ハイルマン機関車

ハイルマン機関車は、 1890 年代にフランスのChemins de fer de l'Ouest (CF de l'Ouest) 向けに製造された 3 台の実験用蒸気電気機関車シリーズです。プロトタイプは1894 年に製造され、2 台の大型機関車は 1897 年に製造されました。これらの機関車は、後に普及したディーゼル電気機関車やその他のさまざまな自走式機関車 と同様に、電気トランスミッションを採用していました。

ラ・フュゼ・エレクトリック
種類と起源 電源タイプ 蒸気電気 デザイナー ジャン・ジャック・ハイルマン [fr] ビルダー 地中海鍛冶場とシャンティエ ビルド日 1892–1893 総生産量 1
仕様 構成： ​  • インド工科大学 ドゥドゥ ゲージ 4フィート 8インチ+1 ⁄ 2 インチ(1,435 mm)標準軌* ホイール直径 1.2メートル（3フィート11+1 ⁄ 4 インチ） 長さ 16.5メートル（54フィート1+5 ⁄ 8 インチ）（フレーム） 機関車の重量 100 t（98 長トン、110 短トン）（空） 燃料の種類 石炭 燃料容量 6 t (5.9 長トン、6.6 短トン) ウォーターキャップ。 12,000 L (2,600 英ガロン、3,200 米ガロン) トラクションモーター 8つの車軸に取り付けられたモーター ファイアボックス: ​  • 格子エリア 2.25 m 2 (24.2 平方フィート) ボイラー圧力 13 kg/cm 2 (12.58 atm; 184.90 lbf/in 2 ) 加熱面: ​  • チューブ 145 m 2 (1,560 平方フィート) シリンダー 2 高圧シリンダー 425 mm × 300 mm (16.73 インチ × 11.81 インチ) 低圧シリンダー 650 mm × 300 mm (25.59 インチ × 11.81 インチ) 機関車ブレーキ エア、ディスクブレーキ
パフォーマンス数値 最高速度 107 km/h (66 mph)* 出力 80～100  CV（59～74 kW、79～99 hp）/牽引モーター
出典: [1] [2] [3] *を除く

1890年、ジャン・ジャック・ハイルマン [fr]は、自走式電気自動車の特許（フランス特許番号207055）を登録した。この設計は、従来の機械式蒸気機関車のクランク動作によって生じる不均衡な振動モーメントと「ハンマーブロー」を排除することを目的としていた。^[4]彼の設計では、バランスのとれた蒸気エンジンを使用して、電気トランスミッション（可変抵抗器とスイッチを制御して電気モーターを駆動する電気発電機）を介して機関車を駆動した。^[5]ハイルマンは、電化インフラストラクチャの高額な費用をかけずに、高速列車に特化した機械を作りたかった。彼の最初の設計は、600馬力（450kW）^{[n 1]}の3段膨張蒸気エンジンと、80%の期待効率で480馬力（360kW）を供給する発電機を備えた車両、炭水車、3両の客車で構成される列車セットだった。列車全体は台車上で走行し、3両の客車に12個の車軸搭載電動モーターを搭載した分散牽引システムを使用する予定であった。^[6]

ハイルマンの設計で作られた最初の本格的な機関車は、ボイラー、蒸気エンジン、発電機、モーターが1台の機関車に組み込まれた蒸気電気機関車のプロトタイプでした。建設は1892年に始まり、1893年8月に完了しました。^[1]完成すると、1830年のスティーブンソン機関車「ロケット」にちなんで、 Fusée （ La Fusée Électriqueとしても知られる）^[4]、英語：The Electric Rocket ^[7]と名付けられました。^[8]

蒸気機関（スイス、ヴィンタートゥールのスイス機関車・機械工場（SLM）が設計。^[7]）とボイラーはル・アーヴルのForges et Chantiers de la Méditerranéeで製造され、電気機器はスイス、バーデンのBrown, Boveri & Compagnieで設計・製造され、機関車のフレームと台車はCompagnie de Materiel de Chemins de Ferで製造された。^[9]

この機関車は、直径425および650ミリメートル（16.7および25.6インチ）、ストローク300ミリメートル（ 11 4⁄5 インチ）のシリンダーを横向きに搭載した、600から800馬力（440から590kW）^{[n 1] （} 300から400rpm ）の2シリンダー水平複合蒸気エンジンを搭載していた。蒸気は、 12.6標準気圧（185 lbf/in ² ）の圧力で動作するレンツ型ボイラーによって供給され、[ ^{1]火室はステイレス}波形タイプであった。^[7]火格子面積は2.25平方メートル（24.2平方フィート）であった。ボイラーの全表面積は145平方メートル（1,560平方フィート）であった。^[1]このエンジンには固定カットオフがあり、逆転機構はなく、遠心過回転安全装置を除いて調速機もなかった。 ^[2]

蒸気機関は直流発電機を直接駆動し、^[7]定格は約 500 kW (1,200 A @ 400 V) であった。これは 6 極の機械で、アーマチュアはグラム発電機の原理に基づいて 6 つのブラシで構築されていた。^[10]発電機の界磁コイルは、100 A @ 100 V (10 キロワット (13 馬力)) を発電できる別の双極発電機によって通電され、この発電機は主機関と同様の設計の 20 CV 2 気筒垂直複合蒸気機関によって約 300 rpm で直接駆動されていた。この二次発電機の出力は、客車の電灯電源としても使用されていた。^[10]

電気による速度と負荷の制御は、12段階ドラム可変抵抗器を使用して、10キロワット（13馬力）の発電機から供給される主発電機の界磁励磁電流を減らすことによって行われました。^{[n 2]} 8つの牽引モーターは並列に接続されていました。低速制御のために、モーターは4つずつ2セットに直列に接続されていました。^{[10] [n 3]}

モーターは2つの4軸台車に搭載され^[7] 、車輪には密閉された車軸に80～100馬力（59～74kW）の電動モーターが搭載されており^[3]、 Do-Do車輪配置となっている。ブレーキはウェスティングハウスの 空気ブレーキで、すべての車輪にディスクブレーキが取り付けられていた。^[7]機関車はキャブフォワード設計であった。^[5]

機関車の最初の公式試験は1894年2月2日に開始され、10キロメートル( 6.2マイル)以上にわたって8パーミル(125分の1)の勾配を含む厳しい勾配のために選ばれた、パリ・ル・アーヴル鉄道のル・アーヴルからブレオテ・ブーズヴィルまでの往復運転を行った。試験列車は、機関車(燃料満載で118トン)、新しい一等客車4両、動力車、および1トンのバッテリーを搭載した2両の貨車で構成され、乗客のレベルに応じて列車の総重量は173〜183トンであった。速度はその後の走行で増加し、最初の走行では平均時速51.5キロメートル（32.0マイル）、4回目の走行では平均時速59.4キロメートル（36.9マイル）で、8‰の斜面で時速55キロメートル（34マイル）、平坦なトラックで時速70キロメートル（43マイル）の速度を記録しました。^[11]

1894年5月9日、ラ・フュゼ・エレクトリックはパリのサン・ラザール駅からマント・ラ・ジョリー駅まで8両編成の列車を牽引して試験走行を行った。 ^[12] 53キロメートル (33マイル) の行程を55分で走破した。^[13]時速107キロメートル (66 mph) の速度が達成されたと報告されている。^[5]試験走行の後、機関車は定期列車を牽引してパリに戻った。^{[13]試験では、この機関車は従来の蒸気機関車よりも石炭の使用量が15%少ないことが示された。機関車の乗り心地は「}プルマン車両のよう」だった。機関車に対する批判は「複雑すぎる、高価すぎる、重すぎる」というものだった。これらの同じ議論は、約半世紀後に幹線用ディーゼル電気機関車が導入された際にも繰り返された。^[7]この機関車は約2,000キロメートル（1,200マイル）の試験走行を完了した。CF de l'Ouestでのさらなる試験のために、2台の大型機関車が発注された。^[5] La Fusée Electriqueは1897年までに解体され、台車はサンジェルマン・ウエストとグランド・サンチュール間の4キロメートル（2.5マイル）の地下鉄で使用されていた2台の0-8-0電気機関車に使用された。^{[7] [14]}

1903年に作られた試作機関車の1/10スケールの模型は、ハイルマン氏から寄贈され、パリの国立美術工芸学校のコレクションに収められている。 ^{[5] [15]}

CF de l'Ouest Nos 8001 および 8002
種類と起源 電源タイプ 蒸気電気 デザイナー ジャン・ジャック・ハイルマン ビルダー Société Industriel de Moteurs Electrique et à Vapeur シリアルナンバー 8001、8002 ビルド日 1897 総生産量 2
仕様 構成： ​  • インド工科大学 ドゥドゥ ゲージ 4フィート 8インチ+1 ⁄ 2 インチ(1,435 mm)標準軌 ドライバー径 1,160 mm（3フィート9+5 ⁄ 8 インチ) 長さ 28.35 m (93 フィート1 ⁄ 8 インチ) 幅 2.74メートル（8フィート11+7 ⁄ 8 インチ) 身長 4.19 m (13 フィート 9 インチ) 機関車の重量 124 t (122 長トン、137 短トン) ウォーターキャップ。 20,000 L (4,400 英ガロン、5,300 米ガロン) ボイラー圧力 14 気圧(14.47  kg/cm 2 ; 1,418.55  kPa ; 205.74  psi ) 加熱面: ​  • ファイアボックス 3.34 m 2 (36.0 平方フィート)  • 総表面積 185.50 m 2 (1,996.7 平方フィート)
キャリア クラス内の人数 2

1897年に、2台の大型機関車が製造された。これらは8001と8002と番号が付けられた。機関車は標準的なベルペール式火室を備え^[7]、火格子面積は3.34平方メートル（36.0平方フィート）であった。^[5]蒸気機関は、英国ウォリックシャー州ラグビーのウィランズ・アンド・ロビンソン社で製造された。 ^[7]ボイラーの加熱面積は185.50平方メートル（1,996.7平方フィート）で、作動圧力は14標準気圧（210 lbf/in ^{2 ）であった。機関車の重量は124トン（122英トン）であった。動輪の直径は1,160ミリメートル（3フィート10インチ）で、}ラ・フュゼ式に従って2台の4軸台車に配置されていた。^[5]機関車の長さは28.35メートル（93フィート0インチ）、幅は2.74メートル（9フィート0インチ）、高さは4.19メートル（13フィート9インチ）でした。^[16]水容量は20,000リットル（4,400英ガロン）でした。^[5]

1897年11月12日、パリのサン・ラザール駅とマント・ラ・ジョリー駅の間で往復の試験走行が行われた。^[17] 1897年11月18日、50トンの荷物を牽引しながら時速30キロメートル（19マイル）に抑えた速度で115キロメートル（71マイル）の試験走行が行われた。後の走行では、250トンの荷物を牽引しながら時速100キロメートル（62マイル）の速度を達成した。^[5]米国のオハイオ・リバー・マディソン・アンド・サザン鉄道やロシアのサザン鉄道、さらに少なくともドイツの1社など他の鉄道会社も蒸気電気機関車に興味を示したが、^[5] 2台の機関車はやはり廃棄された。

これらのエンジンは、ディーゼル電気変速機、および電気変速機を使用したガスタービン機関車と蒸気タービン機関車の基礎を築きました。 ^[7]最初のディーゼル電気機関車の1台が1905年に報告されたとき、オートモータージャーナルは、それがハイルマン原理に基づくものであるように思われると述べました。つまり、エンジンを使用してダイナモを作動させ、ダイナモが駆動輪にギアされたモーターに電流を供給します。^[18]

• 電気蒸気機関車
• 蒸気タービン電気機関車

ウィキメディア・コモンズには、ハイルマン機関車に関連するメディアがあります。

• 「ジャン＝ジャック・ハイルマン財団、芸術家（1853–1922）」（PDF）。www.archivesnationales.culture.gouv.fr (フランス語)。旅行モンド・アーカイブ・センター。
• 「ハイルマン電気機関車」、サイエンティフィック・アメリカン、77（10）：145、152、1897年9月4日
• アンドレ・ブロンデル。 F. Paul-Dubois (1898)、La traction électrique sur voies ferrées - matériel roulant - traction (フランス語)、Library Polytechnique Baudry et Cie.、pp.  467–478、図。 230 (p. 252)、図 388 (p. 427)、図 388 (p. 427) 400–401 (446–448 ページ)
• 「Le chemin de fer d'Argenteuil à Mantes - Quatrième party – Une machine d'avant-garde」、www.trielmemoirehistoire.fr (フランス語)、Triel Mémoire & Histoire