Vauclain förening

WAGR Ec-klass som visar typisk tillämpning av Vauclains sammansättningssystem; notera anslutning av båda cylindrarna till tvärhuvudet och ventilkammaren innanför högtryckscylindern

Vauclain -föreningen var en typ av sammansatt ånglok som var kortvarigt populär från början av 1890-talet till mitten av 1900-talet. Utvecklad vid Baldwin Locomotive Works , visade den två kolvar som rörde sig parallellt, driver ett gemensamt tvärhuvud och styrs av ett gemensamt ventildrev med en enda, komplex kolvventil .

Fördelar och nackdelar

Den påstådda fördelen för detta arrangemang, liksom med andra blandningsarrangemang, var större ekonomi på grund av lägre bränsle- och vattenförbrukning. I praktiken orsakade ojämna krafter vid tvärhuvudet överskottsslitage , med ökade underhållskostnader som uppvägde eventuella bränsleekonomier. Integrationen av blandningssystemet i smokebox-sadeln gjorde omvandlingen till konventionella motorer enkel, så de flesta Vauclain-blandningar omvandlades så och levde normala liv därefter. Det enda kända exemplet är Manitou och Pikes Peak Railway nr. 4, som bevaras på plats tillsammans med den statiska visningen av sin syster #5.

Design

Ångflöde i ventilen och cylindrarna nära början av slaget; notera hur lågtrycksångan strömmar genom ventilens mitt

Nyckeln till Vauclain-blandningen är dess ventilsystem. I huvudsak finns det ett extra system av ventiler, koncentriskt med den vanliga mitten av ångpassagen i konventionella enexpansionskolvventiler . Denna passage förbinder högtryckscylinderns avgaser med lågtryckscylinderns inlopp. Drivkolvarna är styvt förbundna med vardera sidan av tvärhuvudet, så att de rör sig i samverkan. Då högtrycksånga släpps in på ena sidan av högtryckscylindern, leds lågtrycksångan som avges från den andra sidan genom ventilerna till motsatt sida av motorn och in i lågtryckscylindern; slutligen strömmar utloppsångan från lågtryckscylinderns motsatta sida ut genom ventilens mittdel till sprängröret.

Hög- och lågtryckscylindrarna var monterade i vertikal linje med varandra, med kolvstängerna parallella. Vanligtvis låg lågtryckscylindern på botten, men släppningsproblem gjorde att den ibland sattes på toppen. I det förra fallet var ventilcylindern monterad direkt inombords från högtryckscylindern; i det senare fallet placerades även ventilerna inombords, men i nivå mellan de två kraftcylindrarna. Placeringen av ventilerna krävde ett inre anslutet ventilredskap, och Stephenson-mönstret användes (som i alla fall var den dominerande typen av eran). En extra anordning som krävdes var en startventil, manuellt styrd, som möjliggjorde insläpp av högtryckspannånga direkt till lågtrycksintaget. Utan detta skulle lågtryckscylindrarna faktiskt behöva arbeta mot atmosfärstryck.

Varje sida av loket hade sin egen separata motor, som med konventionella lok. Detta eliminerade kopplingarna mellan sidor som är karakteristiska för cross-compound-motorer, där låg- och högtryckscylindrarna var på motsatta sidor. Det direkta flödet av ånga mellan hög- och lågtryckscylindrarna på vardera sidan av loket eliminerade behovet av en mottagningskammare för att lagra ångan. Man undvek också att utsätta lokramen för ojämna krafter från separata hög- och lågtryckssidor. Hela paketet var kompakt och tog lite mer plats än konventionell utrustning. Ja, vid första anblicken från sidan kan Vauclain-blandningen misstas för ett konventionellt enkelt lokomotiv; de enda giveaways är det ovanliga arrangemanget av tvärhuvudet och (sett framifrån) den extra cylindern.

Planen producerade inte ett kraftfullare lokomotiv; den maximala praktiska dragkraften styrdes av vikten på förarna, och detta ändrades inte. Fördelen var effektiviteten: blandningen minskade ångan som krävdes för samma prestanda. Enligt Baldwins standardstorlekstabeller var högtryckscylindern på blandningen cirka 70 % av diametern på en cylinder i den konventionella motorn; därför var ångförbrukningen för samma slag och brytningsgrad ungefär hälften av den konventionella motorn. I praktiken uppnåddes generellt sämre resultat, då Baldwin år 1900 rapporterade försök från olika järnvägar som visade bränslebesparingar på 17 % till 45 %. För att producera symmetriska krafter måste lågtryckscylindrarna vara cirka 66 % större i diameter än de höga, eller cirka 20 % större än konventionella cylindrar; för små förare kan detta leda till de spelrum som nämnts tidigare, vilket kräver att lågtryckscylindrarna är på topp.

Historia

Vauclain-föreningen introducerades 1889 genom US Patent 406 011 av dess namne och dåvarande generalsuperintendent för Baldwin och så småningom VD för företaget, Samuel M. Vauclain . Snart använde de flesta Baldwin-kunder några exempel. En broschyr från 1900 listar försäljning till 140 kunder, inklusive stora flottor till sådana klass I-järnvägar som Baltimore och Ohio Railroad , Chicago, Milwaukee och St. Paul Railway, Erie Railroad , Lehigh Valley Railroad , Norfolk och Western Railway , och Philadelphia och Reading Railroad . Många andra linjer köpte en eller två som prover. Vauclain tilldelades Elliott Cresson-medaljen från Franklin Institute 1891 för lokdesignen; när den rekommenderade priset skrev granskningskommittén,

"Sammanfattningsvis konstaterar er kommitté att med tanke på den senaste tekniken är Vauclains sammansatta lokomotiv en distinkt ny och originell typ av lokomotiv. Det är den mest markanta avvikelsen från den vanliga konstruktionen av motorer som har väckt allmän tillfredsställelse överallt. införts, och med tanke på tillförlitlig och tillfredsställande prestanda i drift under de största variationerna av förhållanden, immunitet mot total invaliditet, lätt anpassningsförmåga inom utrymmesgränser som inte kan ta emot andra sammansatta motorer, och allmän tillämplighet på och användbarhet i järnvägstrafik, är det , enligt er kommittés åsikt, förtjänar ett erkännande genom tilldelningen av Elliott Cresson-medaljen från Franklin Institute, som de härmed rekommenderar."

Denna popularitet var kortlivad. Betydande underhållssvårigheter uppträdde, särskilt med ojämna krafter som slitit på tvärhuvudena. De två cylindrarna var tänkta att vara proportionerade så att de utförde lika arbete (med lågtrycket tre gånger större än det höga). Eftersom ångan som passerar mellan låg- och högtryckscylindern alltid expanderas, även före avstängning, varierar kraften som produceras i lågtryckscylindern annorlunda än den i högtryckscylindern. Den komplexa ventilenheten och startventilen ledde också till ökade underhållskostnader. Introduktionen av överhettaren ökade effektiviteten ytterligare och gjorde det mycket lättare att underhålla.

Lokomotiv av WAGR L-klass skapat genom ombyggnad av klass Ec-förening

Hela blandningsmaskineriet fanns i ventillådan, som i amerikanska lokomotiv (dagarna innan gjutna ramar i ett stycke) var integrerad med röklådans sadel. Hela enheten kan lossas och ersättas med konventionella enstaka expansionscylindrar. Det var det typiska ödet för Vauclain-blandningar: när det var dags för en större översyn togs det sammansatta maskineriet och Stephenson-ventilväxeln bort, och motorn byggdes om med överhettning, Walschaerts ventilväxel och konventionella cylindrar .

M&PP nr 5, som visar den mindre vanliga konfigurationen med lågtryckscylindern ovanpå. Ventilcylindern är dold bakom de två kraftcylindrarna.

Två av de fyra överlevande lokomotiven från Manitou och Pike's Peak Railway konverterades till kompoundering efter erfarenhet av M&PP No. 4, byggd 1893 och för närvarande den enda fungerande Vauclain-föreningen. (Vauclain själv hade rest till linjen för att ta itu med operativa problem med de ursprungliga motorerna i deras pre-compounding tillstånd.) Alla sex ånglok i linjen var av denna typ.

Användning i andra länder

Vauclain-systemet användes i Europa, och ett danskt exempel ( DSB 996) finns bevarat på Railworld , Peterborough , England .

88 Baldwin-byggda lok, från 1912 betecknade som V-klass (för Vauclain, В på ryska), användes i Ryssland från 1896 till 1920-talet på flera järnvägar.

Sju Vauclain-föreningar levererades till Wellington and Manawatu Railway Company (WMR) som drev linjen Wellington - Manawatu i Nya Zeeland. WMR No. 13, byggd 1894, var den första föreningen i Nya Zeeland och den första smalspåriga föreningen i världen. 1908 klassades nr 13 som NZR Oa-klassen när WMR nationaliserades. Senare Vauclain-föreningar köpta av WMR var NZR Na-klassen (nr 14 av 1894 & nr 15 av 1896); NZR Nc-klass (nr 5 (1901) & nr 18 från 1904); NZR Oc-klass (nr 16 av 1896); och NZR Bc klass (nr 17 av 1901). Dessa hade den lägre tryckcylindern ovanpå för större frigång från plattformar.

Gyeongbu Railway, en av föregångarna till Chosen Government Railway i Korea , köpte sex stycken 1906, som utsågs till Tehoi-klass i CGR:s 1938 års klassificeringssystem.

Victorian Railways (Australien) drev 16 Vauclain Compound lokomotiv betecknade V Class , med de första, importerade från Baldwin Locomotive Works , som togs i bruk 1900. De återstående 15 loken byggdes lokalt till samma design och togs i bruk under de kommande två åren. De byggdes alla om som enkla expansionslok mellan 1912 och 1913. Victorian Steam Locomotive Company, baserat i Maldon , genomför ett projekt för att bygga och driva en kopia av Vauclain Compound V-klassloken.

Bibliografi

  Beskrivning, metod för drift och underhåll av Vauclain-systemet av sammansatta lokomotiv ISBN 978-1-935700-15-9