El cilindro es el elemento productor de energía de la máquina de vapor que impulsa una locomotora de vapor . El cilindro se hace hermético a la presión con tapas de extremo y un pistón; una válvula distribuye el vapor a los extremos del cilindro. Los cilindros inicialmente eran de hierro fundido , pero luego se hicieron de acero . La fundición del cilindro incluye otras características como (en el caso de la Rocket de Stephenson ) puertos de válvula y pies de montaje. [1] Las últimas grandes locomotoras estadounidenses incorporaron los cilindros como parte de enormes fundiciones de acero de una sola pieza que eran el marco principal de la locomotora. [2] Se necesitaban superficies de desgaste renovables dentro de los cilindros y se proporcionaban mediante bujes de hierro fundido.
La forma en que la válvula controlaba el vapor que entraba y salía del cilindro se conocía como distribución de vapor y se mostraba mediante la forma del diagrama indicador . Lo que sucedía con el vapor dentro del cilindro se evaluaba por separado de lo que sucedía en la caldera y la cantidad de fricción con la que tenía que lidiar la maquinaria en movimiento. Esta evaluación se conocía como "rendimiento del motor" o "rendimiento del cilindro". El rendimiento del cilindro, junto con el rendimiento de la caldera y la maquinaria, establecía la eficiencia de la locomotora completa. La presión del vapor en el cilindro se medía a medida que se movía el pistón y se calculaba la potencia que lo movía y se conocía como potencia del cilindro. Las fuerzas producidas en el cilindro movían el tren, pero también dañaban la estructura que mantenía los cilindros en su lugar. Las juntas atornilladas se aflojaban, las piezas fundidas y los bastidores de los cilindros se agrietaban y reducían la disponibilidad de la locomotora.
Los cilindros pueden disponerse de varias maneras diferentes.
En las primeras locomotoras, como la Puffing Billy , los cilindros a menudo estaban dispuestos verticalmente y el movimiento se transmitía a través de vigas, como en una máquina de vigas .
La siguiente etapa, como por ejemplo la Rocket de Stephenson , consistía en accionar las ruedas directamente desde cilindros muy inclinados situados en la parte trasera de la locomotora. La transmisión directa se convirtió en la disposición estándar, pero los cilindros se trasladaron a la parte delantera y se colocaron en posición horizontal o casi horizontal.
Los cilindros montados en la parte delantera se pueden colocar en el interior (entre los marcos) o en el exterior. Algunos ejemplos de cada uno son:
En los siglos XIX y principios del XX, los cilindros interiores se usaban ampliamente en el Reino Unido, pero los cilindros exteriores eran más comunes en Europa continental y Estados Unidos debido a su mayor gálibo de carga . A partir de 1920, los cilindros exteriores se volvieron más comunes en el Reino Unido, pero se siguieron construyendo muchos motores con cilindros interiores. Los cilindros interiores brindan una conducción más estable con menos guiñada o "inclinación", pero el acceso para mantenimiento es más difícil. Algunos diseñadores usaron cilindros interiores por razones estéticas.
La demanda de mayor potencia llevó al desarrollo de motores de tres cilindros (dos exteriores y uno interior) o de cuatro cilindros (dos exteriores y dos interiores). Ejemplos:
En un motor de dos cilindros, las bielas , tanto internas como externas, están colocadas a 90 grados . Como los cilindros son de doble efecto (es decir, se alimentan con vapor alternativamente en cada extremo), esto proporciona cuatro impulsos por revolución y garantiza que no haya puntos muertos .
En un motor de tres cilindros son posibles dos disposiciones:
En un motor de cuatro cilindros también son posibles dos configuraciones:
Los cofres de válvulas o cofres de vapor que contienen las válvulas de corredera o válvulas de pistón pueden estar ubicados en varias posiciones.
Si los cilindros son pequeños, los cofres de válvulas pueden estar ubicados entre ellos. En el caso de cilindros más grandes, los cofres de válvulas suelen estar encima de los cilindros, pero en las primeras locomotoras, a veces estaban debajo de ellos.
Las cajas de válvulas suelen estar encima de los cilindros, pero en las locomotoras más antiguas, a veces se ubicaban junto a los cilindros y se insertaban a través de ranuras en los bastidores. Esto significaba que, mientras que los cilindros estaban afuera, las válvulas estaban adentro y podían ser accionadas por un mecanismo de válvulas interno.
Existen muchas variaciones en la ubicación del mecanismo de válvulas . En la práctica británica, el mecanismo de válvulas interno suele ser del tipo Stephenson , mientras que el mecanismo de válvulas externo suele ser del tipo Walschaerts . Sin embargo, esta no es una regla rígida y la mayoría de los tipos de mecanismo de válvulas se pueden utilizar tanto en el interior como en el exterior. El mecanismo de válvulas Joy fue popular en su día, por ejemplo, en la clase G de LNWR .
En los motores con cilindros internos, el mecanismo de válvulas casi siempre está en el interior (entre los bastidores), por ejemplo, LMS Fowler Clase 3F .
En algunas locomotoras, el mecanismo de válvulas está situado fuera de los bastidores, por ejemplo, en la clase 640 de los Ferrocarriles Estatales Italianos .
En los motores con cilindros exteriores existen tres posibles variantes:
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Hay tres variaciones comunes:
Hay tres variaciones comunes:
Existen muchas otras variantes, como por ejemplo las locomotoras de vapor con engranajes que pueden tener un solo cilindro. La única locomotora de vapor convencional con un cilindro que se conoce es la locomotora monocilíndrica Nielson. [3]