Lokomotivsystemer og lokomotivtyper

Efter princippet for dampens virkemåde i lokomotivmaskinen skelner man mellem to hovedsystemer af damplokomotiver, nemlig:
1. Simple højtrykslokomotiver.
2. Høj- og lavtrykslokomotiver.
Begge systemer kan arbejde med mættet eller med overhedet damp.
Højtrykslokomotivet, der kan være konstrueret som tvilling-, trilling- eller firlinglokomotiv, d.v.s. med henholdsvis to, tre eller fire lige store cylindre, er karakteriseret ved, at hver enkelt cylinder forsynes direkte med kedeldamp, som efter at have udført sit arbejde i den pågældende cylinder, strømmer gennem udgangsrør og skorsten til det fri, idet den sidste rest af dens arbejdsevne udnyttes til frembringelse af det vakuum i røgkammeret, som betinger trækken gennem fyret.
Ved ekspansionens slutning må dampens tryk være tilstrækkeligt dels til at overvinde modstanden i udgangsrørene, dels til, som ovenfor nævnt, at frembringe den fornødne træk i fyret, og denne betingelse må være opfyldt ved den mindste fyldning, som maskinen kommer til at arbejde med. På den anden side bør damptrykket ved ekspansionens slutning ikke være højere end nødvendigt, da dampen i så fald vil medføre for meget af sin arbejdsevne til ingen nytte, når den forlader skorstenen.
Når begyndelsestrykket i cylinderen er givet, vil trykket ved ekspansionens slutning blive desto større, jo større fyldning (jo mindre ekspansion), der arbejdes med, og da der i lokomotivets maskineri må anvendes meget forskellige fyldninger under hensyn til det arbejde som i hvert enkelt tilfælde skal præsteres, således at man ikke under alle forhold kan opnå den samme vidtdrevne ekspansion af dampen, må man indskrænke sig til at sørge for, at overtrykket i cylinderen ved ekspansionens slutning har en passende lav værdi ved den mindste fyldning, som med fordel kan anvendes ved lokomotivet.
For højtrykslokomotivets vedkommende regner man i almindelighed at det er ufordelagtigt at anvende mindre fyldninger end ca. 0,2 (20% af slagets længde), fordi de benyttede lokomotivstyringer ved lavere fyldninger bl.a. giver for tidlig udstrømning og for stor kompression samt bevirker, at dampens tryk falder stærkt under indstrømningen i cylindrene ved drosling gennem dampkanalerne. Såfremt lokomotivet arbejder med overhedet damp, kommer hertil den omstændighed, at man ved meget små fyldninger kan risikere, at overhedningen ophører, forinden dampen forlader cylindrene.
Under dampens arbejde i cylinderen lides der et varmetab, som til dels skyldes den ydre lufts afkølende virkning på cylinderen, men som navnlig hidrører fra den vekselvirkning mellem dampen og cylinderen, som fremkommer ved, at cylindervæggens temperatur er lavere end dampens begyndelsestemperatur og højere end dens slutningstemperatur. I det følgende betragtes foreløbig forholdene ved anvendelsen af mættet damp.
Når den varme mættede damp under indstrømningen i cylinderen kommer i berøring med dennes vægge, med stemplet og med cylinderdækslet, som er afkølede under udstrømningen fra forrige slag, vil den afgive varme til disse dele, og da mættet damp ikke kan afgive varme, uden at der sker en delvis fortætning, vil en del af den indstrømmende damp fortættes og sætte sig som en vandhinde på de nævnte flader. Denne virkning vedvarer under hele indstrømningen og under den første del af ekspansionen.
Ekspansionen medfører, at dampens temperatur falder, således at den til sidst bliver lavere end cylinderens temperatur, og når dette punkt nås, vendes forholdet om, således at cylinderen afgiver varme til dampen, hvorved der under den resterende del af ekspansionen sker en genfordampning af en del af det dannede fortætningsvand.
Genfordampningen vil vedvare under dampens udtømning, således at endog alt fortætningsvandet kan blive genfordampet, men størstedelen af vandet vil netop blive genfordampet under udstrømningen og vil derfor ikke komme til at udføre noget arbejde i cylinderen. Derimod vil den del af dampen, som genfordampes under ekspansionen, altid gøre nogen nytte, men da det tryk, hvorved genfordampningen foregår, er betydelig lavere end det tryk, hvorved fortætningen fandt sted, vil den genfordampede vandmængde yde et betydelig mindre arbejde, end den kunne have ydet, såfremt den havde virket ved sit oprindelige tryk. Det tab, som lides på grund af den omhandlende fortætning, medfører en meget væsentlig forøgelse af dampforbruget.
Kompoundlokomotivet adskiller sig fra det simple højtrykslokomotiv derved, at dampen på vejen fra kedlen til skorstenen arbejder i to cylindre efter hinanden i stedet for i en enkelt cylinder.
Højtrykscylinderen forsynes direkte med kedeldamp, som efter at have afgivet en del af sin arbejdsevne i denne cylinder, strømmer ud i en beholder, den såkaldte reciever (modtager), hvorfra den går videre til lavtrykscylinderen, når glideren åbner for adgangen til denne. Efter at have arbejdet i lavtrykscylinderen, strømmer dampen gennem udgangsrør og skorsten til det fri, idet den sidste del af dens arbejdsevne ligesom ved højtrykslokomotivet udnyttes til frembringelse af træk i fyret. Af samme grunde som omtalt for højtrykslokomotivet bør fyldningen i kompoundlokomotivets højtrykscylindre ikke være mindre end 0,35 á 0,40 (d.v.s. 35 á 40 procent af slaglængden).
Recieveren kan betragtes som en særlig til lavtrykscylinderen hørende kedel. Den gøres i reglen ca. halvanden gang så stor som højtrykscylinderen for at recievertrykket ikke skal variere for stærkt. Da lavtrykscylinderen stadig skal modtage hele den dampmængde, som har forladt højtrykscylinderen, idet der ellers ville ske en ophobning af damp i recieveren, må den af lavtrykscylinderens rumfang, som ved hvert stempelslag under indstrømningen fyldes med damp, på det nærmeste være lige så stor som rumfanget af hele højtrykscylinderen, og da den af lavtrykscylinderen modtagne dampmængde endvidere under ekspansionen skal udvide sig til det dobbelte eller tredobbelte rumfang, må lavtrykscylinderens rumfang være to á tre gange så stort som højtrykscylinderens. I øvrigt fastsætter man forholdet mellem cylindrene således, at der så vidt muligt udføres et lige stort arbejde pr. stempelslag i begge cylindre ved den fyldningsgrad i højtrykscylinderen, som anvendes hyppigst under normal kørsel.
Ved denne deling af dampens arbejde mellem to på hinanden følgende cylindre, opnår man forskellige fordele. Dels kan den samlede ekspansion af dampen gøres større end i højtrykslokomotivets enkelte cylinder, samtidig med at der i hver af kompoundlokomotivets cylindre arbejdes med en større og for styringen gunstigere fyldningsgrad, og dels bliver varmetabet ved vekselvirkningen mellem dampen og cylindrene mindre end ved højtrykslokomotivet, fordi der såvel i højtryks- som i lavtrykscylinderen er mindre forskel på trykkene og på temperaturerne af den ind- og udstrømmende damp, således at cylinderens temperatur kommer til at ligge nærmere ved temperaturen af den indstrømmende damp. Såfremt lokomotivet arbejder med mættet damp, vil da også den foran omtalte skadelige fortætning af dampen blive tilsvarende mindre.
Denne formindskelse af varmetabet i cylindrene i forbindelse med fordelene ved den større ekspansion og den bedre dampfordeling på grund af de større fyldninger, medfører en ret betydelig damp- og kulbesparelse.
Kompoundlokomotiverne kan have to, tre eller fire cylindre. Det to-cylindrede kompoundlokomotiver har een højtryks- og een lavtrykscylinder. Det tre-cylindrede kompoundlokomotiv kan have een højtrykscylinder og to lige store lavtrykscylindre eller to lige store højtrykscylindre, der begge afgiver damp til den samme lavtrykscylinder, medens det fire-cylindrede kompoundlokomotiv har to indbyrdes uafhængige maskinerier, hvert bestående af een højtryks- og een lavtrykscylinder.
En svaghed ved det to-cylindrede kompoundlokomotiv er, at det ikke kan på i gang, når maskinen står således, at kedeldampen ikke kan få adgang til højtrykscylinderen. For at bøde på denne mangel er der konstrueret en række forskellige igangsætningsapparater, hvis opgave er at lede kedeldamp af formindsket tryk direkte ind i lavtrykscylinderen, så at denne cylinder alene kan besørge igangsætningen. Ofte sættes igangsætningsapparatet automatisk ud af virksomhed, når højtrykscylinderen modtager kedeldamp, og høj- og lavtryksvirkningen kan begynde.
Sådanne igangsætningsapparater kan heller ikke undværes ved de fire-cylindrede kompoundlokomotiver til trods for, at dampen ved disse maskiner, når styringen er lagt helt ud, altid har adgang til mindst en af højtrykscylinderne, fordi denne cylinder alene ikke er i stand til at sætte lokomotivet i gang, når dette er belastet med et svært tog.
Anvendelsen af overhedet damp vil i kendelig grad formindske de uheldige følger af den ovenfor omhandlede vekselvirkning mellem dampen og cylinderne.
Når damp som er overhedet til omkring 160° C over mætningstemperaturen (d.v.s. temperaturen af mættet damp ved det pågældende tryk), kommer i berøring med de koldere cylindervægge, vil den opvarme disse, men forudsat at der ikke bruges for lille en fyldning, vil den ikke derved afkøles så meget, at dens temperatur synker ned til mætningstemperaturen, og som følge heraf sker der ingen fortætning i cylinderen. Da der derfor heller ikke finder nogen genfordampning sted, vil cylindervæggene kun komme til at afgive en mindre mængde varme til spildedampen, der endnu er let overhedet og leder varmen slet.
Den gennemsnitlige temperatur af cylindervæggene vil på grund af disse forhold blive højere, end når der arbejdes med mættet damp, og vekselvirkningen mellem dampen og cylinderen vil ikke give anledning til så stort varmetab. Denne fordel medfører en betydelig formindskelse af dampforbruget og derfor også af brændselsforbruget.
Hertil bidrager også den egenskab ved den overhede damp, at den pr. vægtenhed indtager et større rumfang end mættet damp af samme tryk, og besparelsen forøges yderligere derved, at den overhedede damp ved sin indtræden i cylindrene i almindelighed er tør, d.v.s. at den ikke indeholder ufordampede vandpartikler, som altid forefindes i større eller mindre mængde i den mættede damp, særlig når der arbejdes forceret.
De vandpartikler, som dampen medfører fra kedlen, vil i lokomotiver med overheder under normal gang fordampes under passagen af overhederen.
Det er blevet indvendt mod den overhedede damp, at dens temperatur er for høj, når den forlader lokomotivets cylindre, og at dette giver anledning til et tab af energi, men dette tab opvejes langt af de fordele, som overhedningen ellers medfører.
Da tabet ved fortætning i cylindrene på lokomotiver uden overheder som foran nævnt er større ved højtrykslokomotivet end ved kompoundlokomotivet, vil anvendelsen af overhedet damp gøre størst nytte ved det førstnævnte, men også ved kompoundmaskinen er overhedningen fordelagtig.
Hvert af de ovenfor omtalte lokomotivsystemer repræsenteres ved ind- og udlandets jernbaner af en række forskellige lokomotivtyper, som i det ydre hovedsalig adskiller sig fra hverandre ved hjulsættets forskellige antal og gruppering.
Den nærmere betegnelse af disse typer kan ske på forskellig måde. Her skal kun omtales den i Europa mest almindelige metode, som består i, at man med tal angiver antallet af truck- eller løbehjulsæt og med store bogstaver antallet af koblede hjulsæt, således at A betyder eet, B betyder to, C betyder tre koblede hjulsæt og således fremdeles.
Opstillingen af tal og bogstaver foretages således, at betegnelsen, læse fra venstre mod højre, angiver antallet og arten af lokomotivets hjulsæt i rækkefølge, regnet fra maskinens forende. Til betegnelsen føjes desuden oplysning om lokomotivsystemet, anvendelsen m.m.
Statsbanernes lokomotiv litra P betegnes således som et "2.B.1. fire-cylinder-kompound-persontogslokomotiv for overhedet damp".
Lokomotiv litra D betegnes som et "1.C. tvilling-godstogslokomotiv for overhedet damp".
Lokomotiv litra H betegnes som et "1.D trilling-godstogslokomotiv for overhedet damp", og således fremdeles.
I øvrigt skælnes mellem:
Lokomotiver med selvstændig tender og tenderlokomotiver, som er udstyrede med kul- og vandkasser, anbragte på selve lokomotivets ramme.
Desuden klassificeres lokomotiverne efter deres anvendelse som persontogslokomotiver, godstogslokomotiver og rangerlokomotiver.
Persontogslokomotiverne er særlig bestemte til fremførelse af hurtige og mindre svære tog, hvorfor driv- og kobbelhjulene har en forholdsvis stor diameter, således at maskinens omdrejningstal selv ved store hastigheder kan holdes inden for en passende, ikke for høj, grænse. Persontogslokomotiverne har i reglen, hvor der ikke er tale om kørsel på ganske særlig stærke stigninger, kun to eller tre koblede hjulsæt og er af hensyn til et roligt og sikkert løb ved de store hastigheder som oftest udstyrede med en firehjulet eller tohjulet truck under forenden. Ofte har disse lokomotiver desuden en truck eller et løbehjulsæt under bagenden og dette er altid tilfældet ved de tenderlokomotiver, som anvendes til persontogskørsel, og som kan komme til at løbe med stor hastighed både forlæns og baglæns.
Godstogslokomotiverne som fortrinsvis skal fremføre svære tog med noget mindre hastigheder, har i almindelighed mindst tre koblede hjulsæt med mindre diameter end de tilsvarende hjul på persontogslokomotiverne. De større godstogslokomotiver er i reglen udstyrede med en tohjulet - eventuelt firehjulet - truck under forenden og undertiden tillige med en sådan under bagenden.
Rangerlokomotiverne, af hvilke der kræves stor trækkraft og hurtig igangsætning, men forholdsvis ringe hastighed, er i reglen byggede som tenderlokomotiver med særlig lave hjul, der i almindelighed alle er koblede.
Den ovenfor omtalte klassificering i persontogs-, godstogs- og rangerlokomotiver er dog kun delvis udtømmende, idet der findes talrige overgangsformer mellem de nævnte tre klasser.

Fra: "Damplokomotivet og dets betjening, kapitel III" udgivet af De Danske Statsbaner, Maskinafdelingen, København 1925.