Independentul.MyForum.ro :: Despre locomotiva cu aburi

Amaliela · Sirena Cyberspatiului

Locomotiva cu abur este o locomotivã propulsatã cu susținerea forþei aburului. Motorul cu abur a fost întrebuințat pentru locomotive timp de mai bine de o sutã de ani de la inventarea acesteia la începutul secolului XIX, pânã la înlocuirea definitivã cu tehnologia diesel ºi mai apoi alte motoare moderne.

Istoria locomotivelor

Prima locomotivã cu aburi care se deplasa pe ºine a fost construitã de inginerul Richard Trevithick, din Cornwall. Locomotiva lui cu patru roþi a fãcut o cursã demonstrativã pe 22 februarie 1804, atingând viteza de 20 km/h fãrã încãrcãturã ºi 8 km/h cu încãrcãturã. Din pãcate, greutatea trenului a rupt ºinele. Prin 1812 s-au construit ºine mei rezistente între Middleton Colliery ºi Leeds, Anglia. Ele au suportat greutatea primelor locomotive cu aburi.

În 1829, în timpul construirii unei noi cãi ferate în nordul Angliei, între Liverpool ºi Manchester, s-a organizat un concurs pentru a se gãsi cea mai rapidã locomotivã care sã circule pe aceste ºine. Premiul de 500 lire a fost câstigat uºor de locomotiva Rocket, prezentatã de George Stephenson. Ea a atins viteza, pe atunci extraordinarã, de 46,7 km/h, un record global la acea vreme.

Cea mai rapidã locomotivã cu abur construitã vreodatã a fost Mallard ºi pe 3 iulie 1938 stabileºte recordul de 201,2 km/h.

Ideea de locomotivã a aparut la început ca soluþie la transportul minereului din galerii miniere. Înainte de inventarea locomotivei era folositã în acest scop tracþiunea animalã. Caii de tracþiune aveau o soarta nefericitã ºi o duratã a vieþii redusã, deseori murind în mine. Astfel aceastã soluþie s-a dovedit nefezabilã ºi în cãutarea unei alternative a apãrut întâia locomotivã propulsatã cu ajutorul puterii aburului construitã de Richard Trevithick în 1804. Aceastã locomotivã se deplasa pe ºine zimþate pentru a profita de aderenþã maximã. Totuºi, sistemul lui Trevithick sa dovedit defectuos din motivul cã deseori aceºti zimþi se rupeau în urma solicitãrii. Aºadar în 1829 inventatorul George Stephenson inaugureazã locomotiva sa Racheta (Englezã: The Rocket) care este consideratã prima locomotivã rentabilã. Racheta a fost prima locomotivã folositã pentru transportul de persoane între douã oraºe (Liverpool ºi Manchester).

Tehnologie

Principiu de funcþionare

Cel mai simplu model de locomotivã cu abur are în componenþã un boiler încalzit prin ardere de combustibil fosil (în general cãrbune). Vaporii de apã sub presiune sunt colectaþi apoi ºi dirijati spre piston. Presiunea exercitatã pe suprafaþa pistonului demareazã miºcarea bielei ce leagã direct pistonul de roatã. Astfel miºcarea liniarã a bielei se transformã în miºcare circularã a roþii.

Supraîncãlzirea

Locomotivele secolului al XIX-lea foloseau aburi saturaþi, iar primele locomotive cu aburi supraîncãlziþi au fost construite la începutul anilor 1900. La momentul când aceastã tehnologie inovativã a fost descoperitã, locomotivele aproape îºi atingeau capacitatea maximã cu aburii saturaþi. Unii specialiºti cum ar fi F.M. Swengel susþin cã nici o altã inovaþie tehnologicã nu a egalat tehnologia supraîncãlzirii cu privire la înlaturarea limitãrilor modelului de motor cu abur.

Metoda uzualã pentru supraîncalzire consta în direcþionarea aburului din cazan în elemenþii de supraîncãlzire (sub formã de þevi lungi). Aceºti elemenþi erau expuºi din nou focului ºi astfel tremperatura aburului era ridicatã cu 55 pânã la 85 °C. În acest fel eficenþa motorului creºtea cu 10-15%.

Totuºi, eficienþa s-a dovedit a nu fi direct proporþionalã cu temperatura ºi astfel creºterea prea mare a temperaturii nu era folositoare. În ultimii ani ai locomotivelor cu abur temperatura aburului varia în jur de 315°C (600°F) iar unele locomotive erau dotate cu pirometru pentru controlul acestei temperaturi. Depãºirea temperaturii de siguranþã ducea câteodatã la explozia boilerului ºi accidente grave.

Preîncãlzirea apei de alimentare

Preîncãlzirea apei este un concept care ajutã la îmbunãtãþirea randamentului. În acest proces o parte din caldurã care ar fi trebuit sã fie evacuatã este salvatã ºi transferatã în apa ce urmeazã a fi încãlzitã în boiler. Pe de altã parte în acest fel se evitã ºocul termic care ar fi avut loc în boiler în momentul pãtrunderii apei reci. Acest sistem a fost introdus la locomotivele cu abur începând cu anii 1920 iar boilerul Franco-Crosti este un bun exemplu în acest sens.

Cãptuºirea Boilerului

Cantitãþi mari de cãldurã se pierd dacã boilerul nu este izolat corespunzãtor. Locomotivele timpurii foloseau scânduri fixate de-a lungul boilerului cu brãþãri de fier. Metodele mai avansate de izolare presupun cãptuºirea boilerului cu o pastã ce conþine minerale poroase cum ar fi diatomitul. Alte metode includ utilizarea azbestului, vatei de sticlã ºi a foliei de aluminiu drept izolatori.

Focar cu încãrcare mecanicã

Performanþa unei locomotive depinde ºi de rata cu care este alimentatã cu combustibil. De obicei fochistul avea sarcina alimentãrii, folosindu-se de o lopatã cu care azvârlea cãrbunii în focar. Cu timpul însã, ºi-au fãcut apariþia locomotive tot mai masive ºi fochistul nu mai putea þine pasul cu rata de alimentare necesarã. Din aceastã cauzã multe locomotive au fost dotate cu focar cu încãrcare mecanicã. Relevant în acest sens este exemplul locomotivei "Big Boy" de la Union Pacific care înghiþea 22 de tone de cãrbune pe orã, iar la viteza maximã, 50 de tone de apã.

Frânarea

Frânarea este realizatã cu ajutorul unor saboþi mari ce preseazã roþile motoare. Acest sistem necesitã pompe acþionate de puterea aburului care sunt de obicei montate pe lateralul boilerului sau în faþa camerei de fum.

Locomotivele cu abur sunt aproape întotdeauna prevãzute cu cutii de nisip. Din aceste cutii nisipul este eliberat pe ºine pentru a îmbunãtãþii aderenþa ºi a face posibilã frânarea în timp util în prezenþa precipitaþiilor. Cutia cu nisip sau domul cu nisip este cel mai frecvent montat deasupra boilerului.

Randament

Cea mai mare parte din potență este pierdutã prin caldurã ºi ardere incompletã. Mai mult, cãldura generatã prin frecare este neglijabilã, cea mai multã caldurã fiind disipatã în procesul de ardere al combustibilului, prin pereþii cutiei focului, ai boilerului ºi prin coºul de fum. În practicã motorul cu abur atingea un randament de maximum 10%. Acest procent se referã strict la energie dar trebuie þinut seama ºi de eficienþa economicã, dat fiind cã combustibilul locomotivelor cu abur este mult mai ieftin decât combustibilul petrolier (benzinã, motorinã, pãcurã). Astãzi câteva proiecte de locomotivã cu abur modernã se strãduiesc sã îmbunãtãþeascã randamentul: proiectul britanic 5AT se laudã cu un randament de 14%.

Performanþã

Astãzi locomorivele cu abur sunt considerate depãºite tehnologic iar în comparaþie cu locomotivele moderne sunt mult mai puþin performante. Totuºi, locomotivele cu abur construite în perioada interbelicã ajungeau la performanþe impresionante. Un exemplu în acest sens este locomotiva 4468 Mallard care pe 3 iulie 1938 stabileºte recordul de 201,2 km/h.

Pentru mãsura performanþei erau utilizate douã metode. Prima se aproxima þinându-se cont de caracteristicile mecanice ale componentelor motorului, ºi anume: presiunea din boiler, diametrul pistonului, deplasamentul pistonului ºi diametrul roþii de tracþiune. Efortul tractiv este dat de formula:

ET = cPd(la patrat)s/D

unde

ET este efortul tractiv
c este o constantã care reprezintã scãderea în presiune de la boiler la cilindru ºi frecarea.
P este presiunea din boiler
d este diametrul pistonului
s este deplasamentul pistonului
D este diametrul roþii de tracþiune

altã metodã consta în calcularea puterii efective. Pe lângã multiple formule se folosea un vagon dotat cu instrumente de masurã ce era tractat pe durata testãrii ºi care înregistra diverºi indicatori.

Componente

Boiler

O locomotivã cu abur tipicã este prevazutã cu un boiler ºi o camerã a focului în spate. În componentă frontalã a boilerului este camera fumului iar din aceastã camera fumul iese prin coºul de fum. Aburul este colectat din partea superioarã a boilerului ºi direcþionat cãtre cilindrii.

Cilindri

Aburul trece printr-un fluture (sau valvã regulatoare) ºi pãtrunde în cilindrii. Pistoanele acþioneazã roþile de tracþiune direct printr-o bielã. Valvele motorului sunt controlate prin intermediul unor tije. Pistoanele sunt acþionate din ambele direcþii iar în cazul locomotivelor cu douã pistoane, siuate de ambele pãrþi, pistoanele lucreazã dafazate la 90 de grade.

Transmisia

Majoritatea locomotivelor cu abur erau lipsite de cutie de viteze ºi astfel sistemul de transmisie este deosebit de simplu. Biela ataºatã pistonului acþioneazã direct roata de tracþiune. În cazul în care existã mai multe perechi de roþi de tracþiune, biela pistonului pune în miºcare tija lateralã care leagã roþile de tracþiune.

Evoluþia
La început, locomotivele cu abur se deplasau cu o vitezã comparabilã cu cea a unei trãsuri trasã de cai. Din aceastã cauzã erau folosite mai mult în industrie, la transportul minier ºi în uzine. Cu timpul însã, performanþa creºtea ºi s-a început construirea de cãi ferate pentru transportul de cãlãtori. Astfel, Liverpool and Manchester Railway deschisã în 1825 a fost prima rutã ferovialã destinatã transportului de pasageri. Pe aceastã rutã locomotiva The Rocket construitã de inginerul George Stephenson a atins fabuloasa vitezã de 48 km/h.

Dezvoltarea locomotivelor cu abur a intrat astfel pe o pantã abruptã, iar pânã la sfârºitul secolului lumea civilizatã era împânzitã de cãi ferate. Pe 10 mai 1893, locomotiva #999, a cãii ferate New York Central & Hudson River a menþinut o vitezã medie de 165 km/h pe o distanþã de 10 km ºi a atins viteza maximã de 180 km/h.[3]

Punctul culminant în evoluþia locomotivei cu abur poate fi considerat jumãtatea secolului XX. Din acest clipă a început înlocuirea intensivã a puterii aburului cu tehnologia diesel. La aceastã rascruce locomotivele cu abur deveniserã niºte giganþi pe cãile ferate. Pe continentul Nord-American la data de 5 septembrie 1941 a fost livratã prima locomotivã din seria "Big Boy" a Union Pacific în oraºul Omaha. Aceastã locomotivã este consideratã de mulþi ca fiind cea mai mare ºi mai puternicã: dezvolta un efort tractiv de 602.18 kN

Clasificare

Exemple de aranjamet al roþilorClasificarea locomotivelor cu abur se face dupã aranjamentul roþilor. Existã douã mari sisteme de clasificare: notaþia Whyte ºi clasificarea UIC (Uniunea Internationalã a Cãilor Ferate).

Notaþia Whyte este folositã în majoritatea þãrilor de limbã englezã ºi þãrile Commonwealth-ului. Acest sistem codificã aranjamentul roþilor folosind cifre astfel: roþi de direcþie - roþi de tracþiune- roþi de susþinere. Exemplu: 2-4-2 semnificã o pereche de roþi în faþã care sunt montate pe un ax flexibil, 2 perechi de roþi cuplate la motor ºi în posterior o pereche ce susþine cabina mecanicului ºi/sau o parte din boiler.

Clasificarea UIC se foloseºte pe continentul European cu excepþia Marii Biritanii. Notaþia este asemãnãtoare doar cã se referã la numãrul de perechi iar perechile de tracþiune sunt notate cu majuscule(A=1, B=2 etc.) Exemplu: 2-4-2 în notatia Whyte este echivalent cu 1-B-1 în notaþia UIC.

Locomotiva cu abur în România

Prima locomotivã cu abur din România a fost construitã dupã proiectul lui John Haswell la Reºiþa în anul 1872. Locomotiva a fost denumitã Reºiþa 2 ºi avea encartament subțire (948 mm).

Locomotiva Malaxa

Pentru detalii vezi Locomotiva Malaxa
Dintre toate locomotivele cu abur româneºti sau construite vreodatã în România cea mai importantã de precizat este locomotiva Malaxa. În anul 1927 pe porþile Uzinelor Malaxa din Bucureºti, al caror fondator a fost inginerul Nicolae Malaxa, iese prima locomotivã ce purta numele de Malaxa. Locomotivele din seria 151 erau cele mai puternice din România la acea vreme (2600 CP), fiind privite cu mare interes la expoziþia de la Milano din 1940.

Apusul locomotivei cu abur

Încã de la apariþia primelor locomotive diesel-electrice, la începutul secolului XX, se preconiza declinul puterii aburului. În Europa locomotivele cu abur au continuat sã fie folosite pânã pe la jumatatea secolului, dar în alte þãri au supravieþuit sfârºitului secolului. Astãzi majoritatea locomotivelor cu abur funcþionale sunt folosite cu scopuri turistice. În România un exemplu bun în acest sens este "Mocãniþa", o locomotivã de cale feratã cu encartament îngust (720mm) mai este folositã astãzi în puþine zone ale þãrii atrãgând turiºtii.

Se pare cã cauza principalã a scoaterii din folosinþã a locomotivelor cu abur este costul de întreþinere ridicat. Combustibilul ocupã mult spaþiu, prin urmare este trebuință de mult spaþiu de stocare: un vagonet numai pentru cãrbune iar rezervorul de apã ºi boilerul compun în general mai bine de 50% din trupul locomotivei. Masivitatea acestor locomotive contribuia la deteriorarea rapidã a cãii ferate. De altfel orice reparaþie a locomotivei necesitã o muncã laborioasã ºi mult timp. Timp mult se pierdea ºi cu pornirea locomotivei: de obicei câteva ore pânã fierbe apa în boiler, iar înainte de "înnoptare" casa focului trebuia curãþatã de cenuºã ºi clincher.

Fumul emis de locomotivele cu abur a constituit de întocmai un motiv pentru înlocuirea cu tehnologia diesel sau diesel-electricã.

Skywalker · Vizitator

Salut, Amaliela,

Ai deschis un subiect de mare interes pentru mine. Cu atat mai mult cu cat ai pomenit de locomotiva Resicza (asa se scrie, nu Resita), locomotiva pe care am avut ocazia sa o si vad expusa la muzeu.

Pentru inceput, sa va prezint cateva locomotive realizate la Resita:

Iata cum arata întâia locomotiva fabricata in Romania. Locomotiva Resicza, fabricata in 1872:
Despre locomotiva cu aburi Despre locomotiva cu aburi

Despre locomotiva cu aburi Despre locomotiva cu aburi

Aceasta locomotiva se poate vedea si astazi la muzeul de locomotive din Resita, jud, Caras Severin. De aveam aparat foto, va puteam arata acum mai multe poze, dar.. decat nimic e bine si atat.

O alta locomotiova fabricata tot la Resita, prin anii '30:
Despre locomotiva cu aburi Despre locomotiva cu aburi

Si bordul unei locomotive fabricata tot al Resita:
Despre locomotiva cu aburi Despre locomotiva cu aburi

Voi reveni in curand cu elemente mai multe, dar... dureaza pana traduc tonele de descrieri :smile: