Proyecto de locomotoras de vapor de nueva tecnología, 2001-2012
La locomotora de vapor de tecnología avanzada 5AT fue un diseño conceptual concebido por el ingeniero británico David Wardale , [1] y descrito por primera vez en su trabajo definitivo de 1998 sobre el vapor moderno, The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam. [2]
El propósito de Wardale al presentar el concepto de diseño "Super Class 5 4-6-0 " (como lo llamó entonces) era ofrecer un futuro para los trenes a vapor en las principales líneas del Reino Unido en las que es probable que se utilice la tracción tradicional. que se eliminará gradualmente a medida que aumenten la velocidad y la densidad del tráfico ferroviario comercial. [3]
El trabajo en el proyecto se suspendió en marzo de 2012 tras la finalización de un estudio de viabilidad del proyecto y el posterior fracaso en conseguir la financiación necesaria para completar el diseño detallado y la construcción de la locomotora. [4]
Propuesta
La propuesta de Wardale era una locomotora que:
- ser aceptable para las autoridades ferroviarias británicas al ajustarse al tamaño y peso de las locomotoras BR 5MT Clase 4-6-0 que han operado en las principales líneas británicas desde 1951;
- ofrecer el nivel de rendimiento necesario para integrar los trenes chárter a vapor en el moderno sistema ferroviario de alta velocidad sin provocar cuellos de botella;
- ofrecen mucha mayor confiabilidad y costos operativos mucho más bajos que las locomotoras de vapor tradicionales.
La edición de abril de 1998 de Steam Railway contenía un artículo de Wardale titulado "¿Adónde va Steam ahora?" [5] que incluía una referencia a una "locomotora de formato Clase 5 4-6-0 - llamándola 5GT - que superaría a cualquier British Pacific ".
Aún descrito como 5GT en la edición de febrero de 2001 de The Railway Magazine , [6] el nombre 5AT surgió por primera vez en una carta de Alan Fozard al editor de Steam Railway en junio de 2001, [7] que coincidió con la formación del 5AT. Proyecto. [8]
El 5AT en su forma conceptual final permaneció casi idéntico en tamaño y peso al BR 5MT, compartiendo los espacios entre ejes y siendo sólo 4 toneladas más pesado, con cargas por eje de 20 toneladas en cada eje motriz y 10 toneladas en cada eje bogie. Donde se diferenciaba en tamaño del 5MT era en su embarcación auxiliar , que se amplió enormemente para transportar grandes cantidades de combustible y agua para ampliar su rango operativo. Una licitación tan grande también habría proporcionado espacio para las partes transportadas por locomotoras de sistemas de señalización avanzados como el Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario . La licitación de cuatro ejes del 5AT habría tenido un peso bruto de 80 toneladas con una capacidad de combustible ( aceite ligero ) de 7 toneladas y una capacidad de agua de 46 toneladas (10.000 galones imperiales).
Dibujo de esquema
Esquema de la locomotora 5AT
El proyecto 5AT
El Proyecto 5AT se estableció en 2001 con el objetivo de comercializar el concepto de locomotora 5AT de Wardale y hacerlo realidad. El proyecto fue encabezado por un pequeño equipo de ingenieros, científicos y empresarios profesionales cuyo objetivo común era que la tracción a vapor continuara funcionando en la línea principal en el futuro previsible.
Cálculos de diseño
La primera tarea emprendida por el equipo del proyecto fue encargar a David Wardale que realizara los cálculos de diseño fundamentales de la locomotora. El propósito de estos cálculos era verificar mediante cálculos detallados que el diseño conceptual era viable en términos de ingeniería y que cumpliría con las predicciones de rendimiento que Wardale había hecho para él (ver más abajo). Al mismo tiempo, se creó un sitio web del proyecto [8] .
Wardale completó los cálculos de diseño fundamental de la locomotora a finales de 2004, después de dos años y medio de trabajo casi continuo. La obra consta de 6100 líneas de cálculo divididas en 26 secciones de la siguiente manera:
- Sección 1.1 - Cálculos generales - Determinación de las características de potencia objetivo y esfuerzo de tracción-velocidad [9]
- Sección 1.2 - Cálculos generales - Determinación de las curvas de gradiente de carga-velocidad objetivo [10]
- Sección 1.3 - Cálculos generales - Cálculos básicos preliminares [11]
- Sección 1.4 - Cálculos generales - Diagramas de esfuerzo de tracción [12]
- Sección 2.1 - Pistones, Anillos y Varillas de Cola;
- Sección 2.2 - Crucetas y barras deslizantes;
- Sección 2.3 - Bielas;
- Sección 3 - Muñequillas, bielas de acoplamiento, ejes motrices y acoplados, y cojinetes de rodillos para muñequillas y ejes;
- Sección 4 - Válvulas de pistón, anillos de válvula, ejes de válvula y empaquetaduras;
- Sección 5 - Engranajes de válvulas;
- Sección 6 - Cilindros y camisas de cilindros;
- Sección 7 - Cálculos del vapor de enfriamiento del revestimiento de la válvula;
- Sección 8 - Equilibrado de ruedas;
- Sección 9 - Calentamiento del agua de alimentación;
- Sección 10 - Calefacción del aire de combustión;
- Sección 11.1 - Resistencia de la caldera;
- Sección 11.2 - Sistema de Combustión de Calderas;
- Sección 11.3 - Gas de combustión + flujo de vapor y transferencia de calor;
- Sección 12 - Sistema de escape;
- Sección 13 - Aparejos de resorte;
- Sección 14 - Estructura principal;
- Sección 15 - Frenos;
- Sección 16 - Bogie líder + estabilidad del motor;
- Sección 17 - Especificación de equipos propietarios;
- Sección 18 - Predicciones de desempeño (verificación de la Sección 1 incorporando los resultados de otros cálculos).
- Sección 1.3F - Cálculos generales - Cálculos básicos preliminares (versión final) [13]
Plan de negocios
Desde la finalización de los cálculos de diseño fundamental, el equipo del proyecto 5AT se centró en el desarrollo de un plan de negocios para atraer inversiones en el proyecto. Esto resultó ser una tarea difícil debido a los altos costos de desarrollo que se anticipaban para diseñar y obtener aprobaciones ferroviarias para un prototipo de locomotora, y los retornos limitados que podrían esperarse del uso de la locomotora en trenes turísticos y de "crucero". Se llegó a la conclusión de que el coste de construcción de la locomotora sólo podría justificarse si se "amortizaran" los costes de desarrollo iniciales.
Investigación
El equipo del proyecto también llevó a cabo una investigación exhaustiva sobre las posibilidades de desarrollar diseños alternativos basados en los conceptos de alta eficiencia y bajo mantenimiento del 5AT. Se prestó especial atención a las posibilidades de la tracción a vapor ( a base de carbón ) para el transporte de carbón en países en desarrollo como Indonesia , cuyos costos operativos se estimaron que habían sido sustancialmente más bajos que los de la tracción diésel y eléctrica .
Rendimiento de la locomotora 5AT
Predicciones
El rendimiento previsto para la locomotora 5AT se resume a continuación: [14]
- Velocidad máxima de funcionamiento continuo 180 km/h/113 mph (con una velocidad máxima de diseño de 200 km/h/125 mph);
- Potencia máxima en la barra de tiro de 1.890 kW/2.535 hp a 113 km/h/70 mph;
- Relación potencia-peso de 12 kW por tonelada (en la barra de tiro);
- Eficiencia térmica máxima de la barra de tiro 11,8 % (eficiencia indicada del 14 %);
- Rango de funcionamiento entre llenados de combustible de 925 km (575 millas) y entre llenados de agua de 610 km (380 millas) en "condiciones promedio";
- El rango de funcionamiento entre llenados de combustible es de 552 km (343 millas) y entre llenados de agua de 367 km (228 millas) a una velocidad y potencia máximas de funcionamiento.
Avances técnicos
Las predicciones de rendimiento anteriores se basaron en varios avances técnicos, en su mayoría desarrollados por el Ing. LD Porta , todo lo cual ha sido probado en la práctica, en la mayoría de los casos en el SAR Clase 26 "The Red Devil" de Wardale y descrito en el libro de Wardale [15] sobre el tema. Estos avances se resumen a continuación:
- Presión de caldera alta: 2100 kPa (305 psi);
- Alta temperatura de recalentamiento: 450 °C;
- Sistema de escape Lempor para minimizar la contrapresión del cilindro;
- Precalentamiento del agua de alimentación;
- Precalentamiento del aire de combustión;
- Grandes tuberías de vapor, pasajes y cámaras de vapor aerodinámicos;
- Válvulas y puertos de válvulas grandes para facilitar el libre flujo de vapor dentro y fuera de los cilindros;
- Carrera de pistón larga para minimizar la masa del pistón y las fugas de vapor;
- Pistones y válvulas equipados con anillos de calidad diésel para reducir las fugas de vapor;
- Tolerancias estrictas en todas partes (equivalentes a los estándares diésel modernos);
- Aislamiento de altísima calidad, fijado permanentemente en su lugar, para minimizar las pérdidas de calor;
- Sistema de lijado neumático y perfiles de llantas de mayor adherencia para controlar el deslizamiento de las ruedas;
- Apriete los frenos en todas las ruedas para mejorar el rendimiento de frenado y reducir las distancias de frenado;
- Movimiento ultraligero (vástagos, pistones y válvulas de pistón) para minimizar las fuerzas de inercia y, por tanto, las necesidades de equilibrio (y, por tanto, los golpes de martillo en la vía).
Caracteristicas de diseño
Además, la locomotora habría incorporado las siguientes características que habrían minimizado sus necesidades de mantenimiento y aumentado su fiabilidad:
- Diseño de componentes mejorado utilizando CAD/CAM para garantizar tolerancias ajustadas y un ajuste exacto;
- Análisis de tensión por elementos finitos de todos los componentes críticos para determinar con precisión los niveles de tensión en los componentes críticos;
- Mejores materiales, incluidos cojinetes, lubricantes, componentes de desgaste, aislamiento, etc.;
- Reemplazo de pernos y remaches siempre que sea posible con conexiones soldadas, eliminando la posibilidad de que los componentes se aflojen.
- Diseño simple de dos cilindros para minimizar la cantidad de componentes móviles.
- Sin componentes inaccesibles.
- El uso de reglas AAR cuando sea apropiado, siendo las reglas de la Asociación Estadounidense de Ferrocarriles generalmente las reglas de diseño más sólidas cuando se deben utilizar métodos empíricos.
- Cojinetes de rodillos en todos los ejes, muñequillas, engranajes de movimiento y válvulas, que ofrecen un desgaste casi nulo y una vibración mínima;
- Cuñas autoajustables en todas las cajas de grasa motrices y acopladas para eliminar los espacios entre la caja y el bastidor, para evitar golpes y vibraciones asociados con el desgaste de la caja de grasa;
- Soportes de bocina robustos para minimizar el riesgo de que el marco se agriete en las esquinas superiores de las bocinas;
- Tribología mejorada de válvulas y cilindros para minimizar el desgaste de anillos y camisas;
- Varillas de cola en los pistones para reducir el desgaste de los segmentos y cilindros del pistón;
- Caldera totalmente soldada: elimina los problemas causados por uniones remachadas y tirantes atornillados. No hay posibilidad de fugas o fragilización cáustica ;
- Tratamiento eficaz del agua de caldera que prácticamente elimina el mantenimiento de la caldera.
- Diseño superior del soporte de la cámara de combustión para minimizar la incidencia de soportes fracturados;
- Manar rígido del motor auxiliar para eliminar el "estampado" y las vibraciones;
- Tapones fusibles para cámara de combustión de tipo gota: más seguros que los tapones rellenos de plomo habituales;
- Acero resistente a la corrosión para ténder y ahumadero;
- Conexiones mejoradas de la caldera/marco para aumentar la rigidez y reducir la flexión del marco;
- Frenos de cierre para minimizar las cargas sobre el eje y los cojinetes del eje debido a las fuerzas de frenado;
- Sistema centralizado de dosificación de lubricante para la lubricación automática de todas las superficies deslizantes, etc.;
- Revestimientos de válvula enfriados con vapor saturado para proteger los lubricantes de temperaturas extremas asociadas con vapor muy sobrecalentado.
Suspensión del proyecto
En marzo de 2012, después de once años de desarrollo, se tomó la decisión de suspender el proyecto por falta de apoyo financiero. [16] En el estudio de viabilidad del proyecto, se estimó que la financiación necesaria para completar el diseño detallado, la fabricación, el montaje, las pruebas y las aprobaciones de la línea principal de un prototipo de locomotora era ligeramente superior a los 10 millones de libras esterlinas a precios de 2010. Sin embargo, se estimó que las locomotoras de "producción" posteriores costarían del orden de £ 2,5 millones, un costo que podría haberse justificado por los beneficios previstos del transporte de lujosos trenes turísticos y de crucero de alta velocidad para los que estaba destinado el concepto. Tras la suspensión del proyecto, el grupo de diseño se volvió a formar como Advanced Steam Traction Trust para proporcionar recursos de ingeniería para proyectos alternativos, ya sea en forma de nuevos diseños o mejoras a los diseños existentes. [17]
Ver también
Referencias
- ^ Chapelon, Andre (2000), La Locomotive a Vapeur (Traducción de George. W. Carpenter C.Eng., MIMech.E. , Camden Miniature Steam Services, págs. 615–616, ISBN 0-9536523-0-0
- ^ Wardale, David (1998), El diablo rojo y otros cuentos de la era del vapor , publicado por el autor, ISBN 0-9529998-0-3
- ^ Wardale, David (junio de 2002), Navegando hacia el futuro , Steam Railway , p. 36
- ^ Wardale, David (marzo de 2012), Fin de la línea: se ha llegado el momento del proyecto 5AT , Steam Railway, págs.
- ^ Wardale, David, ¿Adónde va Steam ahora? , Ferrocarril de vapor Número 216
- ^ Wardale revela una propuesta de 'nuevo vapor' de £ 1,7 millones para el mercado patrimonial The Railway Magazine número 1198 de febrero de 2001, página 71
- ^ carta al editor del Dr. Alan Fozard , Steam Railway, número 259, junio-julio de 2001, p. 43
- ^ ab "El Grupo 5AT: avanzando a toda velocidad con tecnología avanzada". 5AT.co.uk. Grupo 5AT. Archivado desde el original el 15 de agosto de 2012 . Consultado el 20 de diciembre de 2009 .
- ^ Wardale, D. (14 de agosto de 2002). "Cálculos generales: determinación de las características de potencia objetivo y velocidad-esfuerzo de tracción" (PDF) . Wardale Ingeniería y Asociados. Archivado desde el original (PDF) el 9 de diciembre de 2008.
- ^ Wardale, D. (14 de agosto de 2002). "Cálculos generales: determinación de las curvas de gradiente de carga-velocidad objetivo" (PDF) . Wardale Ingeniería y Asociados. Archivado desde el original (PDF) el 9 de diciembre de 2008.
- ^ Wardale, D. (15 de agosto de 2002). «Cálculos Generales - Cálculos Básicos Preliminares» (PDF) . Wardale Ingeniería y Asociados. Archivado desde el original (PDF) el 9 de diciembre de 2008.
- ^ Wardale, D. (3 de julio de 2004). «Cálculos Generales - Diagramas de Esfuerzo de Tracción» (PDF) . Wardale Ingeniería y Asociados. Archivado desde el original (PDF) el 9 de diciembre de 2008.
- ↑ «Cálculos Generales - Cálculos Básicos Preliminares (versión final)» (PDF) .
- ^ Wardale, David (2004), CÁLCULOS GENERALES, 1.3.F. CÁLCULOS BÁSICOS PRELIMINARES (versión final). , inédito
- ^ "El diablo rojo y otros cuentos de la era del vapor". 5AT.co.uk. Archivado desde el original el 6 de febrero de 2010.
- ^ "El AT5: avanzando a toda velocidad con tecnología avanzada". AT5.co.uk. Grupo 5AT. Archivado desde el original el 15 de agosto de 2012 . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
- ^ "Grupo ATS". Confianza avanzada en tracción de vapor . Grupo AST . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
enlaces externos
- Confianza avanzada en la tracción de vapor
- La "página definitiva de Steam" de Hugh Odom
