Istoria locomotivei cu abur
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
- Acest articol dezvoltă secţiunea Începutul a articolului principal, Locomotivă cu abur.
Descoperirea şi apoi perfecţionarea motorului cu abur au marcat un moment important în istoria omenirii - începutul revoluţiei industriale, dar şi al istoriei locomotivei cu abur. În locul vagoanelor trase de cai apar trenurile propulsate de locomotive cu abur.
[modifică] Primele locomotive
Necesitatea construirii locomotivei a fost dată de problema transportării minereului din zonele de extracţie. La început s-a utilizat tracţiunea animală. Dar caii de tracţiune aveau putere limitată şi durata vieţii redusă.
Continuând creaţia predecesorilor săi, Denis Papin, Thomas Newcomen, James Watt şi alţii, care au adus o serie de inovaţii maşinii cu abur, inginerul galez Richard Trevithick (1771 - 1833) construieşte, în 1803, prima locomotivă cu abur din lume. Locomotiva, numită Tram Engine, consta dintr-o maşina cu abur de înaltă presiune, transpusă pe roţi cu bandaje netede. Aceasta era destinată circulaţiei pe drumuri, nu pe căi ferate, iar acestei invenţii nu i s-a acordat prea mare atenţie.[1]
În 1804, Matthew Murray din Leeds inventează o locomotivă cu abur care se deplasa pe şine din lemn. Este văzută şi de Richard Trevithick, înainte ca acesta să construiască prima sa locomotivă.[2]
În 1804, Trevithick realizează o a doua locomotivă asemănătoare. Aceasta a remorcat, la 22 februarie 1804, pe traseul Pen-y-darran - Abercynon (15 km) un tonaj de 15 tone-forţă, fiind atinsă viteza maximă de 8 km/h.[3] În 1805, a fost construită, după planurile lui Trevithick, o variantă îmbunatăţită a locomotivei din 1804. Deoarece greutatea ei (peste 8 tone) nu-i permitea să circule pe şinele de atunci care erau din lemn sau fontă, locomotiva avea să fie utilizată ca maşină staţionară.
La 19 iulie 1808, Trevithick prezintă la Londra, pe o linie circulară demonstrativă, amplasata pe un teren împrejmuit (locodrom), locomotiva Catch Me Who Can ("Să mă prindă cine poate"). Aceasta a atins o viteză fabuloasă pentru acea epocă de 20 km/h.
După modelul acestei locomotive şi după planurile lui Matthew Murray, au fost construite locomotivele Salamanca, Prince Regent, Lord Wellington şi Marquis Wellington, care au funcţionat pe prima linie industrială cu tracţiune cu abur, care a fost inaugurată pe 12 august 1812. Deoarece John Blenkinshop, directorul minelor de cărbuni din Middleton (beneficiar al acestei căi ferate), considera în mod greşit că greutatea locomotivei nu este suficientă pentru a asigura aderenţa dintre şină şi roată, acesta a propus introducerea unei roţi dinţate care să se angreneze la o a treia şina de tip cremalieră.
Locomotivele lui Murray şi Blenkinshop, spre deosebire de cele ale lui Trevithick, aveau doi cilindri dispuşi vertical. Aveau o putere de 4 CP şi, remorcând peste 90 tone, puteau atinge 5,6 km/h. Locomotive similare au fost construite pentru minele engleze din Coxlolodge, precum şi pentru minele din Orel (Rusia), Königsgrave (Silezia) şi Geislautern (Saar).
În 1813, englezul William Brunton experimentează la Newbottle, o locomotivă cu abur, denumită Steam-horse ("Calul cu abur") a cărei propulsie era asigurată prin intermediul a două reazeme articulate, care apăsau alternativ pe sol. Un astfel de model a fost utilizat pentru minele engleze din Rainton.
Experienţele efectuate între 1812 şi 1813 au demonstrat că aderenţa simplă din roată şi şină permite remorcarea trenurilor, cu condiţia ca greutatea locomotivei să fie suficient de mare. Astfel, William Hedley, Jonathan Foster şi Timothy Hackworth construiesc un model de locomotive cu simplă aderenţă în trei exemplare. Este vorba de Puffing Billy, care a funcţionat timp de 50 de ani, adică până în 1864. Greutatea unei astfel de locomotive era de 9,2 tf, forţa de tracţiune era de 675 kgf, iar viteza maximă de 10 km/h.
[modifică] Locomotivele cu abur moderne
George Stephenson este considerat inventatorul primei locomotive cu abur, în accepţia actuală, adica destinată numai căilor ferate şi nu altor tipuri de drumuri.
George Stephenson (1781 - 1848) realizează în 1814 locomotiva Blücher cu simplă aderenţă ale cărei prime probe au fost efectuate în acelasi an, la 25 iulie. Locomotiva era asemănătoare celor utilizate de Blenkinshop, însă fără cremalieră. La 27 iulie 1814, Blücher remorchează pe o distanţă de 6 km, un tonaj de 30 tf. La 6 martie 1815, G. Stephenson şi Ralph Dodds (1792 - 1874) pun in circulaţie, pe liniile minei Killingworth, o a doua locomotivă la care transmisia prin angrenaje era înlocuită cu o transmisie prin lanţ. Un an mai târziu, în 1816, G. Stephenson şi William Losch (1770 - 1861) au brevetat o locomotivă al cărei cazan se sprijinea pe resoarte cu abur. Astfel de locomotive au fost utilizate în mai multe mine engleze.
[modifică] Primele linii publice
La 27 septembrie 1825 începe o noua etapă a evoluţiei căilor ferate, o dată cu inaugurarea liniei Stockton - Darlington (nord-estul Angliei). Trenul inaugural al liniei, remorcat de locomotivă Locomotion Nr.1 a fost condus chiar de Stephenson, care a proiectat atât locomotiva, cât şi toate detaliile liniei: poduri, macaze, intersecţii şi a condus personal execuţia acestora. Locomotion Nr.1 avea două osii cuplate prin biele (pentru prima dată se utiliza aceasta soluţie), acţionate printr-un sistem complicat de balansieri. La inaugurare, locomotiva a transportat 450 de călători şi 90 t de marfă, parcurgând traseul Stockton - Brusselton cu o viteză maximă de 19 km/h. În anii care au urmat, traficul de călători şi mărfuri pe linia Stockton - Darlington a fost asigurat atât de tracţiune cu locomotive cât şi de cea cu cai (locomotivele aveau totuşi un randament scăzut).
Alte inovaţii în domeniul locomotivelor cu abur au mai fost aduse de: Timothy Hackworth (1786 - 1850), care, în 1827, a construit modelul Royal George, Lister care a construit, în 1830, locomotiva Midlesbro, Robert Stephenson care marchează un progres prin construcţia locomotivei Lancashire Witch ("vrajitoarea din Lancashire") şi alţii.
[modifică] Concursul de la Rainhill (1829)
Evenimentul care avea să conducă la perfecţionarea locomotivei cu abur a fost concursul de locomotive de la Rainhill (lângă Liverpool), organizat de conducerea companiei feroviare Liverpool - Manchester Railway, 6 - 14 octombrie 1829.[4] Deoarece diferitele comisii tehnice nu se decideau asupra sistemului de tracţiune ce urma să fie adoptat pe linia Liverpool - Manchester, s-a publicat, la 20 aprilie 1829, condiţiile unui concurs de locomotive, dotat cu un premiu de 500 de lire. Condiţiile pe care trebuiau să le îndeplinească locomotivele participante:
- greutatea proprie de maxim 6 tf
- trei osii
- la o viteză 16 km/h trebuia să remorcheze un tonaj de minimum 20 tf
- sa deţină suspensie cu resoarte, două supape de siguranţă şi un timbru al cazanului de 3,5 atmosfere.
Erau admise şi locomotivele cu două osii, dar cu greutatea mai mică de 4,5 tf.
La concurs s-au prezentat cinci locomotive:
- The Rocket, prezentată de George şi Robert Stephenson, împreună cu Henry Booth;
- Novelty, construită de Ericsson şi Braithwaite;
- Sans Pareil, construită de Timothy Hackworth;
- Perseverance, construită de Timothy Burstall
- Cyclopede, un vehicul cu două osii, construit de Brandreth, acţionat prin intermediul unei benzi rulante puse în mişcare de doi cai, care însă nu a fost admis.
Premiul a fost repurtat de locomotiva The Rocket, care, cu un tonaj de 12,75 tf, atinge viteza de 47,4 km/h. Circulând izolată, locomotiva a atins 85 km/h. Având o lungime (inclusiv tenderul) de 6,4 m, diametrul roţilor motoare de 1,42 m şi o putere de peste 20 CP, The Rocket reunea un ansamblu de inovaţii care se regăsesc şi la locomotivele moderne cu abur:
- ecartament normal: 1435 mm;
- utilizarea simplei aderenţe;
- distribuţia aburului prin sertare culisante;
- tiraj forţat, prin evacuarea aburului prin coş;
- cazan multitubular, inspirat din lucrările lui Trevithick, Seguin şi Henry Booth;
- acţionarea directă, de către pistoane, a osiei motoare prin sistemul bielă - manivelă.
[modifică] Inovaţii aduse locomotivelor cu aburi
În deceniul ce a urmat după concursul de la Rainhill (1829), evoluţia locomotivelor cu abur a fost rapidă. Deşi principiile de bază nu se schimbă, locomotivele vor suferi o serie de imbunătăţiri succesive:
- domul de abur, utilizat la colectarea aburului uscat din cazan, înainte de admisia acestuia în cilindri, introdus în 1830 pe locomotivele Northunbrian, Planet, construite de Robert Stephenson şi Le Globe, construită de Timothy Hackworth.
- fluierul de semnal (cu aburi), introdus în 1833 de George Stephenson pe una din locomotivele de tip Samson
- mecanismul de distribuţie, inventat în 1842 de William Howe
- injectorul automat cu abur, inventat de Henri Giffard (1825 - 1882), care avea rolul de a antrena apa din tender în cazan, cât şi preîncălzirea acesteia
- motorul cu abur cu dublă expansiune, brevetat la 13 iulie 1781 de englezul Jonathan Hornblower (1735 - 1815) , perfecţionat de Arthur Woolf în 1803 şi adaptat la locomotivă de către inginerul francez, de origine elveţiană, Anatole Mallet (1837 - 1919).
- sistemul compound; prima locomotivă compound a fost construită în 1876, după proiectele lui Mallet.
- supraîncălzirea aburului: una dintre cele mai importante imbunătăţiri aduse locomotivei de-a lungul evoluţiei sale. Continuând încercările realizate de mai mulţi inaintaşi, germanul Wilhelm Schmidt realizează, în 1897, primul supraîncălzitor efiace.
- cilindrul de frână, alimentat cu aburi, care să acţioneze asupra roţilor prin saboţi, introdus de Stephenson în 1833. Ulterior acesta este înlocuit de sistemul de frânare cu aer comprimat, inventat de George Westinghouse în 1869.
[modifică] Extinderea construcţiei de locomotive
La 15 septembrie 1830, s-a inaugurat linia Liverpool - Manchester, prima cale ferată în adevăratul sens al cuvântului. Pentru aceasta linie, Robert Stephenson realizează tipurile de locomotive Planet, Samson şi Patentee. Dacă primele două modele aveau doar două osii motoare, la Patentee s-a adăugat şi o a treia, purtătoare, şi aceasta pentru a reduce solicitarea asupra şinei (care de multe ori se rupea datorită greutăţii locomotivelor). Acest tip de locomotivă a avut o largă răspândire în Anglia, unde a fost utilizat la remorcarea trenurilor exprese, până în 1894.
Succesul obţinut de linia Liverpool - Manchester a impulsionat construirea unor noi linii engleze, cât şi răspândirea noului sistem de transport cu tracţiune cu abur în America de Nord, în Europa şi în celelalte continente.
După proiectele inginerului Daniel Gooch (1816 - 1889), a fost realizată o locomotivă pentru compania Great Western Railway, care, la 11 iulie 1846, a atins viteza record de 108 km/h. Acest record a fost depăşit pe 9 mai 1904, de modelul City of Truro al aceleiaşi companii feroviare, locomotivă care a atins 160 km/h.
În paralel cu extinderea reţelei de căi ferate engleze, s-au perfecţionat şi locomotivele cu abur, un rol important având inginerii Robert Stephenson, Timothy Hackworth, Edward Bury, George Forrester, Daniel Gooch, Alexander Allan, Karl Beyer şi alţii.
În 1827, s-a construit, de către Timothy Hackworth, prima locomotivă cu trei osii cuplate. Pe baza acestui model, după îmbunătăţirile lui Robert Stephenson, s-au construit modelele Atlas (linia Leicester - Swannington) şi Mammouth (Paris - Orléans).
[modifică] Primele fabrici de locomotive din Europa
- Robert Stephenson & Company, prima fabrică de locomotive din lume, înfiinţată, în 1823 la New-Castle upon Tyne, de către George Stephenson, fiul său Robert, Edward Pease şi Michael Longridge. Primele comenzi primite, în 1824, au fost din partea minelor Hetton şi a companiei feroviare Stockton & Darlington Railway. Această firmă a avut un rol esenţial în extinderea transportului feroviar. Locomotivele produse aici au fost primele utilizate în Franţa (1828), SUA (1829), Belgia şi Germania (1835), Austria şi Canada (1837), Australia şi Norvegia (1854), Egipt şi Turcia (1860). Una dintre locomotivele celebre construite aici a fost John Bull, care în 1831 intră în serviciul liniei americane New York - Philadelphia. La acestă locomotivă este introdus, pentru prima dată, în partea din faţă, grătarul de protecţie (inventat de Isaac Dripp), cu rolul de a îndepărta eventualele obstacole.
- Edward Bury & Co, înfiinţată în 1830 la Liverpool, de către Edward Bury. Locomotivele aveau şasiul exterior, constituit din două grinzi longitudinale (longeroane).
- Sharp, Roberts & Co, fondată la Manchester în [1833]]. Ulterior, după numeroase fuziuni, s-a numit North British Locomotive Co. În 1835, firma a realizat o locomotivă care, pe traseul Liverpool - Manchester, a atins viteza record de 101,6 km/h. Pentru prima dată se depaşea 100 km/h.
- Tayleur & Co, înfiinţată în 1832, la Newton, de către Robert Stephenson şi Charles Tayleur. Din 1847 firma devine Vulcan Foundry. Locomotivele construite de aceasta firmă au inaugurat la 16 aprilie 1853 prima linie de cale ferată a continentului asiatic, pe traseul Bombay - Thana (India), iar la 12 iunie 1872 prima linie japoneză Tokyo (Shimbashi) - Yokohama.
- primele fabrici germane de locomotive au fost înfiinţate de August Borsig în 1841 la Berlin şi München, apoi, în anii următori, în multe alte oraşe germane. Prima locomotivă Borsig a fost livrată pe 24 iulie 1841 pentru linia Berlin - Anhaltische Eisenbahn.
- prima fabrică de locomotive franceze a fost fondată, la Perrache (Lyon) de fraţii Séguin (Marc, Camille, Paul şi Charles), nepoţii celebrilor ingineri Joseph si Étienne Montgolfier. Aceştia au construit în 1829, prima locomotivă franceză.
- prima locomotivă austriacă a fost construită sub conducerea inginerului englez John Baillie, în 1840, în cadrul atelierului societăţii Nordbahn.
[modifică] Concursul de la Semmering (1851)
Prima linie de cale ferată montană europeană cu un traseu dificil a fost o porţiune a magistralei Gloggnitz - Trieste, şi anume Gloggnitz - Mürzzuschlag (Austria), care traversa Munţii Alpi, porţiune denumită şi Semmeringbahn.
După lucrări foarte dificile, Semmeringbahn a fost inaugurată la 15 mai 1854 pentru traficul de marfă şi două zile mai târziu pentru cel de călători. Se impunea găsirea unei locomotive care să satisfacă un traseu atât de dificil: curbe cu raze de numai 190 m şi declivităţi ce ajungeau la 25 ‰. În acest scop, s-au publicat în martie 1850 condiţiile unui concurs, dotat cu un premiu de 20.000 de ducaţi. Locomotivele participante trebuiau să remorcheze, în condiţiile unui astfel de traseu montan, cu o viteză de 11,38 km/h, un tonaj de 140 tf.
La 31 iulie 1851 s-au prezentat la concurs, în staţia Payerbach, 4 locomotive:
| Locomotiva | Constructor | Tip constructiv | Nr. cilindri | Diametrul cilindrilor | Cursa pistonului | Timbrul cazanului | Diametrul roţilor motoare | Greutatea locomotivei | Suprafaţa totală de încălzire (m2 ) | Suprafaţa grătarului (m2 ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bavaria | Maffei-München | D | 2 | 508 mm | 764 mm | 8,5 at | 1.067 mm | 73 t (inclusiv tenderul) | 175 | 2,3 |
| Seraing | John Cockerill | B-B | 4 | 422 mm | 712 mm | 7,2 at | 1.079 mm | 56 t (fără tender) | 188 | 2,2 |
| Wiener-Neustadt | Wenzel Günther | B-B-t | 4 | 330 mm | 632 mm | 8,5 at | 1.106 mm | 64,2 t | 183,6 | 1,7 |
| Vindobona | John Haswell | D | 2 | 448 mm | 579 mm | 8,5 at | 948 mm | 47,15 t (fără tender) | 176,2 | 1,59 |
Concursul a avut loc între 13 august şi 1 septembrie 1851. Performanţele atinse de locomotive:
| Locomotiva | Tonajul remorcat | Viteza maximă |
|---|---|---|
| Bavaria | 147,84 tf | 18,51 km/h |
| Seraing | 141,29 tf | 14,26 km/h |
| Wiener-Neustadt | 140 tf | 11,38 km/h |
| Vindobona | 140 tf | 11,38 km/h |
Premiul a revenit locomotivei Bavaria.
Concursul de la Semmering, la fel de celebru ca şi cel organizat, în 1829, la Rainhill (Anglia), a marcat o nouă etapa în evoluţia locomotivelor cu aburi. Acesta a determinat construirea primelor locomotive articulate şi de forţă pentru trasee montane dificile.
[modifică] Primele locomotive americane
Colonelul John Stevens este considerat părintele căilor ferate americane. În 1826, acesta a dovedit posibilitatea realizării unei locomotive cu abur care să fie şi eficace, utilizând o cale ferata circulară construită chiar pe proprietatea sa din Hoboken, New Jersey. A reuşit acest lucru înainte cu trei ani ca Stephenson să facă acelaşi lucru în cadrul concursului de la Rainhill. Primele locomotive utilizate în SUA au fost achiziţionate din Anglia, fiind furnizate de firmele Foster, Rastrick & Co sau Robert Stephenson & Co începând cu anul 1829. Astfel, prima astfel de locomotivă a fost Stourbridge Lion, introdusă la firma Delaware & Hudson. Fiind prea grea pentru calea de rulare (de două ori mai grea decât promiseseră constructorii englezi), este folosită ulterior ca motor staţionar.
Câteva locomotive celebre americane:
- Tom Thumb ("Tom Degeţelul"), prima locomotivă de construcţie americană, realizată în 1830 de Peter Cooper, în New York, pentru linia Baltimore - Elicott's Mill. Cântarea mai puţin de o tonă, iar ca putere nu depăşea 1 CP şi a fost testată pe 28 august 1830 când a atins viteza maximă de 29 km/h.
- John Bull. În 1831, Robert Stevens, fiul colonelului John Stevens, merge în Anglia şi se întoarce (pe calea apei) cu locomotiva dezasamblată John Bull pentru firma Camden & Amboy Railroad în New Jersey. Mecanicul Isaac Dripps, deşi nu văzuse niciodată o locomotivă, reuşeşte să o reasambleze. Este prima locomotiva echipată cu clopot, lumină frontală şi grătar de protecţie. Rămâne în serviciu până în 1866
- York, câştigătoare a concursului organizat de compania Baltimore & Ohio Railroad, care dorea o locomotivă corespunzătoare pentru linia Baltimore - Ohio.
- Atlantic, în serviciul lui Baltimore & Ohio, în septembrie 1832, a remorcat un tonaj de 50 t atingând o viteză maximă de 64,4 km/h. Acest model de locomotivă a remorcat, la 24 august 1835, în prezenţa preşedintelui SUA, Andrew Jackson, primul tren care a intrat în gara oraşului Washington.
- The Best Friend of Charleston, construită la West Point Foundery din New York pentru Charlston & Hamburg Railroad. Este prima locomotivă cu aburi construită complet în America şi care intră într-un serviciu de transport regulat de pasageri. Funcţionează eficace din 25 decembrie 1830 până în 1831, când, datorită unei neglijenţe în exploatare, cazanul îi explodează.
- De Witt Clinton, de 3,5 tone, construită în 1831 în atelierele West Point din New York. Aceasta tractează 5 vagoane cu 48 km/h între Albany şi Schenectady, în serviciul companiei Mohawk & Hudson Railway. Funcţionează doi ani după care este retrasă.
- The Experiment, construită de John B. Jervis în 1832, atinge o viteză de 97 km/h.
- George Washington şi Washington County Farmer, construite de William Norris în 1836 şi cunoscute prin performanţe pe linii cu rampe mari.
- Philadelphia, construită tot de Norris, începând cu 1837 şi care a servit ca model pentru locomotivele ce deserveau liniile ferate din multe ţări europene.
- The General, construită în 1855 de către Schenectady Locomotive Works, remarcată în timpul războiului de secesiune.
- South Carolina (construită in 1831), prima locomotiva cu opt roţi.
- American No. 1 (1832) a fost prima locomotivă de tip 4-4-0. Capabilă să atingă o viteză de 60 mile/h, proiectată de John B. Jervis, inginer-şef al Mohawk & Hudson.
[modifică] Primele locomotive canadiene
În 1853 s-a infiinţat la Toronto prima fabrică canadiană de locomotive
[modifică] Cele mai puternice locomotive cu aburi
Cele mai mari şi mai puternice locomotive cu abur au fost construite în SUA şi au atins apogeul prin modelele articulate, de tip Mallet. Cele mai celebre, adevăraţi "monştri sacri ai tracţiunii cu abur", aveau dimensiuni neobişnuit de mari şi dezvoltau puteri de până la 10.000 CP:
- Triplex avea o greutate de 384 t, iar, la o viteză de 22 km/h, dezvolta o forţă de tracţiune de 59 tf.
- Double-Décapod, la o greutate de 311 t (fără tender), avea o forţă de tracţiune de 80 tf.
- Big-Boy: cea mai puternică locomotivă cu aburi construită vreodată. Lungimea locomotivei (împreuna cu tenderul) era de 40 m, greutatea ei era 351 tf, diametrul roţilor motoare depăşea 1,7 m. Locomotiva putea atinge 128 km/h.
[modifică] Locomotivele cu abur în Romania
[modifică] Viitorul locomotivei cu abur
Randamentul motorului locomotivelor cu abur nu depăşeşte 15 %, ajungând ca la cârligul de tracţiune să aibă valoarea de sub 6 %. Datorită randamentului foarte scăzut, tracţiunea cu abur a fost înlocuită treptat cu tracţiunea diesel şi cea electrică.
La începutul deceniului opt al secolului al XX-lea, locomotivele cu abur reprezentau doar 14 % din totalitatea sistemelor de tracţiune feroviară. Astfel, conform buletinului Who's who din 1981, editat de Uniunea Internaţională a Căilor Ferate, în acel an cele mai multe locomotive cu abur erau utilizate în India, Africa de Sud, Turcia, Pakistan, Bangladesh.
[modifică] Note
- ^ About.com
- ^ Time line of Railway History
- ^ Mary Bellis, Outline of Railroad History
- ^ Rainhill.org
[modifică] Bibliografie
- Popescu, Ilie - Căi ferate - transporturi clasice şi moderne, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti, 1987.
- Ahrons, E. L. - The British Steam Railway Locomotive 1825 - 1925, The Locomotive Publishing Company Limited, London, 1927.