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[근대] 증기기관차 (한메)
증기기관차 蒸氣機關車 steam locomotive 증기기관을 원동기로 하는 기관차. [역사] 증기기관으로 바퀴를 회전시켜 달리는 기관차가 출현한 것은 J.와트가 증기기관을 발명한 후인 1769년으로, 프랑스의 N.J.퀴뇨에 의해 시도되어 보통 철로를 시속 3.6㎞의 속도로 15분간 주행했다. 그 후 증기기관차를 발명한 R.트레비식은 그 무렵 널리 부설되어 있던 마차철도에 착안해 그 레일을 달리는 증기기관차를 1804년에 제작했다. 1808년에 공개실험도 했지만 당시의 레일로는 기관차의 무게를 견디지 못해 트레비식의 고안은 주목을 끌지 못했다. 1814년 무렵부터 증기기관차의 연구와 제작을 진행한 G.스티븐슨은 1825년 스톡턴∼달링턴 사이에 세계 최초로 공공철도가 개통되었을 때 그가 제작한 로커모션호를 개통하는 날 스스로 90t의 열차를 시속 16∼16㎞로 운전하여 그 실용성을 세계에 알렸다. 그러나 증기기관차가 마차철도보다 매우 우수하다는 것이 실제로 인정된 것은 1829년 리버풀∼맨체스터 사이의 철도 개설시에 열린 현상(懸賞)운전에서 스티븐슨이 아들과 함께 만든 로켓호가 다른 2대의 기관차를 누르고 우승하여 그 성능이 확인되면서였다. 로켓호는 객차 1량을 끌고 최대시속 46㎞로 48㎞를 완주하였는데, 보일러구조나 바퀴에 동력을 전달하는 메커니즘 등은 현재의 증기기관차와 큰 차이가 없었다. 이후 증기기관차는 급속히 발달을 거듭하게 되어 육상교통수단의 꽃으로 오랜 기간 활약하였으며 그 수의 증대와 함께 흡인력·속도·열효율 등의 성능향상도 활발히 연구되어 여러 가지 형이 고안, 실용화되었다. 그것은 디젤기관이나 전동기가 발명되어 제1차세계대전 무렵부터 기관차에 적합한 소형·경량·대출력의 디젤기관 등의 개발과 액체변속기 등 동력전달장치의 급속한 발전이 이루어져 우수한 디젤기관차나 전기기관차가 출현하게 되었기 때문이다. 증기기관차는 디젤기관차나 전기기관차에 비해 열효율이 낮기 때문에 동력비가 많이 들고, 또 급수·급탄작업이 비교적 불리하며, 기관차운용 효율이 나쁘고 되돌아가는 시간도 길어진다. 또한 저속에서 인장력이 약하고 운전조작도 쉽지 않으며 매연이 많다는 점의 결점이 있을 뿐 아니라 값싸고 풍부한 석유를 얻을 수 있게 된 것도 증기기관차에게는 불리하게 작용해 점차 디젤기관차나 전기기관으로 대체되게 되었다. 특히 미국에서는 적극적인 디젤화가 추진되었고, 다른 나라에서도 정도의 차이는 있어도 증기기관차를 주력으로 사용하고 있는 나라는 극히 적다. 한국의 증기기관차는 1889년 주미 대리공사 이하영(李夏榮)이 첩도 모형을 궁중에서 관람시켰으며, 1899년 경인선 개통 때 미국 브룩스사제 모걸(Mogull)형 탱크기관차가 등장한 것이 최초였다. 그 후 1905년 푸러형 탱크기관차, 터우형 텐더기관차를 미국에서 수입하였고, 1911년에는 아메리칸형 텐더기관차를, 1914년에는 과열증기기관차를 도입하였으며 1919년 미카형, 1921년·1923년에는 파시형을 미국에서 수입하여 사용하였고, 1915년∼19년 사이에는 남만주철도의 사허공장[沙河工場]에서 제작한 바티형과 터우형을 사용하였다. 국내에서는 1927년 경성공장(현서울공작창)에서 처음으로 터우형 2량을 제작하였고, 그 뒤 광복 전까지 파시형·미카형 기관차를 소량 만들어 왔다. 광복 후에는 증기기관차 제작이 없었으며, 디젤기관차로의 대체계획으로 증기기관차는 점차 폐차되어, 1967년 8월 31일 이후 여객수송에서 완전퇴역하였고 철도박물관 등에 7량이 전시되고 있을 뿐이다. [종류] 형태에 따라 분류하면 기관차 자체에 석탄과 물을 적재한 탱크기관차와 석탄과 물을 적재한 탄수차(炭水車)를 보일러가 있는 기관차에 연결한 텐더기관차로 나누어진다. 사용하는 증기의 성질에 따라 분류하면, 보일러에서 발생한 증기를 그대로 사용하는 포화증기기관차와 포화증기를 고온가스로 가열하여 증기통으로 보내는 과열증기기관차로 나누어진다. 증기의 사용 방법에 따라 분류하면, 증기를 실린더내에서 1회만 사용하는 단식기관차와 실린더내에서 사용한 증기를 또 다른 실린더에서 사용하는 복식기관차로 나누어진다. 이 밖에 실린더의 수에 따라 2실린더·3실린더 등으로 분류된다. 또 사용 목적에 따라 여객용·화물용 등의 종류가 있는데 여객용은 대체 동륜 수가 적고 동륜 지름이 크며, 화물용은 속력보다 큰 견인력이 필요하기 때문에 동륜 수가 많고 동륜 지름이 작다. 입환용은 소형이고, 탱크기관차가 많다. 구배용에는 화물용과 같은 종류의 것이 쓰이는 경우가 많다. [구조] 증기기관차는 크게 나누면 보일러·실린더·프레임(틀)·주행장치·운전실로 되어 있다. 프레임은 기관차의 등뼈에 해당하며 주행장치의 주요 부분인 동륜이 액슬박스를 통하여 끼워져 있고, 이 위에 보일러와 운전실이 얹혀 있다. 보일러는 수평원통모양이고 운전실 쪽에서 석탄이나 중유를 연소시켜 고열을 발생시키는 화실(火室), 연소가스를 가는 관(煙管) 속으로 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 전열되어, 증발해서 대형기관차에서는 16atm, 200℃까지 상승한다. 이 포화증기는 보일러 상부의 증기드럼에 모여서 조절밸브를 통하여 건조관에, 그리고 과열관 헤더로 들어간다. 여기서부터 대연관 속을 통하고 있는 과열관에 분배되어, 이곳을 2번 왕복하여 330℃ 정도가 되어 다시 과열관 헤더로 돌아가 전과 다른 방으로 들어간다. 이 과열증기는 한 곳에 모여 2개의 증기관으로 나뉘어져서 좌우의 실린더에 분배된다. 실린더는 프레임에 고정되어 상하 2실로 나누어져 있는데, 상부의 증기실에 보내진 증기는 피스톤밸브가 앞뒤로 움직이는데 따라 아래에 있는 방의 앞과 뒤로 번갈아 보내진다. 피스톤의 전후운동은 직선운동으로서 주연결봉에 전해지는데, 주연결봉의 다른 끝은 주동륜의 크랭크에 연결되어 있으므로 내(內)운동을 하여 동륜을 회전시킨다. 또 주동륜의 크랭크의 바깥쪽에는 귀환크랭크가 붙어 있어서 주동륜이 회전한다. 이 회전은 편심봉·가감링크·레이디얼로드에 피스톤과는 다른 전후운동을 주어서, 이 조작에 의하여 기관차의 전진·후퇴가 가능해진다. 주행장치는 동륜과 선륜·종륜으로 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 배기중이어서 힘이 작용하지 않게 하여 원활한 회전력을 얻게 되어 있다. 운전실은 보통 좌측이 기관사석, 우측이 기관조사석인데 기관사석에는 조절밸브핸들·역전핸들·브레이크밸브 등이 있다. 중앙 상부에는 각종 압력계·증기분배항·수면계가 있고 조사축에는 주수기, 형식에 따라 자동급탄장치 조절밸브가 있다. 중앙 하부에는 화실로 통하는 화구창이 있는데 페달을 밟으면 압력공기의 작용으로 창문이 열린다. <홍량> 출전 : [한메디지탈세계대백과 밀레니엄], 한메소프트, 1999 |
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