Locomotora Compound

Le Génie Civil, 9 de julio de 1898

Les locomotives compound, à grande vitesse, du Chemin de fer du Nord

FERROCARRILES

LAS NUEVAS LOCOMOTORAS COMPOUND DE ALTA VELOCIDAD del Ferrocarril del Norte.

(Lámina X.)

El año pasado en Bruselas, en el anexo de Tervueren, la Compañía de Ferrocarriles del Norte expuso una locomotora de pasajeros de cuatro cilindros con ténder, del tipo que puso en servicio en su red en 1891, pero que presentaba, con un aumento de potencia, novedades que pasamos a describir. Se construyeron tres máquinas de este modelo (números 2158 a 2160). Se diferencian sobre todo de las de la serie anterior (núms. 2121 a 2157), por un aumento de la superficie de la parrilla, de la superficie de calentamiento, del diámetro del cuerpo cilíndrico y de la altura del eje de la caldera sobre el carril, por el uso de chapa de acero para la construcción de la caldera, y finalmente por el nuevo tipo de ténder con dos bogies.

Descripción de las locomotoras y sus ténderes. — Las figuras 1 y 3 representan la locomotora nº 2160 y su ténder, que se presentaron en la Exposición de Bruselas. La lámina X y las figuras 2 y 4 completarán la comprensión del texto, mostrando la disposición general de los órganos y permitiendo comprender sus principales dimensiones. La siguiente tabla muestra las dimensiones más importantes:

Locomotora.

Superficie de la parrilla, 2,30 metros cuadrados.

Diámetro interior medio del cuerpo cilíndrico, 1,350 metros.

Altura del eje de la caldera sobre el carril, 2,450 metros.

Tubos de aletas: Número, 107; Diámetro exterior, 70 milímetros; Longitud entre placas, 3,900 metros. 

Superficie total de calentamiento (Incluida la de los tubos) 175,58 metros cuadrados. 

Timbre de la caldera, 15 kilogramos. 

Presión máxima en el tanque intermedio, 6 kilogramos.

Diámetro de las ruedas del bogie, 1,04 metros. 

Diámetro de las ruedas motrices, 2,114 metros.

Distancia entre ejes motores, 3,000 metros

Distancia total entre ejes, 7,330 metros.

Diámetro de los cilindros de alta presión, 340 milímetros.

Carrera de los cilindros de alta presión, 640 milímetros.

Diámetro de los cilindros de baja presión, 530 milímetros.

Carrera de los cilindros de baja presión, 640 milímetros.

Peso de la máquina en vacío, 46,20 toneladas.

Peso de la máquina en orden de marcha, 50,46 toneladas.

Carga sobre el bogie, 19,45 toneladas.

Carga útil para la adherencia, 31.01 toneladas.

Diámetro de las ruedas del tender, 1,040 metros. 

Distancia total entre ejes del tender, 5,650 metros. 

Aprovisionamiento de gua, 16 metros cúbicos. 

Aprovisionamiento de combustible, 5.000 kilogramos. 

Peso del ténder en vacío, 19,84 toneladas. 

Peso del ténder lleno, 43 toneladas. 

Distancia total entre ejes de la locomotora y el ténder acoplados, 16,415 metros. Estas máquinas, acopladas a sus ténderes, pueden girar sobre placas de 17 metros de diámetro.

Longitud total de tope a tope 18,735 metros.

El hogar tiene una longitud de aproximadamente 2,29 m. un ancho de 1 metro 005 al nivel de la parrilla. Incorpora una pequeña bóveda de ladrillo. Sus paredes son de cobre, lo mismo que los virotillos que las unen a la cubierta de la caja de fuego. Estos virotillos, con un diámetro de 25 y 26 milímetros, están ranurados en su parte media. El cuerpo cilíndrico de la caldera está formado por tres virolas de 16 milímetros de espesor, encajadas telescópicamente entre sí, siendo la trasera la de menor diámetro, para poder alojarla entre las grandes ruedas.

Se utilizó para su construcción, por primera vez en locomotoras del Norte, acero dulce, que en las pruebas de resistencia a tracción soportó de 40 a 45 kilogramos por milímetro cuadrado y 32 de alargamiento, medidos sobre 100 milímetros. También entró en la fabricación del hogar exterior, con excepción de las placas estampadas delantera y trasera, para las que se utilizó acero extra dulce, con una resistencia de 36 a 40 kilogramos y un alargamiento de aproximadamente el 34,5%. 

 

Es también este último material el que se utiliza para construir la placa tubular de la caja de humos. Los uniones de las chapas, en sentido longitudinal, se realizan mediante dobles cubrejuntas y remaches de hierro. En dirección transversal se superponen. La gran elevación de la caldera sobre el nivel del raíl (2 metros 450) ha permitido aumentar el diámetro del cuerpo cilíndrico a 1 metro 350, facilitando al mismo tiempo el acceso al mecanismo interno para su lubricación e inspección. El haz tubular, al igual que en las locomotoras de la serie anterior, está formado por tubos con aletas del sistema Serve, sin mandrinado, de acero dulce, de 70 mm de diámetro exterior y 3 metros 900 de longitud entre placas. Sin embargo, su número es de 107 en lugar de 94. La cúpula, que corona la virola central, contiene la entrada de vapor del regulador, que se realiza mediante dos compuertas superpuestas. Dos válvulas equilibradas, con carga directa, se ubican en la parte trasera de la caja de fuego. La alimentación se realiza mediante dos inyectores Friedmann de 9 mm 5, con cebado automático y caudal variable.

En la locomotora hay 4 cilindros, incluidos dos cilindros externos de alta presión con un diámetro de 340 milímetros y una carrera de 640 y dos cilindros internos de baja presión con un diámetro de 530 x 640. Estos, colocados debajo de la caja de humos, impulsan el primer eje motriz, mientras que los primeros impulsan el último eje, que es recto. Las manivelas interiores están caladas a 162º por delante de las exteriores, en el sentido directo de la marcha. La disposición facilita el arranque y da un poco más de regularidad a los esfuerzos tangenciales, comparativamente al ajuste de 180° que parecería, por el contrario, que habría que adoptar si el único objetivo fuese la reducción de los contrapesos de las masas perturbadoras y, en particular, de las partes animadas por un movimiento alterno.

Esta última disposición también permite combatir más fácilmente la guiñada y reducir las fuerzas de elevación y golpeteo de las ruedas, así como las reacciones en los largueros.

Para mantener las posiciones relativas de los dos grupos de mecanismos de propulsión, las cuatro ruedas motrices están acopladas mediante dos bielas de 3 metros de longitud. El eje del cigüeñal tiene un cuerpo oblicuo, con dos placas de cigüeñal circulares: Para su fabricación se eligió acero para cañones, templado en aceite.

El tanque intermedio se encuentra encima de los cilindros de baja presión, a los que sirve como caja de vapor común. Su capacidad, incluidos los dos tubos laterales que le unen a los tubos de escape de los cilindros pequeños es 1,95 veces el volumen del conjunto de estos últimos. Las variaciones de presión en este depósito durante una vuelta de las ruedas son de apenas 1/8 de kilogramo por encima y por debajo de la presión media. Una válvula, ajustada a 6 kg, limita la presión máxima del vapor en el receptor.

Los mecanismos de distribución, del tipo Walschaert, son accionados por un único volante de cambio que acciona, mediante un ingenioso sistema de palancas, uno u otra de las las correderas de las cajas de vapor de alta y baja presión, o bien ambas a la vez, a criterio del maquinista, lo que permite enlazar o independizar las distribuciones, para conseguir siempre la mejor correlación de los pasos de marcha, en función de la velocidad y carga de los trenes a remolcar.

Para garantizar arranques rápidos, el vapor de la caldera se puede enviar directamente al tanque intermedio y, si es necesario, se pueden separar completamente los escapes de los cilindros de alta y baja presión, que entonces funcionan como dos máquinas de expansión simple, una de las cuales estaría trabajando a 15 kg. y la otra a 6 kg. El vapor de escape de los cilindros de admisión va así directamente a la chimenea sin pasar por el tanque intermedio. Este dispositivo tiene el efecto de reducir la contrapresión detrás de los pistones pequeños. También es un recurso valioso en caso de avería en alguno de los cuatro mecanismos.

El funcionamiento de la separación de los escapes se realiza, como en las máquinas de la serie anterior, con ayuda de un servomotor pero que, en lugar de ser accionado por vapor, es puesto en movimiento por aire comprimido, tomado del depósito del freno rápido Westinghouse. Esto evita los inconvenientes de que se produzcan fugas en la conexión de entrada de vapor. En previsión del patinaje, la máquina cuenta con un arenero del sistema Gresham.

Para reducir al máximo la compresión en los cilindros, a las cuatro cajas de vapor se les dio un juego interno de 3 milímetros en cada lado y se calcularon los espacios muertos; en promedio, el 12,6% del volumen de los cilindros pequeños y el 5,3% del de los grandes,

El chasis está dentro de las ruedas. Los largueros están fabricados en hierro de 28 milímetros de espesor. Están reforzados, en el lugar de los huecos realizados para alojar las cajas de aceite, por correderas de acero fundido, con forma de herradura. Estos largueros están firmemente sujetos, por delante, por los lados y a lo ancho. y también por los cilindros grandes. Los largueros están unidos en su parte media, por una jaula de acero fundido, atornillada con las orejetas de fijación de los cilindros pequeños, y en su parte trasera, por una pequeña caja hecha de chapas y ángulos ensamblados, cuya parte trasera forma un travesaño.

Todas las ruedas están hechas de hierro. El bogie tiene un pivote central y un desplazamiento lateral de 22 milímetros a cada lado, controlado por dos resortes de retorno helicoidales opuestos. La cabina es espaciosa y cómoda. El techo, revestido interiormente con madera para reducir las vibraciones y aislarle térmicamente del exterior, está equipado con una lámpara para su iluminación.

El ténder, que dispone de 4 ejes, como se muestra en la sección longitudinal (Fig. 4), descansa sobre dos bogies, lo que reduce su resistencia a la tracción, facilita su paso por las curvas y asegura una mayor suavidad de rodadura. Sus 8 ruedas están frenadas. Los tenders de la serie anterior tenían sólo 3 ruedas.

Las varillas de los topes de conexión entran en contacto con los extremos de un resorte de ballesta horizontal, cuyo yugo está articulado sobre el pasador de acoplamiento. El espacio entre la pared trasera del ténder y el furgón delantero se ha reducido al mínimo, dejando a los topes solo el saliente absolutamente necesario para su funcionamiento. De esta manera evitamos en parte los remolinos de aire que suelen producirse entre dos vehículos muy alejados entre sí y que siempre dan lugar a un aumento de la resistencia.

Resultados de operaciones y experimentos. — Las locomotoras compound de última generación de la Compagnie du Nord pueden transportar trenes especialmente pesados ​​a muy alta velocidad. 

Citaremos como ejemplo, tomado del servicio actual, un tren. (n° 122) de 304 toneladas (locomotora y ténder no incluidos) que fue realizada por la locomotora 2159 desde Aulnoye a París en 2 horas. 40 m., descontando la parada en Saint-Quentin, ahorrando así 8 minutos en la duración prevista del trayecto. Esto da como resultado una velocidad comercial de 81 kilómetros por hora para una distancia total de 216 kilómetros. 

La máquina 2158 remolcó un tren (nº 9) de 225 toneladas, en 1 h. 30 minutos, de París a Amiens y un tren (n. 12) de 186 toneladas en 1 hora. 29 m., con parada de 1 minuto en Creil, en lugar de 1 hora. 41 m., de Amiens a París.

En estos dos casos, la velocidad comercial fue respectivamente de 86,7 km y 88,6 km, para un recorrido de 130 kilómetros, sobre una serie de largas pendientes de 4 y 5 milímetros en cada sentido. 

Cada día, el tren rápido número 317 cubre la distancia de 250 kilómetros entre París y Lille en 3 horas. 15 m, lo que corresponde a una velocidad de 81 kilómetros, una vez deducidas tres paradas de una duración total de 10 minutos. La carga normal de este tren, compuesto por largos coches intercomunicadores con bogies, varía entre 235 y 265 toneladas.

Para conseguir estos resultados, la locomotora debe proporcionar, no sólo en pendientes, sino también en rampas, una velocidad máxima muy elevada. El gráfico (fig. 6) muestra que se alcanzó, en promedio, 88 kilómetros en pendientes de 5 milímetros, para el tren n.º 9, del 22 de marzo de 1897 antes citado. 

La segunda curva de velocidad que se muestra en la misma figura se refiere a un tren de 146 toneladas (n.º 9, del 18 de marzo de 1897), también hecho con la locomotora 2158. A pesar de un viento en contra bastante fuerte, la velocidad se pudo mantener a 97 kilómetros por hora, en una distancia de 20 kilómetros de pendientes de 5 milímetros, interrumpidas por unas pocas etapas cortas, como lo indica el perfil de la figura 5. 

El gráfico de la figura 7 ofrece una visión general de las velocidades obtenidas en las pendientes de 5 milímetros, con las locomotoras del mismo tipo arrastrando trenes de 100 y 144 toneladas (n.º 12 del 15 de enero y 23 de marzo de 1897) elegidos del servicio actual.

A menudo llegamos a 120 y hasta 125 kilómetros por hora, y si no pasamos de ahí es porque en Francia la normativa imponer un límite máximo de velocidad a las compañías ferroviarias. 

También se pudieron realizar, con carácter experimental, trenes de mercancías de 690 toneladas arrastrados a velocidad acelerada con estas locomotoras, en condiciones de notable superioridad, desde el punto de vista de la velocidad, respecto a las máquinas de cuatro ejes acoplados. A pesar del gran diámetro de sus ruedas, su esfuerzo de tracción, al trabajar en compound, siempre ha sido ampliamente suficiente.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que su peso adherente relativamente bajo, 31 toneladas en lugar de 44, como en las máquinas de mercancías con 8 ruedas acopladas, requería el uso del arenero con bastante frecuencia.

Los experimentos realizados el año pasado en estas locomotoras para evaluar su potencia mostraron que, según los diagramas indicadores, el trabajo en los pistones alcanzaba a veces los 1.300 caballos de potencia en los trenes de viajeros. Normalmente, y para el caso de cargas y velocidades muy elevadas, la potencia desarrollada en los cilindros, de forma sostenida, puede ser de 1.200 caballos y, en el gancho de tracción del tender, de unos 650. En estas condiciones, la caldera parecía haber llegado al límite de su producción.

Las pruebas que acabamos de mencionar también han demostrado la necesidad de realizar ciertas modificaciones en algunas partes de estas máquinas, entre las que citaremos: el aumento del diámetro de las tuberías de admisión de 80 a 95 milímetros, la capacidad de las cajas de vapor, el descubrimiento interno de las correderas de baja presión, el cual debe ser aumentado de 3 a 5 milímetros en cada lado; Por último, se aplicaron cubiertas protectoras contra el enfriamiento externo en las partes inferiores de los cilindros pequeños.

Estas mejoras se realizaron en parte en las tres máquinas núms. 2158 a 2160 que son el objeto de esta descripción. Tendrán su completa aplicación en las 20 nuevas locomotoras compuestas (nº 2161 a 2180) que el Sr. du Bousquet, Ingeniero Jefe de Material y Tracción de la Compagnie du Nord, está construyendo actualmente en los talleres de la Société alsacienne de constructions mécaniques, en Belfort. Los ténders mantienen la misma distribución, pero se ha aumentado la capacidad de los tanques de agua en 2 metros cúbicos (18 en lugar de 16). Algunas de estas máquinas ya han sido entregadas y puestas en servicio. Justificaron las previsiones favorables que los experimentos citados habían sugerido y la potencia de estas últimas locomotoras parece haber sido ligeramente incrementada, debido a las modificaciones enumeradas.

F. BARBIER,

Ingeniero de Artes y Manufacturas,