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증기 기관차

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목차

1. 개요

증기 기관차는 증기의 힘으로 움직이는 철도 차량으로, 1802년 리처드 트레비식에 의해 최초로 제작되었다. 초기에는 석탄, 이후 다양한 연료를 사용하며 철도 운송의 핵심 역할을 했으나, 20세기 중반 디젤 기관차의 등장으로 점차 쇠퇴했다. 현재는 관광용으로 일부 운행되며, 구조, 연료/물 적재 방식, 차륜 배치 등에 따라 다양한 종류로 분류된다. 한국에서는 1899년 경인선 개통과 함께 도입되어 한동안 주요 동력원으로 사용되었으나, 1967년 운행이 중단되었다.

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증기 기관차
증기 기관차
증기 기관차
증기 기관차
별칭汽車 (기차)
陸蒸気 (오카조키)
汽罐車 (기칸샤)
유형철도 기관차
동력증기 기관
발명가리처드 트레비식 (초기)
존 블렌킨솝 (초기)
주요 특징
동력 방식증기 기관을 사용하여 동력 생성
작동 원리석탄, 석유, 나무 등을 연소시켜 물을 끓여 증기를 생성
증기의 압력으로 피스톤을 움직여 동력을 발생시켜 바퀴를 회전
역사
초기 증기 기관차1800년대 초반, 리처드 트레비식이 처음으로 증기 기관차 개발
존 블렌킨솝은 랙 철도용 증기 기관차를 제작
주요 개발조지 스티븐슨의 로켓 기관차 개발
영국에서 철도 발전에 중요한 역할
전성기19세기 후반부터 20세기 초반까지 전성기
쇠퇴20세기 중반 이후 디젤 기관차와 전기 기관차에 의해 점차 대체
최고 속도
공인 최고 기록(영국 LNER 클래스 A4 4468 몰러드)
기술적 특징
보일러화실에서 연료를 연소하여 물을 가열
증기 생산
실린더증기 압력을 이용하여 피스톤을 왕복 운동 시킴
밸브증기 흐름을 제어하여 기관차의 전진, 후진 조작
바퀴구동 바퀴: 피스톤의 힘을 받아 회전
안내 바퀴: 방향 전환 및 안정성 유지
구조
주요 구성 요소보일러
실린더
밸브 장치
바퀴
운전실
탄수차 (일부 기관차)
종류
차륜 배열다양한 차륜 배열 존재 (예: 4-4-0, 2-8-2 등)
용도여객 열차용
화물 열차용
조차장용
기타
보존많은 증기 기관차가 역사적 가치를 인정받아 보존됨
일부 기관차는 관광 목적으로 운행되기도 함
최고 성능 기관차펜실베이니아 철도의 펜실베이니아 철도 T1 클래스
유니언 퍼시픽의 유니언 퍼시픽 4000 클래스 (빅 보이)
유니언 퍼시픽의 유니언 퍼시픽 800 클래스

2. 역사

증기 기관차의 역사는 철도의 역사와 함께 한다. 18세기 마차철도를 제외하면 철도의 동력은 증기력에 의존했다.

리처드 트레비식은 1804년 영국에서 증기 기관차를 운행시켜 철도 역사상 최초로 기록되었다.[23][24] 조지 스티븐슨은 공공 철도에서 운행하는 최초의 증기 기관차인 로코모션호를 제작했고, 로켓호를 통해 증기 기관차의 기본 설계를 확립했다. 조지 스티븐슨의 아들 로버트 스티븐슨은 아버지와 함께 증기 기관차 실용 운전에 기여했다.

1935년 독일의 BR05형 증기 기관차는 최고 속도 200.4km/h를 달성했으며, 영국의 A4형 증기 기관차는 1937년에 5퍼밀 하구배 구간에서 최고 속도 201km/h를 유지하여 증기 기관차 최고 속도를 달성하였다.

2차 대전 이후 디젤 기관차가 증기 기관차의 입지를 침식해 가기 시작했다. 1950년대를 정점으로 점차 일선에서 사라지기 시작하여 1970년대 이후 주요 산업 국가에서 증기 기관차를 찾아보기는 어렵게 되었다.

한국에서는 1899년 9월 18일 경인선 개통과 함께 모가형 증기 기관차가 최초로 도입되었고, 이후 파시형 증기 기관차, 미카형 증기 기관차 등 대형 기관차들이 도입되었다. 8.15 해방 이후에도 파시형 증기 기관차 등을 추가 생산하였으나, 한국 전쟁으로 철도 시설이 심각한 타격을 입었다. 이후 증기 기관차는 디젤 기관차에 의해 점차 역할이 축소되었고, 1967년 8월 31일 공식적으로 정기 열차 운행이 중단되었다. 1994년 중국으로부터 901호 증기 기관차가 도입되어 교외선에서 정기 운행을 하였으나,[237] IMF 이후 폐지되었다.

북한에서는 아직도 증기 기관차를 현역으로 사용하고 있다.[238]

2. 1. 초창기

증기 기관차의 역사는 철도의 역사와 그 궤를 같이한다고 볼 수 있다. 18세기에 도입된 마차철도를 제외하면 철도의 동력원은 전적으로 증기력에 의존할 수밖에 없었기 때문이다.

트레비식의 1802년 콜브룩데일 기관차


증기 기관을 사용한 교통수단의 시도 중 가장 앞서 제시될 수 있는 것은 리처드 트레비딕의 펜-이-다렌(Pen-y-darren) 광업용 궤도용 증기 기관차로, 1804년에 만들어진 것이다.[23][24] 이후 트레비딕은 "캐치-미-후-캔(Catch-me-who-can)" 호를 만들어 기동하는 데 성공하지만, 원형으로 깔아놓은 주철제 궤도의 파괴로 안정적인 주행에는 실패하였다.

살라망카 기관차


이후 1812년에 톱니바퀴식 구동을 채용한 살라망카호, 1813년에는 점착 운전에 성공한 퍼핑 빌리 호 등이 등장하였다.

1814년 조지 스티븐슨이 현재의 여러 기관차들과 유사한 특성을 가진 블뤼허 호를 만들었으며,[127] 이후 1825년에는 최초의 공공 철도인 스톡턴과 달링턴 철도(Stockton and Darlington Railway)의 로코모션 1호가 등장하게 되었다.

달링턴 철도 센터 및 박물관의 ''로코모션''


이후 이 로코모션 1호의 기본적인 설계는 1829년의 로켓(Rocket)호 등에 파급되었으며, 이후 최초의 양산형 기관차인 플래닛(Planet) 형 기관차에 이어지게 되며, 이 시점에서 앞쪽으로 돌출된 횡치식 보일러, 연돌, 크랭크 직접 구동 등과 같은 증기기관차의 기본적인 레이아웃이 자리잡게 되었다.

1829년 레인힐 시험(Rainhill Trials)에서 승리한 조지 스티븐슨(George Stephenson)이 제작한 로켓호(Rocket)


영국에서의 증기 기관차의 개발 이후, 여기에 영향을 받아 미국과 독일 등지에서도 고유한 기종이 개발되기 시작하였다. 미국의 경우 초기에는 영국산 기관차의 직도입 내지는 넉다운 도입 정도에 머물렀으나, 1830년에 이르러서는 찰스턴의 친구(Best friend of Charleston)를 스스로 생산해 내기 시작하였다. 이후 많은 시행착오를 겪으면서 미국의 기관차는 영국과 구별되는 고유의 설계 관념이 형성되어 갔다. 유럽의 각 국 역시, 초기에 영국제 기관차로 시작하여, 점차 자국 사정에 맞는 고유의 구조와 형상으로 발전해 가기에 이른다.

2. 2. 발전과 쇠퇴

증기 기관차는 철도망의 신장과 함께 철도 운송의 중추를 이루었다. 과열증기의 도입, 연소 및 배기의 고도화, 복식(다단 팽창식) 구조, 피스톤 수 증가 등 기술적 발전이 이루어졌다.

20세기에 이르러 2~5축의 동륜과 수 개의 종륜에 백 톤 내지 그 이상의 자중을 가지며, 수백 마력의 힘으로 여객과 화물을 수송하게 되었다. 1935년 독일의 BR05형 증기 기관차는 최고속도 200.4km/h를 달성했으며, 영국의 A4형 증기 기관차는 1937년에 5퍼밀 하구배 구간에서 최고 속도 201km/h를 유지하여 증기 기관차 최고 속도를 달성하였다. 미국에서는 챌린저(Challenger)형이나 빅 보이(Big Boy)형, Y6b형 등 초대형 기관차가 등장했다.

2차 대전 이후 디젤 기관차가 점차 증기 기관차의 입지를 침식해 가기 시작했다. 증기 기관차는 1950년대를 정점으로 점차 일선에서 사라지기 시작하여 1970년대 이후로 주요 산업 국가에서 증기 기관차를 찾아보기는 어렵게 되었다. 간선망에서 증기 기관차의 역할은 더 이상 남아있지 않지만, 관광 용도의 증기 기관차 복원 운행이 이루어지고 있다.

2. 3. 한국에서의 증기 기관차

1899년 9월 18일 경인선 철도 개통과 함께 모가형 증기 기관차가 도입된 것이 최초이며, 이후 경부선 개통과 더불어 증기 기관차 도입이 확대되었다. 1920년경 이후부터는 자체적으로 증기 기관차를 조립 생산하기 시작했으며, 기관차의 고성능화 및 급행열차 운전이 본격화되면서 파시형 증기 기관차, 미카형 증기 기관차 등 대형 기관차들이 속속 도입되었다.

8.15 해방 이후 기술 부족과 경제적, 정치적 혼란 속에서도 남은 부속과 미 군정청으로부터 지원받은 부속을 바탕으로 파시형 증기 기관차 등을 추가 생산하여 여객 수송에 투입하였다. 그러나 한국 전쟁의 발발로 철도 시설은 심각한 타격을 입었으며, 기관차의 신규 생산 능력은 물론 정비 및 검사 능력 역시 크게 악화되었다. 이 당시 차량 수급의 어려움 때문에 미국으로부터 여러 종류의 증기 기관차를 원조받아 사용하기도 하였다.

이후 증기 기관차는 한동안 철도 교통의 중추적 역할을 수행하였으나, 점차 새로 도입되는 디젤 기관차에 의해 그 역할이 축소되었다. 증기 기관차는 디젤 기관차나 전기 기관차에 비해 연비가 나쁘고 성능 면에서도 충분하지 못했으며, 더욱이 대부분의 차량이 중고로 도입되거나 일제강점기에 생산된 차량으로 상태가 좋지 못한 경우가 많아 유지에 어려움이 있었다. 이러한 배경에서 철도의 동력 근대화가 추진되면서 증기 기관차는 1967년 8월 31일에 공식적으로 정기 열차 운행을 중단하게 되었으며, 이후 임시 또는 입환용 기관차로서 서서히 도태되었다.

그러나 이것이 증기 기관차의 완전한 폐지를 의미하는 것은 아니었다. 본선에서 은퇴한 기관차들은 유사시를 대비하여 여러 대가 유지되었으며, 그중 일부가 1981년에 복구되어 특급 객차를 견인하는 복원 운행을 하기도 하였다.[236] 그러나 1980년대의 경제 상황은 더 이상 증기 기관차의 유지를 필요로 하지 않았기에 이후 복원 운행은 유지되지 못한 채 각지에 전시 차량으로 소진되었다. 이후 1994년에 중국으로부터 901호 증기 기관차가 도입되어 교외선에서 정기 운행을 하였으나,[237] IMF 이후 호응도가 떨어지고 차량 유지에 큰 어려움이 발생하여 폐지되었다.

북한에서는 아직도 증기 기관차를 현역으로 사용하고 있다.[238]

3. 구조

1 밸브실, 2 증기 밸브, 3 증기실, 4 밸브심봉, 5 합병 레버, 6 심향봉, 7 가감 링크(중앙 지점을 모션 플레이트에 고정), 8 낚시 링크 암, 9 실린더실, 10 피스톤, 11 피스톤 로드, 12 슬라이딩 로드, 13 크로스 헤드, 14 주연봉, 15 편심봉, 16 복귀 링크, 17 연결봉.]]

일반적인 증기 기관차 운행에 필요한 기구는 다음과 같다.[145]


  • 석탄 등의 연료를 효율적으로 태워 고온의 연소가스를 만드는 화실.
  • 화실에서 발생한 연소가스의 열에너지를 이용하여 물을 비등시켜 고온 고압의 증기를 만드는 보일러.
  • 실린더로 보내는 증기의 방향과 양을 제어하는 각종 밸브 기구.
  • 증기의 에너지를 왕복 운동의 에너지로 변환하는 실린더.
  • 실린더의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하여 구동력을 발생시키는 로드와 동륜.


연실(煙室)은 기관차의 선두 부분에 있으며, 보일러 내부의 연관(煙管)을 통과한 연소가스와 증기실 내부 실린더에서 피스톤 작동에 사용된 증기(배기 블라스트)가 배출관을 통해 들어와 상부의 굴뚝으로 배출되는 곳이다. 배출관에서 힘차게 분출된 증기가 상부의 굴뚝을 향해 흐르기 때문에, 기압차에 의해 내화실(內火室)에서 발생하는 연소가스를 연관을 통해 강제로 유인하여 내화실로의 공기 유입량을 증가시켜 연소 효율 향상을 돕는 역할을 하는데, 이를 "드래프트(draft)"라고 한다.

보일러에 물을 공급하기 위한 급수 펌프와 인젝터가 보일러 옆에 설치되어 있으며, 증기 기관차 자체나 견인하는 여객차의 브레이크 장치를 작동시키기 위한 압축 공기를 만드는 목적으로 보일러 옆이나 연실 앞면 등에 컴프레서를 설치하고 있다. (영국 등 진공 브레이크 방식의 국가에서는 이것이 없었다.) 공기 브레이크는 미국에서 1869년에 발명되어 1872년에 직통식에서 자동식으로 개량되었고, 미국에서는 1893년에 모든 열차에 공기 브레이크 장착이 의무화되었다. 참고로 일본에서는 진공 브레이크가 먼저(1891년) 도입되었지만, 경사가 많은 일본에서는 1920년대 이후 연속 사용이 가능한 공기 브레이크 방식으로 전환되었다.[149] 조압기(조정기)에 의해 자동으로 작동하며, 거기서 만들어진 압축 공기는 배출관을 통해 냉각되어 보일러 옆의 원기압축조에 압축 저장된다. 또한, 전조등 등 전기 장치나 ATS 등의 안전 장치를 사용하는 목적으로 터빈 발전기가 보일러 상부의 운전실 쪽에 설치된다. 컴프레서와 터빈 발전기 모두 보일러에서 운전실에 설치된 밸브가 부착된 증기 분배 상자를 통해 보내진 증기를 동력원으로 하며, 이러한 밸브 조작에 따라 증기가 보내져 각종 보조 기기를 작동시킨다.[150]

3. 1. 차체

증기 기관차의 주요 구성 요소 (확대하려면 클릭)


증기 기관차의 주요 구성 요소
번호구성 요소번호구성 요소번호구성 요소번호구성 요소
2기관사실16프레임48연결기
이 구성 요소들에 대한 설명은 증기 기관차 구성 요소에서 확인할 수 있다.


  • 운전실(Driver-cab)
  • 프레임
  • 연결기

3. 2. 보일러

보일러는 증기를 발생시키기 위해 물을 끓이는 장치로, 증기 기관차에서 가장 큰 부분을 차지한다. 초기 증기 기관차는 다양한 형태였지만, 점차 현재와 유사한 횡치형 보일러 형태로 발전했으며 연관을 대량으로 가지고 있다. 보일러의 증기 압력 및 온도가 향상되어 동력 성능에 기여했다.

보일러의 주요 구성 요소는 다음과 같다.

  • 화실: 연료를 태워 고온의 연소 가스를 만드는 곳이다.
  • 연관: 연소 가스가 지나가는 보일러 내의 관이다. 연소 불꽃이 지나가면 연관식, 물이 지나가면 수관식으로 분류된다.
  • 화격자: 화실 바닥에 위치하며, 타고 남은 재가 떨어지는 격자 모양의 구조물이다.
  • 증기돔: 증기 기관차의 흔들림에 따라 물이 출렁일 때 증기실의 물 빨림 현상(프라이밍)을 막아준다.
  • 안전밸브: 보일러 내 증기 압력이 과도하게 높아지면 증기를 외부로 분출시켜 보일러 및 증기 배관의 파손을 막는다. 저양정식, 고양정식, 전량식으로 구분되며, 중추식, 스프링식 등이 있다.
  • 과열기(Superheater): 보일러에서 만들어진 증기를 재가열하여 건조도를 높여 증기 실린더의 마모를 막고 더 큰 힘을 낼 수 있게 한다.
  • 연실: 보일러 내부의 연관을 통과한 연소 가스와 증기 실린더에서 사용된 증기가 모여 굴뚝으로 배출되는 곳이다.
  • 연도(煙道)
  • 폐기 노즐(Blastpipe): 증기 실린더에서 사용된 증기를 연실로 배출하는 장치이다.
  • 기적: 증기가 끓을 때 큰 호루라기 소리를 내는 장치이다.


번호로 된 구성 요소에 대한 설명
번호구성 요소번호구성 요소번호구성 요소번호구성 요소
1석탄차13연기통 문25밸브37석탄 저장고
2기관사실14후부 트럭 / 후부 대차26밸브 상자 / 증기 상자38화격자
3안전 밸브15측면 발판27화실39재받이
4리치 로드16프레임28보일러 관40저널 박스
5기적17브레이크 슈29보일러41등압빔 / 등압 레버 / 등압 바
6발전기 / 터보 발전기18모래관30과열기 관42판 스프링
7모래 돔19사이드 로드 / 커플링 로드31조절 밸브 / 스로틀 밸브43구동륜 / 드라이버
8스로틀 레버 / 조절 레버20밸브 기어 / 모션32과열기44페디스털 / 새들
9증기 돔21커넥팅 로드 / 메인 로드33연돌 / 굴뚝45블라스트 파이프
10공기 펌프 / 압축기22피스톤 로드34전조등46선행 트럭 (단일 축인 경우 포니 트럭) / 선행 대차
11연기통23피스톤35브레이크 호스47파일럿 / 카우캐처
12증기관24실린더36급수 탱크48연결기
이러한 구성 요소에 대한 설명은 여기에 있다.



보일러에서 발생한 증기는 보일러 상부의 수면 위에 채워진다. 최대 작동 압력은 스프링식 안전밸브로 제한되며, 증기는 수면 위에 설치된 천공 튜브나 조절 밸브(스로틀)가 있는 돔에 모인다. 조절 밸브는 보일러에서 나오는 증기의 양을 조절한다. 증기는 증기관을 통해 엔진으로 이동하거나, 과열기를 거쳐 온도를 높인 후 사용될 수 있다.

작동 중인 증기 기관차의 열화상


화실에서 만들어진 고온의 연소 가스는 '''연관'''을 통해 보일러로 전달된다. 연관의 개수와 크기는 기관차의 출력에 영향을 미치며, 연관 주위는 물로 채워져 있어 열전도를 통해 증기가 발생한다. 보일러 재질은 강철이 일반적이었지만, 영국 등에서는 구리도 사용되었다. 발생한 증기는 상부의 증기돔에 모이고, 주행에 사용되는 증기는 감압밸브로 유량을 조절한 후 건조관을 통해 수분을 제거하고 연실의 주증기관을 거쳐 실린더로 보내진다.

보일러는 포화 증기를 사용하는 '''포화식'''과 증기를 더 가열하여 사용하는 '''과열식'''이 있다. 과열식은 과열관을 통해 증기 온도를 300-400℃까지 높인다. 보일러 상부에는 안전밸브와 기적이 설치되어 있으며, 보일러 내 수위를 유지하기 위해 급수 펌프와 인젝터(주입기) 2개가 설치되어 있다.

보일러 성능 지표는 '''증기압력''', '''포화식/과열식 여부''', '''연관/대연관의 두께와 개수''' 또는 '''연관의 총 표면적(열전도 면적)''' 등이 사용된다.

3. 3. 구동부

보일러에서 만들어진 증기를 직접 동력으로 전환하는 부분이다. 증기의 압력을 실린더의 왕복운동으로 전환하여 운동에너지로 바꾸고, 이를 각 차륜에 전달한다.[145]

구동부의 동작

  • 실린더
  • 밸브 장치
  • 스티븐슨식
  • 왈샤트식
  • 그레슬리 복합식
  • 크랭크
  • 크랭크로드
  • 기어


증기 기관차를 부드럽게 주행시키려면 실린더로 보내는 증기의 방향을 적절히 제어해야 하며, 오른쪽의 '''밸브 장치'''에 의해 제어된다. 출력 제어는 운전실에 있는 가감 밸브 핸들과 역전기 핸들에 의해 제어된다. 가감 밸브 핸들은 증기 탱크에 있는 가감 밸브에 연결대(引棒)로 연결되어 있으며, 이를 조작함으로써 증기 탱크에서 증기가 건조관과 주증기관을 거쳐 증기실로 흘러들어가고, 증기실 내부의 두 증기 밸브 사이에 있는 밸브실을 거쳐 증기실 전후에 설치된 증기 통로 중 한쪽을 통해 증기가 실린더실 내부의 피스톤을 작동시킨다. 증기가 보내진 피스톤 반대쪽의 증기는 실린더실에서 증기가 보내진 증기 통로와 반대쪽 증기 통로를 통해 증기실로 돌아가고, 증기실 좌우에 있는 배기 통로에서 배출관으로 배출된다. 이러한 움직임을 앞뒤로 번갈아 수행함으로써 실린더 내부의 피스톤을 왕복 운동시킬 수 있다.

증기 기관차 주행 장치(왈샤트식) 모형도
1 밸브실, 2 증기 밸브, 3 증기실, 4 밸브심봉, 5 합병 레버, 6 심향봉, 7 가감 링크(중앙 지점을 모션 플레이트에 고정), 8 낚시 링크 암, 9 실린더실, 10 피스톤, 11 피스톤 로드, 12 슬라이딩 로드, 13 크로스 헤드, 14 주연봉, 15 편심봉, 16 복귀 링크, 17 연결봉.


실린더 내부의 피스톤을 왕복 운동시키는 증기의 유입과 배출을 담당하는 증기실의 증기 밸브는 피스톤과 90도의 위상차를 두고 움직이며, 증기 밸브는 피스톤의 움직임을 전달하여 움직인다. 힘의 전달은 피스톤 로드→크로스 헤드→합병 레버→증기 밸브의 밸브심봉과 피스톤 로드→크로스 헤드→주연봉→복귀 링크→편심봉→가감 링크→심향봉→합병 레버→증기 밸브의 밸브심봉의 두 경로로 전달된다. 또한, 합병 레버는 두 방향에서 전달되는 힘을 합치는 역할을 하며, 이를 통해 증기 밸브를 작동시킨다.

출발 시에는 가감 밸브를 한꺼번에 열어버리면 증기가 실린더 내부로 한꺼번에 들어가 동륜이 공전해버리기 때문에 가감 밸브를 서서히 열어가는 조작을 한다. 관성 주행 시에는 가감 밸브를 완전히 닫아 실린더실에 증기가 전혀 들어오지 않도록 한다(절기 운전이라고도 함).

역전기 핸들은 역전봉과 연결되어 있으며, 그 앞쪽의 낚시 링크 암과 낚시 링크를 거쳐 심향봉과 연결되어 있고, 심향봉에서 가감 링크를 거쳐 증기실의 증기 밸브와 합병 레버를 거쳐 크로스 헤드에 연결되어 있다. 역전기 핸들을 회전시킴으로써 심향봉을 거쳐 실린더실 상부에 있는 증기실의 증기 밸브를 조작할 수 있도록 되어 있다. 증기 기관차의 속도 제어는 증기 탱크에 있는 가감 밸브의 조정으로도 가능하지만, 실제 속도 제어는 증기 밸브에서 실린더로 가는 통로의 개구부 개방률의 변화에 의해 이루어진다.

변화 동작에 사용되는 것은 편심봉, 가감 링크, 심향봉의 세 가지이며, 가감 링크는 중앙을 지점으로 모션 플레이트에 부착되어 있으며, 그 아래쪽에 연결된 편심봉에 의해 가감 링크가 지점을 중심으로 상부와 하부에서 왕복 운동을 하여 심향봉과 합병 레버를 거쳐 증기 밸브의 밸브심봉에 힘을 전달하는 구조로 되어 있다. 심향봉의 힘점은 역전기 핸들에 의해 가감 링크 내부를 상하 방향으로 움직일 수 있으며, 가감 링크의 지점에 가까운 위치에서는 증기 밸브의 왕복 운동 폭이 작아지고, 가감 링크의 지점에서 멀어진 위치에서는 증기 밸브의 왕복 운동 폭이 커진다. 그 폭의 변화가 개방률의 변화가 되고, 개구부의 크기와 증기 밸브에서 실린더로 증기가 들어오지 않는 컷오프 시간의 변화에 의해 실린더에 들어가는 증기량을 조절하여, 실린더 내부의 피스톤이 당시 상황에 맞는 속도에 대응하는 왕복 운동을 하도록 되어 있다(출발 시에는 심향봉을 가감 링크 중앙에서 아래쪽으로 떨어진 위치로 이동시켜 개방률을 크게 하고 컷오프 시간을 짧게 함으로써 실린더실로 들어가는 증기를 많게 하여 동륜의 회전력을 크게 하고 회전 수를 작게 하며, 속도가 오르면 심향봉을 가감 링크 하부에서 중앙 위치로 서서히 이동시켜 개방률을 작게 하고 컷오프 시간을 길게 함으로써 실린더실로 들어가는 증기를 적게 하여 동륜의 회전력을 작게 하고 회전 수를 크게 한다). 또한, 개방률은 80%-0% 사이로 나타내며, 전출력으로 80%, 정지 시나 관성 주행 시에는 0%로 한다.

가감 링크는 전진 또는 후진의 전환도 수행하며, 역시 역전기 핸들을 회전시킴으로써 심향봉을 가감 링크의 중앙(지점 부분)에서 아래로 내리면 전진, 위로 올리면 후진이 된다(전후진 전환은 정지 시에 수행한다). 그 외에, 출발 시 상온까지 식은 실린더실에 증기를 보내면 증기의 온도가 내려가 응축이 발생하여 실린더실에 물이 고이기 때문에, 고인 물을 배출하는 실린더 배수 밸브나, 증기실의 전후를 바이패스관으로 연결하고 그 중간에 밸브를 설치하여 관성 주행 시 역전기 핸들을 조작하여 증기실과 실린더실을 연결하는 증기 통로의 개방률을 80%로 한 후 그 밸브를 열어 실린더실의 피스톤 전후의 공기를 오가게 하여 피스톤의 공기 저항을 최소화하는 바이패스 밸브가 있다.

기관차의 출력은 궁극적으로 실린더의 크기×개수×증기압력으로 결정된다. 카탈로그에서는 '''실린더 직경×행정'''으로 표시된다. 증기 기관차의 설계는 실린더에서 사용되는 증기량과 증기를 만드는 능력(화실이나 보일러의 성능)이 일치하도록 고려된다.

3. 4. 차륜

증기 기관차의 차륜은 직접 차체를 지탱하고, 차량을 움직이게 하는 역할을 한다. 차륜은 다음과 같은 요소들로 구성된다.

  • '''차축'''
  • '''전륜''' (또는 선륜, 유도륜): 증기 기관차의 앞부분에 위치한 바퀴로, 커브길에서 부드럽게 방향을 바꿀 수 있도록 돕고 기관차 무게의 일부를 지탱한다.
  • '''동륜''': 증기 기관차에서 실제로 움직이는 힘을 전달하는 바퀴이다. 실린더에서 만들어진 왕복 운동 에너지는 주연접봉(메인 로드)을 통해 동륜으로 전달되고, 여기서 회전 운동으로 바뀐다. 주연접봉과 연결된 동륜을 '''주동륜'''이라고 하며, 주동륜과 다른 동륜은 연결봉(커플링 로드)으로 연결된다. 좌우 동륜은 차축으로 연결되어 있으며, 2실린더 기관차의 경우 연결봉을 통해 90도 각도로 어긋나게 주연접봉과 연결되어 한쪽 피스톤의 힘이 없을 때 다른 쪽 피스톤이 힘을 낼 수 있도록 한다.
  • '''종륜''' (또는 후륜): 증기 기관차 뒷부분에 있는 바퀴로, 기관차 뒷부분의 무게를 지탱한다. 큰 화실이 필요한 고출력 기관차에서는 작은 종륜 위에 넓은 화실을 장착한 광화실 타입이 사용되었다.


증기 기관차의 최고 속도는 실린더의 왕복 속도와 동륜의 지름(동륜경)에 의해 결정된다. 증기 기관차의 동륜 회전수는 400rpm 정도가 한계[146]로 여겨지며, 실제로 각국 증기 기관차의 최고 속도도 이와 비슷하다.[147] 따라서 빠른 속도를 내기 위해서는 큰 동륜이 필요하다.

증기 기관차는 매끄러운 철 바퀴가 철 레일 위를 달리기 때문에 공전(헛돌기)이 일어나기 쉽다.[148] 무거운 열차를 끌 때 공전을 막으려면 동륜과 레일 사이의 접착성을 높여야 한다. 이를 위해 동륜에 걸리는 무게를 늘리거나, 동륜의 수를 늘려 동축 상 중량을 늘리는 방법을 사용한다. 동륜과 전륜, 종륜의 배치와 수는 기관차의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. (차축 배치 참조)

3. 5. 그 외의 구성요소

탄수차는 증기 기관차에서 가장 큰 부분을 차지하는 물과 연료를 운반하는 데 사용되며, 일반적으로 기관차와 영구적으로 연결되어 있다.[41] 짧은 거리를 운행하는 기관차는 텐더가 없는 경우가 많으며, 연료는 벙커에, 물은 보일러 옆의 탱크에 보관한다. 탱크는 측면 탱크, 패니어 탱크, 새들 탱크, 웰 탱크 등 다양한 형태로 배치된다.

사용되는 연료는 철도에서 경제적으로 이용 가능한 것에 따라 달라졌다. 영국과 유럽에서는 석탄이, 1870년대까지 미국에서는 나무가 주로 사용되었으나, 이후 석탄이 전 세계적으로 주요 연료가 되었다.[41] 사탕수수 농장 철도에서는 바가스가, 미국 남서부 철도에서는 석유가 사용되기도 했다. 호주 빅토리아주에서는 중유, 독일, 러시아, 호주, 영국에서는 석탄 가루를 사용하기도 했다.

급수 크레인을 사용하여 물을 채우는 기관차


2차 세계 대전 중 스위스에서는 전기 가열 보일러를 사용하는 증기 조작 기관차가 운행되기도 했다.[42] 이는 석탄 부족과 풍부한 수력 발전 때문이었다. 스위스, 아르헨티나, 호주의 관광 노선에서는 경유를 사용하기도 한다.[43]

물은 정차 장소와 기관차 정비창의 급수탑에 연결된 급수 크레인이나 갠트리에서 공급되었다. 영국, 미국, 프랑스에서는 급수조(미국에서는 "트랙 팬")를 설치하여 기관차가 정지하지 않고 물을 보충할 수 있도록 했다. 이는 빗물이나 눈 녹은 물을 사용했으며, 텐더나 대형 탱크 기관차의 후면 급수 탱크 아래에 장착된 "물 스쿠프"를 통해 이루어졌다.

물은 증기 기관차 운행에 필수적이며, Swengel에 따르면 물은 높은 비열을 가지고 있어 열에너지 저장에 유리하며, 증기화(증기 형성) 속성은 온도를 높이지 않고도 추가적인 에너지를 저장할 수 있게 한다.[44] 그러나 증기압이 증가함에 따라 보일러 내부에서 "발포" 또는 "프라이밍" 문제가 발생하여 실린더 헤드를 날려 버릴 수 있었다. 이를 해결하기 위해 고농도의 뜨거운 광물질 물을 주기적으로 배출했으며, 수처리도 사용되었다. Swengel은 이러한 문제가 철도의 전철화에 기여했다고 제안했다.[44]

1970년대에 L.D. Porta는 보일러 내부를 청결하게 유지하고 부식을 방지하는 정교한 중장비 화학 수처리 시스템(Porta 처리)을 개발했다.[45][46]

일부 증기 기관차는 사용한 식용유와 같은 대체 연료를 사용하기도 했다.[47][48][49][50][51][52][53]

  • 배연판: 연소실에서 나오는 연기가 기관사에게 방해되지 않도록 하는 장치이다.
  • 카우캐처
  • 집연 장치

4. 장단점

증기 기관차는 장점보다 단점이 커서 효용성이 떨어지기 때문에, 현재 운송업에서는 거의 사용되지 않고 주로 관광용으로만 사용되고 있다.

'''장점'''


  • 연료 선택의 폭이 넓다. 물을 끓일 수 있는 열만 낼 수 있다면 어떤 연료든 사용 가능하다. 석탄 외에도 원유, 경질유, 중유, 벙커C유, 목탄이나 임업 부산물까지 연료로 사용할 수 있다.[41]
  • 1950년대 한국에서도 중유를 함께 사용하는 증기 기관차가 다수 운행되었다.[135] 중유 혼소 방식은 매연을 줄이고, 화실 용적을 최대한 활용하여 평면 연소와 입체 연소를 동시에 할 수 있게 해준다.[225][226]
  • 구조가 간단하여 수리가 쉽고, 내구 수명이 길다. (약 30년, 부품 교체로 연장 가능)
  • 일시적인 과부하에도 쉽게 고장나지 않는다.
  • 객차 난방에 증기를 활용할 수 있다.


'''단점'''

  • 연료 효율이 낮다(10% 이하).[41]
  • 시동에 시간이 오래 걸린다.
  • 디젤 기관차에 비해 항속거리가 짧아 잦은 연료 보급이나 기관차 교체가 필요하다.
  • 잦은 점검으로 운휴 시간이 많다.
  • 승무원과 보수 인력은 연기, 재, 열악한 환경에 노출된다.
  • 많은 인원(3~5명)이 필요하여 인건비가 많이 든다.
  • 조정이 어렵고 숙련이 필요하다.
  • 전기 기관차나 디젤 기관차보다 연비 효율과 견인력이 낮다. (증기 기관차 열효율 10%, 디젤 기관차 35%)
  • 고속 및 저속 운전이 어렵다.
  • 전방 시야가 좋지 않다.
  • 성능이 일정하지 않다.
  • 다량의 매연·가스를 배출한다.
  • 불똥으로 인한 산불 등 화재 위험이 있다.[177][178]
  • 보수에 많은 노력이 필요하다.[152]
  • 연료와 물 보급이 필요하며(대형 기관차는 약 100km마다), 관련 설비가 필요하다.
  • 성능 발휘에 숙련이 필요하다.
  • 방향 전환 설비(전차대, 델타선, 루프선 등)가 필요하다.

4. 1. 장점

증기 기관차는 연료의 품질이나 종류에 관계없이, 물을 끓일 수 있을 만큼의 열만 낼 수 있다면 어떤 연료든 사용할 수 있다. 따라서 석탄 외에도 원유, 경질유, 중유, 벙커C유 등 다양한 종류의 기름은 물론, 목탄이나 임업 부산물까지 연료로 사용할 수 있다.[41] 또한, 증기 기관차에서 발생하는 따뜻한 증기를 활용하여 객차 난방을 해결할 수 있다는 장점도 있다.

수위계. 보일러의 물은 정상 최대 작동 수위보다 높은 "상부 너트"에 있다.


1950년대 한국에서도 중유를 함께 사용하는 증기 기관차가 다수 운행되었다.[135] 중유 혼소 방식은 매연을 줄이고,[225] 화실 용적을 최대한 활용하여 평면 연소와 입체 연소를 동시에 할 수 있게 해준다.[226] 이는 일본에서 독자적으로 발전시킨 기술이다.[227]

1898년부터 1899년경, 중유(원유)를 기관차 연료로 사용하는 시험이 이루어졌다. 다이쇼 시대 초기, 아키타현 쿠로카와 유전(黒川油田)이 개발되면서 많은 기관차에 중유 연소 장치가 설치되어 1934년경까지 사용되었다. 이이야마 토시오(飯山敏雄)가 고안한 이이야마식, 요코이 지츠로(横井実郎)가 고안한 요코이식 등이 시험되었으나, 중유 가격 변동이 심하고 안정적인 공급이 어려워지면서 철거되었다. 당시 중유 연소에 대한 자세한 자료는 남아 있지 않지만, 이이야마식과 요코이식은 편평한 분출구에서 증기로 기름을 분출하는 방식이었다고 추정된다.[228]

1951년 가을, 석탄 부족 사태에 대응하고 저품질 석탄을 효율적으로 사용하기 위해 기관차에 중유를 석탄과 함께 사용하는 방식이 다시 도입되었다. 이후 석탄 사정이 좋아졌지만, 매연 감소 효과와 투탄량 감소로 인한 서비스 향상, 승무원 노동 강도 경감 등의 긍정적인 효과 덕분에 전국적으로 확대 시행되었다.[229] 중유 혼소에는 B 중유가 사용되었으나, 저렴한 C 중유 사용도 고려되었다. 1962년에 C 중유용 버너가 시험 제작되면서[230] 동력비 절감에 더욱 집중하게 되었다.[231] C 중유는 가격이 저렴하지만 인화점과 점도가 높고 잔류물이 많아 사용에 어려움이 있었다. 또한 화력이 강해져 보일러 주변 온도가 높아지고, 타고 남은 중유가 연관을 막거나 집연 장치 작동을 방해하는 등의 문제도 발생했다.[232]

이 외에도 구조가 간단하여 수리가 쉽고, 내구 수명이 길다는 장점이 있다. 일반적으로 약 30년 정도 사용 가능하며, 대규모 수리나 부품 교체를 통해 수명 연장이 가능하다. 또한 일시적인 과부하에도 쉽게 고장나지 않는다.

4. 2. 단점

증기 기관차는 여러 단점을 동시에 가지고 있다.

  • 연료 효율이 낮다. 연료가 가진 에너지의 10% 이하만이 동력으로 사용된다.[41]
  • 시동에 시간이 오래 걸린다. 보일러를 점화하고 물이 끓어 기관차가 움직일 때까지 상당한 시간이 소요된다.
  • 디젤 기관차에 비해 항속거리가 짧아 잦은 연료 보급이나 기관차 교체가 필요하다.
  • 잦은 점검이 필요하여 운행하지 못하고 쉬는 시간이 많다.
  • 승무원과 보수, 수선 인력은 연기, 재, 열기로 인해 큰 고충을 겪는다.
  • 많은 인원(3~5명)이 필요하여 인건비가 많이 든다.
  • 전반적인 노동 환경이 열악하다.
  • 구조는 간단하지만 조정이 어렵고, 조잡한 조정으로는 제대로 운행할 수 없다. 수리 작업에 숙련이 필요하지만, 작업 정도는 내연 기관보다 낮아도 문제없다.[151][152]
  • 전기 기관차나 디젤 기관차보다 연비 효율이 나쁘고, 견인력도 약하다. 증기 기관차의 열효율은 10% 정도로 알려져 있으며, 디젤 기관차의 열효율 35% 정도에 비해 상당히 떨어진다.
  • 고속 운전이 어렵다. 일반적인 구조의 증기 기관차 속도는 동륜 직경과 실린더 왕복 속도에 비례하므로, 실린더 왕복 속도를 빠르게 하고 동륜 직경을 크게 할수록 고속 운전이 가능하다. 하지만 실린더 왕복 속도 상한은 실린더와 대차의 강성, 강도, 관성 질량에 의존하기 때문에 휠베이스가 길고 고속 주행하는 기관차일수록 진동이 심해지고,[153] 일반적인 구조에서는 일정 속도 이상으로 높이기 어렵다.[154] 동륜 직경도 대형화하면 보일러나 화실에 방해가 되고, 궤간(레일 폭)을 크게 넘으면 중심이 높아져 주행이 불안정해지고 위험하다. 표준궤에서도 실용화된 것은 2135~2440mm 부근(20세기에 들어와서는 2135mm 이하가 보통)이며,[155] 이보다 큰 직경의 동륜은 실험적이다.
  • 저속에서는 본래 힘을 발휘할 수 없다.[167] 증기 기관차는 보통 시속 50km에서 100km에서 최대 출력이 되기 때문이며, 시속 15km 정도부터 강력한 견인력이 발휘되는 전기식 디젤 쪽이 유리하다.[168]
  • 전방 시야가 좋지 않다. 구조상 대형 보일러를 전방에 배치하여 선로상 장애물이나 궤도 손상 발견이 늦어져 큰 사고로 이어지기 쉽다.
  • 성능이 조건에 따라 변하고 일정하지 않다(연료 발열량, 탱크식 기관차의 경우 연료와 물 사용에 따른 축중 변화도 영향을 준다[172]).
  • 다량의 매연·가스를 배출하여 터널에서는 창문을 열 수 없다(이 때문에 산악 지역에서는 일찍부터 전철화가 진행되는 경우가 많다).[173]
  • 연기의 불똥이 선로 주변 산림이나 가옥 등에 옮겨붙어 산불이나 화재가 일어날 수 있다.[177][178]
  • 보수에 많은 노력이 필요하다.[152]
  • 마모 부분이 많아, 일본의 경우 약 39만 km 주행 후 오버홀을 했다(동시대 전철이나 전기 기관차는 80만 km 정도에서 오버홀).[171]
  • 보일러 부 등의 열·고압 피로·내구 연수에 의한 노후화.
  • 물때 축적.
  • 연료와 물 보급이 필요하며, 대형 기관차는 약 100km마다 보급이 필요하다. 따라서 역이나 기관구 등에 물, 석탄 등 보급과 사용한 석탄재 처리용 대형 설비가 필요하다. 또, 전기 기관차 등과 같이 1000km 정도의 장거리를 승무원 교대만으로 운전할 수 없어 기관차 필요 수가 많아진다.
  • 기관차 자체에서 증기를 발생시켜 주행하므로 성능 발휘에 숙련이 필요하다. 특히 특급 열차와 같이 "계산상 최대 출력을 내지 않으면 운행 시간표가 유지될 수 없는" 열차의 경우, 석탄이나 물 사용 효율을 고려하면 특히 기량이 높은 기관사·기관 보조원이 필요하다.[179]
  • 설계상 반대 방향 운전이 고려되지 않아 전차대, 델타선, 루프선 등 방향 전환 설비가 필요하다. 하지만 후년에는 C11형이나 C56형 등 반대 방향 운전이 용이한 형식도 등장했다.

5. 분류

증기 기관차는 구동 방식, 연료 및 물 적재 방식, 차륜 배치, 차량 구조, 열원 등에 따라 다양하게 분류된다.

초기 증기 기관차는 보일러 단열을 위해 나무 보온재를 사용했다. 1812년에 제작된 살라망카[4]와 로코모션 1호가 대표적이다. 보일러가 단열되지 않으면 많은 열이 낭비되기 때문에, 규조토나 마그네시아 블록과 같은 절연 재료가 사용되었다.[56] 현대에는 유리솜이나 알루미늄 호일 포장재가 주로 사용된다. 보온재는 보일러 피복(클래딩)으로 보호된다.[57]

효과적인 보온재는 무연탄 기관차에 특히 중요하며, 최근에는 엔진 예열 시간을 단축시키고 효율을 높이기 위해 "과장된" 단열이 실시되기도 한다.

5. 1. 구동방식에 따른 구분

크랭크식 증기 기관차는 차륜과 실린더가 직접 크랭크로드로 연결된 가장 일반적인 방식이다.[54][55] 기어식 증기 기관차는 차륜의 구동을 기어에 의해서 실시하는 방식이며, 미국의 샤이(Shay) 형 증기 기관차가 대표적이다.[54][55] 전기식 증기 기관차는 20세기 초엽에 잠시 등장했던 방식으로, 발전기를 증기기관으로 구동하고 모터로 차륜을 구동하는 방식이다.[54][55]

증기 기관차를 부드럽게 주행시키려면 실린더로 보내는 증기의 방향을 적절히 제어해야 하며, 이는 '''밸브 장치'''에 의해 제어된다. 출력 제어는 운전실에 있는 가감 밸브 핸들[145]과 역전기 핸들로 이루어진다. 가감 밸브 핸들은 증기 탱크의 가감 밸브에 연결대(引棒)로 연결되어, 이를 조작해 증기 탱크에서 증기가 건조관과 주증기관을 거쳐 증기실로 흘러들어간다. 이후 증기실 내부의 두 증기 밸브 사이에 있는 밸브실을 거쳐, 증기실 전후에 설치된 증기 통로 중 한쪽을 통해 증기가 실린더실 내부의 피스톤을 작동시킨다. 증기가 보내진 피스톤 반대쪽의 증기는 실린더실에서 증기가 보내진 증기 통로와 반대쪽 증기 통로를 통해 증기실로 돌아가고, 증기실 좌우의 배기 통로에서 배출관으로 배출된다. 이러한 움직임을 앞뒤로 번갈아 수행함으로써 실린더 내부의 피스톤을 왕복 운동시킨다.

실린더 내부 피스톤의 왕복 운동을 위한 증기 유입과 배출은 증기실의 증기 밸브가 담당하며, 이 밸브는 피스톤과 90도 위상차를 두고 움직인다. 증기 밸브는 피스톤의 움직임을 전달받아 작동하는데, 힘은 두 경로로 전달된다. 첫 번째는 피스톤 로드→크로스 헤드→합병 레버→증기 밸브의 밸브심봉 경로이고, 두 번째는 피스톤 로드→크로스 헤드→주연봉→복귀 링크→편심봉→가감 링크→심향봉→합병 레버→증기 밸브의 밸브심봉 경로이다. 합병 레버는 두 방향에서 전달되는 힘을 합쳐 증기 밸브를 작동시킨다.

출발 시에는 가감 밸브를 한꺼번에 열면 증기가 실린더 내부로 한꺼번에 들어가 동륜이 공전하므로, 가감 밸브를 서서히 열어야 한다. 관성 주행 시에는 가감 밸브를 완전히 닫아 실린더실에 증기가 들어가지 않도록 한다(절기 운전).

역전기 핸들은 역전봉과 연결되며, 낚시 링크 암과 낚시 링크를 거쳐 심향봉과 연결된다. 심향봉은 가감 링크를 거쳐 증기실의 증기 밸브와 합병 레버, 크로스 헤드에 연결된다. 역전기 핸들을 회전시켜 심향봉을 조작함으로써 실린더실 상부 증기실의 증기 밸브를 제어한다. 증기 기관차의 속도 제어는 증기 탱크의 가감 밸브 조정으로도 가능하지만, 실제 속도 제어는 증기 밸브에서 실린더로 가는 통로 개구부 개방률 변화로 이루어진다. 이 변화에는 편심봉, 가감 링크, 심향봉이 사용된다. 가감 링크는 중앙을 지점으로 모션 플레이트에 부착되어, 아래쪽에 연결된 편심봉에 의해 지점을 중심으로 상하 왕복 운동을 한다. 이 운동은 심향봉과 합병 레버를 거쳐 증기 밸브의 밸브심봉에 힘을 전달한다.

심향봉의 힘점은 역전기 핸들에 의해 가감 링크 내부에서 상하로 움직일 수 있다. 가감 링크 지점에 가까울수록 증기 밸브 왕복 운동 폭이 작아지고, 멀어질수록 커진다. 이 폭의 변화가 개방률 변화가 되며, 개구부 크기와 증기 밸브에서 실린더로 증기가 들어오지 않는 컷오프 시간 변화로 실린더 증기량을 조절한다. 이를 통해 실린더 내부 피스톤이 상황에 맞는 속도에 대응하는 왕복 운동을 하도록 한다. (출발 시에는 심향봉을 가감 링크 중앙 아래로 내려 개방률을 크게, 컷오프 시간을 짧게 하여 실린더 증기를 많게 하고 동륜 회전력을 크게, 회전 수는 작게 한다. 속도가 오르면 심향봉을 가감 링크 하부에서 중앙으로 서서히 이동시켜 개방률을 작게, 컷오프 시간을 길게 하여 실린더 증기를 적게 하고 동륜 회전력은 작게, 회전 수는 크게 한다.)

개방률은 80%-0% 사이로 나타내며, 전출력 시 80%, 정지나 관성 주행 시 0%이다. 가감 링크는 전진/후진 전환도 수행한다. 역전기 핸들 회전으로 심향봉을 가감 링크 중앙(지점) 아래로 내리면 전진, 위로 올리면 후진이 된다(전환은 정지 시 수행).

출발 시 상온으로 식은 실린더에 증기를 보내면 응축으로 물이 고이므로, 이를 배출하는 실린더 배수 밸브가 있다. 또한, 증기실 전후를 바이패스관으로 연결, 중간에 밸브를 설치하여 관성 주행 시 역전기 핸들 조작으로 증기실과 실린더실 연결 통로 개방률을 80%로 한 후 밸브를 열어 실린더 피스톤 전후 공기를 오가게 하여 피스톤 공기 저항을 최소화하는 바이패스 밸브도 있다.

기관차 출력은 실린더 크기×개수×증기압력으로 결정되며, 카탈로그에는 '실린더 직경×행정'으로 표시된다. 증기 기관차 설계는 실린더 사용 증기량과 증기 생성 능력(화실, 보일러 성능)이 일치하도록 고려된다.

  • 피스톤식: 증기 압력을 실린더로 유도, 피스톤 작동으로 왕복 운동 변환 후 동륜을 구동하는 방식으로 널리 보급되었다.
  • 터빈식: 증기 압력을 증기터빈으로 유도하여 회전운동으로 직접 변환한다. 터빈 발생 회전 운동은 기어나 로드로 동륜에 간접 전달된다. (증기터빈 기관차 참조)
  • 발전식: 차상 보일러 발생 증기를 증기터빈이나 다기통식 증기 엔진으로 유도, 전력 발생 후 전기 모터로 구동하는 방식이다. 미국 등에서 시제작되었으나, 디젤 기관차처럼 보여 증기 기관차로 보이지 않는 경우도 있다.


; 셰이식 증기기관차

: 선박용 엔진을 우측면에 설치한 기어식 증기기관차

; 클라이맥스식 증기기관차

: 측면에 비스듬히 기울어진 실린더에서 중앙의 동력 전달축을 구동한다.

; 하이스러식 증기기관차

: V자 형태로 배치된 증기기관으로 앞뒤 바퀴를 구동한다.

; 윌라멧식 증기기관차

: 셰이식과 유사하나 중유를 연료로 사용하며, 과열증기식이고, 밸브 장치는 왈샤트식 밸브 장치이다.

5. 2. 연료/물 적재 방식에 따른 구분

탱크식 증기 기관차는 기관차 자체에 연료와 물을 직접 적재하는 방식이다. 텐더식 증기 기관차는 별도의 탄수차를 기관차에 연결하여 연료와 물을 적재하는 방식이다.[54][55]

5. 3. 차륜 배치에 따른 구분

차륜 배치는 증기 기관차에서 동륜, 선륜, 종륜의 배열을 나타내는 중요한 요소이며, 기관차의 용도를 결정하는 데 큰 영향을 미친다. 화이트 식 표기가 널리 사용된다.

동륜 직경을 크게 하면 같은 회전 속도에서 운전 속도를 높일 수 있지만, 기관차 전체 길이를 일정하게 유지하려면 동축 수를 줄여야 하므로 견인력이 떨어진다. 따라서 고속 주행이 필요한 여객 열차 견인에 적합하다. 반대로 동륜 수를 늘리면 견인력은 증가하지만, 동륜 직경을 작게 해야 하므로 속도가 느려져 화물 열차 견인이나 급경사 구간에 사용된다.

선륜과 종륜은 기관차 무게의 일부를 지탱할 뿐만 아니라, 선륜은 곡선 구간에서 동륜을 부드럽게 안내하는 역할을 한다. 고속 주행이 필요한 여객용 기관차에는 2축 보기 대차가 주로 사용된다. 반면 화물용 기관차는 동륜의 접지력을 높이기 위해 선륜과 종륜의 수를 줄이고, 고속 성능이 필요하지 않으므로 1축 선대차를 사용하는 경우가 많다.

화이트식 차륜 배치에서 19세기 미국의 전형적인 차축 배치인 4-4-0의 "가브 스탠포드"

5. 4. 차량 구조상의 특징에 따른 구분

; 수직보일러 기관차

: 초기 증기 기관차에서 볼 수 있는 형태로, 보일러가 일반적인 가로 형태가 아닌 수직으로 설치된 방식이다. 미국의 톰 섬(Tom Thumb)형 증기 기관차 등이 이에 해당한다.

; 프론트캡(Front-cab)형 증기 기관차

: 운전실이 기관차 앞쪽에 돌출된 형태이다. 보통 탄수차와 반대 방향에 기관차가 배치된 형식을 말한다.

; 증기터빈식 기관차

: 왕복피스톤 기관이 아닌 증기 터빈을 사용하여 구동하는 방식이다. 매우 드물게 사용되었다.

5. 5. 프레임 구조에 따른 구분

고정프레임식 증기 기관차는 대부분의 증기 기관차가 채택한 기본적인 구조이다. 이 방식에서는 동륜(동력을 전달하는 바퀴) 등이 모두 차체에 고정되어 있어 별도로 회전하지 않는다.

연접식(Articulated) 증기 기관차는 동륜군이 2개 이상으로 구성되어 있으며, 이들 중 하나 또는 모두가 회전할 수 있도록 설계된 형식이다. 대표적인 예로 미국의 빅 보이(Big Boy)형 증기 기관차가 있다.

  • 페어리(Fairly)식 기관차: 보일러가 양쪽에 설치되어 있으며, 각 보일러가 각각의 동륜군에 증기를 공급한다. 각 동륜군은 보기 대차처럼 회전 가능하다.
  • 메이어(Mayer)식 기관차: 페어리식과 유사하게 각 동륜군이 회전 가능하지만, 보일러는 일반적인 증기 기관차의 배치를 따른다. 실린더는 중앙부 쪽으로 향하게 설치된다.
  • 말레(Mallet)식 기관차: 2개의 동륜군을 가지며, 이 중 한 동륜군만 회전하는 구조이다. 각 동륜군을 구동하는 실린더는 고압과 저압의 복식 구조로 되어 있다. 단, 배치(레이아웃)는 동일하지만 실린더가 단식인 경우는 단식 말레식으로 따로 분류한다.
  • 개럿(Garret)식 기관차: 2개의 동륜군이 분리되어 있으며, 이 동륜군을 연결하는 피벗 프레임 위에 보일러가 탑재된다. 때로는 각 동륜군 위에 연료와 물이 탑재되기도 한다.
  • 트리플렉스(Triplex)식 증기 기관차: 3단 연접식 증기 기관차로, 동륜군이 3개인 방식이다.

5. 6. 실린더에 따른 구분

실린더는 증기 기관차에서 증기의 팽창을 활용하는 핵심 부품이다. 실린더의 구조와 개수에 따라 증기 기관차를 다음과 같이 구분할 수 있다.

'''실린더 구조에 따른 구분'''

  • 단식 실린더: 증기의 팽창을 한 번만 활용하는 방식이다.
  • 복식 실린더: 증기의 팽창을 두 번 이상 활용하는 방식이다.


'''실린더 개수에 따른 구분'''

  • 1-실린더식: 실린더가 하나만 설치된 방식으로, 매우 드물게 옛 광업용 기관차 등에서 볼 수 있다.
  • 2-실린더식: 기관차 좌우에 실린더가 하나씩 배치된 방식으로, 가장 일반적인 형태이다.
  • 3-실린더식: 기관차 중앙에 실린더를 하나 더 추가한 방식이다. 유럽의 고성능 증기 기관차에서 주로 사용되었다.
  • 4-실린더식: 중앙 실린더를 좌우 두 개로 나누어 설치한 방식으로, 가장 복잡한 구조를 가진다.


대한민국 국유철도에 재적했던 증기기관차의 밸브 기구 종류는 다음과 같다.

종류설명
스티븐슨식(기본형, 하우형, 미국형)초기 증기기관차의 표준형으로 널리 사용되었다. 밸브실은 기본형에서는 실린더 내측에 배치되지만, 미국형에서는 상부에 배치된다.
앨런식(트릭식)
조이식(기본형, 웹형)
베이커식(후카가와형)
우사미식C57형에서 시험 사용. 자동 가변 리드 밸브의 일종.
마샬식(빈터툴형, 코펠형)
그레즐리식3실린더식 기관차의 중앙 실린더에 사용되는 방식으로, 좌우의 밸브 기구 움직임을 지레로 합성하여 중앙 실린더의 밸브 기구를 작동시킨다.
왈샤트식(헬름홀츠형, 호이징거형)근대 대형 증기기관차의 대부분이 이 방식이며, 작동 기구가 모두 동륜 외측에 있기 때문에 정비성이 좋다.


  • 1기통(단기통): 증기 기관차 초기 단계에 존재했다. 1857년 닐슨(Neilson)이 제작한 소형 기관차는 스코틀랜드 탄광과 제철소에서 많이 사용되었다.
  • 2기통: 매우 일반적인 방식이다. 좌우 위상이 90°씩 어긋나 있어 원활한 작동이 가능하다. 일본 국유철도에서는 우측 선행이 원칙이었으나, 9600형 등 예외도 있었다. 기어드 로코에서는 V자 배치도 볼 수 있다.
  • 3기통・4기통:
  • 국철에서는 C52형·C53형이 3기통이었다. 차륜 사이에 복잡한 밸브 장치를 설치하는 것을 피하기 위해 특별한 밸브 장치를 장착하는 경우가 많았다. 구조가 복잡하고 정비성이 나빠, 장거리 운행이 많은 미국에서는 기피되었다.
  • 3·4기통 기관차는 해머 블로 현상을 억제하고 연소 효율을 개선하는 장점이 있지만, 출발 시 로드 위치에 따라 출발 불능이 되는 경우가 있어 문제시되었다.
  • 표준궤간을 채택하는 프랑스·영국에서는 연료 효율 개선과 강력화를 위해 3·4기통 기관차가 적극 도입되었다.
  • 독일은 단식 2기통을 선호했으나, 고속에서 진동 문제가 발생하여 1930년대 후반에 단식 3기통을 제작하기도 했다.
  • 3기통과 4기통은 각각 장단점이 있다. 4기통은 밸브 기어를 2개로 할 수 있지만, 고출력 시 크랭크 축이 휘어지기 쉽다. 3기통은 크랭크 웹 두께를 확보할 수 있어 고출력 고속 운전에 유리하다.
  • 볼크레인(Baldwin)사는 복식 4기통 기관차를 제작했으나, 진동 문제가 있어 제작을 중단했다.
  • 프랑스에서는 6기통 기관차를 시제작했으나, 1량만 제작되었다.
  • 3기통과 4기통은 운전이 번잡하고, 과열 등으로 인한 고장이 발생하기 쉬운 문제가 있었다. 그레즐리식에서 특히 문제가 심했다.
  • 프랑스는 복식 4기통 기관차를 적극 도입했으나, 운전이 어렵고 제약이 많아 문제가 되었다. 전후 2기통 기관차 141R형을 도입하여 혁신을 가져왔다.
  • 기어드 로코에서는 인라인(직렬) 배치 3기통이 예외적으로 미국에서 계속 사용되었다.

5. 7. 과열기 장착 여부에 따른 구분

포화증기식은 과열기 없이 단순히 끓어오른 증기만을 사용하는 방식이다. 초기 방식으로 구조는 간단하지만, 증기가 식으면서 물방울이 생기는 응축 현상 때문에 효율이 떨어진다.

과열증기식은 과열기를 통해 증기를 다시 가열하여 과열증기로 만들어 사용하는 방식이다. 포화증기식보다 효율이 좋고, 증기 기관차의 출력을 높이며 물과 석탄 소비량을 줄이는 데 크게 기여했다. 하지만 보일러 압력이 높아지거나 과열될 위험이 있다.

5. 8. 열원에 따른 구분

스위스 등 일부 유럽 지역에서는 외부에서 전기를 받아 물을 끓여 운행하는 전기 증기 기관차가 운행된 적이 있다. 원자력 방식은 실제 차량은 없었으나, 구상 수준에서 검토된 적은 있다.

6. 종류

기통실에서 만들어진 왕복 운동은 '''주연접봉'''(메인 로드)을 통해 동륜에 전달되어 회전 운동으로 바뀐다. 주연접봉과 연결된 동륜은 '''주동륜'''이며, 다른 동륜은 '''연결봉'''(커플링 로드)으로 연결된다. 좌우 동륜은 차축으로 연결되며, 2실린더 기관차의 경우 연결봉을 통해 90도 각도로 어긋나게 주연접봉과 연결되어 한쪽 기통실 내 피스톤이 사점에 도달해도 다른 쪽 피스톤의 힘이 최대가 되도록 동력이 전달된다.

동륜 외에 기관차에 설치되는 바퀴로는 '''선륜'''과 '''종륜'''이 있다. 선륜은 동륜 앞에 설치되어 커브에서의 방향 전환과 기관차 중량 일부를 부담한다. 종륜은 동륜 뒤에 배치되어 기관차 후부 중량을 받치며, 큰 화실이 필요한 고출력 기관차에서는 작은 종륜 위에 폭넓은 화실을 장착한 '''광화실''' 타입이 채택되었다.

증기 기관차의 최고 속도는 실린더의 왕복 속도와 동륜의 지름('''동륜경''')으로 결정된다. 증기 기관차의 동륜 회전수는 400rpm 부근이 한계[146]로 여겨지며, 각국의 증기 기관차 최고 속도도 이 한계치 부근이다[147]. 따라서 고속 증기 기관차는 큰 동륜경을 가진다.

증기 기관차는 매끄러운 철제 바퀴를 철제 레일 위에서 구동하기 때문에 공전이 발생하기 쉽다[148]. 무거운 열차 견인 시 공전 방지를 위해 동륜과 레일의 접착성을 높여야 하며, 이를 위해 전 동륜에 걸리는 중량을 늘리는 방법이 사용된다. 즉, 동륜 1쌍당 중량('''축중''')을 늘리거나, 동륜 수를 늘려 '''동축 상 중량'''을 늘린다. 동륜, 전륜, 종륜의 배치와 수('''축 배치''')는 기관차 성능을 결정하는 중요한 요소이다(차축 배치 참조). 축중 증가에는 궤도 강화가 필요하며, 동륜 수 증가는 기관차 길이 및 급커브 통과 문제를 야기한다. 동륜 수를 늘리고 커브 대책을 실시한 방식으로 전후에 복수의 구동 시스템을 가진 관절식 기관차가 있다.

6. 1. 한국의 증기 기관차

한국의 증기 기관차는 모두 고정 프레임 식을 기반으로 제작되었으며, 텐더식 기관차와 탱크식 기관차가 함께 사용되었다. 시간이 지나면서 열차의 길이와 무게가 늘어남에 따라, 텐더식 대형 증기 기관차가 주로 사용되었다. 해방 이후에는 여객용으로 소리형과 파시형이, 화물용으로는 미카형이, 근거리 여객용으로는 푸러형이 널리 사용되었다. 협궤 구간에서는 혀기형 증기 기관차가 사용되었다.

한국 철도에서 운행한 증기기관차의 명판


한국에서 운행했던 증기 기관차 목록은 다음과 같다.

참조

[1] 서적 Locomotive dictionary; an illustrated vocabulary of terms which designate American Railroad locomotives, their parts, attachments and details of construction, with definitions and illustrations of typical British locomotive practice; five thousand one hundred and forty-eight illustrations https://archive.org/[...] Railroad Gazette 1906
[2] 웹사이트 Railways https://www.british-[...]
[3] 서적 Richard Trevithick; Giant of Steam Aurum Press
[4] 서적 The Pictorial Encyclopedia of Railways Hamlyn Publishing Group
[5] 서적 The Pictorial Encyclopedia of Railways Hamlyn Publishing Group
[6] 뉴스 Magnificent Mallard: World's fastest steam locomotive https://www.bbc.co.u[...] 2018-02-17
[7] 서적 Loco Profile 24: Pennsylvania Duplexii Profile Publications Ltd. 1972
[8] 서적 Pennsy Power: Steam and Electric Locomotives of the Pennsylvania Railroad, 1900-1957 Alvin Staufer 1962
[9] 서적 "High-Capacity Locomotive for Fast Service" Railway Age Vol. 106, No. 25 Simmons-Boardman Publishing Corporation 1939-06-24
[10] 서적 "Riding the Gargantua of the Rails" Popular Mechanics 1941-12
[11] 서적 Big Boy Kratville Publications 1972
[12] 문서 BR Standard Class 9F
[13] ODNB Blenkinsop, John https://www.oxforddn[...]
[14] 서적 Oxford Dictionary of National Biography Oxford University Press
[15] 웹사이트 Engineering and railway works https://www.british-[...]
[16] 서적 Our Home Railways, volume one Frederick Warne & Co
[17] 간행물 The Railway Magazine Volume 150 https://books.google[...] IPC Business Press
[18] 서적 The Railway Track and Its Long Term Behaviour: A Handbook for a Railway Track of High Quality https://books.google[...] Springer Science+Business Media
[19] 웹사이트 American Steam Locomotives https://www.nps.gov/[...] 2021-09-14
[20] 웹사이트 The Legacy of John Fitch http://www.craven-ha[...] 2016-02-24
[21] 서적 Without a Prop https://books.google[...] Dog Ear Publishing
[22] 서적 Life of Richard Trevithick: With an Account of His Inventions, Volume 1 E.&F.N.Spon 1872
[23] 웹사이트 Richard Trevithick's steam locomotive | Rhagor http://www.museumwal[...] Museumwales.ac.uk 2009-11-03
[24] 뉴스 Steam train anniversary begins http://news.bbc.co.u[...] BBC 2004-02-21
[25] 서적 Oxford Dictionary of National Biography Oxford University Press
[26] 서적 Steel Wheels Cannwood Press
[27] 서적 Timothy Hackworth and the Locomotive The Book Guild
[28] 웹사이트 John Stevens American Inventor https://www.britanni[...]
[29] 서적 History of the Baltimore and Ohio Railroad Purdue University Press
[30] 서적 The Pictorial Encyclopedia of Railways The Hamlyn Publishing Group
[31] 웹사이트 "DeWitt Clinton" Locomotive https://www.american[...] 2020-03-02
[32] 웹사이트 John Bull Locomotive https://americanhist[...] Smithsonian Institution 2021-03-30
[33] 웹사이트 John Bull https://web.archive.[...] 2021-03-30
[34] 뉴스 Overland Locomotive:Feed Water Problems http://nla.gov.au/nl[...] 1927-03-21
[35] 잡지 Steam Locomotive Boilers Atlantic Transport Publishers 1986
[36] 서적 The British Steam Railway Locomotive from 1825 to 1925
[37] 문서 LNER Class A1/A3 article
[38] 서적 The fire burns much better ...
[39] 서적 How Steam Locomotives Really Work Oxford University Press
[40] 서적 La Locomotive a Vapeur Camden Miniature Steam Services
[41] 서적 American Locomotives, an Engineering History 1830–1880, Revised and Expanded Edition Johns Hopkins University Press
[42] 웹사이트 The Swiss Electric–Steam Locomotives http://www.aqpl43.ds[...] 2010-01-07
[43] 뉴스그룹 West Coast and R711 http://groups.google[...]
[44] 서적 The American Steam Locomotive, Vol. 1, The Evolution of the Steam Locomotive MidWest Rail Publications
[45] 웹사이트 Porta Treatment http://www.portatrea[...]
[46] 웹사이트 Coalition for Sustainable Rail http://www.csrail.or[...]
[47] 웹사이트 NPS.gov Homepage (U.S. National Park Service) https://www.nps.gov/[...]
[48] 웹사이트 The Steam Engine Is Set to Return to Grand Canyon Railways https://www.tripsavv[...]
[49] 웹사이트 Grand Canyon excursion honors late Trains editor https://www.trains.c[...] 2022-04-26
[50] 웹사이트 History - Sugar Express http://sugarexpress.[...] 2020-10-25
[51] 웹사이트 Take a Veggie Oil-Fueled Trip to the Grand Canyon https://www.mensjour[...] 2021-04-02
[52] 웹사이트 Disneyland's Trains Save Money by Switching to Used French Fry Oil http://www.aol.com/a[...] AOL 2009-02-02
[53] 웹사이트 Grand Canyon Railway receives culture and preservation award https://www.williams[...] 2017-08-15
[54] 웹사이트 Lagging – definition https://en.oxforddic[...] Oxford English Dictionaries Online, Oxford University Press, March 2018, www.oed.com/view/Entry/105090
[55] 웹사이트 lag, n.2 http://www.oed.com/v[...] OED Online 2018-03
[56] 서적 GN Large Atlantics Profile Publications Berks UK
[57] 서적 Locomotives Virtue & Co Ltd
[58] 서적 A history of the American locomotive, its development: 1830–1880 Johns Hopkins Press
[59] 서적 Mechanical Engineering: Railways Longman
[60] 서적
[61] 서적 Handbook for Railway Steam Locomotive Enginemen British Transport Commission
[62] 서적 The Great Book of Trains Salamander Books
[63] 저널 Cass City Chronicle http://newspapers.ra[...] 1938-07-29
[64] 서적 Cyclopedia of Engineering, Volume III American Technical Society
[65] 서적 Red for danger: a history of railway accidents and railway safety David & Charles 1976
[66] 서적 Industrial Lubrication Rex 1997
[67] 서적 A practical treatise on the steam engine Spon 1878
[68] 서적 Handbook for Railway Steam Locomotive Enginemen British Transport Commission
[69] 저널 January–December 1953; First Edition IPC Media
[70] 서적 Handbook for Railway Steam Locomotive Enginemen British Transport Commission
[71] 웹사이트 1955 Dunstable accident report http://www.railwaysa[...]
[72] 서적 Buff 1 Oxford English Dictionary
[73] 웹사이트 Glossary of Terms and Definitions http://members.train[...] 2012-02-21
[74] 웹사이트 Railway Regulation Act 1842 http://www.legislati[...] 1842-07-30
[75] 서적 American Locomotives, an Engineering History 1830–1880, Revised and Expanded Edition Johns Hopkins Press.
[76] 서적 The Steam Locomotive In America, Its Development in the Twentieth Century W.W. Norton & Company, Inc
[77] 서적 How a Steam Locomotive Works: a New Guide https://www.amazon.c[...]
[78] 간행물 Steam Still Rules the Rails https://books.google[...] Popular Science 1937-12
[79] 서적 Compound locomotives, an international survey Atlantic Transport Publishers
[80] 서적 The Steam Locomotive: a History Tempus Publishing
[81] 웹사이트 Electric–steam locomotives of Switzerland http://www.aqpl43.ds[...] 2010-09-14
[82] 웹사이트 LNWR Locomotive classes http://www.lnwrs.org[...] Lnwrs.org.uk 2009-11-03
[83] 웹사이트 Scots Dictionary http://www.dsl.ac.uk[...] Dsl.ac.uk 2009-11-03
[84] 서적 Cassell's Engineer's Handbook Cassell and Company
[85] 서적 Locomotive Practice and Performance in the Twentieth Century https://archive.org/[...] W Heffer and Sons Ltd
[86] 서적 The British Steam Railway Locomotive 1825–1925 Bracken Books
[87] Youtube Study In Steel - London Midland & Scottish Railway https://www.youtube.[...]
[88] 간행물 British Railways' Last Steam Locomotive Railway Gazette 1960-03-23
[89] 웹사이트 Pennsylvania Railroad locomotive classification @ Everything2.com http://www.everythin[...] Everything2.com 2003-02-02
[90] 서적 Perfecting The American Steam Locomotive Indiana University Press
[91] 간행물 Where 14,000 Labored Locomotive & Railway Preservation magazine 1987-07-08
[92] 논문 (출처 정보 부족)
[93] 서적 Locomotives of Australia A.H. and A.W. Reed
[94] 서적 A History of W.A.G.R. Steam Locomotives Australian Railway Historical Society (Western Australian Division), Perth
[95] 학술지 New Motors on Railroads: Electric and Gasoline Cars Replacing the Steam Locomotive https://books.google[...] 2009-07-10
[96] 웹사이트 The Construction of and Performance Obtained from the Oil Engine http://mikes.railhis[...]
[97] Youtube Overhaul of a locomotive https://www.youtube.[...]
[98] 웹사이트 Wisconisin DNR – Carbonate chemistry http://dnr.wi.gov/re[...] 2015-11-04
[99] Youtube Cleaning and inspecting a locomotive https://www.youtube.[...]
[100] 서적 Diesel Traction Manual for Enginemen British Transport Commission
[101] 웹사이트 The 5AT project to develop a modern steam locomotive for British railways http://www.5at.co.uk[...] 2006-11-06
[102] 웹사이트 Railway Extension Across the Andes: reactivation and modernisation of existing fleet of 75 cm gauge 2-10-2 steam locomotives http://www.martynban[...]
[103] 뉴스 Trixie and the Meirion Mill Railway Narrow Gauge World 2016-11
[104] 웹사이트 About Hunslet Steam Co http://www.hunsleten[...] Hunslet Hunslet Engine Company 2008-08-04
[105] 뉴스 Newly-built steam loco takes to the tracks http://www.darlingto[...] Darlington & Stockton Times 2008-08-04
[106] 웹사이트 60163 Tornado is on the go https://www.bbc.co.u[...] BBC Tees 2008-09-22
[107] 뉴스 New steam locomotive unveiled https://www.theguard[...] The Guardian 2008-08-02
[108] 웹사이트 Hengist official website http://72010-hengist[...] 72010-hengist.org 2009-11-03
[109] 웹사이트 84030 page on the Bluebell Railway website http://www.bluebell-[...] Bluebell-railway.co.uk 2008-04-14
[110] 웹사이트 Beachy Head section on the Bluebell Railway website http://www.bluebell-[...] Bluebell Railway 2009-11-03
[111] 웹사이트 The Ultimate Steam Page http://www.trainweb.[...] Trainweb.org 2009-11-03
[112] 웹사이트 American Coal Enterprises – ACE3000 et al http://www.martynban[...] Martynbane.co.uk 2009-11-03
[113] 서적 The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam http://www.5at.co.uk[...] Published by the author
[114] 웹사이트 FAQ Section – The T1 Trust https://prrt1steamlo[...] The Pennsylvania Railroad T1 Steam Locomotive Trust 2016
[115] 웹사이트 Home http://www.csrail.or[...]
[116] 웹사이트 Reference work of DLM AG 2-10-0 locomotive 52 8055 http://www.dlm-ag.ch[...] 2009-06-08
[117] 웹사이트 Steam lines face double threat in crackdown on coal-burning https://www.railwaym[...] 2019-08-09
[118] 웹사이트 Torrefied Biomass https://csrail.org/t[...]
[119] 웹사이트 Everett Railroad Testing https://csrail.org/e[...]
[120] 웹사이트 Darlington Coat of Arms http://www.ngw.nl/he[...] Heraldry of the World 2018-06-10
[121] 웹사이트 Swindon Coat of Arms http://www.ngw.nl/he[...] Heraldry of the World 2018-06-10
[122] 웹사이트 One Hundred Japanese Books for Children (1946–1979) http://iiclo.or.jp/1[...] International Institute for Children's Literature, Osaka 2007-02-07
[123] 문서 중국어에서의 汽車와 일본어에서의 汽車
[124] 문서 지역과 세대에 따른 汽車의 용법
[125] 문서 旧字体 汽罐車
[126] 문서 Derby Canal Railway의 사용 예시
[127] 문서 Killingworth locomotives 참고
[128] 문서 近藤2007 p.177 참고
[129] 문서 국철 8200형 증기 기관차의 화격자 면적과 기관 조수의 부담
[130] 문서 기관차의 투탄 작업과 기관 조수의 역할
[131] 문서 만철 데카이형의 화실 면적과 불완전 연소 株式会社潮書房光人社
[132] 문서 LNER A1형과 캐슬형 증기 기관차의 비교 시험
[133] 문서 독일에서의 협화실과 광화실의 채용 사례
[134] 문서 齋藤2007 p.357 및 齋藤2018 p.86 참고
[135] 논문 기술 다이제스트 중유 연소 기관차 https://www.jstage.j[...] 日本国有鉄道鉄道技術研究所
[136] 문서 齋藤2007 p.255, 359-360 및 齋藤2018 p.89 참고
[137] 문서 齋藤2018 p.94-95 참고
[138] 문서 萩原1977 p.102 참고
[139] 문서 齋藤2007 p.306 참고
[140] 문서 일본 육군 철도 대대/철도 연대용 A/B형 증기 기관차의 증기압력
[141] 書籍 齋藤2018
[142] 書籍 齋藤2018
[143] 書籍 齋藤2007
[144] 書籍 萩原1977
[145] 문서 レギュレータとも呼ばれている
[146] 書籍 日本の鉄道史セミナー
[147] 문서 スピード記録などのための無理をして出した記録としては毎分500回転近くまで出したものもあり、イギリスではロンドン＆ミッドランド鉄道ダッチェスクラス（4シリンダー）の480回転（1937年、[[#齋藤2018|(齋藤2018) p.55]]）、ロンドン＆ノースイースタン鉄道A4クラス（3シリンダー）の530回転（1938年、[[#齋藤2018|(齋藤2018) p.61]]。ただし中央クランクが損傷した）、アメリカのノーフォーク＆ウェスタン鉄道のJ型（2シリンダー）の540回転（[[#齋藤2018|(齋藤2018) p.81]]）などがある。
フランスは最高時速120km制限の関係でここまで極端なのはなくパリ・オルレアン鉄道240.700形（4シリンダー）の430回転（[[#齋藤2018|(齋藤2018) p.52]]。なおこれは試験時の特例で151km/hの速度限界超過の値。）、ドイツは高速回転化が進まず0110型の375回転程度（[[#齋藤2018|(齋藤2018) p.71]]）でそれを習った日本も回転数増加の流れには至ってない。なお回転数増加は走行装置の摩耗損傷の増加も招く上に(H.C.B. Rogers, Riddles and the 9Fs (Ian Allan, 1982))、内側にシリンダーがある場合は過熱による不具合まで起こしてしまう。[[リビオ・ダンテ・ポルタ]]と21世紀の技術で作られた[[w:en:LNER Peppercorn Class A1 60163 Tornado|A1 60163トルネード]]も過熱による呪縛から逃れられていない。
[148] 書籍 萩原1977
[149] 書籍 齋藤2018
[150] 書籍 萩原1977
[151] 문서 第二次世界大戦中、南方戦線で日本軍が蒸気機関車を運用していた際に、鉄道車両に関する知識のない自動車技師出身の整備兵が内燃機関と同じ精度で蒸気機関車の各部品の整備・組み立てを行ったところ全く動作せず、精度を落として（各可動部に意図的に遊びを設けて）再組み立てしてようやく動作した、という逸話が残っている。
[152] 문서 電車・電気機関車は制御器の接点の調整に熟練を要し、調整が悪いとノッチ進段時の衝動が大きくなったり、高速度遮断器が作動して運転不可能になる事例もあった。また気動車・ディーゼル機関車はディーゼルエンジンそのものが蒸気機関に比べてはるかに複雑で部品点数が多く整備には熟練と専門知識を要した。これらが劇的に解消されるのは、電気車では[[可変電圧可変周波制御|VVVFインバータ]]制御が一般化し、内燃機関車では部品の精度が向上したことと電子制御により大型高速ディーゼル機関のメンテナンスフリー化が進んでからである。
[153] 書籍 齋藤2018
[154] 문서 なお、この振動は前後と上下の2つの方向があるのでウェイトをつけてもどちらか片方しか修正できず（[[ハンマーブロー]]参照）、多気筒にすることである程度抑えられる。[[#齋藤2018|(齋藤2018) 「第4章 回転数アップ」P.48-65]]。）
もっとも電気機関車や電気式ディーゼル機関車の場合もモーター重量を直接動輪軸にかける形式（[[吊り掛け駆動方式|吊りかけ式]]など）でモーターが重い時代の頃は（[[鉄道車両の台車#ばね下重量・ばね間重量|ばね下重量]]が蒸気機関車以上に重いので）結局高速走行時には堅固な軌道が求められた[[#ウェストウッド2010|(ウェストウッド2010) p.192]]
（注：ウェストウッド著『世界の鉄道の歴史図鑑』の原文では「ディーゼル機関車」の項でこの説明があるが、電気式の足回りは電気機関車と同じな上、直後に「スイスの電気機関車で車体側でモーターを支えてこの問題を解決した話」があるので電気機関車も含んでの話と判断した。）
[155] 書籍 齋藤2018
[156] 書籍 蒸気機関車EX Vol.4
[157] 書籍 蒸気機関車EX Vol.4
[158] 書籍 蒸気機関車EX Vol.4
[159] 書籍 齋藤2018
[160] 웹사이트 Kereta Api https://web.archive.[...]
[161] 웹사이트 Heritage - Kereta Api Indonesia https://web.archive.[...]
[162] 웹사이트 Lokomotif C28 https://web.archive.[...] 2021-12-14
[163] 웹사이트 WORLD ENCYCLOPEDIY C28 https://web.archive.[...] 2021-12-14
[164] 서적 Engine Pass - New Zealand Railways A.H.＆A.W. Reed 1967
[165] 서적 Vulcan Railcars in New Zealand New Zealand Railway and Locomotive SocietyIncorporated 1981
[166] 書籍 齋藤2007
[167] 書籍 ロス2007
[168] 書籍 齋藤2007
[169] 書籍 DD51物語 JTBパブリッシング 2004
[170] 문서 王立バイエルン邦有鉄道PtL2/2型蒸気機関車は石炭焚きでの数少ない1人乗務形の形式である。
[171] 書籍 萩原1977
[172] 문서 ディーゼル機関車も燃料消費で軽くはなるが、水を大量に消費する蒸気機関車ほどは大きく変動はしない。
[173] 書籍 萩原1977
[174] 문서 高桑 榮松　蒸気機関車運転室(キャブ)内労働衛生調査と事故防止対策 狩勝トンネル争議
[175] 웹사이트 続・滋賀の技術小史 https://www.rikou.ry[...]
[176] 웹사이트 杉山淳一の時事日想 鉄道のトンネルは、安全なのか https://www.itmedia.[...]
[177] 웹사이트 Steam engine causes forest fire, villagers enraged https://www.tribunei[...] 2022-10-30
[178] 논문 浅間山麓六里ヶ原周辺の土地機能回復過程に関する考察 https://doi.org/10.1[...] 公益社団法人 日本地理学会 2009-00-00
[179] 간행물 特急乗りには望みもないが、せめてなりたや局長に 鉄道ファン 2003-12-00
[180] 서적 (齋藤2007)
[181] 서적 (齋藤2007)
[182] 서적 (齋藤2007)
[183] 서적 (齋藤2007)
[184] 문서 艦本式ボイラー
[185] 서적 (齋藤2007)
[186] 서적 (齋藤2007)
[187] 문서 USRA 0-6-0
[188] 문서
[189] 서적 (齋藤2007)
[190] 논문 機関車鮭の煙管の長さに就て 業務研究資料 1927-00-00
[191] 간행물 幻の国鉄車両
[192] 간행물 鉄道技術発達史
[193] 웹사이트 USATC steam locomotives https://jdhsmith.mat[...]
[194] 웹사이트 https://www.steamind[...]
[195] 서적 Locomotive Panorama
[196] 웹사이트 Locomotive type 141 P http://openarchives.[...]
[197] 웹사이트 https://min.news/his[...]
[198] 서적 (齋藤2007)
[199] 서적 (齋藤2018)
[200] 서적 (齋藤2007)
[201] 서적 (齋藤2007)
[202] 서적 (齋藤2007) ウォーバッシュ鉄道
[203] 문서 ドイツ国鉄18.6形, 01形
[204] 문서
[205] 서적 (齋藤2007)
[206] 문서 グレズリーバルブギア
[207] 서적 (齋藤2007)
[208] 문서
[209] 서적 (齋藤2007)
[210] 서적 (ロス2007)
[211] 보고서 Report on "2 to 1" Gresley valve gear on L.N.E.R. 3-cylinder locomotives
[212] 웹사이트 What were the investment dilemmas of the LNER in the inter-war years and did they successfully overcome them? P35 https://rchs.org.uk/[...]
[213] 웹사이트 What were the investment dilemmas of the LNER in the inter-war years and did they successfully overcome them? P34 https://rchs.org.uk/[...]
[214] 웹사이트 LNER PEPPERCORN A1 PACIFICS http://www.donashton[...]
[215] 웹사이트 A1 Tornado – repair update https://web.archive.[...]
[216] 웹사이트 What were the investment dilemmas of the LNER in the inter-war years and did they successfully overcome them? P44 https://rchs.org.uk/[...]
[217] 웹사이트 La SNCF au temps du Plan Marshall https://books.opened[...]
[218] 서적 鉄道技術発達史. 第5篇 日本国有鉄道
[219] 간행물 Revue générale des chemins de fer 1950年1月号 P21
[220] 웹사이트 Les locomotives légendaires La locomotive a vapeur 141 R de la SNCF http://www.antiqbroc[...]
[221] 웹사이트 La 141R420 https://www.trainvap[...]
[222] 서적 鉄道技術発達史 第5篇 運転 日本国有鉄道
[223] 서적 (近藤2007) p.206-207
[224] 서적 (近藤2007) p.207-208
[225] 논문 続・滋賀の技術小史 https://www.rikou.ry[...] 龍谷大学理工学会
[226] 웹사이트 鉄道辞典 上巻 https://transport.or[...]
[227] 논문 重油燃焼機関車 日本エネルギー学会
[228] 서적 鉄道技術発達史 第4篇 車両と機械 1-4章P321
[229] 서적 鉄道技術発達史 第4篇 車両と機械 1-4章P326
[230] 서적 ボイラ研究 (83) 機関車用ボイラの2本バーナ式C重油併燃装置の試作について 日本ボイラ協会 1964-02
[231] 서적 交通年鑑 昭和44年版 交通協力会
[232] 서적 「SL甲組」の肖像1 ネコ・パブリッシング
[233] 방송 煙はるかに 世界SL紀行 魔女の森に汽笛が響く〜ドイツ・ハルツ地方〜 NHK BS プレミアムアーカイブス ハイビジョンスペシャル 2023-05-22
[234] 백과사전 火夫
[235] 웹사이트 ＳＬ銀河 支えた検修員の“愛”と“情熱” https://www.nhk.or.j[...] 日本放送協会 2023-12-24
[236] 뉴스 제1353호-이런일 저런일 https://www.youtube.[...] 대한뉴스 1981-10-08
[237] 뉴스 증기기관차 오늘부터 다시 운행 https://news.kbs.co.[...] KBS 9시뉴스 1994-08-21
[238] 뉴스 움직이는 시한폭탄, 북한 철도 https://news.kbs.co.[...] KBS 9시뉴스 2004-04-25


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