Locomotora de vapor de tecnología avanzada 5AT
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.jpg/440px-The_5AT_locomotive_illustrated_in_its_final_form_(2011_painting_by_Robin_Barnes).jpg) La locomotora 5AT ilustrada en su forma final. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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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 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 de vapor en las líneas principales del Reino Unido en los que es probable que se utilice la tracción tradicional. que se eliminará gradualmente a medida que aumente la velocidad y la densidad del tráfico ferroviario comercial. [3]
El trabajo en el proyecto se suspendió en marzo de 2012 luego de la finalización de un estudio de viabilidad del proyecto y la posterior falta de 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 líneas principales británicas desde 1951;
- ofrecer el nivel de rendimiento necesario para integrar los trenes chárter de vapor en el moderno sistema ferroviario de alta velocidad sin causar cuellos de botella;
- ofrecen una confiabilidad mucho mayor 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 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 el 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 se mantuvo casi idéntico en tamaño y peso al BR 5MT, compartiendo los espacios entre ejes y siendo solo 4 toneladas más pesado, con cargas por eje de 20 toneladas en cada eje motriz y 10 toneladas en cada eje de bogie. Donde difería en tamaño del 5MT fue en su ténder, 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 los 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 ( petróleo ligero ) de 7 toneladas y una capacidad de agua de 46 toneladas (12.000 galones estadounidenses).
Dibujo de esquema
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El proyecto 5AT
El Proyecto 5AT se estableció en 2001 con el objetivo de comercializar el concepto de locomotora 5AT de Wardale y llevarlo a la realidad. El proyecto fue encabezado por un pequeño equipo de ingenieros profesionales, científicos y empresarios cuyo propósito común era que la tracción a vapor continuara en la operación 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 para la locomotora a fines de 2004, después de dos años y medio de trabajo casi continuo. El trabajo consta de 6100 líneas de cálculo divididas en 26 apartados de la siguiente manera:
- Sección 1.1 - Cálculos generales - Determinación de la potencia objetivo y las características de la velocidad del esfuerzo de tracción [9]
- Sección 1.2 - Cálculos generales - Determinación de las curvas de gradiente de velocidad de carga 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, varillas de 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, muñequillas y cojinetes de rodillos del eje;
- Sección 4 - Válvulas de pistón, anillos de válvula, husillos de válvula y empaquetaduras;
- Sección 5 - Engranaje 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 la caldera;
- Sección 11.3 - Flujo de gas de combustión + vapor y transferencia de calor;
- Sección 12 - Sistema de escape;
- Sección 13 - Aparejo de muelles;
- Sección 14 - Estructura principal;
- Sección 15 - Frenos;
- Sección 16 - Bogie líder + estabilidad del motor;
- Sección 17 - Especificación de equipo patentado;
- 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 fundamentales, 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 anticiparon para diseñar y obtener aprobaciones ferroviarias para un prototipo de locomotora, y los rendimientos limitados que podrían esperarse del uso de la locomotora en trenes turísticos y "cruceros". Se llegó a la conclusión de que el costo de construcción de la locomotora solo podría justificarse si se "amortizaran" sus costos iniciales de desarrollo.
Investigar
El equipo del proyecto también llevó a cabo una extensa investigación 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 carbón ) para el transporte de carbón en países en desarrollo como Indonesia , para los cuales se estimó que los costos operativos 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 de la barra de tiro de 1890 kW / 2535 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 14%);
- Rango de operación entre llenados de combustible 925 km (575 mi) y entre llenados de agua 610 km (380 mi) en "condiciones promedio";
- Rango de operación entre llenados de combustible 552 km (343 millas) y entre llenados de agua 367 km (228 millas) a una velocidad y potencia operativas máximas.
Avances tecnicos
Las predicciones de rendimiento anteriores se basaron en varios avances técnicos, en su mayoría desarrollados por el Ing. LD Porta , todos los cuales han sido probados en la práctica, en la mayoría de los casos en el SAR Clase 26 de Wardale "El Diablo Rojo" y descritos en el libro de Wardale [15] sobre el tema. Estos avances se resumen a continuación:
- Alta presión de caldera: 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;
- Tuberías de vapor grandes y aerodinámicas, pasajes y cofres de vapor;
- Grandes válvulas y puertos de válvula 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 diesel para reducir las fugas de vapor;
- Tolerancias estrictas en todas partes (equivalente a los estándares modernos de diésel);
- Aislamiento de muy alta calidad, asegurado permanentemente en su lugar, para minimizar las pérdidas de calor;
- Sistema de lijado de aire y perfiles de llanta de rueda con adherencia mejorada para controlar el deslizamiento de la rueda;
- Fije 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 lo tanto, los requisitos de equilibrio (y, por lo tanto, el golpe de martillo en la pista).
Caracteristicas de diseño
Además, la locomotora habría incorporado las siguientes características que habrían minimizado sus requisitos de mantenimiento y aumentado su fiabilidad:
- Diseño de componentes mejorado mediante CAD / CAM para garantizar tolerancias ajustadas y un ajuste exacto;
- Análisis de tensión de 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 el número 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 usar métodos empíricos.
- Cojinetes de rodillos en todos los ejes, muñequillas, engranajes de movimiento y válvulas, lo que proporciona 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 de grasa y el bastidor, para evitar golpes y vibraciones asociados con el desgaste de la caja de grasa;
- Soportes de bocina robustos para minimizar los riesgos 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;
- Vástagos de cola en los pistones para reducir el desgaste del cilindro y el anillo del pistón;
- Caldera totalmente soldada: elimina los problemas causados por las costuras remachadas y los tirantes atornillados. Sin posibilidad de fugas o fragilización cáustica ;
- Tratamiento eficaz del agua de la caldera que prácticamente elimina el mantenimiento de la caldera.
- Diseño superior de la estancia de la cámara de combustión para minimizar la incidencia de estancias fracturadas;
- Engranaje rígido tierno del motor para eliminar "estampación" y vibraciones;
- Tapones fusibles de cámara de combustión 'tipo gota': más seguros que los tapones habituales llenos de plomo;
- Acero resistente a la corrosión para tender y ahumador;
- Conexiones mejoradas de caldera / marco para aumentar la rigidez y reducir la flexión del marco;
- Apriete los frenos para minimizar el eje y las cargas de los cojinetes del eje debido a las fuerzas de frenado;
- Sistema de distribución de lubricante centralizado para la lubricación automática de todas las superficies deslizantes, etc .;
- Revestimientos de válvulas enfriados con vapor saturado para proteger los lubricantes de temperaturas extremas asociadas con vapor de alto recalentamiento.
Suspensión del proyecto
En marzo de 2012, luego 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 calculó 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 superaba ligeramente los 10 millones de libras esterlinas a precios de 2010. Sin embargo, se estimó que las locomotoras de "producción" posteriores costaron en el orden de £ 2.5 millones, un costo que podría haber sido justificado por los retornos anticipados del transporte de cruceros de alta velocidad de lujo y trenes turísticos para los que se apuntó el concepto. Tras la suspensión del proyecto, el grupo de diseño se volvió a formar como Advanced Steam Traction Trustproporcionar recursos de ingeniería para proyectos alternativos, ya sea en forma de nuevos diseños o en mejoras a los diseños existentes. [17]
Ver también
- Tecnología de vapor avanzada
- Locomotoras de vapor del siglo XXI
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 de Steam , publicado por el autor, ISBN 0-9529998-0-3
- ^ Wardale, David (junio de 2002), Steaming into the Future , Steam Railway , p. 36
- ^ Wardale, David (marzo de 2012), End of the Line - Time is Called on the 5AT Project , Steam Railway, págs. 90-94
- ^ Wardale, David, ¿Adónde va ahora? , Steam Railway Issue 216
- ^ Wardale revela una propuesta de £ 1,7 millones de 'nuevo vapor' para el mercado del patrimonio The Railway Magazine número 1198 febrero de 2001 página 71
- ^ carta al editor del Dr. Alan Fozard , Steam Railway número 259 junio-julio de 2001, p. 43
- ^ a b "El grupo 5AT - avanzando 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 la potencia objetivo y las características de la velocidad del esfuerzo de tracción" (PDF) . Wardale Engineering & Associates. 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 velocidad de carga objetivo" (PDF) . Wardale Engineering & Associates. 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 Engineering & Associates. 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 Engineering & Associates. 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 - adelante 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 a vapor . Grupo AST . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
enlaces externos
- Confianza avanzada en tracción a vapor
- La "última página de Steam" de Hugh Odom
- Máquinas de vapor
- Tecnologías de locomotoras de vapor
- La energía de vapor
