아리산임업철도 및 문화자산 관리처

아리산 증기기관차 운행원리 소개

증기 기관차는 디젤이나 석탄 등의 연료를 연소시켜 보일러의 물을 가열하여 증기를 발생시키고, 이 증기가 실린더의 동력을 통해 연결봉 전동 기구로 전달되어 바퀴를 움직여 차량을 전진시키는 방식이다. 아리산 증기 기관차는 산악 지역을 운행하기 때문에, 오르막길에서 필요한 동력, 작은 반경의 선로 형상 및 터널 공간 제약에 대응하기 위해 직립형 실린더, 원뿔형 기어 및 신축식 만능 연결 기구를 채택한 것이 특징이다.
현재 아리산 철도에서 운행 중인 31호 및 25호 증기 기관차는 각각 2004년과 2006년에 복원되어 재사용되고 있으며, 개조의 주요 내용은 다음과 같다:
1.    석탄을 저장하던 공간을 발전기실로 개조하여 연소 시스템에 전력을 공급하도록 했다.
2.    엔진에 의해 구동되는 공기 압축기를 추가 설치했다.
3.    연료를 석탄에서 디젤로 전환했다.
이 개조의 장점은 보일러를 가열하여 수증기 압력이 11kg/cm²에 도달하는 데 25분밖에 걸리지 않아 효율이 높고 운전실의 작업 환경이 개선되었으며 브레이크에 필요한 공기 압력 공급이 안정적이며, 조작이 간단하여 석탄 저장 공간이 필요 없으며, 연소 후 석탄재 처리 문제와 공기 오염 문제를 해결했다.

증기 기관차의 운전 원리는 다음과 같다:

1. 보일러 물을 가열하여 증기를 발생시킴

디젤을 분사 점화 방식으로 연소시켜 열에너지를 생성하고, 이 열에너지는 보일러 벽을 통해 전달되어 보일러 내부의 물 온도를 상승시킨다. 그런 다음 불꽃은 연관을 통해 연실로 들어가고, 다시 굴뚝을 통해 대기로 배출된다. 88개의 연관이 보일러 물에 잠겨 있으며, 이 연관은 수평으로 보일러 본체를 관통하지만, 연관 자체는 속이 비어 있어 불상자에서 연소된 열과 폐가스를 통과시켜 열에너지를 보일러 내부의 물에 대규모로 전달한다. 보일러 내부의 물이 끓는 점에 도달하면 고압 증기가 생성되고, 이 증기는 보일러 상단의 증기 드럼으로 들어가 더 순수한 압력 증기로 분리된다.  그런 다음 운전자는 증기 밸브 스위치를 조작하여 고압 증기를 배관을 통해 실린더로 보내어 피스톤을 움직여 동력의 원천으로 사용한다.

2. 동력 전달 기구

증기에서 발생한 동력을 효과적으로 구동 바퀴에 전달하기 위해, 관련된 연결봉 전동 기구가 작동한다. 동력은 피스톤에서 직접 십자 머리, 연결봉, 크랭크축, 신축 전동 연결부, 기어를 거쳐 바퀴로 전달된다.

3. 기타 부속 장비

(1)모래투입 장치

보일러 상단 및 수통 전면에 각각 한 세트를 설치하며, 바퀴가 미끄러질 경우 마찰력을 높이기 위해 모래를 투입하여 차량이 계속 전진할 수 있도록 한다.

(2)안전 밸브 

압력을 약 12kg/cm²로 설정하며, 증기 압력이 과도하게 높아지면 자동으로 열린다. 이때 증기가 밸브로부터 분출되어 증기 압력이 안전 범위 내에 유지된다.

(3)예열기

보일러 상단에 설치되며, 증기를 방출하여 남은 열을 활용하여 수통에서 보일러 내부로 흐르는 찬 물을 가열하여 보일러의 물 온도가 너무 많이 내려가지 않도록 한다.

(4)증기 경적

운전자가 조작 레버로 증기 경적을 울리며, 차량이 움직이기 전이나 중간에 문제가 발생할 때 경고 기능을 수행한다.

(5)역운전 메커니즘

운전자가 역운전 메커니즘을 조작하여 차량이 전진하거나 후진할 수 있도록 한다.

(6)증기 공기 압축기 및 저장 탱크

운전자가 조작하여 증기 압력을 활용하여 압축기가 작동되어 압축된 공기를 저장 탱크로 보내어 브레이크 공기로 사용한다.

(7)브레이크 메커니즘 및 호스

운전자가 브레이크 핸들을 조작하여 호스의 공기 압력을 조절하여 브레이크를 작동시키며, 단일 밸브는 기관차 자체의 브레이크를 제어하고, 자동 속선 밸브는 전차의 브레이크를 제어한다.

(8) 증기 밸브 

운전자가 밸브 스위치를 조작하여 보일러 내부의 증기를 실린더로 보내어 피스톤을 움직여 차량을 운행시킨다.
 

완전한 검토 계획

번호	규범	제조연도	사용연도	현황	저장장소	비고
12	18T B-B	1911	1912	진열전시	아리산역	미국LIMA회사제작 SHAY형
13	18T B-B	1911	1912	진열전시	자이차고
15	18T B-B	1911	1912	폐기된	자이차고	1975.12.08 운행중지, 1993년 베이먼 기계공장 화재로 소실
17	18T B-B	1912	1912	사용	자이차고
18	18T B-B	1912	1913	진열전시	펀치후차고
21	28T B-B	1912	1913	달리다	자이차고	1973년 운행중지, 1976년 자이공원에 전시, 2020.7.23 운반해 옴, 2023년 수리를 완료하고 운영에 투입
23	28T B-B	1912	1912	진열전시	자이차고	1974.07.23 운행중지
24	28T B-B	1912	1912	진열전시	자오핑역	1972.05 운행중지
25	28T B-B	1913	1914	달리다	자이차고	1973.06.08운행중지, 2007년 운행재개, 디젤을 동력 연료로 사용하도록 개조합니다
26	28T B-B	1913	1914	달리다	자이차고	1976.08.04 운행중지, 1999년 운행재개
28	28T B-B	1913	1914	진열전시	자이차고	1969.06.19운행중지, 2021.12.07 먀오리철도문물전시관에서 운반해 옴
29	28T B-B	1913	1914	진열전시	펀치후차고	1969.06.24 운행중지
31	28T B-B	1915	1916	달리다	아리산차고	2007년 운행재개, 디젤을 동력 연료로 사용하도록 개조합니다
32	28T B-B	1915	1916	사용	자이차고	1999.02.20 주치향공소 차용, 2019.06.21 주치친수공원으로부터 운반해 옴

합계 14량