El motor Napier Deltic es un motor diésel británico de dos tiempos , con pistones opuestos , sin válvulas , sobrealimentado y de flujo único , diseñado y producido por D. Napier & Son , que se utiliza en aplicaciones marinas y de locomotoras . Curiosamente, los cilindros estaban dispuestos en un triángulo de tres bancos, con un cigüeñal en cada esquina del triángulo.
El término Deltic (que significa "en la forma de la letra griega (mayúscula) delta ") se utiliza para referirse tanto al motor diésel de pistones opuestos y alta velocidad Deltic E.130 como a las locomotoras producidas por English Electric que utilizaban estos motores, incluida su locomotora de demostración llamada DELTIC y la versión de producción para British Railways , que las designó como Clase 55 .
La locomotora Tipo 2, construida por English Electric y designada como Clase 23 , también contaba con un motor Deltic turboalimentado de tamaño medio . Tanto la locomotora como el motor se hicieron más conocidos como "Baby Deltic".
La historia de Deltic comenzó en 1943 cuando el Almirantazgo británico creó un comité para desarrollar un motor diésel ligero y de alta potencia para lanchas torpederas a motor . [1] Hasta entonces en la Marina Real , dichas embarcaciones habían sido impulsadas por motores de gasolina , pero su combustible altamente inflamable las hacía vulnerables al fuego, a diferencia de las E-boats impulsadas por diésel . Una patente para un motor, similar en complejidad, pero con cuatro líneas de pistones, no solo tres, fue presentada en 1930 por Wifredo Ricart , vinculado a Alfa Romeo , y al fabricante de camiones español INI Pegaso , Pat ES0118013.
Hasta ese momento, los motores diésel tenían una mala relación potencia-peso y una baja velocidad. Antes de la guerra, Napier había estado trabajando en un diseño diésel de aviación conocido como Culverin después de licenciar versiones del Junkers Jumo 204. El Culverin era un diseño de dos tiempos con pistones opuestos. En lugar de que cada cilindro tuviera un solo pistón y estuviera cerrado en un extremo con una culata , el diseño basado en Jumo usaba un cilindro alargado que contenía dos pistones que se movían en direcciones opuestas hacia el centro. Esto obvia la necesidad de una culata pesada , ya que el pistón opuesto cumplía esta función. En el lado negativo, el diseño requería cigüeñales separados en cada extremo del motor que debían acoplarse a través de engranajes o ejes. Las principales ventajas del diseño eran la respiración uniflow y un motor bastante "plano".
El Almirantazgo necesitaba un motor mucho más potente y conocía los diseños de Junkers para motores multicigüeñal de seis cilindros en línea y en forma de diamante. El Almirantazgo consideró que estos serían un punto de partida razonable para el diseño más grande que necesitaba. El resultado fue un triángulo, con los bancos de cilindros formando los lados, con cigüeñales en cada esquina conectados por engranajes de sincronización a un solo eje de salida, en la práctica tres motores V-12 separados. El Deltic podía producirse con diferentes números de cilindros; 9 y 18 eran los más comunes, con tres o seis cilindros por banco, respectivamente. En 1946, el Almirantazgo firmó un contrato con la English Electric Company, matriz de Napier, para desarrollar este motor. [1]
Una característica del motor era la forma en que se disponía la sincronización del cigüeñal para permitir el avance del puerto de escape y el retraso del puerto de entrada. Estos motores se denominan diseños " uniflow ", porque el flujo de gas hacia dentro y hacia fuera del cilindro es unidireccional, asistido por sopladores para mejorar la limpieza de los gases de escape del cilindro. El orden de los puertos de entrada/salida es entrada/salida/entrada/salida/entrada/salida alrededor del anillo triangular (es decir, las disposiciones de los colectores de entrada y salida tienen simetría rotacional C3 ). [2]
Los intentos anteriores de diseñar un motor de este tipo se enfrentaron a la dificultad de organizar los pistones para que se movieran de la manera correcta, para los tres cilindros en un delta, y este fue el problema que provocó que Junkers Motorenbau dejara atrás el trabajo en la forma delta mientras continuaba con el prototipo de un Junkers Jumo 223 de 24 cilindros con forma de diamante y cuatro cigüeñales . Herbert Penwarden, un dibujante senior del Laboratorio de Ingeniería del Almirantazgo, sugirió que un cigüeñal necesitaba girar en sentido antihorario para lograr la sincronización correcta de los pistones, por lo que los diseñadores de Napier produjeron el engranaje necesario para que uno de ellos girara en la dirección opuesta a los otros dos.
Al ser un diseño de pistones opuestos sin válvulas de admisión o escape y sin capacidad para variar las posiciones de los puertos, el diseño de Deltic dispuso cada cigüeñal para conectar dos pistones adyacentes que operaban en cilindros diferentes en el mismo plano, utilizando bielas de "horquilla y cuchilla", siendo este último un pistón de "admisión" utilizado para abrir y cerrar el puerto de admisión, y el primero un pistón de "escape" en el cilindro adyacente para abrir y cerrar el puerto de escape. Esto habría llevado a que el encendido en cada banco de cilindros estuviera separado 60°, pero se adoptó la disposición de que el pistón de escape de cada cilindro adelantara a su pistón de admisión en 20° de rotación del cigüeñal. Esto permitió que el puerto de escape se abriera mucho antes que el puerto de admisión y permitió que el puerto de admisión se cerrara después del puerto de escape, lo que condujo tanto a una buena limpieza de los gases de escape como a una buena eficiencia volumétrica para la carga de aire fresco. Esto requirió que los eventos de encendido para cilindros adyacentes estuvieran separados 40°. Para el diseño de 18 cilindros, los eventos de encendido podrían entrelazarse en los seis bancos. Esto dio lugar a la nota de escape uniforme y zumbante del Deltic, con un encendido de carga cada 20° de revolución del cigüeñal y una falta de vibración torsional , ideal para su uso en buques de caza de minas. El diseño de 9 cilindros, que tiene tres bancos de cilindros, tiene sus cigüeñales girando en la dirección opuesta. El avance de escape de 20° se suma a los 60° entre bancos, lo que da lugar a eventos de encendido para cilindros adyacentes en el mismo banco separados 80°. El entrelazado de eventos de encendido en los tres bancos de cilindros sigue dando lugar a una nota de escape uniforme y un encendido de carga cada 40° de revolución del cigüeñal con la consiguiente reducción de la vibración torsional.
Aunque el motor tenía puertos en los cilindros y no requería válvulas de asiento , cada banco tenía un árbol de levas , impulsado a la velocidad del cigüeñal. Este se usaba únicamente para accionar las bombas de inyección de combustible; cada cilindro tenía su propio inyector y bomba, impulsados por su propio lóbulo de leva.
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El desarrollo comenzó en 1947 y el primer modelo Deltic fue el D18-11B, producido en 1950. Fue diseñado para producir 2500 hp (1900 kW ) a 2000 rpm durante 15 minutos; la potencia nominal continua era de 1875 hp (1398 kW) a 1700 rpm, basándose en una vida útil de 10 000 horas tras una revisión o sustitución. [3] En enero de 1952, había seis motores disponibles, suficientes para el desarrollo completo y las pruebas de resistencia. Se seleccionó un E-Boat alemán capturado , el S212 [ cita requerida ] , ya que estaba propulsado por motores diésel Mercedes-Benz con aproximadamente la misma potencia que los Deltic de 18 cilindros . Cuando se reemplazaron dos de los tres motores Mercedes-Benz , se ilustró gráficamente la compacidad de los motores Napier: tenían la mitad del tamaño de los motores originales y aproximadamente una quinta parte del peso. [1]
Los motores diésel Deltic, que demostraron ser exitosos, se convirtieron en un motor común en las naves navales pequeñas y rápidas. La Marina Real los utilizó primero en las naves de ataque rápido de clase Dark . [4] Posteriormente se utilizaron en varias otras naves de ataque más pequeñas. Al estar construidos principalmente de aluminio, su baja firma magnética permitió su uso en buques de contramedidas de minas y el Deltic fue seleccionado para impulsar los dragaminas de clase Ton . El motor Deltic todavía está en servicio en algunas naves de clase Hunt . Estas versiones se reducen para reducir el estrés del motor.
Los Deltic Diesel sirvieron en las MTB y las lanchas PT construidas para otras armadas. Particularmente notable fue la clase noruega Tjeld o Nasty , que también se vendió a Alemania, Grecia y la Armada de los Estados Unidos . Las lanchas de la clase Nasty sirvieron en la Guerra de Vietnam , principalmente para operaciones encubiertas.
Los motores Deltic 9 de nueve cilindros más pequeños se utilizaron como motores marinos, en particular en dragaminas. Los buques de la clase Ton estaban propulsados por un par de Deltic 18 y utilizaban un Deltic 9 adicional para la generación de energía para su barrido de influencia magnética . [5] La clase Hunt utilizó tres Deltic 9, dos para propulsión y nuevamente uno para generación de energía, pero esta vez con una bomba hidráulica integrada para impulsar los propulsores de proa para maniobras a baja velocidad, [6] hasta que un programa de renovación de BAE Systems , que se desarrolló entre 2010 y 2018, reemplazó los Deltic con motores Caterpillar C32 en los ocho buques restantes comisionados de la Royal Navy.
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Los motores Deltic se utilizaron en dos tipos de locomotoras ferroviarias británicas: la clase 55 construida entre 1961 y 1962 y la clase 23 construida en 1959. Estos tipos de locomotoras se conocían como Deltics y Baby Deltics , respectivamente.
La Clase 55 utilizó dos motores Deltic tipo V D18-25 serie II: motores de 18 cilindros con sobrealimentación mecánica, cada uno con una potencia nominal de 1650 hp (1230 kW) continuos a 1500 rpm. [7] [8] La Clase 23 utilizó un único motor Deltic T9-29 turboalimentado de nueve cilindros, menos potente, de 1100 hp (820 kW). [9] [10]
Seis de las 22 locomotoras originales de la Clase 55 sobreviven. [11] La líder de la clase D9000 Royal Scots Grey volvió a estar en condiciones de servicio en la línea principal en 1996. Después de una falla en la unidad de potencia, esta locomotora fue equipada, durante un tiempo, con un tipo T18-37K ex Royal Norwegian Navy , después de que se diseñaran inteligentemente varias modificaciones para hacer que la nueva unidad fuera compatible.
El Departamento de Bomberos de la Ciudad de Nueva York utilizó un motor Napier Deltic para impulsar su exclusivo "Sistema de Superbomba". Se trataba de una bomba contra incendios de gran volumen montada en un remolque con un depósito separado. [12]
Aunque el motor Deltic tuvo éxito en el uso marítimo y ferroviario y era muy potente para su tamaño y peso, era una unidad muy resistente que requería un mantenimiento cuidadoso. Esto llevó a una política de reemplazo de unidades en lugar de reparación in situ. Los motores Deltic se desmontaban fácilmente después de una avería y, por lo general, se enviaban de vuelta al fabricante para su reparación, aunque después de que expiraran los contratos iniciales, tanto la Marina Real Británica como los Ferrocarriles Británicos establecieron sus propios talleres para las revisiones. [13]
La variante turbo-compuesta "E.185" o "Compound Deltic" fue planeada [1] y se construyó un solo prototipo en 1956 [14] y probado en 1957. [15] Esto capitalizó la experiencia de Napier tanto con el " Nomad " como su creciente participación con turbinas de gas . Usó el Deltic como generador de gas dentro de una turbina de gas, con un compresor axial de doce etapas y una turbina de gas de tres etapas. A diferencia del Nomad, esta turbina no estaba acoplada mecánicamente al cigüeñal, sino que simplemente impulsaba el compresor. Se esperaba que produjera 6.000 caballos de fuerza, [ cita requerida ] con economía de combustible y relación potencia-peso "insuperables". [16] Las predicciones de los ingenieros estrechamente relacionados con él fueron que la falla de la biela sería el límite de esta potencia, fallando alrededor de los 5.300 bhp. En la prueba, en realidad produjo 5.600 bhp antes de lanzar una biela a través del cárter tal como se predijo. [14] El interés naval había disminuido en 1958 en favor de la turbina de gas pura, a pesar de su mayor consumo de combustible, y no se llevó a cabo ningún desarrollo adicional.
El motor que propulsa al patrullero rápido HM Dark Hunter, botado el 18 de marzo, es un motor Napier Deltic. Es un motor diésel de dos tiempos con pistones opuestos que desarrolla 2.500 hp (1.900 kW); se dice que su relación potencia/peso de 4,2
lb/hp
(2,6
kg/kW
) es la más alta jamás alcanzada en un
motor diésel marino
.
