Ferrocarril de Pensilvania clase S2

La locomotora de la clase S2 del Ferrocarril de Pensilvania fue un prototipo experimental único de locomotora de turbina de vapor, diseñado y construido en colaboración por Baldwin Locomotive Works y Westinghouse Electric & Manufacturing Company , con el objetivo de prolongar el dominio de la locomotora de vapor adaptando tecnología ampliamente aceptada en la industria naval. Se construyó una, la número 6200, que se entregó en septiembre de 1944. La S2 fue el único ejemplo de la configuración de ruedas 6-8-6 en la notación Whyte , con un bogie delantero de seis ruedas que mantenía la locomotora estable a alta velocidad, ocho ruedas motrices acopladas y un bogie trasero de seis ruedas que soportaba la gran caja de fuego . La S2 utilizaba una turbina de vapor de transmisión directa suministrada por Westinghouse Electric & Manufacturing Company , engranada al par de ejes centrales, con los dos ejes exteriores conectados por bielas laterales ; la relación de transmisión fija era de 18,5:1. Dicho diseño buscaba prevenir la pérdida de energía, y la S2 alcanzó una eficiencia mecánica del 97%, lo que significa que solo se perdió el 3% de la energía del vapor en el sistema de propulsión. La desventaja de una turbina de vapor de accionamiento directo era que no podía operar a velocidades óptimas en todo el rango de velocidad de la locomotora. La S2 fue la locomotora de turbina de accionamiento directo más grande, pesada y rápida jamás construida.

La locomotora iba a ser una 4-8-4 , pero las restricciones de guerra sobre las aleaciones de acero ligero aumentaron el peso hasta que se necesitaron bogies delanteros y traseros de seis ruedas; su construcción también se retrasó por la Segunda Guerra Mundial . La construcción de la locomotora tuvo lugar en la planta de Baldwin en Eddystone. Se instalaron dos turbinas, una para el avance y otra más pequeña para la marcha atrás a velocidades de hasta 35 km/h (22 mph ) . Vapor sobrecalentado a un caudal de aproximadamente 907 kg/hora se dirigía a las palas de la turbina a través de cuatro boquillas; miles de palas de turbina transmitían la energía del vapor al engranaje de transmisión. La velocidad máxima de rotación de la turbina de avance es de 9000 rpm, desarrollando 6900 hp; la turbina de marcha atrás genera 1500 hp a 8300 rpm. Un sistema de monitorización aseguraba que la turbina de avance solo pudiera arrancar cuando la turbina de marcha atrás estuviera apagada. El peso del equipo de propulsión era de 39 000 libras, o 5,65 libras/hp. Se instaló una caldera grande con hogar Belpaire y cámara de combustión larga . Se instaló un sistema de lubricación automática, conectado a la caja de transmisión, donde las ruedas motrices estaban sumergidas en un depósito de lubricante lleno de aceite lubricante. El lubricante circula por todos los puntos de lubricación, incluidos los cojinetes de rodillos en todos los ejes, a través de tuberías filtradas con la ayuda de dos bombas de vapor. Se instaló un calentador de agua de alimentación tipo Worthington para aumentar la eficiencia. Se instalaron dos bombas de aire para el frenado del tren debajo de las plataformas junto a la parte frontal de la caja de humos, y un gran conjunto de radiadores en la parte delantera enfriaba el aire comprimido.      

El escape de la turbina se canalizaba a través de un conjunto de cuatro boquillas en la caja de humos , proporcionando una corriente uniforme para el fuego y saliendo a través de una chimenea cuádruple única. La S2 no tenía deflector de humo cuando fue entregada de Baldwin a PRR en septiembre de 1944, pero, poco después de comenzar su servicio, PRR descubrió que la locomotora expulsaba mucho humo a baja velocidad durante la operación. Entonces, se adquirió un par de pequeños deflectores de humo y se colocó una delgada placa metálica semicircular para elevar el humo a unos pocos pies detrás de la chimenea. Aparentemente, estos no fueron suficientes, por lo que un par mucho más grande que se parecen a las "orejas de elefante" utilizadas en la clase S1b 4-8-4 Niagara de New York Central y la FEF-3 4-8-4 de Union Pacific se agregó en Altoona Works en diciembre de 1946. El uso de un deflector de humo nunca fue una tradición del Ferrocarril de Pensilvania . Antes de la S2 n.° 6200, solo hubo tres locomotoras K4 con deflectores de humo instalados entre 1939 y 1941, con fines experimentales: las PRR n.° 5038, n.° 3876 y n.° 3878. Todos sus deflectores de humo fueron retirados después de la guerra, por lo que la locomotora de turbina de vapor n.° 6200 fue la única locomotora de Pennsy con enormes "orejas de elefante" después de la guerra.

El ténder de la PRR S2 n.° 6200 fue fabricado originalmente para una locomotora de la clase L1s con la designación 180-F-82. Posteriormente, se le asignó la designación 180-P-75 para la locomotora de la clase K4s n.° 3768; el ténder fue reconstruido y recibió la designación 180-P-85 para su uso en la S2 6200. Este gran ténder de 16 ruedas era similar al utilizado en otras grandes locomotoras de pasajeros de la PRR, las T1 y S1 . Para reducir la carga de trabajo de la tripulación, se instaló en la locomotora un "Sistema de Control de Presión de Fluidos" ( patente estadounidense 2,515,962 ) diseñado por el ingeniero de Westinghouse, Harry C. May. Este sistema controlaba el arranque, la marcha, la inversión de marcha, la potencia de salida y la velocidad, y limitaba la velocidad en ambos sentidos de operación, todo ello mediante una única palanca de control instalada frente al asiento del maquinista.

La locomotora demostró ser potente y capaz, con reservas de potencia a alta velocidad y un consumo de combustible razonable. La transmisión por turbina era suave con la vía y permitía mayor potencia en el riel. Durante una prueba oficial organizada por la PRR el 30 de marzo de 1945, la S2 n.° 6200, remolcando un vagón dinamómetro, pudo arrastrar un tren de 17 vagones a lo largo de 48 kilómetros (vía llana) a una velocidad de 180 km/h (110 mph ) entre Fort Wayne y Chicago. El maquinista Flaya Cartwright y el fogonero M.E. Brown fueron asignados a esta prueba oficial. E.S. Cox, un maquinista británico, viajó una vez en la cabina y reportó que "se mantuvo y superó la velocidad de 160 km/h (100 mph) durante 12 minutos consecutivos". Si bien era económica a alta velocidad, la locomotora era muy poco económica a velocidades más bajas. La turbina consumía menos vapor que las locomotoras convencionales por encima de los 48 km/h (30 mph ) , pero por debajo de esa velocidad, la locomotora consumía demasiado vapor y combustible. La caldera funcionaba normalmente a 310 psi (2,1 MPa) , pero a baja velocidad la presión podía descender hasta 85 psi (0,59 MPa) . El mayor consumo de combustible a bajas velocidades provocaba que la cámara de combustión se calentara más, lo que en ocasiones causaba la rotura de los pernos de sujeción.        

Los problemas de la locomotora, el rápido declive del número de pasajeros de la PRR desde 1947 y las ventajas de la emergente locomotora diésel aseguraron que la #6200 nunca se duplicaría, pero la S2 aún participó en la Feria Ferroviaria de Chicago de 1948 con una locomotora de vapor dúplex T1 4-4-4-4. ^{[ 1 ]} En agosto de 1949, la locomotora sufrió graves daños en la turbina. Dado que los costos de mantenimiento aumentaron constantemente, la S2 finalmente se almacenó en Crestline y Altoona . En 1952, finalmente se retiró y fue desguazada al año siguiente.

El diseño es el único ejemplo conocido de la disposición de ruedas 6-8-6. ^{[ 2 ]}

Según la notación de Whyte para la clasificación de locomotoras de vapor por disposición de ruedas , 6-8-6 representa la disposición de seis ruedas delanteras sin motor, ocho ruedas motrices acopladas y seis ruedas traseras sin motor .

Otras clasificaciones equivalentes son:

• Clasificación UIC : 3D3 (también conocida como clasificación alemana y clasificación italiana )
• Clasificación francesa : 343
• Clasificación turca : 410
• Clasificación suiza : 4/10.

La S2 fue asignada a la División de Fort Wayne y tenía su base en el depósito de locomotoras de Crestline. Transportó varios trenes de pasajeros de gran prestigio que cubrían el corredor Nueva York-Chicago, como The Broadway Limited , The Liberty Limited , The Trail Blazer , The General , The Manhattan Limited y The Golden Arrow, en la ruta entre Chicago y Crestline, Ohio (283 millas/446  km). La S2 también transportó trenes de tropas y se la vio remolcando trenes de carga expresos. La PRR S2 n.° 6200, como prototipo experimental de una locomotora de turbina de vapor de transmisión directa, recorrió un total de 103 000 millas antes de ser retirada definitivamente del servicio en agosto de 1949 y pronto sería desguazada. La 6200 fue finalmente desguazada en Conway, Pensilvania.

La compañía de trenes en miniatura Lionel fabricó varios modelos de la S2. Los primeros, el 671 y el 2020, se lanzaron en 1946 y se descontinuaron en 1949. La primera producción de la turbina 681 fue en 1950 y 1951. Era similar a los dos modelos de turbina originales, pero el 681 tenía la característica Magne-Traction de Lionel que hacía magnéticas las ruedas. En 1952, la Guerra de Corea causó escasez de material magnético, por lo que el 671 se reeditó como el 671rr (reedición del 671). El 681 regresó al año siguiente. En 1954 y 1955, se lanzó otra turbina, numerada 682. El 682 era básicamente un 681 pero con mecanismo de válvulas en las ruedas y una franja blanca pintada en ambos lados.

• Turbomotriz LMS
• Locomotoras Ljungström

• Rolf Ostendorf (1971), Dampfturbinen-Lokomotiven: Die Entwicklungsgeschichte einer vergangenen Dampflokomotiv-Sonderbauart (en alemán), Stuttgart: Franckh'sche Verlagshandlung, págs . 59-61 
• Rolf Ostendorf (1978), Ungewöhnliche Dampflokomotiven von 1803 bis heute: Ein Spiegelbild spezieller Konstruktionen (en alemán) (2ª  ed.), Stuttgart: Motorbuch Verlag, p.  246, ISBN 3-87943-406-9
• Raimar Lehmann (1987), Dampflok-Sonderbauarten (en alemán) (segunda  edición sin cambios), Berlín: VEB Verlag Technik, p.  152, ISBN 3-341-00336-3
• George H. Drury (1993), Guía de locomotoras de vapor norteamericanas (en alemán) (1.ª  ed.), Waukesha, WI: Kalmbach Publishing Co., pág. 394 , ISBN  0-89024-206-2
• "La máquina de turbina de Pensilvania", Trenes (en alemán), Editorial Kalmbach, págs. 14-15 , enero de 1945, ISSN 0041-0934  
• "Engranajes de transmisión para locomotoras de turbina", Trenes (en alemán), Editorial Kalmbach, págs. 26-29 , junio de 1945, ISSN 0041-0934  
• Charles Kerr Jr. (junio de 1947), "La turbina de vapor: la nueva esperanza del carbón", Trenes (en alemán), Kalmbach Publishing Co., págs. 15-18 , ISSN 0041-0934  
• Staufer, Alvin F.; Pennypacker, Bert (1962). Pennsy Power: Locomotoras de vapor y eléctricas del ferrocarril de Pensilvania, 1900-1957 . Investigación de Martin Flattley. Carrollton, Ohio: Alvin F. Staufer. OCLC 8029613 . 

• Las máquinas de vapor dúplex y experimentales del PRR
• Turbina de vapor S2 del ferrocarril de Pensilvania
• "Potencia moderna para los trenes de hoy" - Un folleto promocional publicado por la PRR en 1949 que muestra la última tecnología de tracción de la compañía ferroviaria. Archivado el 14 de diciembre de 2017 en Wayback Machine.
• Revista "The Keystone" - Otoño de 2012, Volumen 45 - Número 3 - La turbina S2 686
• Turbina de vapor S2 6-8-6 (2014, en ruso). Archivada el 11 de enero de 2018 en Wayback Machine.
• Dibujos de patentes del Ferrocarril de Pensilvania (20 de enero de 2012, revista Classic Trains ). Archivado el 15 de agosto de 2020 en Wayback Machine .
• "Presentación de una línea de locomotoras de vapor modernas que funcionan con carbón, diciembre de 1944" - Un folleto promocional publicado por la PRR en 1949 que muestra las últimas locomotoras de vapor de la compañía ferroviaria. Archivado el 14 de diciembre de 2017 en Wayback Machine.
• Douglas Self (29 de octubre de 2004). "La locomotora de turbina de Pensilvania" . Locomotoras inusuales .