Classe 25 da África do Sul 4-8-4 - South African Class 25 4-8-4

Classe 25 da África do Sul 4-8-4
3511 em Hartswater , 24 de abril de 1981
Tipo e origem Tipo de energia Vapor Designer Ferrovias da África do Sul (LC Grubb) Henschel & Son Construtor Henschel & Son North British Locomotive Company Número de série Henschel 28730 NBL 27312-27400 Modelo Classe 25 Data de construção 1953 Total produzido 90 Reconstrutor Ferrovias da África do Sul Data de reconstrução 1973-1980 Número reconstruído 87 para Classe 25NC
Especificações Configuração: ​  •  Whyte 4-8-4  •  UIC 2′D2′h2 Motorista 2º eixo acoplado Medidor Medidor de cabo de 3 pés 6 pol. ( 1.067 mm ) Diâm. 30 pol (762 mm) Diâm. Acoplado 60 pol. (1.524 mm) Trailing dia. 30 pol (762 mm) Rodas macias 34 pol (864 mm) Curva mínima 275 pés (84 m) Distância entre eixos 95 pés 1+11 ⁄ 16  pol. (28.999 mm)  • Motor 38 pés (11.582 mm)  • Principal 6 pés 10 pol. (2.083 mm)  • Acoplado 15 pés 9 pol. (4.801 mm)  •  Trailing 5 pés 6 pol. (1.676 mm)  • Macio 13.970 mm (45 pés e 10 pol.)  • Bogie macio 10 pés (3.048 mm) Comprimento: ​  • Sobre acopladores 107 pés 6+1 ⁄ 16  pol. (32.768 mm) Altura 13 pés (3.962 mm) Tipo de moldura Elencar Carga do eixo 19 LT 6 cwt (19.610 kg)  •  Liderando 21 LT 1 cwt (21.390 kg)  • 1º acoplado 19 LT 4 cwt (19.510 kg)  • 2o acoplado 19 LT 5 cwt (19.560 kg)  • 3º acoplado 19 LT 6 cwt (19.610 kg)  • 4o acoplado 19 LT 3 cwt (19.460 kg)  •  Trailing 22 LT 10 cwt (22.860 kg)  • Bogie macio Bogie 1: 57 LT 4 cwt (58.120 kg) Bogie 2: 56 LT 14 cwt (57.610 kg)  • Eixo macio 19 LT 1 cwt 2 qtr (19.380 kg) Peso adesivo 76 LT 18 cwt (78.130 kg) Peso Loco 120 LT 9 cwt (122.400 kg) Peso de concurso 113 LT 18 cwt (115.700 kg) Peso total 234 LT 7 cwt (238.100 kg) Tipo de concurso CZ (bogies de 3 eixos) Tipo de combustível Carvão Capacidade de combustível 19 LT (19,3 t) Tampa de água 4.400 imp gal (20.000 l) do tanque principal 600 imp gal (2.730 l) condensado Tipo Firebox Topo redondo  • Área Firegrate 70 pés quadrados (6,5 m 2 ) Caldeira: ​  • Modelo Sem domo  • Tom 9 pés 1+5 ⁄ 8  pol. (2.784 mm)  • Diâmetro 6 pés 4+1 ⁄ 8  pol. (1.934 mm)  • Placas de tubo 19 pés (5.791 mm)  • Tubos pequenos 158: 2+1 ⁄ 2  pol. (64 mm)  • Tubos grandes 40: 5+1 ⁄ 2  pol. (140 mm) Pressão da caldeira 225 psi (1.551 kPa) Válvula de segurança Ross-pop Superfície de aquecimento 3.390 pés quadrados (315 m 2 )  • Tubos 3.059 pés quadrados (284,2 m 2 )  • Tubos de arco 37 pés quadrados (3,4 m 2 )  • Firebox 294 pés quadrados (27,3 m 2 ) Superaquecedor: ​  • Modelo Melesco  • Área de aquecimento 630 pés quadrados (59 m 2 ) Cilindros Dois Tamanho do cilindro 24 pol. (610 mm) com orifício de 28 pol. (711 mm) de curso Engrenagem da válvula Walschaerts Tipo de válvula Pistão Viagem da válvula 7+3 ⁄ 8  pol. (187 mm) Freio Loco Vácuo Acopladores Junta AAR
Figuras de desempenho Esforço de tração 45.360 lbf (201,8 kN) @ 75%
Carreira Operadores Ferrovias da África do Sul Aula Classe 25 Numero na aula 90 Números 3451-3540 Apelidos Condensador Entregue 1953-1954 Primeira corrida 1953

A South African Railways Class 25 4-8-4 de 1953 era uma locomotiva a vapor de condensação.

Entre 1953 e 1955, as ferrovias sul-africanas colocaram em serviço noventa locomotivas a vapor de condensação Classe 25 com um arranjo de rodas do tipo 4-8-4 Norte. A Classe 25NC que foi colocada em serviço ao mesmo tempo era uma versão sem condensação do condensador Classe 25.

Fundo

Devido às dificuldades enfrentadas para obter suprimentos adequados de água em regiões áridas como o Grande Karoo entre o rio Touws e Kimberley e de De Aar para o Sudoeste da África (SWA), a South African Railways (SAR) começou a considerar seriamente o possibilidade de introdução de locomotivas de condensação já no final dos anos 1930. Houve uma época em que se considerou a conversão de locomotivas Classe 12A 4-8-2 em motores de condensação, mas a ideia não foi posta em prática.

Locomotivas condensadas eram uma raridade, mas nenhuma novidade para a África do Sul, uma vez que as primeiras locomotivas condensadas a vapor já haviam entrado em serviço no Cabo da Boa Esperança no final do século XIX. Entre 1886 e 1888, três locomotivas de condensação de tanques de poço com um arranjo de roda 0-4-0 foram colocadas em serviço pela Cape Copper Mining Company em sua Namaqualand Railway , uma linha de bitola de 2 pés 6 pol ( 762 mm ) entre Port Nolloth e O'okiep .

LC Grubb

No SAR, foi somente após a Segunda Guerra Mundial que extensos testes de condensação foram realizados com a locomotiva Classe 20 modificada . A economia de aproximadamente 90% de água e 10% de carvão alcançada durante os testes com a Classe 20 no Transvaal Oriental e no Karoo em 1950 e 1951 levou à decisão de prosseguir com o projeto de uma nova locomotiva de condensação.

O resultado, a locomotiva de condensação do tipo Classe 25 4-8-4 Northern, pode ser considerada a última palavra em projeto de locomotiva a vapor não articulada SAR. Ele foi projetado sob a direção de LC Grubb, Engenheiro Mecânico Chefe do SAR de 1949 a 1954.

Fabricantes

Placa Construtora 25 3451

Placa Construtora Classe 25 3496

O trabalho de projeto do aparelho de condensação da locomotiva e do concurso de condensação foi realizado por Henschel & Son , que construiu uma locomotiva completa com concurso, no. 3451 com número de obras 28730. Depois de ser testado em Kassel , foi então despachado para a North British Locomotive Company (NBL) em Glasgow, que construiu o resto das locomotivas Classe 25, numeradas na faixa de 3452 a 3540. Elas foram entregues entre 1953 e 1955.

Patente do concurso Classe 25 3451

Prato de trabalho macio

Além do motor completo e do concurso no. 3451, Henschel construiu mais sessenta das propostas de condensação de que detinha a patente, com números de obras na faixa de 28780 a 28839, bem como quatro caldeiras sobressalentes para as Classes 25 e 25NC com números de obras na faixa de 28770 a 28773 Os últimos 29 leilões de condensação foram construídos pela NBL.

Em 1963, mais um concurso de condensação, nº. 3541, foi construído pelas lojas de Salt River do SAR em uma estrutura fundida sobressalente que havia sido entregue como parte do pedido original, que exigia três estruturas sobressalentes, uma para um motor e uma para cada condensador e um sem condensador.

Características

A caldeira era semelhante ao Watson Standard no. Caldeira 3B da Classe 15F , mas com a distância entre as placas tubulares reduzida de 22 pés e 6 polegadas (6.858 milímetros) para 19 pés (5.791 milímetros) pela adição de uma câmara de combustão. Embora isso tenha resultado em uma ligeira diminuição na superfície de aquecimento evaporativa total, houve um aumento de 40% na superfície de aquecimento da fornalha e uma proporção melhor da área de aquecimento da fornalha para a grelha. A caldeira foi defasada com colchões Cape Asbestos, fabricados e montados na África do Sul.

Na locomotiva de condensação, o vapor gasto foi reciclado e condensado de volta à água para uso repetido. Como o vapor não era expelido pela chaminé, a caixa de fumaça da Classe 25 continha um ventilador movido a turbina a vapor sob a chaminé para manter a corrente de ar, com placas defletoras que deveriam evitar que o carvão causasse desgaste excessivo nas pás do ventilador.

25 3511 frente da caixa de fumaça

A caixa de fumaça da Classe 25 era semelhante à da Classe 25NC, mas com a frente estendida para acomodar o soprador centrífugo que era acionado por uma turbina a vapor de exaustão montada sob a frente da caixa de fumaça. Além da porta redonda usual da caixa de fumaça no centro da placa frontal da caixa de fumaça, a placa frontal completa da caixa de fumaça em ambas as classes foi articulada à placa de embalagem no lado direito da caixa de fumaça, além de ser aparafusada ao anel angular na caixa de fumaça frontal, para facilitar o acesso menos apertado ao equipamento do soprador, cabeçote do superaquecedor e tubos.

Frente de caixa de fumaça com cara de banjo

A turbina de tiragem deu à locomotiva seu som característico de gemido durante o funcionamento. Na entrega, o Classe 25 tinha a frente de caixa de fumaça redonda usual, mas isso foi modificado posteriormente com a adição de uma extensão em forma de banjo para cobrir também a turbina de vapor de exaustão. O vapor gasto era alimentado através de um tubo grosso no lado esquerdo do motor de volta ao tanque de condensação.

A modificação de extensão em forma de banjo para a frente da caixa de fumaça foi considerada necessária para lidar com as quantidades copiosas de carvão gerado pelo carvão Witbank quebradiço e estocagem mecânica, uma vez que o projeto original de Henschel provou ter muito pouca capacidade para manter o carvão acumulado longe do turbina de exaustão. A maior parte do carvão era coletado na calha do banjo na parte inferior da frente da caixa de fumaça de onde era periodicamente ejetado por um tubo ejetor de vapor vertical dentro da porta do banjo que se exauria imediatamente em frente à chaminé.

Em serviço, a tiragem induzida por turbina da Classe 25, na verdade, teve um desempenho melhor do que a tiragem regular da Classe 25NC. Uma vantagem do condensador era que, ao levantar o vapor, o soprador poderia ser aberto a uma pressão de caldeira de cerca de 15 a 20 libras por polegada quadrada (103 a 138 quilopascais) para iniciar a rotação do ventilador, que atraiu o fogo e acelerou o levantamento pressão do vapor. Em uma locomotiva sem condensação, o soprador seria fraco enquanto a pressão do vapor ainda fosse tão baixa.

Os rolamentos de rolos da Timken foram usados ​​em toda parte, incluindo nos bogies tenros de três eixos, nas bielas e nas bielas, bem como nos pinos da cruzeta, enquanto os bogies principais e as rodas acopladas da locomotiva tinham caixas de eixo do tipo Cannon. Em comparação com a prática SAR anterior, uma novidade foi a adoção da lubrificação mecânica. Um lubrificador de dezesseis alimentações foi retirado do munhão da ligação reversa . Como a Classe 25 era inteiramente montada sobre rolamentos de rolos, muito pouco esforço foi necessário para mover essas enormes locomotivas.

Os cilindros e estruturas foram fundidos em uma única peça, enquanto os cilindros de aço e caixas de vapor foram equipados com camisas de ferro fundido. A estrutura do concurso também era uma peça única fundida de aço. As cruzetas do tipo jacaré foram divididas na linha central vertical e fixadas na extremidade das hastes do pistão, que tinham três anéis cônicos engatados em ranhuras nas cabeças cruzadas. As hastes de acoplamento originais diferiam do usual no fornecimento de três hastes independentes, eliminando assim quatro juntas e pinos.

A locomotiva foi capaz de negociar curvas com um raio de 275 pés (84 metros), com alargamento de bitola de 1 ⁄ 4 polegadas (6 milímetros) e 4+Superelevação de 1 ⁄ 2 polegadas (114 milímetros). As rodas, eixos e caixas de mancal do bogie principal foram projetados para serem intercambiáveis ​​com os da Classe 15F, enquanto as rodas e eixos do bogie traseiro eram intercambiáveis ​​com os dobogie traseiroda Classe 24 .

Os freios da locomotiva eram operados por dois cilindros de 24 polegadas (610 milímetros) de diâmetro no motor e quatro cilindros de 21 polegadas (533 milímetros) de diâmetro no tender. Os cordames do freio nos vagões macios eram independentes uns dos outros e o vagão dianteiro estava equipado com um freio de mão. Os dutos do motor e do freio macio eram equipados com válvulas de retardo que retardavam a aplicação do freio na locomotiva até que um grau predeterminado de frenagem fosse estabelecido em todo o trem. Uma válvula de freio separada para o motorista permitiu a aplicação contínua dos freios da locomotiva enquanto os freios do trem estavam sendo liberados ou vácuo estava sendo criado.

Cabine do motor, conexões para tubo de vapor à esquerda e fogão mecânico no centro abaixo da placa de pé

Quase um terço do comprimento total do concurso de condensação do Tipo CZ foi assumido pelo bunker de carvão, que incluiu o equipamento separador de óleo para remover o óleo do vapor gasto e o equipamento do fogareiro mecânico que teve uma taxa de entrega máxima de 12.000 libras (5.443 quilogramas ) de carvão por hora. Os dois terços traseiros eram ocupados por oito grandes radiadores de cada lado, resfriados por cinco ventiladores a vapor montados no teto. A capacidade de água de 5.000 galões imperiais (22.700 litros) consistia em dois tanques, um tanque de água doce de 4.400 galões imperiais (20.000 litros) no centro do tanque entre os radiadores e um tanque de condensado de 600 galões imperiais (2.730 litros) sob a barriga do concurso entre os bogies. A água de alimentação era retirada diretamente do conteúdo quente do tanque de condensado, e não do conteúdo frio do tanque principal.

Como a temperatura da água de alimentação condensada era muito alta para o uso de injetores comuns, a caldeira era alimentada por duas turbo-bombas localizadas sob a cabine. Cada bomba tinha uma capacidade de aproximadamente 88 galões imperiais (400 litros) por minuto.

O sistema provou ser extremamente eficiente e reduziu o consumo de água em até 90% usando a mesma água em até oito vezes, dando à locomotiva Classe 25 um alcance de 800 quilômetros (500 milhas) entre recargas de água. Além disso, a água de alimentação do condensado quente resultou em uma redução de 7% no consumo de carvão.

Classe 25 Condenser Tender

As propostas de condensação foram classificadas apropriadamente como Tipo CZ, uma vez que CZ é também as cartas de registro de veículos motorizados de Beaufort West , a cidade capital de Karoo onde a Classe 25 deveria servir. Como o vapor gasto não era expelido pela chaminé, o som dos condensadores era diferente de qualquer outra locomotiva a vapor nos trilhos sul-africanos. Suas locomotivas irmãs Classe 25NC sem condensação e exaustão livre tinham o habitual latido agudo de uma locomotiva a vapor, especialmente sob carga, enquanto a Classe 25 de condensação tinha um som de chuff oco e rouco além de seu zumbido de turbina.

Problemas iniciais

Logo após serem colocados em serviço, surgiram problemas com bielas defeituosas, rolamentos da extremidade grande quebrando, bem como rachaduras se desenvolvendo na viga de movimento das cruzetas Alligator. Após investigações por engenheiros de SAR com assistência do Conselho de Pesquisa Científica e Industrial da África do Sul (CSIR), as cruzetas, barras deslizantes e hastes de acoplamento foram modificadas. As cruzetas foram convertidas para o tipo de múltiplos rolamentos com barras-guia simples, um método mais sofisticado de filtrar o cilindro e o lubrificante da válvula do vapor de exaustão substituiu a centrífuga original, enquanto as três hastes de acoplamento independentes foram substituídas pela haste de acoplamento única mais convencional com juntas articuladas.

Quando novos, os rolamentos de rolos cônicos Timken logo se tornaram famosos por jogar seu lubrificante na parte inferior da caldeira, de onde escorria até o ponto mais baixo e pingava nos pneus das rodas acopladas ao longo do caminho. A falha deste fabricante também se aplica à Classe 25NC e foi uma das razões para a reputação de ambas as classes de serem escorregadias. A Timken conseguiu resolver o problema antes que todos os seus rolamentos fossem substituídos, mas então cerca de dois terços das locomotivas já tinham sido equipadas com hastes de acoplamento reprojetadas com rolamentos esféricos de pino de manivela da SKF .

Problemas consideráveis ​​também foram experimentados com o equipamento de tiragem induzida. As lâminas do soprador sofreram forte desgaste da borda de partículas sólidas no escapamento e fraturas ocorreram nas rodas do soprador e da turbina a vapor, o que exigiu intensa investigação pelos engenheiros SAR, representantes da Henschel e do CSIR.

Uma tentativa inicial de resolver o problema de fratura da lâmina aumentando a largura das raízes da lâmina de 7 para 14 milímetros (0,28 para 0,55 polegadas) não teve sucesso. Os testes de fadiga e análise de tensão pelo CSIR mostraram que ambos os tamanhos de pás falharam devido à fadiga nos filetes afiados como resultado das mudanças repetidas na carga centrífuga devido às variações na velocidade de rotação da turbina. A solução foi encontrada quando se percebeu que nenhuma das lâminas de "travamento", que eram suportadas por dois pinos cônicos, de qualquer rotor jamais havia falhado. Quando esses pinos cônicos também foram introduzidos entre todas as outras pás dos rotores, os testes de fadiga mostraram que isso os tornava consideravelmente mais fortes. Algum tempo depois, descobriu-se que soldar as lâminas na borda do rotor provou ser uma boa alternativa mais barata. O projeto foi eventualmente alterado com o ventilador de exaustão redesenhado sendo fabricado em aço manganês e o problema foi resolvido.

Serviço

A Classe 25 foi construída especificamente para trabalhar no Karoo e no Kalahari , onde a água é um recurso escasso. Eles inicialmente serviram na linha principal não eletrificada do rio Touws via Beaufort West até De Aar, onde lidavam com todo o tráfego de mercadorias e passageiros, incluindo trens de passageiros de primeira linha, como o Blue Train . Quando a seção do rio Touws até Beaufort West foi eletrificada, a Classe 25 continuou trabalhando entre Beaufort West e De Aar, mas agora também funcionava entre De Aar e Kimberley , através de Kimberley a Bloemfontein a leste, bem como a oeste de Kimberley a Postmasburg , Sishen e Hotazel no Kalahari . De Postmasburg, eles trabalharam minério de ferro e manganês até Bloemfontein, onde relés do poder do Estado Livre assumiram o controle de Harrismith .

Reconstruindo

A Classe 25 era uma locomotiva complexa que exigia grande manutenção, especialmente nos ventiladores da turbina na caixa de fumaça, cujas lâminas precisavam ser substituídas com frequência devido a danos por partículas sólidas no escapamento. O tanque de condensação igualmente complexo também precisava de manutenção frequente. Entre 1973 e 1980, após servir por vinte anos, e parcialmente acelerado pela introdução da tração elétrica e diesel-elétrica em rotas que antes eram servidas exclusivamente pela Classe 25, todas exceto três das locomotivas condensadoras, números 3451, 3511 e 3540 , foram convertidos em locomotivas com exaustão e sem condensação à medida que passavam pelas oficinas para grandes revisões. As locomotivas convertidas foram reclassificadas para a Classe 25NC.

Foi sugerido que, se a Classe 25 tivesse sido modificada para produzir menos fumaça preta ou carvão como resultado de combustão incompleta, de acordo com os princípios do Sistema de Combustão do Produtor de Gás (GPCS), que foram aplicados pelo engenheiro mecânico David Wardale quando ele reconstruiu uma locomotiva Classe 25NC para o Red Devil Classe 26 , o problema de danos causados ​​por carvão nas pás do ventilador poderia ter sido amplamente eliminado. O programa GPCS, no entanto, só começou perto do final da conversão da Classe 25.

25NC 4-8-4 3452

A primeira conversão foi feita no De Aar no no. 3452, e consistia na turbina e no tubo de escape sendo removidos da caixa de fumaça e substituídos por um tubo de explosão e chaminé. O concurso foi despojado de seu equipamento de condensação, mas manteve seus tanques originais de água doce e condensado e bombas de alimentação, com a estrutura do radiador e o telhado revestido. A aparência geral da locomotiva, portanto, mudou pouco, mas enquanto a conversão do não. 3452 era esteticamente superior quando comparado com as conversões subsequentes, não transportava água suficiente.

Lojas de Salt River reconstroem placa

O resto da frota foi reconstruída nas lojas de Salt River na Cidade do Cabo. No processo, seus reservatórios de condensação também foram reconstruídos em reservatórios de carvão e água comuns, removendo os radiadores de condensação e ventiladores de teto e substituindo-os por um enorme tanque de água de topo redondo.

Tipo EW2 Worshond tender

A forma e a aparência da conversão de concurso foram ditadas por considerações de resistência. O encurtamento do quadro macio foi considerado, mas acabou sendo mantido como estava. Para replicar o tanque tender da Classe 25NC e bunker no quadro de tender do Tipo CZ mais longo teria excedido a carga por eixo permitida por uma quantidade considerável. A longa estrutura de aço fundido do concurso era muito flexível, mas a estrutura do radiador e o teto contribuíram muito para a rigidez vertical. A forma final do tanque do tender reconstruído forneceu força suficiente, com sua parte superior semicircular soldada ao tanque de água doce original através dos suportes do ventilador e os longos reforços triangulares colocados nas laterais do bunker que se estendiam além do ponto médio da estrutura. Locomotivas com tendas reconstruídas logo foram apelidadas de Worshond , Afrikaans para dachshund e literalmente traduzido como cachorro-salsicha. As propostas worshond foram reclassificadas como Tipo EW2 .

Classe 25Nc 3467 (NC adicionado na placa do número após a conversão)

Quando os condensadores da Classe 25 foram convertidos em não condensadores da Classe 25NC, suas placas de matrícula foram copiadas e reformuladas com o "NC" adicional para "não condensado" espremido próximo ao "25" existente, o que resultou em uma indicação de classe desequilibrada em seus pratos. Locomotivas com todos os quatro caracteres perfeitamente alinhados e centralizados eram, portanto, geralmente identificáveis ​​como originais da Classe 25NCs. Depois de serem liberadas de seus condensadores, essas locomotivas serviram por mais onze anos, antes de serem retiradas de serviço pelo SAR quando o vapor foi completamente substituído por tração elétrica e diesel-elétrica.

Preservação

A seguir está uma lista de 25 classes que sobreviveram à conversão para 25NC. Dois ainda são propriedade da Transnet Heritage Foundation. Nenhum está em serviço desde 3 de janeiro de 2019.

Números de trabalho

Os números de locomotivas, construtores, números de obras e construtores de propostas estão listados na tabela. Nas listas de obras dos construtores, todas as locomotivas são mostradas como tendo sido construídas em 1953. As propostas foram numeradas na faixa de 3451 a 3540 para seus motores, enquanto a proposta sobressalente adicional que foi construída em Salt River em 1963 foi numerada 3541. Todas as propostas tinham o mesmo número de fábrica que os motores com os quais foram construídos, exceto as sessenta propostas que foram construídas por Henschel para motores que foram construídos pela NBL. Esses sessenta receberam números de obras de Henschel.

Ilustração

• 

  25 3451 armazenado galpão De Aar 1970

• 

  Classe 25 3451 armazenado De Aar 1980

• 

  No. 3537 a vapor em Beaufort West, 26 de junho de 1968

• 

  NBL-construído ex condensador no. 3464 com um concurso Worshond , De Aar, 6 de abril de 1979

• 

  No. 3511 Frieda em Pudimoe na linha Mafeking, c. 1991

• 

  No. 3511 Frieda encenada em Beaconsfield, 17 de setembro de 2009

• 

  Proposta de condensação tipo CZ no. 3480, Beaconsfield, 17 de setembro de 2009

Referências

Leitura adicional

• Roosen, Dr.-Ing. R. (17 de março de 1960). "Locomotivas de condensação da classe 25 nas ferrovias da África do Sul - Experiências de projeto e operação". J. Inst. Engenheiros de locomotivas . 50: 2 (274): 243–280. Artigo Nº 607.