Voorontwerp van een replica van de 2B2 tenderstoomlocomotieven. HSM / NS Projekt HSM 814

Transcriptie

1 Voorontwerp van een replica van de 2B2 tenderstoomlocomotieven HSM / NS Projekt HSM 814 1

2 Waarom replica? Ca ongemak over gebruik NS 3737 Promotie replica: 2C NBDS 30-37/NS 3500, Blauwe Brabander Snelheids eis: 120 km/u verwerkt in proefschrift. Uitkomst: kan! Project in ijskast 175 jaar spoorwegen in 2014, geen nederlandse hoofdlijnlocomotief??? 2

3 Replica: type keuze Ontbreken infrastructuur voor keren levert forse beperkingen bij gebruik loc + tender, geen draaischijven en keerdriehoeken: 2B locs 16/17/19/2100 en 2C 35/36/37/3900 vallen af. Blijft tenderlocs: 55/57/58/60/61/6300 FstM kiest voor 5500, fel bestreden, niet oververhit, 2B1 type: eerste ontwerp 5800 type Beperking op kostengronden: 5800 > 58 ton leeg 6000 > 80 ton, 6100 > 90 ton, 6300 > 105 ton 3

4 2B2 tenderloc HSM Werkspoor 1915 L.Derens, , Eindhoven 4

5 HSM Karkens 1947 Verwarmd oppervlak vuurkist 10 m2, Waterinhoud 9,5 m3 Verw. oppervl. vl.pijp. en vl.buizen 71 m2 Kolenruimte voor 5 ton Verwarmd oppervlak oververhitter 23 m2 Gewicht locomotief (leeg) 58,6 ton Roosteroppervlak. 2,04 m2 Gewicht locomotief (dienstvaardig) 77,4 ton Maximum stoomdruk 10,5 bar Draaistel voor 20,6 ton Aantal cilinders 2 Drijfas 16,4 ton Middellijn cilinders 500 mm Drijfas 16,4 ton Slaglengte 660 mm Draaistel achter 24 ton Stoomverdeling:. Stephenson Totale lengte over de buffers mm Middellijn drijf- en koppelwielen 2016 mm Grootste toegestane snelheid 100 Km/u Trekkracht 6030 kg 5

6 Verbeteringen stoomlocs Oververhitting 1910 Zuigerschuiven met korte kanalen 1926 Schuifslag vergroting bij LNER A1: 4 9/16 > 5 ¾in. > 50 lbs >40 lbs /mile 1926 Chapelon interne stroomlijning en Kylchap meervoudige schoorsteen Lemaître, Giesl idem 6

7 Stoombehoefte & kwaliteit BR testrapport LNER B1 BR class4 400 tons trein -120 km/u ca MJ/u Bij 300 ton zakt dit naar ca MJ/u Te bereiken met 5800 kilo stoom/u van 15 bar en 420 graden C oververhitting bij optimaal specifiek stoomverbruik 7

8 HSM 814 ketel grafieken Sanzin, Postupalsky Stoomproduktie bepaald door Verdampend Opp/Rooster Oververhitting bepaald door % doortocht vlambuizen t.o.v. totaal. Weerstand vlambuis << vlampijp! R.O.= 2,04m2 V.O 81> 74,2m2 Ovh 23>28m2 8

9 HSM 814 ketel Ketel zelfde buitenmaten Plaatdikte vergroten met klinklappen: gewicht dus hetzelfde Aantal vlampijpen kleiner Vlambuizen van 3 naar 4 rijen Oververhitter elementen kleinere diameter Resultaat: 5800 kilo stoom/u van 420 gr.c. 9

10 Zuinig stoomgebruik Korte kanalen van schuifkast naar cylinder Vergroting schuifslag: grotere weg met dus hogere snelheid geeft minder smoring Hogere snelheid: grotere weg in dezelfde tijd, dus vergroten lap en bredere poorten 10

11 Korte stoomkanalen Voorbeeld: wijzigingen bij de NS 6100 en 3700 levering 1929 wijziging

12 Zuinig: vergroting schuifslag Vergelijk voorbeeld NS 6100 en LNER B1 12

13 Vergroting schuifslag & lap NS 6100: Walschaert 45 Max slag ca. 106 mm 40 Poortopening mm NS 6100 LNER B1 GWR Hall LNER B1: Walschaert Max slag ca. 170 mm % Vullingsgraad GWR Hall: Stephenson Max slag ca. 170 mm 13

14 Vergroting schuifslag Originele Stephenson schuifaandrijving NS 5800 Harterink&Mook Binnenliggende Walschaert aandrijving met hefboom tbv HSM814 14

15 Stoommaken & Luchtverbruik Goede kolen 75% Koolstof (C), rest koolw.stof: 31 MJ/Kg Dan bij 70% ketelrendement en 15 Bar stoomspanning 31 / 3,298 * 70% = 6,6 Kg stoom / Kg kolen (NS 6,5-8) Verbranding: C + O2 > CO2, in gewicht wordt dit: 1 Kg C + 2,66 (2*16/12) Kg O2. Dit zit als 23 gewicht% in lucht: 2,66/0,23=11,6Kg lucht. Totaal: 12,6 Kg. De 75% C in de kilo kolen geven 9,45 Kg rookgas Met 10% verstookte koolwaterstof + 20% luchtovermaat wordt dat 12,4 kilo verbrandingsproduct Exhaust verhouding: (12,4+6,6 ) / 6,6= 2,88 15

16 Schoorsteen NS 5800 (oud) Eerder, verhouding stoom tot verbrandingsproduct was 1: 2,88 Als gevolg van de impuls van de exhauststraal moet de verhouding van exhaustmond tot schoorsteendiameter dezelfde zijn: In: m*v en uit: m*2,88 * V/2, mm te groot, 2,88*97 mm wordt zo 279 mm! 16

17 Meervoudige exhaust (nieuw) Voordelen: Door vergroting van exhaustmond minder tegendruk > groter vermogen Door goede vormgeving van de diffuserschoorsteen > groter vacuum Voorbeelden: Chapelon, Giesl, Porta Na berekening 4 monden van elk 62,5 mm Schoorsteen 2,88 x (2*62,5) = 360 mm 17

18 Effecten op Indicateurdiagram volgens Giesl-Gielingen 18

19 Overzicht wijzigingen 1) Ketel, aantallen pijpen en buizen 2) Korte stoomkanalen > wijzigen cyl.blok en schuifcylinders 3) Schuifslag vergroten > wijzigen schaar excentriek stang, schuifstanggeleider, schuif 4) Exhaustmond > viervoudig na beproeving 5) Schoorsteen > mengkamer, diffuser 19

20 Prestaties Snelheid km/u 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Afstand gereden m HSM ton Klassieke berekening Handboek Spoorwegtechniek 15 bar, 320 oc>420 oc Trein 300 ton 20

21 Indicateur diagram Perform Prof. W. Hall. Modellering van BR testen 21

22 Gewichtsberekening Gewichtsberekening volgens Eckhardt Gewicht totaal Kleine armaturen 600 Componenten Machinistenhuis 1350 Frame (lengte) Voetplaat 845 Asdruk 16,5 ton Leidingen handstangen 1400 Remwerk 2014 Verf 250 Draaistellen 2 stuks Drijfwerk tgv zuigerkracht 6250 Luchtrem delen 1300 Ketel gewicht 7792 Waterbakken (zijkant) 2850 Vuurkist inbegrepen - Kolen en waterbakken 1100 Stalen kist Drijfwielen 3471 Ketelbekleding 641 Koppelwielen 2936 Oververhitter 897 Krukas 600 Oververhitterkast 450 totaal gewicht Rooster 734 Asbak 600 Karskens zegt

23 Details voorgenomen constructie Geheel gelast- staalkwaliteit hoog Frame voorzien van extra zware scheenstukken met zelfinstelling (Franklin) Drijfwielen glijlagers. Draaistel rollagers Wielen, draaistellen cf NS 2100 Slag koppelstang groter ( cylinderdruk) Remwerk op alle assen, drijfwielen 2e blok 23

24 Wielen: Boro foundry UK 24

25 Details voorgenomen uitrusting E-ATB - ATB/NG Ritregistratie Asgenerator tbv stroomvoorziening Temperatuur meting glijlagers 25

26 Toekomstige berekeningen Drijfwerk, verzwaring ivm 15 bar keteldruk Schuifaandrijving, grotere slag en snelheid Krukas, sterkte en balancering (volledig) Gehele balancering tgv 120 km/u Terugstelveerkracht draaistellen Klassieke berekeningen (1935) 26

27 Projekt opzet Voorontwerp> geen bezwaar >financiering > projektorganisatie >bouwlokatie> montage Projekt kader: Promoten techniek als vak Projekt organisatie > ontwerp> berekeningen> tekeningen > uitbesteden> inkoop > planning EN

28 Projektdoel Werkende HSM 814 in