5AT先進技術蒸気機関車
5AT
5AT機関車の最終形態を示す図。
種類と起源
動力源蒸気
設計者デビッド・ウォーデール
仕様
構成：​
 • ホワイト4-6-0
ゲージ4フィート 8＋1/2インチ(1,435 mm)
リーディング径3フィート0インチ (0.914メートル)
ドライバー径6フィート2インチ (1.880 m)
車軸荷重20トン
接着重量60トン
機関車重量80英トン 0 cwt (179,200ポンドまたは81.3トン)
総重量160ロングトン0cwt (358,400ポンドまたは162.6トン)
燃料の種類軽油または石炭
燃料容量7ロングトン0cwt (15,700ポンドまたは7.1トン)
水キャップ10,000英ガロン（45,000リットル、12,000米ガロン）
ボイラー305psi  (  2.10MPa )
シリンダー2個
シリンダーサイズ450mm × 800mm (17.72インチ × 31.5インチ)
機関車ブレーキ空気ブレーキ
列車ブレーキ空気ブレーキ
性能数値
最高速度時速113マイル（設計最高速度 時速125マイル）
牽引力32,688  lbf (145.40  kN )
adh係数約4

5AT型先進技術蒸気機関車は、イギリスの技術者デビッド・ウォーデールによって考案された概念設計であり、[ 1 ] 1998年に出版された現代の蒸気機関車に関する決定的な著作『赤い悪魔と蒸気時代のその他の物語』で初めて説明されました。 [ 2 ]

ウォーデールが「スーパークラス5 4-6-0」設計コンセプト（当時彼がそう呼んでいた）を提案した目的は、商業鉄道の速度と密度が増加するにつれて、伝統的な牽引力の使用が段階的に廃止される可能性のある英国の主要路線で、蒸気機関車牽引の列車の将来を示すことであった。[ 3 ]

プロジェクトの作業は、プロジェクトの実現可能性調査の完了と、その後の機関車の詳細設計と建設を完了するために必要な資金調達の失敗を受けて、2012年3月に中断されました。[ 4 ]

提案

ウォーデールの提案は、以下の条件を満たす機関車でした。

  • 1951年以来、英国の本線で運行されているBR 5MTクラス4-6-0機関車のサイズと重量に準拠することで、英国鉄道当局に受け入れられるものである
  • ボトルネックを生じさせることなく蒸気機関車によるチャーター列車を現代の高速鉄道システムに統合するために必要なレベルのパフォーマンスを提供する。
  • 従来の蒸気機関車に比べて信頼性がはるかに高く、運用コストもはるかに低くなります。

1998年4月号のSteam Railwayには、Wardaleによる「Whither Steam Now?」という記事が掲載されました。[ 5 ]記事には、「5GTと呼ばれるクラス5の4-6-0形式の機関車は、どのBritish Pacificよりも性能が優れている」という記述が含まれていました。

2001年2月号のThe Railway Magazineでは5GTと表記されていたが[ 6 ]、 5ATという名称が初めて登場したのは2001年6月のAlan FozardからSteam Railwayの編集者に宛てた手紙の中でで[ 7 ] 、これは5ATプロジェクトの結成と一致していた。[ 8 ]

5AT の最終的な概念形態は、大きさと重量が BR 5MT とほぼ同じままで、車軸間隔を共有し、4 トン重いだけで、軸荷重は各動車軸で 20 トン、各ボギー車軸で 10 トンでした。5MT との大きさの相違点は、大量の燃料と水を積載して運行範囲を拡張できるよう大幅に拡大された炭水車でした。このような大型の炭水車には、欧州鉄道交通管理システムなどの高度な信号システムの機関車搭載部品を積載するスペースも提供されました。5AT の 4 軸炭水車は総重量が 80 トンで、燃料 (軽油) 容量が 7 トン、水容量が 46 トン (10,000 英ガロン) になる予定でした。

外形図

5AT機関車 外形図
5AT機関車 外形図

5ATプロジェクト

5ATプロジェクトは、ウォーデールの5AT機関車コンセプトを商業化し、実現することを目的として2001年に設立されました。このプロジェクトは、専門のエンジニア、科学者、ビジネスマンからなる小規模なチームによって主導され、その共通の目的は、近い将来に蒸気機関車が幹線鉄道の運行を継続できるようにすることでした

設計計算

プロジェクトチームが最初に取り組んだ仕事は、David Wardaleに機関車の基本設計計算を依頼することでした。これらの計算の目的は、詳細な計算を通じて、概念設計が技術的に実現可能であり、Wardaleが行った性能予測（下記参照）を満たすことを確認することでした。同時に、プロジェクトのウェブサイト[ 8 ]が開設されました

ウォーデールは、ほぼ2年半にわたる継続的な作業を経て、2004年末に機関車の基本設計計算を完了しました。この作業は、以下の26のセクションに分かれた6100行の計算で構成されています。

  • セクション1.1 - 一般的な計算 - 目標出力と牽引力-速度特性の決定[ 9 ]
  • 第1.2節 一般的な計算 目標荷重-速度-勾配曲線の決定[ 10 ]
  • セクション1.3 - 一般的な計算 - 予備的な基本計算[ 11 ]
  • セクション1.4 - 一般的な計算 - 牽引力図[ 12 ]
  • セクション 2.1 - ピストン、リングロッド、テールロッド。
  • セクション 2.2 - クロスヘッドとスライドバー。
  • セクション2.3 - コネクティングロッド;
  • セクション3 - クランクピン、連結ロッド、駆動車軸および連結車軸、ならびにクランクピンおよび車軸ローラーベアリング。
  • 第4項 ピストンバルブ、バルブリング、バルブスピンドル及びパッキン
  • セクション5-バルブギア;
  • セクション6 - シリンダーおよびシリンダーライナー。
  • セクション7 - バルブライナー冷却蒸気の計算。
  • セクション8 - ホイールのバランス調整。
  • 第9節 給水加熱；
  • 第10節 燃焼空気加熱
  • セクション11.1 - ボイラーの強度;
  • セクション11.2 - ボイラー燃焼システム;
  • セクション 11.3 - 燃焼ガス + 蒸気の流れと熱伝達;
  • セクション12 - 排気システム;
  • 第13条 スプリング索具
  • セクション14 - メインフレーム。
  • セクション15 - ブレーキ;
  • セクション 16 - 先頭台車 + エンジンの安定性。
  • 第17条 - 専用機器の仕様
  • セクション 18 - パフォーマンス予測 (他の計算の出力を組み込んだセクション 1 の検証)。
  • セクション1.3F - 一般計算 - 予備基本計算（最終版）[ 13 ]

事業計画

基本設計計算の完了以来、5ATプロジェクトチームは、プロジェクトへの投資を誘致するための事業計画の策定に注力してきました。試作機関車の設計と鉄道認可取得には高額な開発費がかかると予想され、観光列車や「クルーズ」列車での使用から期待できる収益は限られていたため、これは困難な作業であることが判明しました。機関車の製造費用は、初期開発費を「帳消し」にした場合にのみ正当化できるという結論に達しました

研究

プロジェクトチームは、5ATの高効率性と低メンテナンス性というコンセプトに基づいた代替設計の開発可能性についても広範な調査を行いました。特に、インドネシアなどの発展途上国における石炭輸送のための（石炭火力）蒸気牽引の可能性に焦点を当てました。 その運用コストは、ディーゼルや電気牽引よりも大幅に低いと推定されていました

5AT機関車の性能

予測

5AT機関車の予測性能は以下のようにまとめられます。[ 14 ]

  • 最大連続運転速度 180 km/h/113 mph (最大設計速度 200 km/h/125 mph)。
  • 最大牽引力は時速 113 km/h (70 mph) で 1,890 kW/2,535 hp。
  • パワーウェイトレシオは 1 トンあたり 12 kW (ドローバー時)。
  • 最大ドローバー熱効率11.8% (図示効率 14%)。
  • 「平均条件」下での燃料補給間の走行距離は 925 km (575 マイル)、給水間の走行距離は 610 km (380 マイル)。
  • 最大動作速度および出力で、燃料補給間の動作範囲は 552 km (343 マイル)、水補給間の動作範囲は 367 km (228 マイル) です。

技術の進歩

上記の性能予測は、主にL.D.ポルタ工科大学によって開発されたいくつかの技術的進歩に基づいており、それらはすべて実戦で実証されており、そのほとんどはウォーデールのSARクラス26「レッドデビル」において実証されており、ウォーデールのこのテーマに関する著書[ 15 ]にも記載されています。これらの進歩は以下のように要約されます。

  • 高圧ボイラー圧力: 2,100 kPa (305 psi);
  • 高過熱温度：450℃
  • シリンダーの背圧を最小限に抑えるLempor排気システム。
  • 給水予熱
  • 燃焼空気予熱
  • 大型の流線型の蒸気管、通路、蒸気室
  • シリンダー内外への蒸気の自由な流れを促進する大型バルブとバルブ ポート。
  • ピストンの質量と蒸気の漏れを最小限に抑えるための長いピストンストローク。
  • 蒸気漏れを減らすためにディーゼル品質のリングを取り付けたピストンとバルブ。
  • 全体的に厳しい公差（現代のディーゼル基準に相当）
  • 超高品質の断熱材を恒久的に固定し、熱損失を最小限に抑えます。
  • ホイールのスリップを制御するエアサンディングシステムと強化接着ホイールリムプロファイル。
  • すべての車輪にクランプブレーキを装備し、ブレーキ性能を向上させて停止距離を短縮します。
  • 慣性力を最小限に抑え、バランス要件（およびトラック上のハンマー打撃）を最小限に抑えるための超軽量モーション（ロッド、ピストン、ピストンバルブ）。

設計上の特徴

さらに、この機関車には、メンテナンスの必要性を最小限に抑え、信頼性を高める以下の機能が組み込まれていました

  • CAD/CAM を使用してコンポーネント設計を改善し、厳しい公差と正確なフィットアップを保証します。
  • すべての重要なコンポーネントの有限要素応力解析により、重要なコンポーネントの応力レベルを正確に判定します。
  • より優れた材料 - ベアリング、潤滑剤、摩耗部品、断熱材など。
  • 可能な限りボルトとリベットを溶接接続に置き換え、部品が緩む可能性を排除します。
  • 可動部品の数を最小限に抑えるシンプルな 2 シリンダー設計。
  • アクセスできない部品はありません。
  • 適切な場合はAARルールを使用します。アメリカ鉄道協会（AAR）のルールは、一般的に経験的手法を使用する必要がある場合に最も堅牢な設計ルールです
  • すべての車軸、クランクピン、モーションおよびバルブ ギアにローラー ベアリングが装備されており、摩耗がほぼゼロで振動が最小限に抑えられます。
  • すべての駆動軸箱および連結軸箱に自動調整ウェッジを装備し、軸箱とフレームの隙間をなくして、軸箱の摩耗に伴う衝撃や振動を防止します。
  • 丈夫なホーンステーにより、ホーンの上部コーナーでのフレームの割れのリスクを最小限に抑えます。
  • バルブとシリンダーのトライボロジーを改良し、リングとライナーの摩耗を最小限に抑えます。
  • ピストンリングとシリンダーの摩耗を軽減するためのピストンのテールロッド。
  • 全溶接ボイラー – リベット接合部やネジ留めステーによる問題を解消。漏れや苛性脆化の可能性はありません。
  • ボイラーのメンテナンスを実質的に不要にする効果的なボイラー水処理。
  • ステイの破損の発生を最小限に抑える優れたファイアボックスステイ設計。
  • 剛性エンジンテンダー牽引装置により「スタンピング」と振動を排除します。
  • 「ドロップ型」の火室可溶プラグ - 通常の鉛入りプラグよりも安全です。
  • 炭水車および煙室には耐腐食性鋼を使用。
  • ボイラー/フレームの接続を改良して剛性を高め、フレームのたわみを減らしました。
  • ブレーキ力による車軸および車軸ベアリングの負荷を最小限に抑えるクラスプブレーキ。
  • すべての摺動面などに自動的に潤滑を施す集中潤滑剤供給システム。
  • バルブ ライナーは飽和蒸気で冷却され、高温の蒸気に伴う極端な温度から潤滑剤を保護します。

プロジェクト中断

2012年3月、11年間の開発期間を経て、資金援助不足のためプロジェクトを中断することが決定されました。[ 16 ]プロジェクトの実現可能性調査では、試作機関車の詳細設計、製造、組立、試験、本線承認を完了するために必要な資金は、2010年の価格で1,000万ポンド強と見積もられました。しかし、その後の「量産」機関車のコストは約250万ポンドと見積もられており、このコストは、このコンセプトが対象としていた豪華高速クルーズ列車や観光列車の牽引による予想される収益によって正当化される可能性がありました。プロジェクト中断後、設計グループはAdvanced Steam Traction Trustとして再編され、新しい設計または既存の設計の改良という形で代替プロジェクトのためのエンジニアリングリソースを提供しました。[ 17 ]

参照

参考文献

  1. ^シャペロン、アンドレ (2000)、「蒸気機関車」（ジョージ・W・カーペンター C.Eng.、MIMech.E. 訳） 、カムデン・ミニチュア・スチーム・サービス、 615～ 616ページ 、ISBN 0-9536523-0-0
  2. ^ウォーデール、デイヴィッド（1998年）『赤い悪魔と蒸気時代のその他の物語』、著者出版、ISBN 0-9529998-0-3
  3. ^ウォーデール、デイヴィッド（2002年6月）『未来への蒸気』、蒸気鉄道、36ページ
  4. ^ウォーデール、デイビッド（2012年3月）、終着駅 - 5ATプロジェクトの終焉、蒸気鉄道、 90～ 94ページ 
  5. ^ウォーデール、デイヴィッド、「蒸気は今どこへ向かうのか？」『蒸気鉄道』第216号
  6. ^ウォーデール、文化遺産市場向けに170万ポンドの「新しい蒸気機関車」提案を発表鉄道雑誌第1198号 2001年2月 71ページ
  7. ^アラン・フォザード博士からの編集者への手紙、Steam Railway 259号 2001年6月～7月、43ページ
  8. ^ a b「5ATグループ - 先進技術で前進」 5AT.co.uk 5ATグループ2012年8月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年12月20日閲覧。
  9. ^ Wardale, D. (2002年8月14日). 「一般計算 - 目標出力と牽引力-速度特性の決定」(PDF) . Wardale Engineering & Associates. 2008年12月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  10. ^ Wardale, D. (2002年8月14日). 「一般計算 - 目標荷重-速度-勾配曲線の決定」(PDF) . Wardale Engineering & Associates. 2008年12月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  11. ^ Wardale, D. (2002年8月15日). 「一般計算 - 予備的基本計算」(PDF) . Wardale Engineering & Associates. 2008年12月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  12. ^ Wardale, D. (2004年7月3日). 「一般計算 - 牽引力図」(PDF) . Wardale Engineering & Associates. 2008年12月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  13. ^ 「一般計算 予備基本計算（最終版）」（PDF）。
  14. ^ Wardale, David (2004),一般計算, 1.3.F. 予備的基本計算（最終版） , 未発表
  15. ^ 「The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam」 5AT.co.uk . 2010年2月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  16. ^ 「AT5 - 先進技術で前進」 AT5.co.uk 5ATグループ。2012年8月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年12月9日閲覧。
  17. ^ 「ATSグループ」。Advanced Steam Traction Trust。ASTグループ。 2015年12月9日閲覧。
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