高壓蒸汽機車

高壓蒸汽機車是帶有鍋爐的蒸汽機車，其運行壓力遠高于其他機車的正常壓力。在蒸汽的后期，鍋爐壓力通常為200至250psi（1.38至1.72MPa）。當需要特殊的構造技術時，可以考慮高壓機車的啟動壓力為350psi(2.41MPa)，但有些鍋爐的運行壓力超過1,500psi(10.34MPa)。

xxx限度地提高熱機的效率從根本上取決于使接受熱量（即提高鍋爐中的蒸汽）的溫度盡可能遠離拒絕熱量的溫度（即離開氣缸時的蒸汽）。這由NicolasLéonardSadiCarnot量化。有兩種選擇：提高接受溫度或降低拒絕溫度。對于蒸汽機來說，前者意味著在更高的壓力和溫度下產生蒸汽，這在工程方面是相當簡單的。后者意味著更大的氣缸以允許廢氣進一步膨脹-并且這個方向受到裝載量規的限制-并且可能冷凝廢氣以進一步降低拒絕溫度。這往往會弄巧成拙，因為要處理的廢氣量xxx增加時會產生摩擦損失。因此，人們經常認為高壓是提高機車燃油效率的方法。然而，這個方向的實驗總是因購買和維護成本的大幅增加而失敗。提高接受溫度的一種更簡單的方法是使用適度的蒸汽壓力和過熱器。

高壓機車比傳統設計復雜得多。這不僅僅是建造一個普通的火管鍋爐，它的強度適當增加，加料也更猛烈。鍋爐外殼的結構強度要求使其不切實際；它變得難以置信的厚重。對于高蒸汽壓力，普遍使用水管鍋爐。汽包及其互連管的直徑相對較小，壁厚，因此更堅固。

下一個困難是鍋爐管中的水垢沉積和腐蝕。沉積在管內的水垢是看不見的，通常是無法接近的，并且是致命的危險，因為它會導致管的局部過熱和故障。這是早期水管鍋爐的一個主要缺點，例如DuTemple設計，于1907年和1910年在法國Nord網絡上進行了測試。皇家海軍鍋爐中的水管通過小心地將編號的球從彎曲的管道中落下來檢查是否堵塞.

對于傳統的鍋爐來說，突然的蒸汽泄漏到燃燒室是非常危險的——火很可能會從燃燒室的門中噴出，對任何擋路的人來說都是不愉快的結果。使用高壓鍋爐，由于釋放的能量更大，結果更加危險。Fury悲劇證明了這一點，盡管在這種情況下管道故障的原因被認為是由于缺乏蒸汽流而不是結垢而導致過熱。

早期的高壓蒸汽實驗者是JacobPerkins。珀金斯將他的密封管系統應用于蒸汽機車鍋爐，并于1836年為倫敦和西南鐵路制造了許多使用此原理的機車。

避免高壓下腐蝕和結垢問題的一種方法是使用蒸餾水，就像在發電站中所做的那樣。溶解的氣體如氧氣和二氧化碳也會在高溫和高壓下引起腐蝕，必須遠離。大多數機車沒有冷凝器，因此沒有純給水源。一種解決方案是施密特系統。

施密特系統使用密封的超高壓回路，通過高壓鍋爐內的加熱線圈將熱量簡單地傳遞到高壓回路。如果后者加入普通水，加熱盤管外部可能會形成水垢，但不會導致過熱，因為超高壓管完全能夠承受其內部蒸汽溫度，但不能承受燃燒室火焰溫度。

密封的超高壓回路在1,200和1,600psi（8.27和11.03MPa）之間運行，具體取決于點火速率。高壓鍋爐的工作壓力約為850psi(5.86MPa)，低壓鍋爐的工作壓力為200至250psi(1.38至1.72MPa)。UHP和HP鍋爐采用水管設計，而LP鍋爐是蒸汽機車典型的火管鍋爐。LP氣缸由HP氣缸排氣和LP鍋爐輸出的混合物驅動。HP和LP鍋爐都有過熱器。

法國PL241P、德國H17-206和英國LMS6399Fury均采用施密特系統，設計基本相似。NewYorkCentralHS-1a和Canadian8000也使用了Schmidt系統，但整體尺寸更大——8000的重量是Fury的兩倍多。

避免高壓鍋爐結垢的另一種方法是單獨使用蒸汽來傳遞火中的熱量。蒸汽當然不能結垢。來自高壓蒸汽發生器的飽和蒸汽被泵送通過燃燒箱內襯的高壓過熱器管。在那里，它被過熱至約900°F(482°C)，壓力升至1,700psi(11.72MPa)。其中只有四分之一被送入HP氣缸；其余的返回蒸汽發生器，在那里它的熱量蒸發了更多的水以繼續循環。

高壓汽缸排氣通過低壓進料加熱器，然后通過低壓鍋爐管；這大致相當于施密特系統中的LP鍋爐，但由HP廢氣而不是燃燒氣體加熱。蒸汽在LP鍋爐中以225psi(1.55MPa)升高，送入LP過熱器，然后送入LP汽缸。LP排氣為煙箱中的排氣管送入。在LP鍋爐加熱管中冷凝的HP廢氣被泵回HP蒸汽發生器。這是一個復雜的系統。

xxx使用該系統制造的機車是1930年的德國DRGH021001。它并不成功，完全不可靠。

Baldwin60000原型的工作壓力適中，為350psi(2.41MPa)，沒有使用上述任何一種復雜系統。它有一個相對傳統的水管燃燒室和一個火管鍋爐。然而，高昂的維護成本和較差的可靠性比抵消了高壓和復合所承諾的燃油經濟性，并且沒有重復設計。其他相對傳統的高壓機車是在美國制造的，包括1933年引人注目的三倍膨脹LFLoree機車。沒有一個是成功的。HWBell和公司在1908年推出了一條成功的高壓機車系列，并一直生產到1920年代。這些機器上使用的基本技術源自StanleySteamer。其中最小的是僅重5,000磅(2,300kg)和5英尺(1.5m)軸距的微型窄軌機器，但它們的運行壓力為500psi(3.45MPa)，鍋爐經測試達到1,200psi(8.27MPa)）。立式火管鍋爐用鋼琴線纏繞，連桿和曲柄全封閉并與一根軸嚙合。貝爾機車廠以更適中的325psi(2.24MPa)或350psi(2.41MPa)宣傳后來的型號。

在英國，LNERW1級有一個船用型水管鍋爐，工作壓力為450psi(3.10MPa)。這不是一個巨大的成功，并用傳統的火管鍋爐進行了重建。