El cilindro es el elemento productor de energía de la máquina de vapor que acciona una locomotora de vapor . El cilindro se hace estanco a la presión con tapas terminales y un pistón; una válvula distribuye el vapor a los extremos del cilindro. Los cilindros eran inicialmente de hierro fundido , pero luego de acero . La fundición del cilindro incluye otras características como (en el caso del Rocket de Stephenson ) puertos de válvula y pies de montaje. [1] Las últimas grandes locomotoras americanas incorporaron los cilindros como parte de enormes piezas fundidas de acero de una sola pieza que constituían el bastidor principal de la locomotora. [2] Se necesitaban superficies de desgaste renovables dentro de los cilindros y proporcionadas por casquillos de hierro fundido.
La forma en que la válvula controlaba la entrada y salida del vapor del cilindro se conocía como distribución de vapor y se muestra en la forma del diagrama indicador . Lo que sucedió con el vapor dentro del cilindro se evaluó por separado de lo que sucedió en la caldera y de cuánta fricción tuvo que soportar la maquinaria en movimiento. Esta evaluación se conocía como "rendimiento del motor" o "rendimiento del cilindro". El rendimiento de los cilindros, junto con el de la caldera y la maquinaria, establecían la eficiencia de toda la locomotora. La presión del vapor en el cilindro se midió a medida que se movía el pistón y la potencia que movía el pistón se calculó y se conoció como potencia del cilindro. Las fuerzas producidas en el cilindro movieron el tren pero también dañaron la estructura que mantenía los cilindros en su lugar. Las uniones atornilladas se aflojaron, las piezas fundidas de los cilindros y los bastidores se agrietaron y redujeron la disponibilidad de la locomotora.
Los cilindros pueden disponerse de varias formas diferentes.
En las primeras locomotoras, como la Puffing Billy , los cilindros a menudo estaban colocados verticalmente y el movimiento se transmitía a través de vigas, como en una locomotora de vigas .
La siguiente etapa, por ejemplo en el Rocket de Stephenson , consistía en accionar las ruedas directamente desde cilindros muy inclinados colocados en la parte trasera de la locomotora. La transmisión directa se convirtió en la disposición estándar, pero los cilindros se movieron hacia el frente y se colocaron horizontales o casi horizontales.
Los cilindros montados en el frente se podían colocar dentro (entre los marcos) o afuera. Ejemplos de cada uno son:
En el siglo XIX y principios del XX, los cilindros interiores se utilizaban ampliamente en el Reino Unido, pero los cilindros exteriores eran más comunes en Europa continental y Estados Unidos. La razón de esta diferencia no está clara. [ cita necesaria ] Aproximadamente desde 1920, los cilindros exteriores se volvieron más comunes en el Reino Unido, pero se continuaron construyendo muchos motores de cilindros interiores. Los cilindros interiores brindan una marcha más estable con menos guiñada o "nariz", pero el acceso para mantenimiento es más difícil. Algunos diseñadores utilizaron cilindros interiores por motivos estéticos.
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 manivelas , ya sean interiores o exteriores, 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:
También son posibles dos disposiciones en un motor de cuatro cilindros:
Las cajas de válvulas o cajas de vapor que contienen las válvulas de corredera o válvulas de pistón pueden estar situadas en varias posiciones.
Si los cilindros son pequeños, las cajas de válvulas pueden estar ubicadas entre los cilindros. Para cilindros más grandes, las cajas de válvulas suelen estar encima de los cilindros, pero, en las primeras locomotoras, a veces estaban debajo de los cilindros.
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 marcos. Esto significaba que, mientras los cilindros estaban afuera, las válvulas estaban adentro y podían ser accionadas por el engranaje de válvulas interno.
Hay muchas variaciones en la ubicación del engranaje de válvulas . En la práctica británica, el engranaje de válvulas interior suele ser del tipo Stephenson , mientras que el engranaje de válvulas exterior suele ser del tipo Walschaerts . Sin embargo, esta no es una regla rígida y la mayoría de los tipos de engranajes de válvulas se pueden usar en interiores o exteriores. El engranaje de válvulas Joy alguna vez fue popular, por ejemplo, en la Clase G LNWR .
En los motores de cilindro interior, el engranaje de válvulas casi siempre está en el interior (entre los bastidores), por ejemplo, el LMS Fowler Class 3F .
En algunas locomotoras, el engranaje de válvulas se encuentra fuera de los bastidores, p. ej., serie 640 de los Ferrocarriles Estatales Italianos .
En motores con cilindros exteriores existen tres variaciones posibles:
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Hay tres variaciones comunes:
Hay tres variaciones comunes:
Hay muchas otras variaciones, por ejemplo, locomotoras de vapor con engranajes que pueden tener sólo un cilindro. La única locomotora de vapor convencional con un cilindro que se conoce es la locomotora de un cilindro Nielson. [3]