이중 굴뚝

이중 굴뚝(또는 이중 스택, 미국식 영어로는 이중 굴뚝)은 증기 기관차용 굴뚝의 일종으로, 그 아래 송풍관과 함께 전통적인 단일 개구부가 중복된다.내부 개구부는 두 개의 원을 이루지만, 외관은 하나의 길쭉한 타원형으로 되어 있다.

목적

증기 기관차의 고전적인 배기 설계는 해크워스가 높은 굴뚝 안에 중앙에 위치한 송풍관을 발명하면서 시작되었다.빅토리아 시대의 발전은 굴뚝의 높이를 감소시켰고, 따라서 자연적인 가뭄은 더 이상 중요하지 않았다.당시 표준 디자인은 원형 드럼통 연막이었는데, 단일 송풍관 노즐이 굴뚝으로 이어져 그 아래에 불꽃이 튀는 페티코트 파이프가 있었다.퍼듀 대학의 W.F.M. 고스, 후에 스윈던의 S.O. 엘과 같은 이론가들의 연구로부터, 각각의 기관차 작업에서 지침이 개발되어, 이것들이 어떻게 비례해야 하는지를 기술하였다.^[1][2]

각 보일러의 증기를 끌어올리기 위해서는 굴뚝과 송풍관의 특정 직경이 필요하며, 송풍관에서 굴뚝까지의 원뿔형 테이퍼도 너무 가파르게 만들 수 없다는 점이 모두 인정되었다.보일러가 강력해지면서, 보일러의 크기가 증가함에 따라 적재 게이지 내에서 사용 가능한 간극 높이가 제한되는 것처럼 굴뚝 직경이 더 커져야 할 뿐만 아니라 굴뚝 최소 높이도 더 길어지고 있었다.최소 24인치의 굴뚝 높이는^[i] 작동 가능한 최소 높이로 간주되었다.^[1]1930년대까지, 그러한 높이를 제공하는 것은 점점 더 어려워졌고 다른 해결책들이 모색되었다.

이 한계에 대한 해결책은 이중 굴뚝을 채택하는 것이었다.이는 공기 흐름을 위한 적절한 단면적을 허용하면서 각 단면의 직경을 줄이고 따라서 허용 가능한 완만한 테이퍼에 필요한 최소 높이를 줄였다.^[3][ii]

킬차프 블라스트피프스

동시 개발은 핀란드 엔지니어 쿄스티 킬로엘레에의 킬로엘레 스프레더와 프랑스 엔지니어 안드레 샤플론이 추가한 플루 초크 튜브를 결합한 Kylchap 송풍관이었다.이것은 송풍관 영역을 네 개의 작은 노즐로 나누고, 세 개의 쌓인 환풍구에 걸쳐 수직적인 드래프트 유도를 했다.전체 송풍관 면적은 일정하게 유지되었지만, 그 둘레, 즉 배기 가스와 혼합할 수 있는 면적은 두 배가 되었다.추가 펫티코트도 드레이트를 유도하는 데 있어 폭발의 효과를 개선했다.

이중 굴뚝이나 Kylchap 송풍관 중 어느 한쪽이 다른 쪽에게 의존할 이유는 없지만, 양쪽 모두에 대한 관심은 대체로 동시적이어서 둘 다 함께 설치되는 경우가 많았다.

단점들

이바트급 4MT 2-6-0 중 처음 50대는 이중 굴뚝으로 지어졌다.그러나 이것들은 성능이 좋지 않았고, 기선이 형편없다는 평을 받았다.럭비의 정적 시험장에서의 연구는 이중 굴뚝에 이점이 없고 또한 처음에 설계가 잘못되었다는 것을 발견했다.굴뚝 1개로 수정하고 연막의 가스 유량을 개선했을 때, 그들의 증기율은 이중 굴뚝이 있는 시간당 9,000lb에서 단일 굴뚝이 있는 시간당 17,000lb/h로 증가되었다. 비록 이것이 불그레이트 크기에 의해 제한되는 이론적 제한치인 19,000lb/hour에 여전히 미치지 못하더라도 말이다.^[4]

사소한 단점은 운전자의 시야에서 외부 연기를 들어올리기 위한 '서까운' 배기 가스가 될 수 있다.1950년대 후반 LNER A3 클래스에 이중 굴뚝이 설치되었을 때, 그들은 연기가 택시에서 시야를 가리는 문제를 겪었다.^[iii]이에 대한 해결책은 독일식 패턴의 작은 위트형 연기 디플렉터에 맞추는 것이었다.

주목할 만한 설비

적어도 영국에서, 많은 이중 굴뚝 설치는 새로운 건축물이 아니라 1930년대에 실험적인 전환으로 수행되었다.

엘너 A4

LNER의 CME인 Nigel Gresley는 프랑스의 기관차 관행을 예리하게 따르는 사람이었는데, 특히 마르크 드 카소의 안드레 샤플론과 노르드 '슈퍼퍼시픽스'의 작품이었다[fr].그레슬리가 자신의 A3s의 후계자로 P2 클래스를 설계할 때, 그는 이 프랑스 작품을 고려했고 또한 Kylchap blastpipes가 달린 이중 굴뚝을 사용하기도 했다.^[iv]두 개의 P2가 초기에 건설되었는데, 2001년 Cock O' The North 그리고 2002년 Marischal, 둘 다 1934년에 만들어졌다.또한 프랑스의 관행에 따라 2001년에는 포핏 밸브로 건설되었으며, 비교를 위해 2002년에는 기존의 피스톤 밸브를 유지하였다.운전자의 시야를 가리는 연기로 인한 문제를 피하기 위해, 두 가지 모두 1만년 동안 사용되었던 것처럼 연막 상자와 그 상단의 날개 판을 쐐기로 만들었다.포핏 밸브가 장착된 2001의 더 날카로운 배기량으로, 이것은 성공적이었고, 연기가 택시 창문에서 떨어져 위로 투사되었다.그러나 2002년에는 기존 날개 판과 평행하게 약 18인치 간격으로 추가적인 매연 디플렉터로 재구축되기 전까지는 배기 가스가 부드러워 문제가 있었다.두 기관차는 모두 성공한 것으로 간주되었지만, 2002년에는 밸브실 내의 작은 체적까지 내려 놓으면서 효율성에 대한 우위를 점하고 있었다.^[v]P2 등급의 추가 구성원이 건설되었을 때, 피스톤 밸브와 여분의 매연 디플렉터를 가지고 2002년에 뒤따랐다.^[5]

A4 등급 중 첫 번째 등급은 굴뚝 하나와 송풍관으로 되돌아갔다.그들은 흡입구와 배기가스 측면 모두에서 일반적으로 가스 흐름에 가장 큰 관심을 가졌다.P2가 있으면, 불을 끄기에 충분할 만큼 긴 컷오프에서 열심히 일할 때, 과도한 가뭄이 발생하는 경향이 있었다.이를 피하기 위해 A4는 송풍관에 '점퍼톱'을 사용했는데, 이는 강한 송풍제트의 영향으로 솟아오른 느슨한 링으로 노즐의 유효 지름을 증가시켜 송풍 효과를 줄였다.이 장치는 이중 굴뚝에도, 킬랄라 송풍관에도 적용할 수 없었지만, 그것이 단일 송풍관을 단순화한 유일한 이유인지는 확실하지 않다.^[6]

4468 Mallard 28th of A4s는 이중 굴뚝과 Kylchap breastpipes로 1938년에 건설되었다.이것은 성공적이라고 여겨졌고 그래서 몇 달 후에 만들어진 마지막 세 개의 수업도 그들과 함께 지어졌다.^[7]전체 수업은 1950년대에 A3의 일부와 함께 비슷하게 보충되었다.^[7][8]

Peppercon의 A2 태평양은 전후에 건설되었고 유사한 이중 Kylchap blastpipes를 가지고 있다.

LMS 주빌리

LMS 쥬빌리 등급의 다섯 멤버는 다른 시기에 이중 굴뚝을 실험적으로 장착했다.첫 번째는 5684 Jutland로, 1937년 Kylchap petticoats가 있는 이중 굴뚝이었다.^[9]1년 후의 과도한 가뭄은 굴뚝에서 spark-throwing을 일으키고 과도한smokebox의 화산재 증가에 문제가 때문에 비록 제거되었다 이 둘 다 찌기 능력과 또한 줄였다 석탄 소비량을 개선했다.5742 콘노트. Connacht의 옛 이름. 그리고 5553 캐나다[10] 평범하이중 굴뚝과 1940년, 카나에서 제거되었는지에 설치되어 있었다.짧은 시간이 지난 후, 그러나 코너트가 1955년까지 가지고 다녔던 것.^[9]

럭비 시험장에서의 실험의 일환으로, 45722 디펜스는 1956년부터 1957년까지 이중 굴뚝을 장착했다.^[11]1961년에 45596 Bahamas에 이중 배기가스를 장착하여 철수를 통과하여 보존하였다.^[11]1942년에 2A 테이퍼 보일러와 이중 굴뚝으로 엔진 5735 혜성과 5736 피닉스가 다시 건설되었다.^[12]그들은 전체 계급의 재건을 위한 원형이었지만, 결국 유일한 쥬빌레인들이 치료를 받게 되었다.모든 로열 스코트 계급은 파울러 패트리어트 계급의 많은 것과 비슷한 노선을 따라 재건되었다.

LMS 블랙 5

LMS '검은색 5' 4767은 LMS의 마지막 날인 1947년 12월 31일에 완료되었다.그것은 이중 굴뚝, 전신에 걸친 Timken 롤러 베어링, 그리고 전기 조명 등 다른 실험적인 특징 외에도 Stephenson 링크 모션 외부에 적용되었다는 점에서 842명의 강자들 사이에서 독특했다.^[13]이러한 수정은 이미 우수한 스타니어가 디자인한 블랙 5를 개선하기 위한 조지 이바트의 일련의 실험의 일부였다.이중 굴뚝은 1953년에 표준 굴뚝의 성능이 이미 우수하고 이중 굴뚝의 부드러운 폭발로 인해 택시에서 연기가 잘 없어지지 않는 문제 때문에 제거되었다.^[14] 4765와 4766 또한 유사한 이중 굴뚝을 3회 작동시켰지만 표준형 월샤어트 밸브기어를 사용했었다.^[14]

최초의 BR로 제작된 블랙 5s 중 일부는 카프로티 밸브기어로 제작되었다.총 20개의 44738-44757이 건설되었는데, 그 중 마지막 세 개의 굴뚝도 이중으로 되어 있었다.카프로티 엔진의 보일러가 2인치 상승하여 굴뚝 높이에 대한 간격이 더욱 줄어들었다.카프로티 밸브 박스는 외부에 6.25인치(159mm)의 흡입 밸브와 대형 및 저명 증기 파이프로 공급되고 내부에 7인치(180mm)의 배기 밸브가 배치되었다.카프로티 포핏 밸브의 밸브실 내에서 피할 수 없는 큰 간격 용적은 밸브 세팅에 긴 리드와 유사한 영향을 미쳤다.스티븐슨 엔진과는 대조적으로,^[vi] 이것은 이러한 엔진들이 속도에서는 잘 작동하지만 등반에는 좋지 않은 결과를 가져왔다.비록 카프로티 밸브 기어를 3중으로 사용하려는 의도는 유지보수를 줄이기 위한 것이었지만, 석탄 소비량은 여전히 중요했다.이 엔진들은 소리가 들릴 정도로 날카로운 배기 껍질이 소방 상자 가뭄에 영향을 미치기 때문에 평소보다 석탄이 더 많은 것으로 간주되었다.이중 굴뚝 예시는 껍질이 부드러워서 소비량이 적었다.^[15]

1951년, 44686년, 44687년에 두 대의 카프로티 장착 엔진이 추가로 시험되었다.캠박스에 대한 기계 구동력이 개선되고 이중 굴뚝이 있는 등 설계가 달랐다.밸브실 내부의 '데드 스페이스' 부피를 줄이기 위해 배기 밸브의 크기를 인렛과 동일하게 축소했다.기계 구동 설계는 성공적인 것으로 간주되었고 BR 표준 등급용으로 제작된 몇 개의 카프로티 엔진을 위해 복사되었다.고속 성능은 좋지만 컷오프가 낮은 동력 부족의 행동은 다른 엔진과 동일했다.모든 카프로티 엔진은 이중 굴뚝을 유지했고, 여전히 스타카토 배기구가 택시에서 연기를 빼내는 데 아무런 문제가 없다는 것이 눈에 띄었다.^[16]

그레이트 웨스턴 킹 클래스

1955년 9월 GWR 킹 6015 킹 리처드 3세는 재판을 위해 이중 굴뚝을 설치했다.이것들은 성공적이었고 그래서 반 전체가 그것들로 보충되었다.Castle 클래스 중 일부는 유사하게 보충되었다.1956년 코니시 리비에라호를 운반하는 동력계 자동차를 이용한 실험은 뚜렷한 성능의 증가를 보여주지는 못했지만, 석탄 소비 효율의 8% 향상을 보여주었다.물 소비량은 일정하게 유지되었으며, 이는 엔진 배기 가스 배압이 감소하는 것이 아니라 연소 및 열 전달의 개선이었음을 나타낸다.^[17]

영국 철도 표준 클래스

BR 표준은 S.O. Ell의 초기 작업에 기초하여 처음부터 설계되었다.그럼에도 불구하고, 몇몇 수업들은 좋지 않은 김이 났고, 특히 4-6-0의 수업을 들었다.1957년, 75029는 성공적으로 이중 굴뚝을 장착하여 많은 학급에서 채택되었다.^[18]

동시에 9F에서^[vii] 기슬 이젝터를 시험해 보자는 제안도 있었다.이에 대한 비교로 92178을 이중 굴뚝으로 지었을 가능성이 있다.이중 굴뚝은 기계식[20] 스토커가 장착된 3대를 ^[viii]포함해 92183년 이후 지어진 9F 전체를 위한 표준으로 채택될 정도로 성공적이었다.^[22]

글로스터 공작

BR 표준 등급 8 Duke of Glucester는 그러한 대형 급행 여객 기관차를 더 이상 건설할 필요가 처음에 거부되었기 때문에 마지막으로 설계된 BR 표준 등급이었다.이는 표준 등급의 설계 원리 중 하나를 무시하게 만들었고, 월샤어트 밸브기어를 외부에 부착한 두 개의 실린더보다는 캠 작동 포핏 밸브를 장착한 세 개의 실린더와 카프로티 밸브기어를 사용했다.카프로티의 밸브는 피스톤 밸브보다 완전히 빠르게 열려 날카로운 배기 가스가 물렸다.카프로티사는 이로 인한 역효과에 대응하기 위해 칼찹 송풍관 사용을 권고했지만, 이는 스윈던이 설계한 전통적인 이중 굴뚝을 선호하기 때문에 무시되었다.^[23][24]폭발의 예리함을 감안했을 때, 이러한 스윈든 원칙은 송풍관을 상대적으로 작게 만들었고, 비슷한 크기의 이중 굴뚝도 있었다.^[25]

복무 중, 글로스터 공작은 불명예스러울 정도로 형편없는 연기를 펼쳤으며, 찌는 것이 서툴다는 평판을 얻었다.브리티시 레일에서의 증기 견인력의 급속한 철회와 성능의 저하와 이를 해결하기 위한 노력의 소모를 모두 합친 짧은 사용 수명을 가졌다.^[23][25]

글로스터 공작은 배리 스크랩 야드에서 구출되었고 대대적인 복구가 필요했다.이 복원 과정에서 보일러 드로잉과 애쉬팬 공기공급이 모두 조사돼 예상 외로 제한적인 것으로 나타났다.이러한 것들이 실적 부진의 근본 원인으로 추정되었는데, 이는 둘 다 개선된 후 실적 개선으로 인한 것으로 나타났다.^[25]굴뚝의 초크 크기는 송풍관에 비례했지만, 전체적인 크기는 상선 해군 태평양과 A2 태평양에서 비교 가능한 크기의 보일러의 일부였다.복원 작업에는 한 쌍의 Kylchap 송풍관과 굴뚝 연돌 화덕을 건설하는 작업이 포함되었다.드로잉 개선뿐만 아니라 이러한 블라스트피프도 실린더의 역압을 감소시켜 효율을 더욱 향상시켰다.^[25]

미국

유니온 퍼시픽 철도

유니온 퍼시픽 철도의 몇몇 후기 증기 시대 설계, 특히 오토 자벨만이 철도의 최고 기계 관리자로 있을 때 설계한 설계는 이중 굴뚝을 사용했다.유니언 퍼시픽 FEF 시리즈의 세 번째이자 마지막 반복인 FEF-3는 모두 이중 스택으로 새로 만들어졌다.영국 동시대 사람들과 마찬가지로, 이중 스택은 기술자의 시야를 차단할 수 있는 엄청난 양의 연기를 만들어내는 데 문제를 일으켰다. 그러한 FEF-3에는 곧 코끼리 귀 스타일의 연기 디플렉터가 장착되었기 때문이다.^[26]연기 디플렉터는 나중에 이중 굴뚝이 없는 것을 포함하여 다른 모든 FEF 기관차에 배치될 것이다.철도의 FEF-2 중 하나인 831번에는 실험용 삼중 굴뚝이 설치되었다.^[27][28]

이중 스택을 얻기 위한 다른 유니언 퍼시픽 설계는 1942년에 건설된 유니언 퍼시픽 챌린저 기관차의 최종 그룹과 유니언 퍼시픽 빅 보이 기관차의 전체 운행을 포함하여 철도를 위해 건설된 후기 관절형 기관차였다.^[29]일부 챌린저 기관차와 빅보이 기관차에는 연기 디플렉터가 장착되어 있었지만, 훨씬 긴 보일러 때문에 연기는 FEF 등급에 있는 것처럼 문제가 되지 않았다.챌린저스가 장착된 이중 굴뚝 중 몇 개는 덴버와 리오 그란데 웨스턴 철도 쪽으로 방향을 틀었고, 거기서 그들은 나중에 클린치필드 철도에서 근무하게 된다.현대 유니온 퍼시픽 증기 프로그램의 운용 기관차, UP 844, UP 4014, 그리고 현재 은퇴한 UP 3985는 모두 이중 굴뚝을 보존하고 있었다.

펜실베이니아 철도

이중 스택은 후기 증기 시대에 PRR의 몇 가지 이중 기관차 등급과 다른 실험 설계에서 공통적인 특징이었다.펜실베이니아 철도 S1 등급 6-4-4-6 원타입은 2중 스택과 펜실베이니아 철도 등급 2분기 4-4-6-4 듀플렉스를 사용했으며, 이 중 총 26대의 기관차가 건설되었다.펜실베이니아 철도 T1 등급은 52개의 기관차가 생산되는 복층형 등급도 이중 스택을 가지고 있었다.펜실베니아 철도 S2 등급은 독특한 4중 스택 시스템을 실험적인 증기 터빈 설계의 일부로 사용했다.1944년에 도입된 이 오프 엔진은 1952년에 폐기되었다.

펜실베이니아 철도 5550은 현재 T1 증기 기관차 트러스트에 의해 건설되고 있다.2021년 현재, 엔진 보일러가 건설되고 있으며, 완성되면 원래의 기관차와 같은 이중 스택이 포함될 것이다.^[30]

남태평양 철도

남태평양 철도청의 대형 엔진들 중 몇몇은 남태평양 등급 AC-9과 남태평양 등급 AC-12를 모두 이중 스택 시스템을 사용했다.이들은 또 남태평양의 단일 스택 말렛으로 되돌아가는 설계 특징인 '스택 스플리터'를 갖추고 있어 눈길의 지붕을 손상시키지 않도록 배기가스 속도를 줄였다.^[31]이들 엔진 중 몇 개는 Cab forward 4-8-8-2 설계로 제작되었으며, 남태평양의 긴 터널과 눈사태 구간에서 질식사 방지를 위해 기관차를 엔진의 전방 부분에 배치했다.^[32]남태평양 4294호 남태평양 택시 전진 기관차의 유일한 생존자는 캘리포니아 주 새크라멘토에 있는 캘리포니아 주 철도 박물관에 보존되어 있다.

남아메리카

엘디포르타의 아르헨티나

리비오 단테 포르타의 실험용 계량기 아르헨티나는 이전의 4-6-2를 4-8-0으로 재구축한 1948년이었다.^[33]그 기관차는 증기 흐름과 연료 소비량을 개선하기 위한 다른 개선사항들과 더불어 이중 굴뚝을 통합했다.포르타의 배기 디자인은 결국 렘포르 배출기로 진화했다.실험용 기관차는 성공적이었고, 아르헨티나처럼 이중 굴뚝을 받은 사람은 많지 않았지만 포르타의 개량형 기관차는 포르타의 개량형을 포함하도록 개조될 것이다.1970년대 포르타는 이중 굴뚝 등 아르헨티나의 디자인을 바탕으로 한 북미판 C형 적재궤에 맞춰 대형 기관차를 설계했다.^[34]그 기관차는 한 번도 만들어지지 않았다.아르헨티나는 산 미겔 데 투쿠만의 메이트 드 루나 역에 보존되어 있었으며, 그 이후 아르헨티나가 폐기되었음을 암시하는 일부 보도로 인해 현재 상태를 알 수 없다.

남아프리카 공화국

남아프리카 공화국 등급 26 4-8-4

L.D.에 이어.포르타의 디자인 방법론 남아프리카공화국 클래스 26-4-8-4 L.D. 포르타(붉은 악마라는 별명으로 더 잘 알려져 있음)는 효율을 높이기 위해 가스 생산자 연소 시스템과 함께 렘포르 이젝터를 갖춘 이중 굴뚝 시스템을 갖추고 있었다.^[35]

메모들

참조

원천

위키미디어 커먼즈에는 더블 굴뚝과 관련된 미디어가 있다.

• Clay, John F. (1972). The Stanier Black Fives. Ian Allan. ISBN 07110-0274-6.
• Haresnape, Brian (1970). "Class 5XP 4-6-0 Jubilee". Stanier Locomotives. Ian Allan. ISBN 0-7110-0108-1.
• Herring, Peter (2000). Classic British Steam Locomotives. Standard Class 9. ISBN 1-86147-057-6.
• Nock, O. S. (1966). The British Steam Railway Locomotive. Vol. II, from 1925 to 1965. Ian Allan.
• Nock, O. S. (1982) [1975]. The Gresley Pacifics. Vol. II. Ian Allan. ISBN 0-7153-8388-4.
• Rowledge, J.W.P.; Reed, Brian (1984) [1977]. The Stanier 4-6-0s of the LMS. Newton Abbot: David & Charles. ISBN 0-7153-7385-4.
• Semmens, P.W.B.; Goldfinch, A.J. (2003) [2000]. How Steam Locomotives Really Work. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-860782-3.
• Walford, John; Harrison, Paul (2008). The 9F 2-10-0 Class. A detailed history of British Railways Standard Steam Locomotives. Vol. 4. Bristol: RCTS. ISBN 978-0-901115-95-9.

추가 읽기

• Bell, Arthur Morton (1936). Locomotives. their construction, maintenance and operation (3rd ed.). London: Virtue.
• Cook, A.F. (2000). Raising Steam on the LMS: The Evolution of LMS Locomotive Boilers. RCTS. ISBN 978-0901115850.
• Holcroft, H. (1957). Great Western Locomotive Practice 1837–1947. Locomotive Publishing.
• Koopmans, J. J. G. (2014). The Fire Burns Much Better ... Camden Miniature Steam Services. ISBN 978-1909358058.