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N&W
Brotherhood of Locomotive
Firemen and Enginemen's Magazine; July, 1954.
Traduit sans permission de reprinted with permission.
La locomotive
à turbine à vapeur de la Norfolk and Western fait plus de 54 mètres de long
pèse 586 tonnes en ordre de marche avec le combustible et l'eau. Conçue pour
une vitesse maximum de 110 km/h, cette unité est capable d'exercer un effort
maximum de traction au crochet de 88 tonnes, ainsi qu'un effort de traction
continu de 72 tonnes à une vitesse de 18 km/h.
Les opérateurs du chemin de fer suivront avec beaucoup d'intérêt les explications sur la locomotive à turbine de la Norfolk & Western.
Cette locomotive expérimentale à charbon et turbo-alternateur à vapeur, et moteur électrique aux roues, vient de sortir des usines de la Baldwin. Contrôlée à 4500 chevaux, la locomotive Baldwin-Westinghouse comporte une boite à tube à haute pression "Babcock and Wilcox" avec une turbine à vapeur Westinghouse et une propulsion électrique. Cette locomotive à vapeur est issue des meilleures conceptions en matière de groupe de puissance stationnaires et marins et est adaptée aux deux contraintes principales qui sont le peu d'encombrement et les impératifs de la traction ferroviaire. Elle est conçue pour utiliser le charbon et fonctionner avec un rendement double de la plupart des locomotives à vapeur qui l'ont précédée. L'économie réalisée dépend surtout du prix relatif entre le charbon et le fuel là ou les trouve, et même dans les endroits de forte production industrielle du charbon elle peut cependant rester fort compétitive. La locomotive a un arrangement du type 6-6-6-6 (C-C-C-C pour nous) et la locomotive et le tender avec l'eau et le charbon pèsent au total approximativement 586 tonnes. Le tender séparé porte 22 000 gallons d'eau. Vingt tonnes de charbon sont transportés jusque dans le nez vers une trémie (on retrouve là le même principe audacieux de la 500 C&O). La longueur totale est de 161 pieds et 1 l/2 pouces. Conçue pour une vitesse maximum de 60 miles par heure, l'unité est capable d'un effort de traction de 175 000 livres, et d'un effort en continu de 144 000 livres à 9 miles par heure. La conception de cette machine inclue une combinaison de plusieurs applications en stationnaire et en marin, et la chose est nouvelle dans le champ d'application de la traction ferroviaire car c'est la fois qu'on a inclue de telle montages. Par exemple l'utilisation de vapeur à haute pression et à très haute température, ce qui est une première (600 livres par pouce carré, 900 °F), dans une turbine Westinghouse attelée développant 4500 chevaux à la génératrice qui alimente les boogies moteurs pour la traction, contribue notablement à un tel rendement.
The Babcock and Wilcox water tube boiler in which the high pressure high-temperature steam is generated is of a construction that eliminates water legs and staybolts, which in the conventional steam locomotive not only limit the possible steam pressure but cause outage and high cost of maintenance. The weight and space occupied by this water tube boiler is considerably less than for the older fire tube type. Coal is fired to the boiler furnace by an improved design of locomotive stoker. The self-cleaning traveling grate on which the coal is burned is entirely new to locomotive practice. This feature is one of the most important improvements over previous practices as it prevents the accumulation of ash and clinkers which interfere greatly with the uniformity of the fuel bed which is so necessary for prevention of smoke and for efficient combustion. The area of the grate and the smaller amount of coal required have reduced the rate of combustion per square foot of grate surface and have greatly reduced the cinder discharge from the stack, with a corresponding improvement in efficiency. The air for combustion is supplied under pressure by an efficient steam-turbine driven axial blower through an air preheater, both of which are new features in locomotive practice. By these means the flue gas temperature is reduced and the efficiency increased. This method of supplying combustion air eliminates the exhaust nozzle and the resulting inefficiency of back pressure on the main steam turbine. Most previously designed steam turbine locomotives, as well as the conventional reciprocating steam locomotives, have been affected by the high back pressure caused by the exhaust nozzle.
Water is pumped from the tender by a cold water pump through a zeolite softener located on the tender, then through the turbine oil cooler and into an open type deaerating feedwater heater. From here a booster pump delivers the softened, deaerated and heated water to the main feed pump, which delivers it through an economizer (for additional heating) to the boiler drum. An automatic feed supplies sodium sulfite in proportion to water flow. A continuous boiler blowdown maintains proper boiler water concentration. The high pressure emergency pump can deliver cold water from the tender directly to the boiler drum if required.
Another outstanding feature of this locomotive is the complete automatic control of fuel and air to the furnace as well as the feedwater to the boiler in exact proportion to the demand for steam. The engineman runs the train as usual with control of electric power to twelve axle-hung traction motors. The turbine governor maintains the turbine speed by supplying more or less steam flow as required. The automatic control responds instantly to maintain boiler pressure by changing the coal supply and proportioning the air flow to the steam flow; also the boiler feedwater supply to keep the correct water level in the bolier drum. The automatism of the complete unit keeps the proper relation between coal and air for the best combustion efficiency, and also prevents loss of steam and nuisance from the popping of safety valves.
The Westinghouse power plant consists of an impulse type noncondensing steam turbine which delivers 4500 horsepower at 8000 rpm to the generator for traction. The turbine drives the generator through an 8.9 to l ratio single-helical reduction gear. The generator has two armatures on a single shaft, each of which is electrically connected to two parallel groups of three series-connected traction motors (one motor on each axle).
The reduction-gear housing containing the lubricating oil reservoir is rigidly attached to the generator stator, and the turbine is mounted on the, gear housing. The entire power plant is thus assembled as a single self-contained unit that is supported on the locomotive frame at three points so that alignment cannot be affected by distortions of the frame.
The cab and its equipment are supported by two side trusses, with liberal crossties for box strength. The side truss with no cab underframe construction was dictated by the fact that the boiler takes up the entire locomotive cross section between the side trusses for a length of 34 f eet. The boiler is 102 1/2 inches wide with its roof sheet conforming to and forming the cab roof over the boiler. The ashpan clears the rail by only eight inches.
Two swivel-type motor trucks at each end of the locomotive are spanned by a bolster. The bolsters are loaded by body center pins and by spring-plunger loading pads at each corner. The front-span bolster carries the cast-steel pilot and swing-type coupler. Traction and buff loads are carried through the body center pin to the side trusses and to the rear center pin. The rear span bolster carries M-380 rubber draft gear and a tightlock coupler, also the cold and emergency feedwater pumps.
The locomotive, from front to back includes: (1) Electric control and dynamic braking equipment (for forward trucks), (2) coal bunker, and stoker, (3) operator's cab, (4) boiler, (5) turbine and boiler-feed equipment, (6) generator, and (7) electric control and dynamic braking equipment (for rear trucks).
Sandboxes are located beside the coal bunker, ahead of operator's cab, in the turbine and generator compartments. Each truck is sanded front and back. Sandboxes are filled from the top.
The operating brake (schedule 24-RL) is located under the operator's cab, with the air pumps and reservoirs under the coal-bunker side slope sheets. Axial-flow traction motor blowers are located in the electrical compartments, each blower supplying air to six traction motors. Fans for ventilating the dynamic braking resistors are driven by motors connected across the resistors. The braking effort varies from 35,000 pounds at fifty miles per hour to 130,000 pounds at fourteen miles per hour.
Tous les contrôles de marche sont situés dans la cabine de conduite du chauffeur. Le principal pilotage est celui de la turbine qui est équipée d'un papillon (volet) de contrôle et d'un levier de renversement, le papillon ayant une graduation sur douze plots, en plus des positions 'off" et "ralenti". Il actualise la vitesse de la turbine pneumatiquement et contrôle en même temps l'excitation de la génératrice principale. La puissance et le freinage sont dossés doucement sans accoups. Le levier de renversement "de vapeur", et de marche arrière a cinq positions : frein, avant, arrêt, arrière et frein (Brake, forward, off, reverse and brake).
Un arbre à cardan muni d'un volant, dans la cabine du chauffeur, permet d'ouvrir et de fermer une soupape d'arrêt de la turbine.
Une tirette de secours, avec une manette, peut être utilisée en cas d'urgence pour étouffer la turbine.
En plus des équipements de vielles conception et bien éprouvés, sont inclues des compresseurs d'air et le sifflet. Les ensembles de traction comportent des moteurs de traction de type Westinghouse 370-DZ , ils sont standard dans les applications diesels. La turbine principale, les générateurs, la turbine d'alimentation en air et son échappement ainsi que les équipement de contrôle et pilotage sont tous adaptés de configurations et de matériel connus dans la traction ferroviaire ou venant d'autres applications de puissance. En général les nouvelles locomotives ont toutes les caractéristiques désirée qui sont liées à la traction électrique comme (1) une effort de traction important au démarrage, et (2) pas de pièces en mouvement alternatif, et en plus l'avantage d'être capable de consommer du charbon à un prix particulièrement bas.
Baldwin-Lima-Hamilton, concepteurs et constructeurs de transmission, de cabine, de tender et d'autres pièces mécaniques, étaient aussi responsables de la construction et de l'assemblage et toutes les parties comme, la turbine à vapeur Westinghouse, le générateur, les moteurs de traction, les échappements forcés, les équipements électriques de contrôle et de pilotage et de la chaudière haute pression de la "Babcock and Wilcox Cornpany".
Les photos