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[근대] 증기기관차 (두산)
증기기관차 steam locomotive 蒸氣機關車 증기기관을 동력으로 하는 기관차. I. 개관 증기기관을 차량에 응용한 것은 18세기 후반부터 영국 등에서 시도되었으나 1804년 R.트레비식이 철제궤도 위를 달리는 증기기관차를 시작(試作)하였다. 또 1814년 G.스티븐슨이 증기기관차의 시작에 성공하여 1825년에 만든 로커모션호는 이해에 개업한 세계 최초의 철도 스톡턴∼달링턴 철도에서 실용화에 성공하였다. 이 기관차는 약 90t의 객·화차를 견인하여 시속 16km의 속도로 주파하였다고 한다. 그후 1829년 리버풀맨체스터철도의 개업을 앞두고 기관차경주가 행해졌는데 스티븐슨과 그 아들이 만든 로켓호는 최고시속 46km를 내어 우승함으로써 증기기관차의 우수한 성능과 실용가능성을 일반이 인식하게 되었다. 그후 증기기관차는 각국의 철도에 채택되어 장거리주행을 위하여 석탄과 물을 다른 차량에 적재하여 견인하는 텐더 기관차가 출현하였으며, 속도를 증가하기 위하여 동륜(動輪) 지름을 크게 하는 등의 시도가 이루어져 모두 실용화되었다. 기관차의 대형화는 19세기 말까지 크게 진척됨에 따라 견인력도 점점 증대하였다. 한국의 증기기관차는 1889년 주미대리공사 이하영이 철도모형을 궁중에서 관람시켰으며, 1899년 서울∼인천(경인선) 개통 때 미국 브룩스에서 제작한 모걸(Mogull)형 탱크기관차가 등장한 것이 최초이다. 그후 1905년 푸러형 탱크기관차·터우형 텐더기관차를 미국에서 수입하였고, 1911년에는 아메리칸형 텐더기관차를, 1914년에는 과열증기기관차를 도입하였다. 1919년에는 미카형, 1921년과 1923년에는 파시형을 미국에서 수입하여 사용하였고, 1915년부터 1919년 사이에는 바티형과 터우형을 남만주철도(南滿洲鐵道)의 사허공장[沙河工場]에서 제작한 것을 사용하였다. 국내에서는 1927년 경성공장(현 서울공작창)에서 처음으로 터우형 2량을 제작하였고, 그후 8·15광복 전까지 파시형·미카형 기관차를 소량 만들어 왔다. 광복 후에는 증기기관차를 제작하지 않았으며 디젤기관차로 대체되었다. II. 종류 증기기관차는 형태에 따라 분류하면 기관차 자체에 탄조(炭槽)·수조(水槽)를 비치한 탱크기관차와, 석탄과 물을 적재한 탄수차(炭水車)를 연결한 텐더기관차로 나누어진다. 사용하는 증기로 분류하면 보일러에서 발생한 증기를 그대로 사용하는 포화증기기관차와 포화증기를 더욱 과열기(過熱器)로 고온·건조시켜서 사용하는 과열증기기관차로 나누어진다. 증기의 사용방법에 따라 분류하면 증기를 실린더 내에서 1회만 사용하는 단식기관차와 실린더에서 사용한 증기를 또 다른 실린더에서 사용하는 복식기관차로 나누어진다. 이 밖에 실린더의 수에 따라 2실린더·3실린더 등으로 분류된다. 또 사용목적에 따라 여객용·화물용 등의 종류가 있는데, 여객용은 동륜수(動輪數)가 적고 동륜지름이 크다. 화물용은 동륜수가 많고 동륜지름이 작다. 입환용(入換用)은 소형이고 탱크기관차가 많다. III. 구조 증기기관차는 크게 나누면 보일러·실린더·프레임(틀)·주행장치·운전실로 되어 있다. 프레임은 기관차의 등뼈에 해당하며 주행장치의 주요부분인 동륜이 액슬박스를 통하여 끼워져 있고, 이 위에 보일러와 운전실이 얹혀 있다. 보일러는 수평원통상이고 운전실 쪽에서 석탄이나 중유를 연소시켜 고열을 발생시키는 화실(火室), 연소가스를 가는 연관(煙管) 속을 통과시켜 보일러 속의 물을 가열하여 증기를 발생시키는 보일러 본체, 연소가스를 실린더의 배기와 함께 내뿜는 연실(煙室)의 순으로 되어 있다. 보일러 본체의 물은 화실·아치관·연관으로부터 전열(傳熱)되어 증발해서 대형기관차에서는 16atm 200℃까지 상승한다. 이 포화증기는 보일러 상부의 증기드럼에 모여져서 조절밸브를 통하여 건조관에, 그리고 과열관 헤더로 들어간다. 여기서부터 대연관 속을 통하고 있는 과열관에 분배되어 이곳을 2왕복하여 330℃ 정도가 되어 다시 과열관 헤더에 돌아가 전과 다른 방으로 들어간다. 이 과열증기는 1개소에 모여 증기관 2개로 나누어져서 좌우의 실린더에 분배된다. 실린더는 프레임에 고정되어 상하 2실로 나누어져 있는데, 상부의 증기실에 보내진 증기는 피스톤 밸브가 앞뒤로 움직이는 데 따라 아래에 있는 방의 앞과 뒤로 번갈아 보내진다. 피스톤의 전후운동은 직선운동으로서 연결봉에 전해지는데, 연결봉의 다른 끝은 주동륜의 크랭크에 연결되어 있으므로 내(內)운동을 하여 동륜을 회전시킨다. 또 주동륜의 크랭크의 바깥쪽에는 귀환크랭크가 붙어 있어서 주동륜이 회전한다. 이 회전은 편심봉(偏心棒)·가감링크·레이디얼 로드에 피스톤과는 다른 전후운동을 주어서 이 조작에 의하여 기관차의 전진·후퇴가 가능해진다. 주행장치는 동륜과 선륜(先輪)·종륜(從輪)으로 이루어져 있다. 동륜은 보통 2∼5개의 축으로 되어 있고 연결봉으로 연결되어 있다. 주동륜의 크랭크는 좌우로 90° 다르게 장치되어 있는데, 한쪽의 실린더에 증기가 작용하고 있을 때 다른 쪽의 실린더는 배기 중이어서 힘이 작용하지 않게 하여 원활한 회전력을 얻게 되어 있다. 운전실은 보통 좌측이 기관사석, 우측이 기관조사석인데 기관사석에는 조절밸브핸들·역전핸들·브레이크밸브 등이 있다. 중앙상부에는 각종의 압력계·증기분배함·수면계(水面計)가 있고 기관조사측에는 주수기, 형식에 따라 자동급탄장치 조절밸브가 있다. 중앙하부에는 화실로 통하는 화구창이 있는데 페달을 밟으면 압력공기의 작용으로 창문이 열린다. 이상과 같이 증기기관차는 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 에너지의 전달효율이 전기·디젤 기관보다 나쁘고 운전비가 고가이며 급구경사일 때 성능이 뒤진다는 점, 물·석탄의 보급이 빈번해야 한다는 점, 종점에서 전향(轉向)이 필요하다는 점 등으로 인해 다른 동력을 이용한 기관차나 전차로 바뀌어가고 있다. 출전 : [두산세계대백과 Encyber Deluxe], ㈜두산, 2002 |
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