Una locomotora de turbina de vapor era una locomotora de vapor que transmitía potencia de vapor a las ruedas a través de una turbina de vapor . Se hicieron numerosos intentos con 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 de vapor y desafiar a las locomotoras diésel que se introducían en ese momento.
Había dos formas de accionar las ruedas: directamente mediante engranajes o utilizando motores de tracción accionados por generador .
La ruta de Tucumán a Santa Fe, Argentina, atraviesa un terreno montañoso con pocas oportunidades para tomar agua. En 1925 la empresa sueca NOHAB construyó una locomotora de turbina similar al primer diseño de Fredrik Ljungström . El condensador funcionó bastante bien: sólo se perdió el 3 o 4% del agua en el camino y debido únicamente a fugas del tanque. La locomotora tenía problemas de fiabilidad y posteriormente fue sustituida por una locomotora de vapor de pistón equipada con condensador.
En Francia se hicieron dos intentos . Un esfuerzo, el Nord Turbine, se parecía al LMS Turbomotive tanto en apariencia como en diseño mecánico. El proyecto fue cancelado y la locomotora se construyó como locomotora de vapor de pistón compuesto. El segundo intento, SNCF 232.Q.1 , se construyó en 1940. Era inusual porque sus ruedas motrices no estaban conectadas mediante varillas laterales . Cada uno de sus tres ejes motrices tenía su propia turbina. Fue gravemente dañado por las tropas alemanas en la Segunda Guerra Mundial y fue desguazado en 1946.
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Los constructores de locomotoras alemanes hicieron múltiples intentos de este tipo . En 1928, Krupp - Zoelly construyó una locomotora de turbina de vapor con engranajes. El escape de la turbina se alimentó a un condensador que conservó el agua y aumentó la eficiencia térmica de la turbina. El tiro para el fuego lo proporcionaba un ventilador de vapor situado en la cámara de humos . En 1940 esta locomotora fue alcanzada por una bomba. Fue retirado de servicio y no reparado.
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 alcanzado por una bomba en 1943 y retirado del servicio.
Henschel convirtió una locomotora de vapor DRG Clase 38 normal para utilizar una turbina de vapor en 1927. [1] La locomotora en sí se modificó poco, los cambios más importantes se produjeron en el ténder , que estaba equipado con ruedas motrices acopladas en un diseño 2-4-4. impulsado por turbinas separadas de avance y retroceso. Ambas turbinas eran impulsadas por el vapor de escape de presión intermedia de los cilindros originales. Un condensador en el ténder proporcionó un vacío para el escape de la turbina, aumentando la eficiencia térmica. Como el escape final tenía una presión insignificante, el tubo de explosión original de la caja de humo tuvo que ser reemplazado por un ventilador de tiro eléctrico en la caja de humo.
El rendimiento fue decepcionante y la licitación de turbinas fue retirada en 1937.
Giuseppe Belluzzo de Italia diseñó varias locomotoras de turbina experimentales. [2] [3] Ninguno fue probado nunca en las líneas principales. La primera fue una pequeña locomotora con cuatro ruedas, cada una equipada con su propia pequeña turbina. El movimiento inverso se logró alimentando vapor a 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. Nadie más parece haberlo intentado.
Belluzzo contribuyó al diseño de una locomotora 2-8-2 construida por Ernesto Breda en 1931. Utilizaba cuatro turbinas en disposición de expansión múltiple . La patente estadounidense de Belluzzo de esa época muestra la turbina accionando un eje secundario a través de una caja de cambios delante de los conductores de la locomotora. [4] Esta locomotora nunca fue completamente equipada.
En 1933, una locomotora FS Clase 685 2-6-2 fue objeto de un curioso experimento, en el que se quitó el motor de pistón y se instaló una turbina en su lugar, dejándola por lo demás sin cambios. Sin embargo, las pruebas realizadas fueron un fracaso, ya que su rendimiento resultó estar muy por debajo del de un 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 mucho 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, sólo 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 accionamiento de pluma 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 . Estos motores no se retiraron hasta la década de 1950, cuando se electrificó la línea . Se construyeron tres motores de este tipo y los tres se conservan. Estos se pueden contemplar actualmente en el Museo del Ferrocarril de Grängesberg , siendo dos (71 y 73) propiedad del Grängesbergbanornas Järnvägsmuseum (GBBJ) y el tercero (72) del Museo del Ferrocarril Sueco .
La empresa suiza Zoelly construyó una locomotora de turbina en 1919. Se trataba de una locomotora 4-6-0 equipada con un condensador. Estaba equipado con un soplador de aire frío que alimentaba la parrilla de la cámara de combustión en lugar de un ventilador de succión en la cámara de humos. Esto evitó la complejidad de construir un ventilador que pudiera soportar gases corrosivos y calientes, pero introdujo un nuevo problema. La cámara de combustión estaba a presión positiva y los gases calientes y las cenizas podían salir por las puertas de la cámara de combustión si se abrían mientras el ventilador estaba funcionando. Esta disposición potencialmente peligrosa finalmente fue reemplazada por un ventilador de caja de humo.
Una de las turbinas de mayor éxito operadas en el Reino Unido , la LMS Turbomotive , construida en 1935, [8] era una variación de la locomotora exprés de pasajeros grande Princess Royal 4-6-2 . No había condensador. Aunque era una desventaja para la eficiencia térmica de la turbina, permitía que el escape de la turbina siguiera utilizándose a través de un tubo de explosión para atraer el fuego, como en el caso de una locomotora de vapor convencional, y evitando los ventiladores de tiro separados que causaban tantos problemas a otras locomotoras de turbina. Véase el artículo de Roland Bond J. Instn Loco. Engrs ., 1946, 36 (Documento 458) vía [1] A pesar de esta limitación, tenía una mayor eficiencia térmica que las locomotoras convencionales. La alta eficiencia se debió principalmente al hecho de que había seis boquillas de vapor dirigidas a la turbina que podían encenderse y apagarse individualmente. De este modo, se podría permitir que cada boquilla funcione, o no, a plena potencia, en lugar de estrangularse de manera ineficiente a una presión más baja. Una cierta inspiración parece provenir de las turbinas de Fredrik Ljungström en Suecia.
La turbina principal falló después de once años de servicio pesado. El Turbomotive se convirtió a accionamiento por pistón en 1952, se le cambió el nombre a "Princess Anne" y poco después de entrar en servicio se retiró tras el mortal accidente ferroviario de Harrow y Wealdstone en 1952.
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Beyer, Peacock and Company construyó otra locomotora , utilizando la turbina Ljungström de Fredrik Ljungström . Como en 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 un accionamiento directo desde la turbina. Sólo se realizaron unas pocas pruebas antes de que fuera abandonado por fallos mecánicos.
En los últimos años del vapor, Baldwin Locomotive Works llevó a cabo varios intentos de tecnologías alternativas a la energía diésel. En 1944, Baldwin construyó el único ejemplar de la clase S2 para el Ferrocarril de Pensilvania y lo entregó en septiembre de 1944. Era la locomotora de turbina de vapor de accionamiento directo más grande del mundo y tenía una disposición de ruedas 6-8-6 . Originalmente fue diseñado como un 4-8-4, pero debido a la escasez de materiales livianos durante la Segunda Guerra Mundial, el S2 requirió ruedas delanteras y traseras adicionales . Numerado 6200 en la lista de PRR, el 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 la licitación, la unidad tenía aproximadamente 37 m (123 pies) de largo. La turbina de vapor era una unidad marina modificada. Si bien el sistema de engranajes era más simple que un generador, tenía un defecto fatal: la turbina era ineficiente a bajas velocidades. Por debajo de aproximadamente 40 mph (64 km/h), la turbina consumía enormes cantidades de vapor y combustible. Sin embargo, a altas velocidades, el S2 podía propulsar trenes pesados casi sin esfuerzo y de manera eficiente. El suave accionamiento de la turbina ejerció mucha menos presión sobre la vía que una locomotora normal de pistón. Sin embargo, la baja eficiencia a bajas velocidades condenó esta turbina y, con la introducción de la diesel-eléctrica , no se construyeron más S2. La locomotora fue retirada en 1949 y desguazada 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 se 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 se montaron directamente en los cuatro ejes motrices. Posteriormente fue reconstruida como una locomotora de turbina de accionamiento directo, como se indicó 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 equipado con un condensador evaporativo rotativo, en el que el vapor se condensaba haciéndolo pasar a través de un conjunto de tubos giratorios. Los tubos se humedecieron y enfriaron mediante la evaporación de agua. La pérdida de agua por evaporación fue mucho menor de lo que habría sido sin ningún condensador. El flujo de aire en el condensador tuvo que tomar un camino complicado, reduciendo la eficiencia del condensador. La locomotora tenía sobrepeso y funcionaba mal. Fue devuelto en 1923 y desguazado.
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 centrales eléctricas de vapor móviles y eran correspondientemente complejas. Fueron las únicas locomotoras de vapor de condensación jamás utilizadas 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, además de proporcionar energía en la cabecera para el resto del tren. El control de la caldera era en gran medida automático y las dos locomotoras podían conectarse entre sí formando una unidad múltiple , ambas controladas desde una única 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 ese mismo año, citando resultados insatisfactorios. Las turbinas GE se utilizaron durante una escasez de energía motriz en el Great Northern Railway en 1943 y parecen haber funcionado bastante bien. Sin embargo, a finales 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]
En 1947-1948, Baldwin construyó tres inusuales locomotoras eléctricas de turbina de vapor alimentadas con carbón para trenes de pasajeros en Chesapeake & Ohio Railway (C&O). Su designación era M1, pero debido a su coste y bajo rendimiento adquirieron el sobrenombre de "Vaca Sagrada". Las unidades de 6.000 caballos de fuerza (4.500 kW), que tenían sistemas eléctricos Westinghouse , tenían una disposición de ruedas 2-C1+2-C1-B . Tenían 32 m (106 pies) de largo. La cabina estaba en el centro, con un depósito de carbón delante y una caldera convencional detrás, y el ténder sólo transportaba agua. [11] Estas locomotoras estaban destinadas a una ruta desde Washington, DC a Cincinnati, Ohio, pero nunca pudieron recorrer toda la ruta sin algún tipo de falla. Con frecuencia entraba polvo de carbón y agua en los motores de tracción. Si bien estos problemas podrían haberse solucionado con el tiempo, era obvio que el mantenimiento de estas locomotoras siempre sería costoso y las tres fueron desechadas en 1950.
En mayo de 1954, Baldwin construyó una locomotora eléctrica de turbina de vapor de 4.500 caballos de fuerza (3.400 kW) para el servicio de carga en Norfolk & Western Railway (N&W), apodada Jawn Henry por la leyenda de John Henry , un perforador de rocas que corrió contra una locomotora de vapor. Taladró y ganó, sólo 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 sólo del motor era de 111 pies y 7-1/2 pulgadas, quizás el récord para cualquier unidad. [12] [13]
La unidad se parecía a las turbinas C&O pero difería mecánicamente; era un C+C-C+C con una caldera acuotubular Babcock & Wilcox con controles automáticos. Los controles de la caldera a veces eran problemáticos y (como en el caso de las turbinas C&O) el polvo de carbón y el agua entraban en los motores. Jawn Henry se retiró de la lista de N&W el 4 de enero de 1958.
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