Cilindro (locomotora)

El cilindro es el elemento productor de energía de la máquina de vapor que impulsa una locomotora de vapor . El cilindro se hace hermético a la presión con tapas de extremo y un pistón; una válvula distribuye el vapor a los extremos del cilindro. Los cilindros inicialmente eran de hierro fundido , pero luego se hicieron de acero . La fundición del cilindro incluye otras características como (en el caso de la Rocket de Stephenson ) puertos de válvula y pies de montaje. ^[1] Las últimas grandes locomotoras estadounidenses incorporaron los cilindros como parte de enormes fundiciones de acero de una sola pieza que eran el marco principal de la locomotora. ^[2] Se necesitaban superficies de desgaste renovables dentro de los cilindros y se proporcionaban mediante bujes de hierro fundido.

La forma en que la válvula controlaba el vapor que entraba y salía del cilindro se conocía como distribución de vapor y se mostraba mediante la forma del diagrama indicador . Lo que sucedía con el vapor dentro del cilindro se evaluaba por separado de lo que sucedía en la caldera y la cantidad de fricción con la que tenía que lidiar la maquinaria en movimiento. Esta evaluación se conocía como "rendimiento del motor" o "rendimiento del cilindro". El rendimiento del cilindro, junto con el rendimiento de la caldera y la maquinaria, establecía la eficiencia de la locomotora completa. La presión del vapor en el cilindro se medía a medida que se movía el pistón y se calculaba la potencia que lo movía y se conocía como potencia del cilindro. Las fuerzas producidas en el cilindro movían el tren, pero también dañaban la estructura que mantenía los cilindros en su lugar. Las juntas atornilladas se aflojaban, las piezas fundidas y los bastidores de los cilindros se agrietaban y reducían la disponibilidad de la locomotora.

Los cilindros pueden disponerse de varias maneras diferentes.

En las primeras locomotoras, como la Puffing Billy , los cilindros a menudo estaban dispuestos verticalmente y el movimiento se transmitía a través de vigas, como en una máquina de vigas .

La siguiente etapa, como por ejemplo la Rocket de Stephenson , consistía en accionar las ruedas directamente desde cilindros muy inclinados situados en la parte trasera de la locomotora. La transmisión directa se convirtió en la disposición estándar, pero los cilindros se trasladaron a la parte delantera y se colocaron en posición horizontal o casi horizontal.

Los cilindros montados en la parte delantera se pueden colocar en el interior (entre los marcos) o en el exterior. Algunos ejemplos de cada uno son:

• Cilindros interiores, en la locomotora Planet
• Cilindros exteriores, en el cohete de Stephenson

En los siglos XIX y principios del XX, los cilindros interiores se usaban ampliamente en el Reino Unido, pero los cilindros exteriores eran más comunes en Europa continental y Estados Unidos debido a su mayor gálibo de carga . A partir de 1920, los cilindros exteriores se volvieron más comunes en el Reino Unido, pero se siguieron construyendo muchos motores con cilindros interiores. Los cilindros interiores brindan una conducción más estable con menos guiñada o "inclinación", pero el acceso para mantenimiento es más difícil. Algunos diseñadores usaron cilindros interiores por razones estéticas.

La demanda de mayor potencia llevó al desarrollo de motores de tres cilindros (dos exteriores y uno interior) o de cuatro cilindros (dos exteriores y dos interiores). Ejemplos:

• Tres cilindros, clase SR V , clase LNER A4 , clase Marina Mercante
• Cuatro cilindros, clase LMS Princess Royal , clase LMS Coronation , clase GWR Castle

En un motor de dos cilindros, las bielas , tanto internas como externas, están colocadas a 90 grados . Como los cilindros son de doble efecto (es decir, se alimentan con vapor alternativamente en cada extremo), esto proporciona cuatro impulsos por revolución y garantiza que no haya puntos muertos .

En un motor de tres cilindros son posibles dos disposiciones:

• Manivelas configuradas para dar seis impulsos igualmente espaciados por revolución: la disposición habitual. Si los ejes de los tres cilindros son paralelos, las manivelas estarán separadas 120 grados, pero si el cilindro central no impulsa el eje motriz principal, probablemente estará inclinado (como en la mayoría de las locomotoras de tres cilindros de EE. UU. y en algunas de las locomotoras de tres cilindros de Gresley en Gran Bretaña), y la manivela interior se desplazará correspondientemente de 120 grados. Para un esfuerzo de tracción y un factor de adherencia determinados, una locomotora de tres cilindros de este diseño será menos propensa a patinar las ruedas al arrancar que una locomotora de dos cilindros.
• Cigüeñales exteriores a 90 grados, cigüeñal interior a 135 grados, lo que genera seis impulsos desigualmente espaciados por revolución. Esta disposición se utilizaba a veces en locomotoras de tres cilindros que utilizaban los cilindros exteriores (de baja presión) para arrancar. Esto generará escapes espaciados uniformemente cuando el motor esté funcionando con el compuesto.

En un motor de cuatro cilindros también son posibles dos configuraciones:

• Las cuatro bielas están dispuestas a 90 grados. Con esta disposición, los cilindros actúan en pares, por lo que hay cuatro impulsos por revolución, como en un motor de dos cilindros. La mayoría de los motores de cuatro cilindros son de este tipo. Es más barato y sencillo utilizar un solo juego de válvulas en cada lado de la locomotora y accionar el segundo cilindro de ese lado mediante un eje oscilante desde el husillo de válvulas del primer cilindro, ya que los eventos de válvulas necesarios en el segundo cilindro son una imagen especular de los del primer cilindro.
• pares de manivelas colocadas a 90 grados con el par interior colocado a 45 grados con respecto al par exterior. Esto da ocho impulsos por revolución. Aumenta el peso y la complejidad, al requerir cuatro juegos de mecanismos de válvulas , pero proporciona un par más suave y reduce el riesgo de deslizamiento . Esto era relativamente inusual en la práctica británica, pero se utilizó en la clase SR Lord Nelson . Estas locomotoras se distinguen fácilmente por sus latidos de escape, que ocurren al doble de frecuencia que un motor normal de 2 o 4 cilindros.

Los cofres de válvulas o cofres de vapor que contienen las válvulas de corredera o válvulas de pistón pueden estar ubicados en varias posiciones.

Si los cilindros son pequeños, los cofres de válvulas pueden estar ubicados entre ellos. En el caso de cilindros más grandes, los cofres de válvulas suelen estar encima de los cilindros, pero en las primeras locomotoras, a veces estaban debajo de ellos.

Las cajas de válvulas suelen estar encima de los cilindros, pero en las locomotoras más antiguas, a veces se ubicaban junto a los cilindros y se insertaban a través de ranuras en los bastidores. Esto significaba que, mientras que los cilindros estaban afuera, las válvulas estaban adentro y podían ser accionadas por un mecanismo de válvulas interno.

Existen muchas variaciones en la ubicación del mecanismo de válvulas . En la práctica británica, el mecanismo de válvulas interno suele ser del tipo Stephenson , mientras que el mecanismo de válvulas externo suele ser del tipo Walschaerts . Sin embargo, esta no es una regla rígida y la mayoría de los tipos de mecanismo de válvulas se pueden utilizar tanto en el interior como en el exterior. El mecanismo de válvulas Joy fue popular en su día, por ejemplo, en la clase G de LNWR .

En los motores con cilindros internos, el mecanismo de válvulas casi siempre está en el interior (entre los bastidores), por ejemplo, LMS Fowler Clase 3F .

En algunas locomotoras, el mecanismo de válvulas está situado fuera de los bastidores, por ejemplo, en la clase 640 de los Ferrocarriles Estatales Italianos .

En los motores con cilindros exteriores existen tres posibles variantes:

• Mecanismo de válvulas interno que acciona válvulas internas, p. ej., NER Clase T2
• Mecanismo de válvulas interno que acciona válvulas externas a través de ejes oscilantes, por ejemplo, GWR Clase 4900
• Mecanismo de válvulas externo que acciona válvulas externas, p. ej., LSWR Clase N15

Hay tres variaciones comunes:

• Tres juegos de mecanismos de válvulas (dos exteriores, uno interior), p. ej., LNER Peppercorn Clase A2
• Mecanismo de válvulas externo que acciona las válvulas externas. Válvula interna accionada por mecanismo de válvulas conjugado Gresley , p. ej. LNER Clase A1/A3
• Tres juegos de mecanismos de válvulas interiores (todas las válvulas interiores), p. ej., NER Clase T3

Hay tres variaciones comunes:

• Cuatro juegos de mecanismos de válvulas (dos exteriores, dos interiores), p. ej., clase SR Lord Nelson
• Mecanismo de válvulas interno que acciona las válvulas internas directamente y las válvulas externas a través de ejes oscilantes, por ejemplo, GWR 4073 Clase
• Mecanismo de válvulas exterior que acciona las válvulas exteriores directamente y las válvulas interiores a través de ejes oscilantes, p. ej., clase LMS Princess Coronation

Existen muchas otras variantes, como por ejemplo las locomotoras de vapor con engranajes que pueden tener un solo cilindro. La única locomotora de vapor convencional con un cilindro que se conoce es la locomotora monocilíndrica Nielson. ^[3]

• Diámetro interior del cilindro
• Cilindro (motor)
• Carrera del cilindro
• Bloqueo hidráulico
• Componentes de locomotoras de vapor