Американский паровой турболокомотив S2 Пенсильванской железной дороги

Введение

Американский паровой локомотив

Локомотив S2 Пенсильванской железной дороги был спроектирован и построен в результате совместных усилий Baldwin Locomotive Works и Westinghouse Electric & Manufacturing Company как попытка продлить господство паровоза путем адаптации технологии, широко применяемой в морской отрасли. Был построен один локомотив, № 6200, поставленный в сентябре 1944 года. S2 был единственным примером осевой формулы 6-8-6 в нотации Уайта, с шестиколесной направляющей тележкой, обеспечивающей устойчивость локомотива на скорости, восемью ведущими и сцепленными колесами и шестиколесной поддерживающей тележкой, поддерживающей большую топку. В S2 использовалась паровая турбина с прямым приводом, предоставленная Westinghouse Electric & Manufacturing Company, соединенная с центральной парой осей, а две крайние оси – посредством шатунов; постоянное передаточное число составляло 18,5:1. Такая конструкция была направлена на предотвращение потерь энергии, и S2 достигла механической эффективности 97%, что означает, что только 3% энергии пара терялось в силовой установке. Недостатком паровой турбины с прямым приводом было то, что турбина не могла работать с оптимальной скоростью во всем диапазоне скоростей локомотива. S2 был самым крупным, тяжелым и быстрым локомотивом с прямой турбинной передачей, когда-либо построенным.

Спецификация конструкции

Локомотив должен был быть 4-8-4, но военные ограничения на использование легких стальных сплавов увеличили вес, потребовав шестиколесные ведущие и поддерживающие тележки; его строительство также было задержано Второй мировой войной. Строительство локомотива проходило на заводе Baldwin в Эддистоне. Были установлены две турбины, одна для движения вперед и меньшая – для движения назад, на скоростях до. Перегретый пар со скоростью около 2000 фунтов в час направлялся на лопасти турбины через 4 сопла; тысячи лопастей турбины передавали энергию пара в трансмиссию. Максимальная частота вращения передней турбины составляла 9000 об/мин, развивая мощность 6900 л.с.; обратная турбина генерировала 1500 л.с. при 8300 об/мин. Система контроля обеспечивала запуск передней турбины только после выключения обратной. Вес силовой установки составлял 39 000 фунтов, или 5,65 фунта на 1 л.с. Был установлен большой котел с топкой Belpaire и длинной камерой сгорания. Была установлена автоматическая система смазки, соединяющая корпус трансмиссии, где ведущие колеса погружались в резервуар со смазочным маслом. Смазочная жидкость проходила через все точки смазки, включая роликовые подшипники на всех осях, по фильтрованным трубам с помощью двух паровых насосов. Для повышения эффективности был установлен водоподогреватель системы Уортингтона. Под беговыми платформами, рядом с дымовой коробкой, были установлены два воздушных насоса для торможения поезда, а большой радиатор в носовой части охлаждал сжатый воздух. Выхлоп турбины направлялся через четыре сопла в дымовой коробке, обеспечивая равномерный тяговый поток и выходя через уникальный четырехтрубный дымоход. При поставке из Baldwin в PRR в сентябре 1944 года S2 не имел дымоотражателей, но вскоре после начала эксплуатации PRR обнаружил, что локомотив выбрасывает много дыма на низких скоростях. Поэтому была приобретена пара небольших дымоотражателей и тонкая полукруглая металлическая пластина для подъема дыма, установленная в нескольких футах позади дымохода. Очевидно, этого было недостаточно, поэтому в декабре 1946 года на заводе в Алтуне была установлена гораздо более крупная пара, напоминающая "слоновьи уши", использовавшиеся на локомотивах New York Central класса S1b 4-8-4 Niagara и Union Pacific FEF 3 4-8-4. Использование дымоотражателей не было традицией для Pennsylvania Railroad. До S2 №6200 только три локомотива K4 были оснащены дымоотражателями в период с 1939 по 1941 год в экспериментальных целях: PRR №5038, №3876 и №3878. После войны все дымоотражатели были сняты, поэтому паровая турбина №6200 была единственным локомотивом Pennsy с огромными "слоновьими ушами" после войны. Тендер для PRR S2 №6200 первоначально был изготовлен для локомотива класса L1s под обозначением 180 F 82. Позже он был присвоен как 180 P 75 для локомотива класса K4s №3768; тендер был перестроен и получил обозначение 180 P 85 для использования с S2 6200. Этот большой 16-колесный тендер был аналогичен тендерам, используемым на других крупных пассажирских локомотивах PRR, T1 и S1. Для снижения нагрузки на бригаду на локомотиве была установлена "Система управления давлением жидкости", разработанная инженером Westinghouse Гарри К. Мэем. Она управляла запуском, движением, реверсом, мощностью и скоростью, а также ограничивала скорость в обоих направлениях движения, все с помощью одного рычага управления, расположенного перед сиденьем машиниста. Локомотив оказался мощным и способным, с запасом мощности на скорости и разумной экономией топлива. Турбинная передача была бережна к пути и обеспечивала большую мощность на рельсах. Во время официального испытательного пробега, организованного PRR 30 марта 1945 года, S2 №6200, тянувший динамометрический вагон, смог провести 17-вагонный поезд на расстоянии 48 километров (на ровном участке) со скоростью между Форт-Уэйном и Чикаго. Инженер Флайя Картрайт и кочегар М. Э. Браун были назначены для этого официального испытательного пробега. Британский инженер-локомотивостроитель Э. С. Кокс однажды ехал в кабине и сообщил, что "скорость 100 миль в час поддерживалась и превышалась в течение 12 минут подряд". Хотя на скорости локомотив был экономичным, на низких скоростях он был крайне неэкономичным. Турбина потребляла меньше пара, чем обычные локомотивы при скорости выше, но ниже этой скорости локомотив потреблял слишком много пара и топлива. Котел обычно работал при, но на низкой скорости давление могло падать до. Повышенное потребление топлива на низких скоростях приводило к перегреву топки, что иногда вызывало поломку распорных болтов. Проблемы локомотива, резкое снижение пассажиропотока PRR с 1947 года и преимущества дизельных локомотивов, которые появлялись, привели к тому, что №6200 никогда не был продублирован, но S2 все же участвовал в Чикагской железнодорожной ярмарке 1948 года вместе с локомотивом T1 4-4-4-4 Duplex Steam Locomotive. В августе 1949 года локомотив получил серьезные повреждения турбины. Поскольку затраты на обслуживание неуклонно росли, S2 был окончательно законсервирован в Крестлайне и Алтуне. В 1952 году он был окончательно списан и разобран в следующем году.

The locomotive was to be a 4 8 4, but wartime restrictions on light steel alloys increased weight until six wheel leading and trailing trucks were needed; its construction was also delayed by World War II. Construction of the locomotive took place at the Baldwin plant in Eddystone. Two turbines were fitted, one for forward travel and a smaller one for reversing at speeds up to Superheated steam at a rate of about 2,000 pounds per hour was directed onto the turbine blades through 4 nozzles; thousands of turbine blades transmitted steam energy to the transmission gear. The maximum rotation speed of the forward turbine is 9,000 rpm, developing 6,900 hp; the reverse turbine generates 1,500 hp at 8,300 rpm. A monitoring system ensured that the forward turbine could only be started when the reverse turbine was switched off. Weight of propulsion equipment was 39,000 lbs., or 5.65 lbs/hp. A large boiler with a Belpaire firebox and long combustion chamber was fitted. An automatic lubrication system was installed, connecting the transmission case, where the driving gear wheels were immersed in a lubricant reservoir filled with lubricating oil. Lubricant goes through all lubrication points, including roller bearings on all axles via the filtered pipes with the help of two steam pumps. A Worthington pattern feedwater heater was fitted for increased efficiency. Twin air pumps for train braking were fitted below the running boards beside the smokebox front, and a large radiator assembly at the nose cooled the compressed air. The turbine exhaust was piped through a set of four nozzles in the smokebox, providing an even draft for the fire and exiting through a unique quadruple stack. S2 had no smoke deflector when it was delivered from Baldwin to PRR in September 1944, but, soon after it began its service, PRR found out that the locomotive blew heavy smoke at lower speed during operation. So, a pair of small smoke deflectors was acquired and a thin semi circular metal plate for smoke lifting was filled a few feet behind the smokestack. Apparently, these weren't adequate, so a much larger pair which look like the "elephant ears" used on New York Central class S1b 4 8 4 Niagara and Union Pacific FEF 3 4 8 4 was added at Altoona Works in December, 1946. Using a smoke deflector was never a tradition of the Pennsylvania Railroad. Prior to S2 #6200, there were only three K4s installed smoke deflectors between 1939 and 1941, for an experimental purpose: PRR #5038, #3876 and #3878. Their smoke deflectors were all removed after the war, so the steam turbine #6200 was the only Pennsy locomotive with huge "elephant ears" after the war. The tender of the PRR S2 #6200 was originally made for a class L1s locomotive with the designation 180 F 82. Later, it was assigned as 180 P 75 for class K4s No. 3768; the tender was rebuilt again and received the designation 180 P 85 for S2 6200 use. This large 16 wheel tender was similar to that used on the PRR's other large passenger locomotives, the T1 and S1. In order to reduce the crew's workload, a "Fluid Pressure Control System" designed by Westinghouse engineer Harry C. May was installed on the locomotive. It controlled starting, running, reversing, power output, and speed, and limited speed in both directions of operation, all in one single control lever which was installed in front of the engineer's seat. The locomotive proved to be powerful and capable, with reserves of power at speed and reasonable fuel economy. The turbine drive was easy on the track and allowed more power at the rail. During a test run officially arranged by PRR on 30 March 1945, S2 #6200 towing a dynamometer car was able to pull a 17 car train over a distance of 48 kilometers (level track) at a speed of between Fort Wayne and Chicago. Engineer Mr. Flaya Cartwright and Fireman Mr. M. E. Brown were assigned to this official test run. E. S. Cox, a British locomotive engineer, once traveled on the footplate and reported that "100mph was maintained and exceeded for 12 consecutive minutes". While economical at speed, the locomotive was highly uneconomical at lower speed. The turbine used less steam than conventional locomotives above , but below that the locomotive used too much steam and fuel. The boiler normally operated at , but at low speed the pressure could drop as low as The increased fuel usage at low speeds caused the firebox to run hotter, which sometimes caused stay bolts to break. The locomotive's problems, the rapid decline of PRR's ridership since 1947 and the advantages of the emerging diesel locomotive ensured that #6200 would never be duplicated, but S2 still participated in the 1948 Chicago Railroad Fair with a T1 4 4 4 4 Duplex Steam Locomotive. In August 1949, the locomotive suffered severe turbine damage. Since the maintenance costs rose steadily, the S2 was finally stored in Crestline and Altoona. In 1952, she was finally retired and was scrapped the following year.

История службы

S2 был приписан к дивизиону Форт-Уэйн и размещался в депо Крестлайн. Он тянул различные престижные пассажирские поезда, курсировавшие между Нью-Йорком и Чикаго, такие как The Broadway Limited, The Liberty Limited, The Trail Blazer, The General, The Manhattan Limited и The Golden Arrow, по маршруту между Чикаго и Крестлайн, штат Огайо (283 мили / 446 км). S2 также использовался для перевозки воинских эшелонов и тянул скорые грузовые поезда. PRR S2 №6200, как экспериментальный прототип паротурбинного локомотива с прямым приводом, прошел в общей сложности 103 000 миль, прежде чем был окончательно снят с эксплуатации в августе 1949 года и вскоре был отправлен на утилизацию. В конечном итоге локомотив 6200 был разобран на металлолом в Конвее, штат Пенсильвания.

В популярной культуре

Модельная железнодорожная компания Lionel выпустила несколько моделей S2. Первые, 671 и 2020, поступили в продажу в 1946 году и были сняты с производства в 1949 году. Первая партия турбины 681 была выпущена в 1950 и 1951 годах. Она была похожа на обе оригинальные модели турбин, но 681 оснащена функцией Magne Traction от Lionel, которая делает колёса магнитными. В 1952 году Корейская война вызвала дефицит магнитного материала, поэтому 671 был переиздан под номером 671rr (вторая серия 671). 681 вернулась в производство на следующий год. В 1954 и 1955 годах была выпущена ещё одна турбина под номером 682. 682 по сути являлась 681, но с парораспределительным механизмом на колёсах и белой полосой, нанесённой с обеих сторон.