Класс 25

Паровоз класса 25 4-8-4 Южноафриканских железных дорог 1953 года выпуска был конденсационным паровозом.

В период с 1953 по 1955 год Южноафриканские железные дороги ввели в эксплуатацию девяносто конденсационных паровозов класса 25 с колесной формулой 4-8-4 Northern. Паровоз класса 25NC, введенный в эксплуатацию в то же время, был неконденсационной версией конденсаторного паровоза класса 25

Из-за трудностей, с которыми пришлось столкнуться, чтобы получить достаточное количество подходящей воды в засушливых регионах, таких как Большой Кару между рекой Тувс и Кимберли и от Де-Аара до Юго-Западной Африки (ЮЗА), Южноафриканские железные дороги (ЮАР) начали серьезно рассматривать возможность внедрения конденсационных локомотивов еще в конце 1930-х годов. Одно время рассматривалось переоборудование локомотивов класса 12A 4-8-2 в конденсационные паровозы, но эта идея не была реализована. 

Конденсационные паровозы были редкостью, но не новинкой для Южной Африки, поскольку первые конденсационные паровозы уже поступили в эксплуатацию на мысе Доброй Надежды в конце девятнадцатого века. Между 1886 и 1888 годами три конденсационных паровоза с колесной формулой 0-4-0 были введены в эксплуатацию компанией Cape Copper Mining Company на ее железной дороге Намакваленд , колеи шириной 2 фута 6 дюймов ( 762 мм ) между Порт-Ноллотом и О'окипом . 

LC Грабб

На Южном Трансваале только после Второй мировой войны были проведены масштабные испытания конденсации с модифицированным локомотивом класса 20. Экономия воды примерно на 90% и угля на 10%, достигнутая во время испытаний с локомотивом класса 20 в Восточном Трансваале и Кару в 1950 и 1951 годах, привела к решению приступить к проектированию нового конденсационного локомотива. 

Результатом стал конденсационный локомотив класса 25 4-8-4 Northern type, который можно считать вершиной в конструкции несочлененного паровоза SAR. Он был разработан под руководством LC Grubb, главного инженера-механика SAR с 1949 по 1954 год.

Проектирование конденсационного аппарата локомотива и конденсационного тендера было выполнено компанией Henschel & Son , которая построила один локомотив в комплекте с тендером, номер 3451, с заводским номером 28730. После испытаний в Касселе , он был отправлен в North British Locomotive Company (NBL) в Глазго, которая построила остальные локомотивы класса 25, пронумерованные в диапазоне от 3452 до 3540. Они были поставлены между 1953 и 1955 годами. 

Помимо паровоза и тендера № 3451, компания Henschel построила еще шестьдесят конденсационных тендеров, на которые у нее был патент, с заводскими номерами в диапазоне от 28780 до 28839, а также четыре запасных котла для классов 25 и 25NC с заводскими номерами в диапазоне от 28770 до 28773. Последние 29 конденсационных тендеров были построены компанией NBL. 

В 1963 году еще один конденсационный тендер, № 3541, был построен мастерскими Солт-Ривер Южно-Арканзасского административного округа на запасной литой раме, которая была поставлена ​​как часть первоначального заказа, который требовал трех запасных рам: одну для локомотива и по одной для конденсационного и неконденсаторного тендера.

Котел был похож на котел Watson Standard № 3B класса 15F , но с расстоянием между трубными пластинами, уменьшенным с 22 футов 6 дюймов (6858 миллиметров) до 19 футов (5791 миллиметр) за счет добавления камеры сгорания. Хотя это привело к небольшому уменьшению общей поверхности нагрева испарением, было отмечено 40%-ное увеличение поверхности нагрева топки и лучшее соотношение площади топки к площади решетки. Котел был обшит утеплителями Cape Asbestos, изготовленными и установленными в Южной Африке. 

На конденсационном локомотиве отработанный пар рециркулировался и конденсировался обратно в воду для повторного использования. Поскольку пар не выбрасывался в дымоход, дымовая камера Class 25 содержала вентилятор с паровой турбиной под дымоходом, чтобы поддерживать тягу, с дефлекторными пластинами, которые должны были предотвращать чрезмерный износ лопастей вентилятора из-за нагара.

Дымовая камера Class 25 была похожа на таковую Class 25NC, но с удлиненной передней частью для размещения центробежного нагнетателя, который приводился в действие выхлопной паровой турбиной, установленной под передней частью дымовой камеры. Помимо обычной круглой дверцы дымовой камеры в центре передней пластины дымовой камеры, вся передняя пластина дымовой камеры на обоих классах была прикреплена петлями к оберточной пластине на правой стороне дымовой камеры в дополнение к креплению болтами к угловому кольцу на передней части дымовой камеры, чтобы облегчить менее тесный доступ к оборудованию нагнетателя, коллектору пароперегревателя и трубам. 

Турбина тяги придавала локомотиву характерный воющий звук во время работы. В состоянии поставки, Класс 25 имел обычную круглую дымовую коробку спереди, но позже она была модифицирована путем добавления расширения в форме банджо, чтобы также закрыть выхлопную паровую турбину. Отработанный пар подавался через толстую трубу с левой стороны паровоза обратно в конденсационный тендер. 

Модификация расширения в форме банджо к передней части дымовой коробки была признана необходимой для того, чтобы справиться с обильным количеством угольной пыли, образующегося из-за хрупкого угля Witbank и механической подпитки, поскольку первоначальная конструкция Henschel оказалась слишком малой для того, чтобы удерживать накопленную угольную пыль подальше от выхлопной турбины. Большая часть угольной пыли собиралась в желобе банджо в нижней части передней части дымовой коробки, откуда он периодически выбрасывалась через вертикальную паровую эжекторную трубу внутри дверцы банджо, которая выходила непосредственно перед дымоходом. 

В эксплуатации турбинная тяга Class 25 фактически работала лучше, чем обычная тяга Class 25NC. Одним из преимуществ конденсатора было то, что при получении пара нагнетатель мог быть открыт при давлении в котле около 15–20 фунтов на квадратный дюйм (103–138 килопаскалей), чтобы запустить вращение вентилятора, который вытягивал воздух из топки, ускорял горение и получение давления пара. На неконденсационном локомотиве нагнетатель был бы слабым, пока давление пара было бы все еще низким. 

Роликовые подшипники Timken из Кантона, штат Огайо, США, использовались повсюду, в том числе на трехосных тендерных тележках, соединительных и шатунных тягах, а также на поршневых пальцах крейцкопфа, в то время как ведущие тележки локомотива и сцепленные колеса имели буксовые узлы типа Cannon. По сравнению с более ранней практикой SAR, новшеством стало принятие механической смазки. Шестнадцатипоточный лубрикатор приводился в действие от цапфы реверсивного звена . Поскольку Class 25 был полностью установлен на роликовых подшипниках, для перемещения этих огромных локомотивов требовалось очень мало усилий. 

Цилиндры и рамы были отлиты и обработаны в США как единое целое, в то время как стальные цилиндры и паровые ящики были оснащены чугунными гильзами. Рама тендера также была цельной стальной отливкой. Крейцкопфы типа Alligator были разделены по вертикальной центральной линии и закреплены на конце поршневых штоков, которые имели три конических кольца, входящих в пазы в крейцкопфах. Оригинальные соединительные стержни отличались от обычных тем, что имели три независимых стержня, тем самым избавляясь от четырех шарнирных соединений и штифтов. 

Локомотив мог преодолевать повороты радиусом 275 футов (84 метра) с расширением колеи на 1 ⁄ 4 дюйма (6 миллиметров) и 4+Подъем в 1 ⁄ 2 дюйма (114 миллиметров). Колеса, оси и буксы ведущей тележки были спроектированы так, чтобы быть взаимозаменяемыми с колесами и осями класса 15F, в то время как колеса и оси задней тележки были взаимозаменяемыми с колесами и осямизадней тележки класса 24. 

Тормоза локомотива приводились в действие двумя цилиндрами диаметром 24 дюйма (610 миллиметров) на двигателе и четырьмя цилиндрами диаметром 21 дюйм (533 миллиметра) на тендере. Тормозная оснастка на тележках тендера была независима друг от друга, а передняя тележка тендера была оснащена ручным тормозом. Трубопроводы тормозов двигателя и тендера были оснащены задерживающими клапанами, которые задерживали применение тормозов на локомотиве до тех пор, пока не будет установлена ​​заданная степень торможения во всем поезде. Отдельный тормозной клапан машиниста позволял продолжать применение тормозов локомотива, пока тормоза поезда отпускались или создавался вакуум.

Почти треть от общей длины конденсационного тендера типа CZ занимал угольный бункер, который включал в себя оборудование для отделения масла из отработанного пара и механическое оборудование для кочегарки, которое имело максимальную производительность 12 000 фунтов (5 443 килограмма) угля в час. Задние две трети занимали восемь больших радиаторов с каждой стороны, охлаждаемых пятью паровыми вентиляторами, установленными на крыше. Водяной бак объемом 5 000 имперских галлонов (22 700 литров) состоял из двух баков, бака пресной воды объемом 4 400 имперских галлонов (20 000 литров) в центре тендера между радиаторами и бака для конденсата объемом 600 имперских галлонов (2 730 литров) под днищем тендера между тележками. Питательная вода забиралась непосредственно из горячего содержимого бака для конденсата, а не из холодного содержимого основного бака. 

Поскольку температура конденсированной питательной воды была слишком высокой для использования обычных инжекторов, котел питался двумя турбонасосами, расположенными под кабиной. Каждый насос имел производительность около 88 имперских галлонов (400 литров) в минуту. 

Система оказалась чрезвычайно эффективной и сократила потребление воды на целых 90%, используя одну и ту же воду до восьми раз, что дало локомотиву класса 25 запас хода в 800 километров (500 миль) между заправками водой. Кроме того, горячая конденсатная питательная вода привела к снижению потребления угля на 7%.

Конденсационные тендеры были довольно уместно классифицированы как Тип CZ, поскольку CZ также является регистрационными буквами автотранспортных средств Бофорта Уэста, столицы Кару , где Класс 25 должен был служить. Поскольку отработанный пар не выбрасывался через дымоход, конденсаторы звучали не так, как любой другой паровоз на южноафриканских рельсах. Их неконденсационные и свободно выхлопные локомотивы Класса 25NC имели обычный резкий лай паровоза, особенно под нагрузкой, в то время как конденсационный Класс 25 имел более хриплый глухой звук в дополнение к его турбинному вою. 

Вскоре после ввода в эксплуатацию возникли проблемы с выходом из строя шатунов, поломкой подшипников большой головки шатуна, а также трещинами, развивающимися в подвижной балке крейцкопфов Alligator. После исследований, проведенных инженерами SAR при содействии Южноафриканского совета по научным и промышленным исследованиям (CSIR), крейцкопфы, направляющие планки и соединительные стержни были модифицированы. Крейцкопфы были преобразованы в многоопорный тип с одинарными направляющими планками, более сложный метод фильтрации смазки цилиндра и клапана из выхлопного пара заменил исходную центрифугу, в то время как три независимых соединительных стержня были заменены более традиционным одинарным соединительным стержнем с шарнирными соединениями.

Будучи новыми, конические подшипники шатунных роликов Timken вскоре стали печально известны тем, что смазка выливалась на нижнюю часть котла, откуда она стекала в самую нижнюю точку и капала на сцепленные шины колес по пути. Эта ошибка производителя также касалась класса 25NC и была одной из причин репутации обоих классов как скользких. Timken удалось решить проблему до того, как все их подшипники были заменены, но к тому времени около двух третей локомотивов уже были оснащены переработанными соединительными тягами с шарикоподшипниками шатунных шариков SKF.

Значительные проблемы также возникли с оборудованием для принудительной тяги. Лопасти воздуходувки сильно изнашивались из-за твердых частиц в выхлопных газах, а трещины лопаток произошли как в колесах воздуходувки, так и в колесах паровой турбины, что потребовало интенсивного расследования со стороны инженеров SAR, представителей Henschel и CSIR. 

Первоначальная попытка решить проблему разрушения лопаток путем увеличения ширины корней лопаток с 7 до 14 миллиметров (от 0,28 до 0,55 дюйма) оказалась безуспешной. Испытания на усталость и анализ напряжений, проведенные CSIR, показали, что оба размера лопаток вышли из строя из-за усталости на острых скруглениях в результате повторяющихся изменений центробежной нагрузки из-за колебаний скорости вращения турбины. Решение было найдено, когда стало ясно, что ни одна из отдельных «замковых» лопаток, которые поддерживались двумя коническими штифтами, ни одного ротора никогда не выходила из строя. Когда такие конические штифты были также введены между всеми другими лопатками в роторах, испытания на усталость показали, что это сделало их значительно прочнее. Некоторое время спустя было обнаружено, что приваривание лопаток к краю ротора оказалось хорошей и более дешевой альтернативой. В конечном итоге конструкция была изменена, и переделанный вытяжной вентилятор был изготовлен из марганцевой стали, и проблема была решена. 

Класс 25 был построен специально для работы в Кару и Калахари , где вода является дефицитным ресурсом. Первоначально они служили на неэлектрифицированной магистрали от реки Тоувс через Бофорт-Уэст до Де-Ара, где они обрабатывали все грузы и пассажирские перевозки, включая пассажирские поезда высшей линии, такие как Blue Train. Когда участок от реки Тоувс до Бофорт-Уэста был электрифицирован, класс 25 продолжал работать между Бофорт-Уэст и Де-Аром, но теперь он также работал между Де-Аром и Кимберли, через Кимберли в Блумфонтейн на восток, а также на запад от Кимберли в Постмасбур, Сишен и Хотазел в Калахари. От Постмасбурга они работали с железной и марганцевой рудой до Блумфонтейна, где реле власти Свободного государства перешли в Гаррисмит. 

Класс 25 был сложным локомотивом, который требовал высокого уровня обслуживания, особенно на вентиляторах турбины в дымовой камере, лопатки которых приходилось часто заменять из-за повреждения твердыми частицами в выхлопе. Столь же сложный конденсационный тендер также нуждался в частом обслуживании. Между 1973 и 1980 годами, после двадцатилетней службы и частично ускоренного введением электрической и дизель-электрической тяги на маршрутах, которые ранее обслуживались исключительно классом 25, все, кроме трех конденсационных локомотивов, номера 3451, 3511 и 3540, были преобразованы в локомотивы со свободным выхлопом и без конденсации, когда они проходили через мастерские для капитального ремонта. Преобразованные локомотивы были переклассифицированы в класс 25NC. 

Было высказано предположение, что если бы Class 25 был модифицирован для производства меньшего количества черного дыма или угля в результате неполного сгорания, в соответствии с принципами Gas Producer Combustion System (GPCS), которые применил инженер-механик Дэвид Уордейл, когда он переделал локомотив Class 25NC в Class 26 Red Devil , проблема повреждения лопаток вентилятора углем могла бы быть в значительной степени устранена. Однако программа GPCS началась только ближе к концу переоборудования Class 25.

Первая переделка была сделана в Де-Ааре на № 3452 и состояла в том, что турбина и выхлопная труба были удалены из дымовой коробки и заменены на дымовую трубу и сифон. Тендер был лишен конденсационного оборудования, но сохранил свои оригинальные баки для пресной воды и конденсата и питательные насосы, а каркас радиатора и крыша были обшиты панелями. Общий вид локомотива поэтому изменился мало, но хотя переделка № 3452 была эстетически лучше по сравнению с последующими переделками, он не перевозила достаточно воды. 

Остальные паровозы были перестроен в мастерских Salt River в Кейптауне. В ходе этого процесса их конденсационные тендеры также были перестроены в обычные угольные и водяные тендеры, путем удаления конденсационных радиаторов и вентиляторов на крыше и замены их на массивный круглый водяной бак.

Тип EW2 Worshond тендер

Форма и внешний вид переоборудования тендера были продиктованы соображениями прочности. Рассматривалось укорачивание рамы тендера, но в конечном итоге она была оставлена ​​такой, какой была. Чтобы воспроизвести цистерну и бункер тендера класса 25NC на более длинной раме тендера типа CZ, пришлось бы значительно превысить допустимую нагрузку на ось. Длинная литая стальная рама тендера была очень гибкой, но каркас радиатора и крыша внесли большой вклад в вертикальную жесткость. Окончательная форма цистерны перестроенного тендера обеспечила достаточную прочность, с ее полукруглым верхом, приваренным к оригинальному резервуару для пресной воды через опоры вентилятора и длинные треугольные косынки, установленные в боковинах бункера, которые выходили за середину рамы. Локомотивы с перестроенными тендерами вскоре получили прозвище Worshond, что на африкаанс означает такса и буквально переводится как собака-сосиска. Тендеры Worshond были переклассифицированы как тип EW2 .

Когда конденсаторные локомотивы класса 25 были преобразованы в неконденсаторные локомотивы класса 25NC, их номерные знаки были скопированы и переделаны с дополнительным "NC" для "неконденсационного" втиснутым рядом с существующим "25", что привело к перекошенной индикации класса на их табличках. Локомотивы со всеми четырьмя символами, аккуратно выстроенными в линию и по центру, поэтому обычно идентифицировались как оригинальные локомотивы класса 25NC. После того, как они были освобождены от конденсационного привода, эти локомотивы прослужили еще одиннадцать лет, прежде чем были выведены из эксплуатации SAR, когда пар был полностью заменен электрической и дизель-электрической тягой.