南アフリカクラス21 2-10-4

1937年製の南アフリカ鉄道21形2-10-4型蒸気機関車は、南アフリカで使用されていた蒸気機関車の形式の一つである。

1937年、南アフリカ鉄道は、軽便鉄道での使用に適した混合列車用機関車として設計された、2-10-4テキサス型車輪配置のクラス21蒸気機関車を1両運用に投入した。同時に提案されたより重い幹線用バージョンであるクラス22 2-10-4は製造されなかった。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

クラス21 2-10-4 テキサス型機関車は、1929年から1936年まで南アフリカ鉄道（SAR）の主任機械技師（CME）であったAGワトソンによって設計されました。グラスゴーのノース・ブリティッシュ・ロコモティブ社で製造され、1937年に納入されました。製造された機関車は1両のみで、番号は2551でした。当時、この設計は、1ヤードあたり60ポンド（1メートルあたり30キログラム）のレール上で15ロングトン（15.2トン）の軸重に制限された10連結非連接機関車から得られる最大出力を表していました。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

ワトソンは連接式機関車を嫌っており、軽量鉄道に適した軸重を持つ強力な非連接式混合交通支線機関車を開発することを目指していた。半径300フィート（91メートル）の急カーブを通過できるように、第3および第4連結車輪セットはフランジレスであった。さらに、先頭連結車輪には合計1 + 3/4インチ（44ミリメートル）の横方向遊びが設けられ、先頭連結棒には球面ベアリングが取り付けられた。厚さ5インチ（127ミリメートル）のバーフレームは前部から後部緩衝梁まで伸びており、軽量構造の横梁で支えられていた。ボイラーは、クラス15E、15F、および23で使用されていたものと同じワトソン標準No.3Bボイラーを使用していた。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

その結果は、ワトソンがクラス GFギャラット機関車に対抗して開発したものと見なすことができ、両タイプの軸重は非常に似通っていた。クラス 21 はギャラットよりも多くの水を積載でき、重量は約23 ロングトン (23.4 トン)重く、牽引力はクラス GF の34,200 ポンド力 (152.1 キロニュートン)に対し43,700 ポンド力 (194.4 キロニュートン) であった。それでも、クラス 21 は 1 台しか製造されず、この設計は繰り返されなかった。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]}

ワトソンの設計では、回転カムポペット弁装置を備えたシリンダーが求められていましたが、ワトソンが退職した時点で機関車はまだ製造中だったため、後任のCMEであるWAJデイは仕様を変更する機会を利用しました。そのため、ワトソンが退職した翌年には、クラス21機関車はワルシャート弁装置を備えて納入されました。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]}

シリンダーは互いに、またクラス15Fおよび23のシリンダーとも互換性があったが、クラス21のピストンストロークは26インチ（660ミリメートル）で、他の2つのクラスの28インチ（711ミリメートル）に比べて短かった。クラス21では、シリンダーカバーに深い突起を設けることでストロークの差を補っていた。^{[ 2 ]}

2-10-4 テキサス型車輪配置は、SAR ではこれまで試されたことがなかった。支線で許容される最大重量内に軸重を分散させるため、4 輪の従動台車を備えた 10 連結の配置が必要だった。さらに許容重量制限内に収めるために、運転室は溶接構造で、すべてのフットプレートとランニング ボードはジュラルミン製、連結車輪の車軸とクランク ピンは中空で、連結棒は特殊な高張力鋼製だった。^{[ 2 ]}

エンジンの均等サスペンションは、慣例通り 3 つのグループに分けられていました。先頭のビッセル台車と最初の 2 組の連結車輪は 1 つのグループで均等化され、残りの 3 組の連結車輪は、両側で後部台車と均等化されていました (相互に接続されていません)。つまり、3 つのグループに分かれていました。通常通り、先頭のビッセル台車と先頭の連結車輪の間には、クロス均等化 (左側から右側) が設けられていました。ピンの代わりに、ベアリングスプリング均等化ビームの支点としてケース硬化された割りピンが使用されていました。バランスの取れた往復運動部品の割合はわずか 6% で、これにより、時速 50 マイル (時速 80 キロメートル)でレールへのハンマー打撃が車輪 1 つあたり5 ロングハンドレッドウェイト (254 キログラム)にまで減少しました。この機関車は、その滑らかな走行で知られていました。^{[ 2 ]}

FT型炭水車は、 2-8-2の車輪配置で6対の車輪を使用する珍しいタイプで、先頭輪と従輪はビッセル型ポニー台車にあり、残りの車軸は固定式ホイールベースで取り付けられていました。機関車の先頭輪と従輪と同様に、炭水車のすべての車輪にはローラーベアリングが取り付けられていました。この設計の根拠は、炭水車のフレームを2つの台車のピボット中心だけでなく、固定式およびビッセル型の車輪によって表されるより多くの点で支えることができれば、フレームを軽量化できるというものでした。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 6 ] [ 7 ]}

炭水車には機械式給炭装置が装備されていた。水タンクは溶接構造で、石炭庫は自動調整式であった。各ビッセル台車には、2組の固定式車輪が取り付けられていた。8つの固定式車輪にはオーバーヘッド積層ベアリングスプリングが取り付けられ、各ポニー台車と隣接する2つの車軸のスプリングギアは、スプリングシステム全体で補償され、2つの等しいグループを構成していた。タンク上部に取り付けられた真空シリンダーが、固定式車輪のブレーキブロックを作動させた。^{[ 2 ]}

炭水車の車輪配置はあまり成功せず、 1936年にクラス21の設計段階でソルトリバー工場で製造されたタイプFT炭水車の試作モデルである同様の実験炭水車であるタイプJV炭水車を除いて、SARでは再び使用されなかった。稼働状態におけるタイプMR炭水車との比較では、タイプFT炭水車はタイプMR炭水車より30,128ポン​​ド（13,666キログラム）重く、同じ量の石炭とわずか987英ガロン（4,490リットル）多い水しか積載できず、その差は9,870ポンド（4,477キログラム）の重量に相当することがわかった。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

FT型炭水車とそのプロトタイプであるJV型炭水車のもう1つの特徴は、左側面に火かき棒と熊手を収納するためのスペースが設けられていたことである。収納スペースの上部は開いており、両炭水車の上部側面は4本の金属製ストラップで石炭庫の上部に固定されていた。^{[ 8 ] [ 9 ]}

ビッセル式またはポニー式車軸設計は、単一の先頭車軸または後端車軸を持つ蒸気機関車で一般的に使用されており、後にクラス4E電気機関車およびクラス32-000および32-200ディーゼル電気機関車にも使用されました。^{[ 3 ]}

この機関車は1937年にブラームフォンテインで試運転を開始し、ランドフォンテインとマフェキング間のローデシア郵便列車を牽引した。クラスGMは1年後に運用を開始し、この路線でギャラットがクラス21よりも優れていることが判明すると、2551号機はプレトリアに移され、プレトリアと東トランスバール間の路線で残りの運用期間を過ごした。ここではクラス15CAよりも多くの負荷を牽引した。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 10 ]}

当時、10 連結の機関車は、SAR 線路に存在するかなり急なカーブに適した汎用タイプとして使用できないように思われた。特に、レールが45 ポンド/ヤード (22 キログラム/メートル)および60 ポンド/ヤード (30 キログラム/メートル)の線路では、一般的に他の場所よりもカーブが急であった。10 連結の機関車は、同様の軸重の 8 連結の機関車よりも牽引力が 25% しか高くなく、非常に重い負荷の場合、ギャラット型の方が明らかに有利で、線路への負担もはるかに少なかった。^{[ 2 ]}

第二次世界大戦中、この機関車は、長くて重い軍用列車、兵員輸送列車、時にはイタリア人捕虜を、カリナン近郊のソンダーウォーターにある軍部隊と捕虜収容所まで牽引するためによく使われた。その過程で、プレトリア最古の軍部隊であるプレトリア連隊（プリンセス・アリス所有）の公式マスコットとなった。クラス21は、このように軍から栄誉を与えられた唯一のSAR機関車だった。^{[ 9 ] [ 11 ]}

クラス21はわずか15年の運用期間を経て1952年に廃車となった。運用期間中は煙除け板が装備されていた。クラス21も中止されたクラス22も、元の形でも改良された形でも再生産されることはなく、ワトソンの後継者たちにはあまりにも突飛で性急すぎると考えられた先進的な発想の表れであったという印象が残る。^{[ 3 ]}

プレトリア工場で解体された際、ワトソン標準型3Bボイラーは修理され、このボイラーモデルを搭載した他の機関車クラスで使用するための予備として保管された。そのFT型炭水車は、当時クルーンスタットに保管されていた15F型機関車すべてに機械式ストーカーが装備されていたため、15F型機関車用の予備炭水車としてクルーンスタット機関区に割り当てられた。FT型炭水車は、21型機関車と同じタイプのワトソン標準型3Bボイラーと機械式燃焼用に配置された火室を使用していたため、これらの機関車と連結して動作できた。炭水車は、通常15F型機関車に装備されるJT型炭水車よりも石炭と水の容量が小さかったため、ほとんど使用されなかった。^{[ 8 ] [ 9 ]}

ワトソンの最終設計であるクラス22蒸気機関車の設計は、ほぼ同時期に提出された。提案されたクラス22も2-10-4テキサス車輪配置となる予定だったが、クラス21の重厚な幹線バージョンで、軸重は22ロングトン（22.4トン）となる予定だった。これは、当時のSAR線路が1ヤードあたり96ポンド（1メートルあたり48キログラム）の幹線レールで支えられる最大の重量だった。連結輪は60インチ（1,524ミリメートル）、火格子は80平方フィート（7.4平方メートル） 、炭水車は大型のEW型炭水車となる予定で、この炭水車は後にクラス23機関車で使用されることになる。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]}

この機関車が製造されていたら、世界で最も優れた機関車の1つになっていたかもしれない。提案されたボイラー圧力は1平方インチあたり250ポンド（1,724キロパスカル）で、これはSARでは達成されたことのない数値であり、ボイラー圧力の75%で予想される牽引力は66,406ポンド力（295.39キロニュートン）で、ウィットバンクからヨハネスブルグまでの石炭輸送で2,200ロングトン（2,235トン）の積載物を比較的容易に扱うことができたはずである。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ]}

この設計は、連結輪径66インチ（1,676ミリメートル）の2-8-4旅客用機関車と、連結輪径60インチ（1,524ミリメートル）の2-10-2貨物用機関車の中間的な妥協案であった。しかし当時、汎用機関車の需要が非常に高かったため、貨物輸送専用の大型機関車を導入する正当な理由は見当たらなかった。また、この計画に不利に働いたもう一つの要因は、ヤード内の受入側線の長さが不十分であったため、そのような機関車が能力を最大限に活用できるかどうか疑わしかったことである。^{[ 2 ] [ 5 ]}

クラス22は製造されなかったが、そのクラス番号は他の蒸気機関車の種類には使用されなかった。^{[ 5 ]}

メインの写真は、煙除け板が取り付けられた2551号機（1945年頃）を示しており、次の写真は機関車の両側面を示し、 FT型炭水車の左右の違いを示しています。