Voorontwerp van een replica van de 2B2 tenderstoomlocomotieven HSM 806-812 / NS 5806-5812
Projekt HSM 814
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
1
Waarom replica? • Ca. 1994 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??? Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
2
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
3
2B2 tenderloc HSM 806-812 Werkspoor 1915
Presentatie voorontwerp HSM814
© L.Derens, 21-06-1931, Eindhoven
Maart 2012
4
HSM 806-812
• • • • • • • • • • •
Verwarmd oppervlak vuurkist Verw. oppervl. vl.pijp. en vl.buizen Verwarmd oppervlak oververhitter Roosteroppervlak . Maximum stoomdruk Aantal cilinders Middellijn cilinders Slaglengte Stoomverdeling: . Middellijn drijf- en koppelwielen
Presentatie voorontwerp HSM814
© Karkens 1947
10 m2, 71 m2 23 m2 2,04 m2 10,5 bar 2 500 mm 660 mm Stephenson 2016 mm
Maart 2012
Waterinhoud Kolenruimte voor Gewicht locomotief (leeg) Gewicht locomotief (dienstvaardig) Draaistel voor Drijfas Drijfas Draaistel achter Totale lengte over de buffers Grootste toegestane snelheid Trekkracht
9,5 m3 5 ton 58,6 ton 77,4 ton 20,6 ton 16,4 ton 16,4 ton 24 ton 14120 mm 100 Km/u 6030 kg
5
Verbeteringen stoomlocs 1890 - 1950 • • • • • • •
1898 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 1930 - 1950 Lemaître, Giesl idem
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
6
Stoombehoefte & kwaliteit • BR testrapport LNER B1 BR class4 • 400 tons trein -120 km/u ca. 3830 MJ/u • Bij 300 ton zakt dit naar ca. 2873 MJ/u • Te bereiken met 5800 kilo stoom/u van 15 bar en 420 graden C oververhitting bij optimaal specifiek stoomverbruik Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
7
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
8
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.
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
9
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
10
Korte stoomkanalen Voorbeeld: wijzigingen bij de NS 6100 en 3700 levering 1929 wijziging 1932
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
11
Zuinig: vergroting schuifslag Vergelijk voorbeeld NS 6100
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
en LNER B1
12
Vergroting schuifslag & lap • NS 6100: Walschaert • Max slag ca. 106 mm
45 Poortopening mm
40 35 30
NS 6100
25
LNER B1
20
GWR Hall
15 10
• LNER B1: Walschaert • Max slag ca. 170 mm
5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % Vullingsgraad
Presentatie voorontwerp HSM814
• GWR Hall: Stephenson • Max slag ca. 170 mm Maart 2012
13
Vergroting schuifslag • Originele Stephenson • schuifaandrijving • NS 5800 •
© Harterink&Mook
• Binnenliggende Walschaert aandrijving met hefboom tbv HSM814 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
14
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
15
Schoorsteen NS 5800 (oud) • • •
• • •
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
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/2,88 410 mm te groot, 2,88*97 mm wordt zo 279 mm!
16
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
17
Effecten op Indicateurdiagram volgens Giesl-Gielingen ©
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
18
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 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
19
Prestaties 120,0 110,0 100,0
Snelheid km/u
90,0 80,0 70,0 60,0
HSM814 + 300 ton
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0
5000
10000
15000
20000
Afstand gereden m
• Klassieke berekening “Handboek Spoorwegtechniek” • 15 bar, 320 oC>420 oC • Trein 300 ton Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
20
Indicateur diagram
• “Perform” Prof. W. Hall. Modellering van BR testen Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
21
Gewichtsberekening • • • • • • • • • • • • • • •
Gewichtsberekening volgens Eckhardt Gewicht totaal 58735 Kleine armaturen Componenten Machinistenhuis Frame (lengte) 13552 Voetplaat Asdruk 16,5 ton Leidingen handstangen Remwerk 2014 Verf • Draaistellen 2 stuks Drijfwerk tgv zuigerkracht 6250 Luchtrem delen Ketel gewicht 7792 Waterbakken (zijkant) Vuurkist inbegrepen Kolen en waterbakken Stalen kist Drijfwielen Ketelbekleding 641 Koppelwielen Oververhitter 897 Krukas Oververhitterkast 450 totaal gewicht Rooster 734 Asbak 600 Karskens zegt
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
600 1350 845 1400 250 10000 1300 2850 1100 3471 2936 600 59633 58600 22
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
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
23
Wielen: Boro foundry UK
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
©
24
Details voorgenomen uitrusting • • • •
E-ATB - ATB/NG Ritregistratie Asgenerator tbv stroomvoorziening Temperatuur meting glijlagers
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
25
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)
Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
26
Projekt opzet • Voorontwerp> “geen bezwaar” >financiering > projektorganisatie >bouwlokatie> montage • Projekt kader: “Promoten techniek als vak” • Projekt organisatie > ontwerp> berekeningen> tekeningen > uitbesteden> inkoop > planning • EN 50126 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
27
Projektdoel
•Werkende HSM 814 in 2014 Presentatie voorontwerp HSM814
Maart 2012
28
