Duplex lok
Ett duplexlok är ett ånglok som delar upp drivkraften på sina hjul genom att använda två par cylindrar som är stelt monterade på en enda lokram ; det är inte ett ledat lok . Konceptet användes först i Frankrike 1863, men utvecklades särskilt i början av 1930-talet av Baldwin Locomotive Works , den största kommersiella byggaren av ånglok i Nordamerika, under överinseende av dess dåvarande chefsingenjör, Ralph P. Johnson.
Dessförinnan användes ibland termen duplexlok på ledade lok i allmänhet.
Nackdelar med det tvåcylindriga loket
Duplexlösningen
I Europa löstes detta problem ofta genom att dela upp drivningen mellan inre och yttre cylindrar, eller också genom att använda ledade lok, även om det vid den tiden inte ansågs möjligt att köra ett stabilt i mer än 80 km/h (80 km/h). Amerikanska järnvägar visade sig vara ovilliga att använda lok med inre cylindrar, så problemet med balans kunde inte lösas genom att lägga till fler cylindrar per kopplat hjulsats. I takt med att loken blev större och kraftfullare fick deras fram- och återgående maskineri bli starkare och därmed tyngre, och därmed blev problemen med obalans och hammarslag allvarligare. Hastigheten spelade också in, eftersom krafterna blev större och mer destruktiva vid högre hjulhastigheter. Ralph P. Johnson trodde att den växande storleken och kolvkrafterna hos befintliga expresspassagerarlok inte kunde upprätthållas med den då konventionella 4-8-4 tvåcylindriga layouten. Dessutom blev han övertygad om att ett enda par cylindrar med konventionella ventilväxlar och kolvventiler närmade sig gränserna vad gäller ångflöde.
Det tidigaste försöket med duplexlok var ett 0-6-6-0 tanklokomotiv designat av Jules Petiet 1863 för den franska norra järnvägen, men idén vidmakthölls inte. Men innovationen med styvare gångjärn som endast tillät horisontella svängningsrörelser och inte vridning eller vertikal rörelse kom från ALCO och sågs inte förrän 1936 års Union Pacific Challenger .
Istället kom idén att ha flera grupper av cylindrar och drivna hjul monterade i en styv ram. En "duplex" version av en 4-8-4 skulle vara en 4-4-4-4 , med de åtta drivande hjulen uppdelade i två grupper om fyra, var och en med sin egen uppsättning cylindrar och ventilväxel. Den fram- och återgående massan för båda uppsättningarna skulle vara väsentligt mindre än den enda uppsättningen på 4-8-4, eftersom de skulle utsättas för mindre påfrestning och mildare kolvtryck. Cylindrarna kan vara mindre men ändå ha större, effektivare ventiler. Den mest uppenbara avvägningen var att i Baldwins föreslagna design var den stela hjulbasen längre eftersom den andra uppsättningen cylindrar måste vara mellan de två uppsättningarna av förare. Detta var tillräckligt oroande för många vägar, för vilka de nuvarande lokomotiven beskattade tillräckligt, för att förkasta duplexidén.
Baltimore och Ohio klass N-1 #5600 George H. Emerson
Den första vägen att använda idén var Baltimore och Ohio Railroad , som avvisade ett Baldwin-förslag 1932–33, men sedan konstruerade singeln Baltimore och Ohio Class N-1, #5600 George H. Emerson i järnvägens egna butiker utan Baldwins. bistånd. Loket färdigställdes i maj 1937 och lyckades behålla samma kopplade hjulbas som vägens nuvarande 4-8-2 :or genom att låta den andra uppsättningen cylindrar vända om, monterade vid sidan av eldstaden och köra den andra uppsättningen kopplade hjul framåt. Detta visade sig vara mindre än idealiskt, eftersom storleken på cylindrarna och eldstaden båda var begränsade av denna plats, de långa ångpassagerna visade sig vara problematiska och cylindrarna drabbades av damm och värme från den närliggande eldstaden.
Loket var i lätt trafik och testades fram till uttaget 1943. Det var inte tillräckligt framgångsrikt för att B&O skulle uttrycka något ytterligare intresse.
PRR klass S1
Nästa användning av duplextypen var Pennsylvania Railroads singel S1 , designad för att möta kravet att köra ett 1 200 korta ton (1 070 långa ton; 1 090 t) tåg i 160 km/h (100 mph) på jämnt spår och kunna köra för att lätt accelerera till den hastigheten. Mer än 4 000 hk (3,0 MW) var nödvändigt för det kravet, och för att uppfylla det skapade Baldwin och PRR det kanske största passagerarångloket som någonsin byggts: ett 6-4-4-6 lokomotiv på 140 fot 2 + 1 ⁄ 2 tum (42,74 m) lång och vägande 1 060 000 lb (480 000 kg) med öm. Den var i själva verket för stor för att fungera över större delen av PRR:s system och togs endast i bruk mellan Chicago, Illinois och Crestline, Ohio (455 kilometer). I tjänst efter december 1940 visade det sig vara kraftfullt och kapabelt men benäget att glida och sjunka, vilket förebådade problemen med senare duplexdesigner. I stort sett avskrevs dess brister som helt enkelt barnsjukdomarna hos en tidig, förstskuren prototyp. Det togs ur drift 1946. Detta lok fick smeknamnet "The Big Engine"
PRR klass T1
S1 representerade inte Baldwins sanna önskemål om typen, men i designen av T1 , varav två prototyper beställdes i juli 1940, fick Baldwin mycket mer frihet. PRR:s krav var användningen av Belpaires eldstad och Franklins oscillerande kamventilväxel. De två, #6110 och #6111, levererades i april och maj 1942. Testning visade återigen att de var kraftfulla och kapabla, men inte säker på foten.
Så snart krigstidens restriktioner för tillverkning av passagerarlok lättades i februari 1945, lade PRR en order på 50 produktionsexempel. Detta var ett ödesdigert steg, eftersom problemen med prototyperna inte hade åtgärdats och inte heller hade testats med den intensitet som krävdes för att vara säker på produktionstillförlitlighet. Produktionsloken skilde sig i detalj i sina strömlinjeformade höljen och i upphängningen, i ett försök att öka vidhäftningen.
Problemen blev uppenbara mycket snart. Loken var otroligt mottagliga för våldsam hjulhalka, inte bara vid start utan också i fart. Att dela upp körningen i två grupper innebar att varje grupp var mycket mer benägen att halka. En teori har framförts att den snabbare, "skarpare" öppningen av ventilerna med tallriksventilens kugghjul förvärrade problemet. Ännu värre, en sådan våldsam höghastighetsglidning kan skada ventilväxelns komponenter. Detta var ett stort problem på ett lok med tallriksventilväxeln eftersom, till skillnad från de välbekanta kolvventilerna och utanför Walschaerts ventilväxlar på andra lok, många av komponenterna var nästan otillgängliga inom ramen. Deras komplexitet innebar att tillgänglighet och tillförlitlighet visade sig vara dålig, och även om en mycket kapabel lokomotivtekniker (förare) kunde extrahera stor prestanda från en T1, visade de sig vara ganska misslyckade i tjänsten.
Huruvida problemen var lösliga har varit omtvistat sedan dess. Den mycket enklare lösningen med diesellokomotivet togs dock inom månader efter det att produktionsloken levererats, och inom 2 år transporterades alla huvudsakliga persontåg med diesel. T1:orna tillbringade några år till i mindre tjänst innan de drogs tillbaka 1952.
PRR Q1
PRR ville också tillämpa duplexprincipen på godstransporter, och Q1 var det första experimentet i den riktningen. Det var ett 4-6-4-4 snabblastlokomotiv, levererat i maj 1942. Liksom B&O:s George H. Emerson hade det andra paret cylindrar vända bakåt, och alla var utrustade med standard Walschaerts ventilväxel. Hjulen hade en diameter på 77 tum (1,956 m) (olämpade för godstransporter) och motorn var strömlinjeformad mer som en passagerarmotor. Effektiviseringen togs senare bort, eftersom den begränsade underhållsarbetet. De bakåtvända cylindrarna var också problematiska, delvis på grund av den obekväma placeringen av att vara direkt under motorns eldstad. Dessutom kan de stora drivelementen och mindre än tillräcklig eldstadsgalleryta också ha bidragit till ytterligare problem. Den begränsade eldstadsstorleken var också en direkt effekt av de bakåtvända cylindrarna. Den ensamma Q1, PRR 6130, byggdes på PRR:s Altoona Works 1942 och togs ur bruk 1946.
PRR Q2
Produktionslok följde från slutet av 1944, men dessa var ganska annorlunda, lärdomen att bakåtvända cylindrar bredvid eldstaden var en dålig idé efter att ha lärts om. Produktionen Q2 lok var av 4-4-6-4 arrangemang; de var de största icke-ledade loken som någonsin byggts och de mest kraftfulla loken som någonsin testats statiskt, och producerade 7 987 hk (5 956 kW) på PRR:s statiska testanläggning. Q2-loken var också det kraftfullaste ångloket som någonsin konstruerats med tio drivande hjul. Under drift kan Q2 överträffa redan existerande fraktmotorer som drar dubbelt så mycket tonnage som sina föregångare. Dessutom hade Q2 inga problem med att bygga upp ångkraft och var känd för att vara en väldigt smidig motor. Tjugosex av dem byggdes på PRR:s Altoona Works, och de var den överlägset mest framgångsrika duplextypen. Duplexbenägenheten att halka bekämpades av en automatisk slirkontrollmekanism som reducerade kraften till slirenheten. Slirkontrollmekanismen var inte alltid lyhörd, och dess komplexitet ledde ofta till att underhållspersonal inte ville bry sig om den under översyn.
Trots övergripande framgångar var Q2:orna ur drift 1951. Med dieselisering var de de uppenbara första målen som drogs tillbaka eftersom de bara var lite mer kapabla än den konventionella J1-klassen 2-10-4, men med mycket högre drift kostnader och underhållsbelastningar.
En framgångsrik fransk duplex
I Frankrike gjordes duplextypen känd av de tio sammansatta lokomotiven 2-4-6-2 (151A) som byggdes 1932 för företaget Paris-Lyons-Marseilles (PLM) för att transportera tunga godståg i 0,8 %-graden mellan Les . Laumes och Dijon. Prestandan var så bra att företaget ville beställa fler motorer, men förstatligandet av järnvägarna 1938 stoppade alla projekt. Dessa duplexmotorer var utrustade med Lenz-Dabeg roterande kamventilrörelse och strax därefter med dubbla avgaser. Lågtryckscylindrarna drev den första kopplade axeln och högtryckscylindrarna den andra uppsättningen axlar. Båda grupperna av förare var länkade med inre vevstakar genom invändiga vevar på den andra och tredje föraren, vilket gör detta lok till en riktig 2-10-2. Drivhjulen hade en diameter på 1,50 m (4 fot 11 tum). Den högsta tillåtna hastigheten var 53 mph (85 km/h). I ett test den 19 december 1933 utvecklade motorn drygt 3 000 hk (2 200 kW) vid dragstången över en sträcka av 37 miles (60 km) och en hastighet på minst 46 mph (74 km/h), utan att vara överarbetad. I ordinarie drift kunde dessa motorer dra 1 375 korta ton (1 228 långa ton; 1 247 t), och klarade 31 mph (50 km/h) på toppen av 0,8 % Blaisy-klassen. Efter elektrifiering av linjen skickades 151A:erna för tjänst i nordöstra Frankrike. De togs ur tjänst 1956 och skrotades .
Slut
Från och med 2022 överlever ingen av de ursprungliga duplexloken. Än idag är deras framgång och huruvida de kunde ha fått de att fungera bra med tillräcklig tid och ansträngning ett kontroversiellt ämne. En vanlig slutsats är att det konventionella ånglokets problem inte var så olösliga som Baldwin trodde, och att duplexarrangemanget introducerade nästan lika många problem som det löste.
En ideell grupp känd som T1 Trust håller på att bygga ett nytt duplexlok, en T1-klassmotor känd som Pennsylvania Railroad 5550 , med avsikt att utnyttja designförbättringar från efterkrigstidens ångtid som inte användes eller sällan testades på redan existerande T1:or. i hopp om att skapa bättre prestandaegenskaper. Det beräknade färdigställandet av projektet är 2030.
Källor
- Cravero, Carlo (2011). "Le locomotive a vapore americane tipo Duplex=Amerikanska ånglok: Duplexen". Ingegneria ferroviaria (på italienska och engelska). 66 (5): 413–447.
- Reed, Brian (juni 1972). Lokprofil 24: Pennsylvania Duplexii . Profilpublikationer.
- Staufer, Alvin (1962). Pennsy Power . Staufer. LOC 62-20872.
- Vilain, LM (1971). L'évolution du matériel moteur et roulant de la Cie. PLM . Vincent, Fréal och Cie Paris.