Una locomotora de turbina de vapor era una locomotora de vapor que transmitía la fuerza del vapor a las ruedas a través de una turbina de vapor . Se hicieron numerosos intentos de construir este tipo de locomotora, la mayoría sin éxito. En la década de 1930, este tipo de locomotora se consideró una forma de revitalizar la energía del vapor y de desafiar a las locomotoras diésel que se estaban introduciendo en ese momento.
Había dos formas de impulsar las ruedas: directamente a través de engranajes o utilizando motores de tracción accionados por generador .
La ruta de Tucumán a Santa Fe, Argentina, atraviesa terreno montañoso con pocas oportunidades de cargar agua. En 1925, la firma sueca NOHAB construyó una locomotora de turbina similar al primer diseño de Fredrik Ljungström . El condensador funcionó bastante bien: solo se perdió un 3 o 4% del agua en el camino y solo debido a fugas del tanque. La locomotora tuvo problemas de confiabilidad y luego fue reemplazada por una locomotora de vapor de pistón equipada con condensador.
En Francia se hicieron dos intentos . Uno de ellos, la Nord Turbine, se parecía a la LMS Turbomotive tanto en apariencia como en diseño mecánico. El proyecto fue cancelado y la locomotora se construyó como una locomotora de vapor de pistón compuesta. El segundo intento, SNCF 232.Q.1 , se construyó en 1940. Era inusual porque sus ruedas motrices no estaban conectadas por barras laterales . Cada uno de sus tres ejes motrices tenía su propia turbina. Fue gravemente dañada por las tropas alemanas en la Segunda Guerra Mundial y fue desguazada en 1946.
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Los constructores de locomotoras alemanes realizaron múltiples intentos de fabricar este tipo de locomotoras . En 1928, Krupp - Zoelly construyó una locomotora con turbina de vapor con engranajes. El escape de la turbina se alimentaba a un condensador que conservaba agua y aumentaba la eficiencia térmica de la turbina. Un ventilador impulsado por vapor en la caja de humos proporcionaba corriente de aire para el fuego . En 1940, esta locomotora fue alcanzada por una bomba. Fue retirada del servicio y no fue reparada.
Maffei construyó una máquina similar en 1929. A pesar de tener una caldera de mayor presión, era menos eficiente que la locomotora Krupp-Zoelly. Fue alcanzada por una bomba en 1943 y retirada del servicio.
Henschel transformó una locomotora de vapor DRG Clase 38 normal para utilizar una turbina de vapor en 1927. [1] La locomotora en sí misma fue modificada poco, los cambios principales fueron en el ténder , que fue equipado con ruedas motrices acopladas en un diseño 2-4-4, impulsadas por turbinas separadas hacia adelante y hacia atrás. Ambas turbinas eran impulsadas por vapor de escape de presión intermedia de los cilindros originales. Un condensador en el ténder proporcionaba un vacío para el escape de la turbina, lo que aumentaba la eficiencia térmica. Como el escape final estaba a una presión insignificante, el tubo de escape de la caja de humos original tuvo que ser reemplazado por un ventilador de tiro eléctrico en la caja de humos.
El rendimiento fue decepcionante y el ténder de la turbina fue retirado en 1937.
Giuseppe Belluzzo , de Italia, diseñó varias locomotoras de turbina experimentales. [2] [3] Ninguna de ellas se probó nunca en las líneas principales. Su primera locomotora fue una pequeña locomotora con cuatro ruedas, cada una equipada con su propia turbina pequeña. El movimiento inverso se lograba introduciendo vapor en las turbinas a través de una entrada orientada hacia atrás. Las turbinas de vapor están diseñadas para girar en una sola dirección, lo que hace que este método sea muy ineficiente. Parece que nadie más lo ha intentado.
Belluzzo contribuyó al diseño de una locomotora 2-8-2 construida por Ernesto Breda en 1931. Utilizaba cuatro turbinas en una disposición de expansión múltiple . La patente estadounidense de Belluzzo de ese período muestra la turbina impulsando un eje intermedio a través de una caja de cambios delante de los maquinistas de la locomotora. [4] Esta locomotora nunca fue completamente equipada.
En 1933, una locomotora FS 685 2-6-2 fue objeto de un curioso experimento, en el que se le quitó el motor de pistón y se le colocó una turbina en su lugar, dejando la locomotora completamente sin cambios. Sin embargo, las pruebas realizadas fueron un fracaso, ya que su rendimiento resultó ser muy inferior al de una 685 normal; la turbina pronto se rompió, y eso marcó el final del intento. En 1936, la locomotora fue equipada con un motor de pistón normal. [5]
El ingeniero sueco Fredrik Ljungström diseñó varias locomotoras de turbina de vapor, algunas de las cuales tuvieron un gran éxito. Su primer intento en 1921 fue una máquina de aspecto bastante extraño. [6] Sus tres ejes motrices estaban ubicados debajo del ténder, y la cabina y la caldera se asentaban sobre ruedas sin motor. Como resultado, solo una pequeña parte del peso de la locomotora contribuía a la tracción . A mediados de la década de 1920, Ljungström presentó una patente sobre un mecanismo de accionamiento de caña para una locomotora de turbina de vapor. [7]
El segundo diseño fue un 2-8-0 similar a un diseño de carga exitoso. Construidas en 1930 y 1936 por Nydqvist & Holm , estas locomotoras reemplazaron a las convencionales en el ferrocarril Grängesberg-Oxelösund . No se instaló ningún condensador, ya que su complejidad superaba sus ventajas termodinámicas . Las ruedas eran impulsadas por un eje intermedio . Estas locomotoras no se retiraron hasta la década de 1950, cuando se electrificó la línea . Se construyeron tres locomotoras de este tipo, las tres de las cuales se han conservado. Actualmente se pueden ver en el Museo del Ferrocarril de Grängesberg , dos (71 y 73) son propiedad del Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ) y la tercera (72) del Museo del Ferrocarril Sueco .
La firma suiza Zoelly construyó una locomotora de turbina en 1919. Era una locomotora 4-6-0 equipada con un condensador. Estaba equipada con un soplador de aire frío que alimentaba la rejilla de la cámara de combustión en lugar de un ventilador de succión en la cámara de humo. Esto evitaba la complejidad de construir un ventilador que pudiera soportar gases calientes y corrosivos, pero introducía un nuevo problema. La cámara de combustión estaba a presión positiva y los gases calientes y las cenizas podían salir expulsados por las puertas de la cámara de combustión si se abrían mientras el soplador estaba en funcionamiento. Esta disposición potencialmente peligrosa finalmente fue reemplazada por un ventilador de la cámara de humo.
Una de las turbinas más exitosas operadas en el Reino Unido , la LMS Turbomotive , construida en 1935, [8] fue una variación de la locomotora de pasajeros express Princess Royal 4-6-2 . No tenía condensador. Aunque era una desventaja para la eficiencia térmica de la turbina, permitía que el escape de la turbina todavía se usara a través de un tubo de explosión para extraer el fuego, como para una locomotora de vapor convencional y evitando los ventiladores de tiro separados que causaban tantos problemas para otras locomotoras de turbina. Ver artículo de Roland Bond J. Instn Loco. Engrs ., 1946, 36 (Artículo 458) a través de [1] A pesar de esta limitación, tenía una mayor eficiencia térmica que las locomotoras convencionales. La alta eficiencia resultó principalmente del hecho de que había seis boquillas de vapor dirigidas a la turbina que podían encenderse y apagarse individualmente. De este modo, se podía permitir que cada boquilla funcionara, o no, a plena potencia, en lugar de ser regulada de manera ineficiente a una presión más baja. Una cierta inspiración parece venir de las turbinas de Fredrik Ljungström en Suecia.
La turbina principal falló después de once años de servicio pesado. El motor turboalimentado se convirtió en un motor de pistón en 1952, se lo rebautizó como "Princess Anne" y, poco después de entrar en servicio, se lo retiró tras el accidente ferroviario mortal de Harrow y Wealdstone en 1952.
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Beyer, Peacock and Company construyó otra locomotora que utilizaba la turbina Ljungström de Fredrik Ljungström . Al igual que uno de los primeros diseños de Ljungström, las ruedas motrices estaban debajo del ténder. Sin embargo, el rendimiento fue decepcionante, en parte debido al mal calentamiento de la caldera.
La locomotora Reid-Ramsey (descrita a continuación) fue reconstruida por la North British Locomotive Company , reemplazando su transmisión eléctrica por una transmisión directa desde la turbina. Solo se realizaron algunas pruebas antes de que fuera abandonada debido a fallas mecánicas.
En los últimos años del vapor, Baldwin Locomotive Works emprendió varios intentos de tecnologías alternativas a la energía diésel. En 1944, Baldwin construyó el único ejemplo de la clase S2 para el ferrocarril de Pensilvania , entregándolo en septiembre de 1944. Era la locomotora de turbina de vapor de transmisión directa más grande del mundo y tenía una disposición de ruedas 6-8-6 . Originalmente fue diseñada como 4-8-4, pero debido a la escasez de materiales livianos durante la Segunda Guerra Mundial, la S2 requirió ruedas delanteras y traseras adicionales . Numerada 6200 en la lista PRR, la S2 tenía una potencia máxima de 6900 HP (5,1 MW) y era capaz de alcanzar velocidades superiores a 100 mph (160 km/h). Con el ténder, la unidad tenía aproximadamente 123 pies (37 m) de largo.
La turbina de vapor era una unidad marina modificada. Si bien el sistema de engranajes era más simple que el de un generador, tenía un defecto fatal: la turbina era ineficiente a bajas velocidades. Por debajo de los 64 km/h (40 mph), la turbina utilizaba enormes cantidades de vapor y combustible. Sin embargo, a altas velocidades, la S2 podía propulsar trenes pesados de manera suave y eficiente. El suave accionamiento de la turbina ejercía mucha menos tensión sobre la vía que una locomotora normal impulsada por pistones. Sin embargo, la baja eficiencia a bajas velocidades condenó a esta turbina y, con la introducción de los motores diésel-eléctricos , no se construyeron más S2. La locomotora se retiró en 1949 y se desguazó en mayo de 1952.
La turbina Reid-Ramsey, construida por la North British Locomotive Company en 1910, tenía una disposición de ruedas 2-B+B-2 ( 4-4-0 + 0-4-4 ). El vapor se generaba en una caldera de locomotora estándar, con sobrecalentador, y pasaba a un generador de turbina. El vapor de escape se condensaba y recirculaba mediante pequeñas bombas de turbina auxiliares. [9] Las armaduras de los motores estaban montadas directamente sobre los cuatro ejes motrices. Más tarde se reconstruyó como una locomotora de turbina de accionamiento directo, como se señaló anteriormente.
La turbina Armstrong Whitworth , construida en 1922 (imagen de la derecha), tenía una disposición de ruedas 1-C+C-1 ( 2-6-6-2 ). Estaba equipada con un condensador evaporativo rotatorio, en el que el vapor se condensaba haciéndolo pasar a través de un conjunto de tubos giratorios. Los tubos se humedecían y enfriaban mediante la evaporación del agua. La pérdida de agua por evaporación era mucho menor de lo que habría sido sin ningún condensador. El flujo de aire en el condensador tenía que tomar un camino enrevesado, lo que reducía la eficiencia del condensador. La locomotora tenía sobrepeso y un rendimiento deficiente. Fue devuelta en 1923 y desguazada.
General Electric construyó dos locomotoras eléctricas de turbina de vapor con una disposición de ruedas 2+C-C+2 ( 4-6-6-4 ) para Union Pacific en 1938. Estas locomotoras funcionaban esencialmente como plantas de energía de vapor móviles y eran correspondientemente complejas. Fueron las únicas locomotoras de vapor de condensación que se usaron en los Estados Unidos. Una caldera Babcock & Wilcox proporcionaba vapor, que impulsaba un par de turbinas de vapor que alimentaban un generador , proporcionando energía a los motores de tracción eléctrica que impulsaban las ruedas, así como proporcionando energía en la cabecera para el resto del tren. El control de la caldera era en gran parte automático, y las dos locomotoras podían conectarse entre sí en una unidad múltiple , ambas controladas desde una sola cabina. La caldera funcionaba con fueloil y el combustible era fueloil pesado "Bunker C", el mismo combustible utilizado en los grandes buques, y también el combustible que luego se utilizó en las locomotoras eléctricas de turbina de gas de Union Pacific .
Union Pacific aceptó las locomotoras en 1939, pero las devolvió más tarde ese año, alegando resultados insatisfactorios. Las turbinas de GE se utilizaron durante una escasez de fuerza motriz en el Great Northern Railway en 1943, y parecen haber funcionado bastante bien. Sin embargo, a fines de 1943, las ruedas de ambas locomotoras estaban desgastadas hasta el punto de necesitar reemplazo, y una de las calderas de la locomotora desarrolló un defecto. Las locomotoras fueron devueltas a GE y desmanteladas. [10]
Entre 1947 y 1948, Baldwin construyó tres locomotoras eléctricas de turbina de vapor a carbón para trenes de pasajeros en el Ferrocarril Chesapeake & Ohio (C&O). Su designación era M1, pero debido a su costo y bajo rendimiento adquirieron el apodo de "Vaca Sagrada". Las unidades de 6000 caballos de fuerza (4500 kW), que tenían sistemas eléctricos Westinghouse , tenían una disposición de ruedas 2-C1+2-C1-B . Tenían 106 pies (32 m) de largo. La cabina estaba en el centro con un búnker de carbón delante y una caldera convencional detrás, y el ténder solo transportaba agua. [11] Estas locomotoras estaban destinadas a una ruta desde Washington, DC a Cincinnati, Ohio, pero nunca podrían recorrer toda la ruta sin algún tipo de falla. El polvo de carbón y el agua se metían con frecuencia en los motores de tracción. Si bien estos problemas podrían haberse solucionado con el tiempo, era obvio que estas locomotoras siempre serían caras de mantener y las tres fueron desguazadas en 1950.
En mayo de 1954, Baldwin construyó una locomotora eléctrica de turbina de vapor de 4500 caballos de fuerza (3400 kW) para el servicio de carga en Norfolk & Western Railway (N&W), apodada Jawn Henry en honor a la leyenda de John Henry , un perforador de rocas que compitió contra un taladro de vapor y ganó, solo para morir inmediatamente después. La longitud, incluidos los ténderes, era de 161 pies y 1-1/2 pulgadas, probablemente el récord para una locomotora de vapor; la longitud solo del motor era de 111 pies y 7-1/2 pulgadas, tal vez el récord para una sola unidad. [12] [13]
La unidad parecía similar a las turbinas C&O, pero difería mecánicamente: era una C+C-C+C con una caldera acuotubular Babcock & Wilcox con controles automáticos. Los controles de la caldera a veces presentaban problemas y (como en el caso de las turbinas C&O) el polvo de carbón y el agua se introducían en los motores. La Jawn Henry fue retirada de la lista de N&W el 4 de enero de 1958.
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