1101号和3.1102号。

3.1102号机车

不过，这2台机车的锅炉有所不同——3.1101号机车采用传统的烟管锅炉，在火箱燃烧产生的热量通过大小烟管，将水加热并最终产生蒸汽；而3.1102号机车则采用水管锅炉，煤在火箱燃烧，将水管中的水加热产生蒸汽，而水和蒸汽在管内流动。

尽管Gaston Du Bousquet在1910年机车研制期间因病去世，但巴黎-拉夏贝尔机务段于1911年制造了这2台机车，但这些机车的改进工作就此中止。1913年，3.1102号机车的水管锅炉被传统的烟管锅炉取代。

5-231 E 67号机车（原6167号机车→231 A 67号机车）

在NORD研制出3.1101号和3.1102号机车的同时，PLM于1909年在自家的巴黎工场制造了1台使用饱和式双汽缸和给水过热器的6101号机车（未来的5-231 E 1号机车），以及1台使用复合式四汽缸的6001号机车（未来的5-231 C 1号机车）。此后，PLM开始采购“太平洋”，用于牵引旅客列车。

1913年~1914年间，SFCM向PLM交付12台2-8-2“天皇”轮式的1001号~1012号机车（未来的5-141 A 1号~5-141 A 12号机车）。这12台机车实际上直到1922年被PLM用于牵引重型旅客列车。

第一次世界大战结束后，EST工程师Émile Duchâtel研究4-8-2“山岳”轮式蒸汽机车，设计出可在115 km/h的速度时牵引700 t旅客列车的241-001号机车。241-001号机车由EST埃佩尔奈车间制造，并于1925年1月17日交付巴黎-拉维莱特机务段。在对241-001号机车运用中发现的缺陷进行消除后，EST和ETAT分别采购40台和49台“山岳”。

3-241 A 6号机车（原241-006号机车）

1925年，PLM从法国Schneider et Cie公司采购了第1台241 A型机车——241 A 1号机车。此后PLM于1926年~1931年从Schneider et Cie和FAMH采购144台241 A型机车。

5-241 A 4号机车（原241 A 4号机车，摄于1938年9月）

锅炉设计

241 B 1号机车锅炉采用Wilhelm Schmidt⑺式设计，即配备了超高压水管锅炉、高压烟管锅炉和低压烟管锅炉各1个。

241 B 1号机车锅炉工作流程略图

超高压水管锅炉：压力为110 kgf/cm²，采用“闭合回路”运行，蒸汽发生管与回水管垂直，上接上歧管，下接下歧管。超高压水管锅炉利用火箱燃烧产生的热量，在上歧管产生超高压蒸汽，传输到高压烟管锅炉，并将热量传到高压烟管锅炉里的水，然后由气态返回液态，返回位于车架的下歧管，并再次开始相同的循环。因此，蒸馏水在超高压水管锅炉闭合回路中循环运动。
高压烟管锅炉：压力为60 kgf/cm²，放置在超高压水管锅炉上方，接收来自它的超高压蒸汽，形成的高压蒸汽在通过放置在低压烟管锅炉下边的高压过热器后，送到高压汽缸。
低压烟管锅炉：压力为14 kgf/cm²，与普通机车相同。在低压锅炉中产生的低压蒸汽，在通过放置在低压锅炉上边的低压过热器过热后，在2个混合器中与高压蒸汽混合，送到低压汽缸。

241 B 1号机车超高压水管锅炉水循环示意图

低压汽缸的排汽和来自煤水车水箱的水，经由给水加热器加热后，送至低压烟管锅炉；而低压烟管锅炉内的部分水，经由高压进料泵加压后，送至高压烟管锅炉；至于在超高压水管锅炉闭合回路中循环的水，为蒸馏水，以避免管路结垢。

锅炉压力的增加，使得机车节省了20% 的煤炭，火箱炉排面积从5 m²减少到3.89 m²。

技术数据表

241 A 1号和241 B 1号蒸汽机车技术数据表

测试

241 B 1号机车于1930年6月交付PLM。经过轻微调试后，它于1931年6月与241 A型机车一道担当拉罗什-米热讷—第戎区段的快速旅客列车的交路。

不过PLM在机车运行中，发现尽管机车锅炉布置有安全阀，但超高压水管锅炉内部压力可能超过110 kgf/cm²，与Henschel & Sohn的预测相反；而司机必须始终将注意力集中在压力表上，并在必要时开启超高压水管锅炉安全阀或高压烟管锅炉安全阀，以避免过度鸣响。

1931年7月~8月的测试运行表明，241 B 1号机车至少与241 A型机车一样强大，并且在以相同速度、相同负载下，前者消耗的燃料少20%。

拉罗什-米热讷机务段内的241 B 1号机车，摄于1933年

身后

尽管消耗的煤炭比241 A型机车少20%，但锅炉的复杂性，使得241 B 1号机车最终于1936年退役，旋即被拆毁。然而在同年，PLM于3月9日向Schneider et Cie订购了1台蒸汽轮机机车；而NORD或许受241 B 1号机车的启发，重提水箱锅炉蒸汽机车，于同一天向SACM、Schneider et Cie公司、Fives-Lille公司以及SLM共计4家机车制造商订购了1台高低双压锅炉蒸汽机车。