La clase 25 4-8-4 de 1953 de South African Railways era una locomotora de vapor de condensación.
Entre 1953 y 1955, los Ferrocarriles Sudafricanos pusieron en servicio noventa locomotoras de vapor de condensación Clase 25 con una disposición de ruedas tipo Northern 4-8-4 . La Clase 25NC que se puso en servicio al mismo tiempo era una versión sin condensación de la Clase 25 de condensación. [1] [2]
Debido a las dificultades que se experimentaron para obtener suministros adecuados de agua en regiones áridas como el Gran Karoo entre el río Touws y Kimberley y desde De Aar hasta el África Sudoccidental (SWA), los Ferrocarriles Sudafricanos (SAR) comenzaron a considerar seriamente la posibilidad de introducir locomotoras de condensación a fines de la década de 1930. En un momento se consideró convertir las locomotoras Clase 12A 4-8-2 en motores de condensación, pero la idea no se puso en práctica. [1]
Las locomotoras de condensación eran una rareza, pero no una novedad para Sudáfrica, ya que las primeras locomotoras de vapor de condensación ya habían entrado en servicio en el Cabo de Buena Esperanza a fines del siglo XIX. Entre 1886 y 1888, la Cape Copper Mining Company puso en servicio tres locomotoras de condensación de tanque de pozo con una disposición de ruedas 0-4-0 en su Namaqualand Railway , una línea de ancho de vía de 2 pies 6 pulgadas ( 762 mm ) entre Port Nolloth y O'okiep . [3]
En el SAR, fue recién después de la Segunda Guerra Mundial que se llevaron a cabo extensas pruebas de condensación con la locomotora Clase 20 modificada . El ahorro de aproximadamente el 90% de agua y el 10% de carbón que se logró durante las pruebas con la Clase 20 en el Transvaal Oriental y el Karoo en 1950 y 1951 condujo a la decisión de proceder con el diseño de una nueva locomotora de condensación. [1]
El resultado, la locomotora de condensación de tipo Northern 4-8-4 Clase 25 , puede considerarse lo último en diseño de locomotoras de vapor no articuladas para SAR. Fue diseñada bajo la dirección de LC Grubb, ingeniero mecánico jefe de SAR de 1949 a 1954. [1]
El trabajo de diseño del aparato condensador de la locomotora y del ténder condensador fue realizado por Henschel & Son , que construyó una locomotora completa con ténder, número 3451, con número de fábrica 28730. Después de ser probada en Kassel , fue enviada a la North British Locomotive Company (NBL) en Glasgow , que construyó el resto de las locomotoras de la Clase 25, numeradas en el rango de 3452 a 3540. [4] Fueron entregadas entre 1953 y 1955. [1] [5] [6] [7] [8]
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Además del motor completo y el ténder del número 3451, Henschel construyó sesenta ténderes de condensación más de los que poseía la patente, con números de fábrica en el rango de 28780 a 28839, así como cuatro calderas de repuesto para las clases 25 y 25NC con números de fábrica en el rango de 28770 a 28773. Los últimos 29 ténderes de condensación fueron construidos por NBL. [5] [9] [10]
En 1963, los talleres de Salt River de la SAR construyeron otro buque condensador, el n.° 3541, sobre un bastidor de fundición de repuesto que se había entregado como parte del pedido original que requería tres bastidores de repuesto: uno para un motor y uno para un buque condensador y otro sin condensador. [9] [11]
La caldera era similar a la caldera Watson Standard n.° 3B de la clase 15F , pero con la distancia entre las placas de los tubos reducida de 22 pies y 6 pulgadas (6858 milímetros) a 19 pies (5791 milímetros) mediante la adición de una cámara de combustión. Si bien esto resultó en una ligera disminución en la superficie total de calentamiento por evaporación, hubo un aumento del 40% en la superficie de calentamiento de la caja de fuego y una mejor relación entre el área de la caja de fuego y la rejilla. La caldera estaba revestida con colchones de amianto Cape, fabricados e instalados en Sudáfrica. [6] [12]
En la locomotora de condensación, el vapor gastado se reciclaba y se condensaba nuevamente en agua para su uso repetido. Como el vapor no se expulsaba por la chimenea, la caja de humos de la Clase 25 contenía un ventilador accionado por una turbina de vapor debajo de la chimenea para mantener el tiro, con placas deflectoras que se suponía que debían evitar que la carbonilla causara un desgaste excesivo en las aspas del ventilador. [1] [6] [13]
La caja de humos de la Clase 25 era similar a la de la Clase 25NC, pero con la parte delantera extendida para acomodar el ventilador centrífugo que era impulsado por una turbina de vapor de escape montada debajo de la parte delantera de la caja de humos. Aparte de la habitual puerta redonda de la caja de humos en el centro de la placa delantera de la caja de humos, la placa delantera completa de la caja de humos en ambas clases estaba articulada a la placa envolvente en el lado derecho de la caja de humos, además de estar atornillada al anillo angular en la parte delantera de la caja de humos, para facilitar un acceso menos estrecho al equipo del ventilador, al cabezal del sobrecalentador y a los tubos. [12]
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La turbina de tiro le daba a la locomotora su característico sonido chirriante mientras estaba en marcha. Tal como se entregó, la Clase 25 tenía el frente de la caja de humos redondo habitual, pero esto se modificó más tarde al agregarle una extensión en forma de banjo para cubrir también la turbina de vapor de escape. El vapor gastado se alimentaba a través de un tubo grueso en el lado izquierdo de la locomotora hasta el ténder de condensación. [1] [5]
La modificación de la extensión en forma de banjo en la parte delantera de la caja de humos se consideró necesaria para hacer frente a las copiosas cantidades de carbón generadas por el carbón frágil de Witbank y el combustible mecánico, ya que el diseño original de Henschel demostró tener muy poca capacidad para mantener el carbón acumulado lejos de la turbina de escape. La mayor parte del carbón se recogía en el canal del banjo en la parte inferior de la parte delantera de la caja de humos, desde donde se expulsaba periódicamente a través de un tubo eyector de vapor vertical dentro de la puerta del banjo que se agotaba inmediatamente frente a la chimenea. [1] [6] [13]
En servicio, el tiro inducido por turbina de la Clase 25 en realidad funcionó mejor que el tiro regular de la Clase 25NC. Una ventaja del condensador era que, mientras se generaba vapor, el soplador podía abrirse a una presión de caldera de aproximadamente 15 a 20 libras por pulgada cuadrada (103 a 138 kilopascales) para comenzar a girar el ventilador, lo que atraía el fuego y aceleraba la generación de presión de vapor. En una locomotora sin condensación, el soplador sería débil mientras la presión de vapor aún fuera baja. [14]
Se utilizaron cojinetes de rodillos Timken , de Canton, Ohio, EE. UU., en todas partes, incluso en los bogies de ténder de tres ejes, el acoplamiento y las bielas, así como en los bulones de la cruceta, mientras que los bogies delanteros de la locomotora y las ruedas acopladas tenían cajas de grasa tipo Cannon. En comparación con la práctica anterior de SAR, una novedad fue la adopción de lubricación mecánica. Un lubricador de dieciséis alimentadores se accionaba desde el muñón del enlace de inversión . Dado que la Clase 25 estaba completamente montada sobre cojinetes de rodillos, se requería muy poco esfuerzo para mover estas enormes locomotoras. [1] [6] [12]
Los cilindros y los armazones se fundieron y mecanizaron en los EE. UU. en una sola pieza, mientras que los cilindros de acero y los cofres de vapor se equiparon con revestimientos de hierro fundido. El armazón del ténder también era de acero fundido de una sola pieza. Las crucetas de tipo Alligator se dividieron en la línea central vertical y se sujetaron al extremo de las varillas de pistón, que tenían tres anillos cónicos que encajaban en ranuras en las crucetas. Las varillas de acoplamiento originales se diferenciaban de las habituales en que disponían de tres varillas independientes, lo que eliminaba la necesidad de cuatro juntas articuladas y pasadores. [1] [6]
La locomotora podía sortear curvas con un radio de 275 pies (84 metros), con un ensanchamiento de vía de 1 ⁄ 4 de pulgada (6 milímetros) y 4+Peralte de 1 ⁄ 2 pulgada (114 milímetros). Las ruedas, ejes y cajas de grasa del bogie delantero fueron diseñados para ser intercambiables con los de la Clase 15F, mientras que las ruedas y ejes del bogie trasero eran intercambiables con los delbogie trasero de la Clase 24. [12]
Los frenos de la locomotora se accionaban mediante dos cilindros de 24 pulgadas (610 milímetros) de diámetro en el motor y cuatro cilindros de 21 pulgadas (533 milímetros) de diámetro en el ténder. Los aparejos de freno de los bogies del ténder eran independientes entre sí y el bogie del ténder delantero estaba equipado con un freno de mano. Las tuberías de freno del motor y del ténder estaban equipadas con válvulas de retardo que demoraban la aplicación de los frenos en la locomotora hasta que se hubiera establecido un grado predeterminado de frenado en todo el tren. Una válvula de freno independiente para el conductor permitía la aplicación continua de los frenos de la locomotora mientras se liberaban los frenos del tren o se creaba vacío. [12]
Casi un tercio de la longitud total del ténder de condensación del Tipo CZ estaba ocupado por el depósito de carbón, que incluía el equipo separador de aceite para eliminar el aceite del vapor usado y el equipo de alimentación mecánica que tenía una velocidad máxima de suministro de 12.000 libras (5.443 kilogramos) de carbón por hora. Los dos tercios traseros estaban ocupados por ocho grandes radiadores a cada lado, refrigerados por cinco ventiladores montados en el techo impulsados por vapor. La capacidad de agua de 5.000 galones imperiales (22.700 litros) consistía en dos tanques, un tanque de agua dulce de 4.400 galones imperiales (20.000 litros) en el centro del ténder entre los radiadores y un tanque de condensado de 600 galones imperiales (2.730 litros) debajo de la panza del ténder entre los bogies. El agua de alimentación se tomaba directamente del contenido caliente del tanque de condensado en lugar del contenido frío del tanque principal. [1] [2] [6] [12]
Como la temperatura del agua de alimentación condensada era demasiado alta para el uso de inyectores comunes, la caldera era alimentada por dos turbobombas ubicadas debajo de la cabina. Cada bomba tenía una capacidad de aproximadamente 88 galones imperiales (400 litros) por minuto. [6] [12]
El sistema demostró ser extremadamente eficiente y redujo el consumo de agua hasta en un 90% al utilizar la misma agua hasta ocho veces, lo que le dio a la locomotora Clase 25 una autonomía de 800 kilómetros (500 millas) entre recargas de agua. Además, el agua de alimentación de condensado caliente resultó en una reducción del 7% en el consumo de carbón. [11] [13] [15] [16]
Las locomotoras condensadoras se clasificaron apropiadamente como Tipo CZ, ya que CZ es también la matrícula de vehículos de motor de Beaufort West , la ciudad capital del Karoo donde prestaría servicio la Clase 25. Como el vapor gastado no se expulsaba por la chimenea, las locomotoras condensadoras sonaban como ninguna otra locomotora de vapor en los rieles sudafricanos. Sus locomotoras hermanas Clase 25NC sin condensación y con escape libre tenían el habitual ladrido agudo de una locomotora de vapor, especialmente bajo carga, mientras que la Clase 25 condensadora tenía un sonido más ronco y hueco además de su gemido de turbina. [1] [2]
Poco después de su puesta en servicio, se experimentaron problemas con bielas defectuosas, cojinetes de biela rotos y grietas en la viga de movimiento de las crucetas del Alligator. Después de las investigaciones realizadas por los ingenieros de SAR con la ayuda del Consejo de Investigación Científica e Industrial (CSIR) de Sudáfrica, se modificaron las crucetas, las barras deslizantes y las barras de acoplamiento. Las crucetas se convirtieron al tipo de cojinetes múltiples con barras guía simples, un método más sofisticado de filtrar el lubricante de cilindros y válvulas del vapor de escape reemplazó la centrífuga original, mientras que las tres barras de acoplamiento independientes se reemplazaron por la barra de acoplamiento simple más convencional con juntas articuladas. [1] [13] [17]
Cuando eran nuevos, los cojinetes de rodillos cónicos de muñequilla Timken pronto se hicieron famosos por arrojar su lubricante a la parte inferior de la caldera, desde donde se deslizaba hasta el punto más bajo y goteaba sobre los neumáticos de las ruedas acopladas a lo largo del camino. Este fallo del fabricante también se aplicó a la Clase 25NC y fue una de las razones de la reputación de ambas clases de ser resbaladizas. Timken logró resolver el problema antes de que se hubieran reemplazado todos sus cojinetes, pero para entonces aproximadamente dos tercios de las locomotoras ya habían sido equipadas con bielas de acoplamiento rediseñadas con cojinetes de bolas de muñequilla SKF . [13]
También se experimentaron problemas considerables con el equipo de tiro inducido. Las aspas del ventilador sufrieron un fuerte desgaste en los bordes debido a las partículas sólidas en el escape y se produjeron fracturas en las aspas tanto del ventilador como de las ruedas de la turbina de vapor, lo que exigió una investigación exhaustiva por parte de los ingenieros de SAR, los representantes de Henschel y el CSIR. [1] [17]
Un primer intento de resolver el problema de la fractura de las palas, aumentando el ancho de las raíces de las palas de 7 a 14 milímetros (0,28 a 0,55 pulgadas), no tuvo éxito. Las pruebas de fatiga y el análisis de tensión del CSIR mostraron que ambos tamaños de palas fallaban debido a la fatiga en los filetes afilados como resultado de los cambios repetidos en la carga centrífuga debido a las variaciones en la velocidad de rotación de la turbina. La solución se alcanzó cuando se observó que ninguna de las palas de "bloqueo" individuales, que estaban sostenidas por dos pasadores cónicos, de ningún rotor había fallado nunca. Cuando también se introdujeron dichos pasadores cónicos entre todas las demás palas de los rotores, las pruebas de fatiga mostraron que esto las hacía considerablemente más fuertes. Algún tiempo después se descubrió que soldar las palas al borde del rotor resultó ser una alternativa buena y más económica. El diseño finalmente se modificó y el ventilador de escape rediseñado se fabricó a partir de acero al manganeso y el problema se resolvió. [13] [18]
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La Clase 25 fue construida específicamente para trabajar en Karoo y Kalahari , donde el agua es un recurso escaso. Inicialmente sirvieron en la línea principal no electrificada desde Touws River a través de Beaufort West hasta De Aar , donde manejaban todo el tráfico de mercancías y pasajeros, incluidos los trenes de pasajeros de primera línea como el Blue Train . Cuando se electrificó la sección de Touws River a Beaufort West, la Clase 25 continuó trabajando entre Beaufort West y De Aar, pero ahora también trabajaba entre De Aar y Kimberley , al otro lado de Kimberley a Bloemfontein al este, así como al oeste de Kimberley a Postmasburg , Sishen y Hotazel en el Kalahari . Desde Postmasburg trabajaban mineral de hierro y manganeso hasta Bloemfontein, donde los relés de energía del Estado Libre tomaron el control hasta Harrismith . [11] [16] [19]
La Clase 25 era una locomotora compleja que requería un alto nivel de mantenimiento, especialmente en los ventiladores de la turbina de la caja de humos, cuyas aspas debían reemplazarse con frecuencia debido al daño causado por las partículas sólidas en el escape. El ténder de condensación, igualmente complejo, también necesitaba un mantenimiento frecuente. Entre 1973 y 1980, después de servir durante veinte años, y en parte acelerado por la introducción de la tracción eléctrica y diésel-eléctrica en rutas que antes eran servidas exclusivamente por la Clase 25, todas las locomotoras de condensación, excepto tres, las números 3451, 3511 y 3540, fueron convertidas en locomotoras de escape libre y sin condensación mientras pasaban por los talleres para revisiones importantes. Las locomotoras convertidas fueron reclasificadas a la Clase 25NC. [13] [20]
Se ha sugerido que, si la Clase 25 se hubiera modificado para producir menos humo negro o carbón como resultado de una combustión incompleta, de acuerdo con los principios del Sistema de Combustión Productor de Gas (GPCS), que fueron aplicados por el ingeniero mecánico David Wardale cuando reconstruyó una locomotora Clase 25NC a la Clase 26 Red Devil , el problema del daño por carbón en las aspas del ventilador podría haberse eliminado en gran medida. Sin embargo, el programa GPCS solo comenzó cerca del final de la conversión de las Clase 25. [11] [21] [22]
La primera transformación se llevó a cabo en De Aar, en la locomotora nº 3452, y consistió en retirar la turbina y el tubo de escape de la caja de humos y reemplazarlos por un tubo de escape y una chimenea. Se despojó al ténder de su equipo de condensación, pero se conservaron los tanques de agua dulce y condensado originales y las bombas de alimentación, con el armazón del radiador y el techo revestidos con paneles. Por lo tanto, el aspecto general de la locomotora cambió poco, pero aunque la transformación de la nº 3452 era estéticamente superior en comparación con las transformaciones posteriores, no transportaba suficiente agua. [23]
El resto de la flota fue reconstruida en los talleres de Salt River en Ciudad del Cabo. En el proceso, sus buques de condensación también fueron reconstruidos para convertirlos en buques de carbón y agua comunes, quitándoles los radiadores de condensación y los ventiladores de techo y reemplazándolos por un enorme tanque de agua con la parte superior redondeada. [20]
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La forma y el aspecto de la conversión del ténder se vieron condicionados por consideraciones de resistencia. Se consideró la posibilidad de acortar el bastidor del ténder, pero finalmente se mantuvo como estaba. Replicar el tanque y el búnker del ténder Clase 25NC en el bastidor más largo del ténder Tipo CZ habría excedido considerablemente la carga por eje permitida. El largo bastidor de acero fundido del ténder era muy flexible, pero el marco del radiador y el techo contribuyeron en gran medida a la rigidez vertical. La forma final del tanque del ténder reconstruido proporcionó suficiente resistencia, con su parte superior semicircular soldada al tanque de agua dulce original a través de los soportes del ventilador y los largos refuerzos triangulares colocados en los lados del búnker que se extendían más allá del punto medio del bastidor. Las locomotoras con ténderes reconstruidos pronto recibieron el apodo de Worshond , que en afrikáans significa dachshund y se traduce literalmente como perro salchicha. Los ténderes Worshond se reclasificaron como Tipo EW2 . [9] [20] [23]
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Cuando las locomotoras condensadoras de la Clase 25 se convirtieron en locomotoras sin condensador de la Clase 25NC, se copiaron y se volvieron a colocar las placas de matrícula, con el "NC" adicional para "sin condensación" junto al "25" existente, lo que dio como resultado una indicación de clase asimétrica en sus placas. Por lo tanto, las locomotoras con los cuatro caracteres perfectamente alineados y centrados solían identificarse como locomotoras originales de la Clase 25NC. Después de que se les quitara el mecanismo condensador, estas locomotoras sirvieron durante once años más, antes de que el SAR las retirara del servicio cuando el vapor fue reemplazado por completo por tracción eléctrica y diésel-eléctrica. [11] [16] [24]
Las siguientes 25 clases han sobrevivido. Ambas siguen siendo propiedad de la Transnet Heritage Foundation. Ninguna de ellas está en funcionamiento.
Los números de locomotora, los constructores, los números de fábrica y los constructores de los ténderes se enumeran en la tabla. En las listas de fábrica de los constructores, todas las locomotoras se muestran como construidas en 1953. Los ténderes se numeraron en el rango de 3451 a 3540 para sus motores, mientras que el ténder de repuesto adicional que se construyó en Salt River en 1963 se numeró 3541. Todos los ténderes tenían el mismo número de fábrica que los motores con los que se construyeron, excepto los sesenta ténderes que fueron construidos por Henschel para motores que fueron construidos por NBL. A estos sesenta se les asignaron números de fábrica de Henschel. [1] [2] [9] [11]
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