ヴォークラン化合物

ヴォークレイン複合型は、 1890 年代初頭から 1900 年代半ばにかけて一時的に人気があった複合型蒸気機関車の一種です。ボールドウィン機関車工場によって開発されたこの機関車は、2 つのピストンが並行して動き、共通のクロスヘッドを駆動し、単一の複雑なピストン バルブを使用する共通のバルブ ギアによって制御されるという特徴があります。

この配置の利点は、他の複合配置と同様に、燃料と水の消費量が少ないため経済性が高いと主張されていました。^[1]実際には、クロスヘッドでの不均一な力により摩耗が過剰になり、メンテナンスコストが増加して燃料の節約が相殺されました。複合システムを煙室サドルに統合することで、従来のエンジンへの変換が簡単になり、ほとんどの Vauclain 複合機関車はその後通常の機関車に改造されました。最後に知られている稼働可能な例は、マニトウ・アンド・パイクスピーク鉄道の4 号機で、現在は姉妹機の 5 号機とともに静態展示として現地に保存されています。^[2]

ヴォークレン複合弁の鍵となるのは、その弁システムである。本質的には、従来の単膨張ピストン弁の通常の中間蒸気通路と同心円状の弁システムが追加されている。^[3]この通路は、高圧シリンダーの排気口を低圧シリンダーの吸気口に接続している。駆動ピストンはクロスヘッドの両側にしっかりと接続されており、連動して動く。高圧蒸気が高圧シリンダーの片側に流入すると、反対側から排出された低圧蒸気は弁を通ってエンジンの反対側に送られ、低圧シリンダーに入る。最終的に、低圧シリンダーの反対側からの排気蒸気は弁の中央部分を通ってブラストパイプに逃げる。^[4]

高圧シリンダーと低圧シリンダーは互いに垂直に取り付けられ、ピストンロッドは平行になっていた。通常、低圧シリンダーは下部にあるが、クリアランスの問題で上部に置かれることもあった。前者の場合、バルブシリンダーは高圧シリンダーの内側に直接取り付けられ、後者の場合、バルブも内側に配置されていたが、2つのパワーシリンダーの間の高さにあった。^[5]バルブの配置には内側に接続されたバルブギアが必要であり、スティーブンソンパターンが使用された（いずれにせよ、当時の主流のタイプであった）。必要な追加機器の1つは、手動で制御される始動バルブで、これにより高圧ボイラー蒸気を低圧吸入口に直接取り入れることができる。これがなければ、低圧シリンダーは実際には大気圧に逆らって動作しなければならない。^[6]

従来の機関車と同様に、機関車の両側にはそれぞれ独立したエンジンが搭載されていた。これにより、クロスコンパウンドエンジンに特徴的な、低圧シリンダーと高圧シリンダーが反対側にある両側の接続が不要になった。機関車の両側にある高圧シリンダーと低圧シリンダーの間で蒸気が直接流れるため、蒸気を蓄える受容器が不要になった。^[7]また、高圧側と低圧側から機関車のフレームに不均等な力が加わることも回避された。パッケージ全体がコンパクトで、従来の機器よりも少しだけ場所をとった。実際、側面から一目見ると、ヴォークレンコンパウンドは従来の単純な機関車と見間違えられることがある。唯一の違いは、クロスヘッドの珍しい配置と（正面から見た場合の）余分なシリンダーである。

この方式では、より強力な機関車は生まれなかった。実際の最大牽引力は、運転手にかかる重量によって決まり、これは変化しなかった。^[8]利点は効率性であった。複合化により、同じ性能に必要な蒸気量が削減された。ボールドウィンの標準サイズ表によると、複合化による高圧シリンダーの直径は、従来のエンジンの単一シリンダーの約 70% であった。したがって、同じストロークとカットオフ度での蒸気消費量は、従来のエンジンの約半分であった。^[9]実際には、一般的にはより少ない結果が得られ、ボールドウィンは 1900 年にさまざまな鉄道会社による試験で、17% から 45% の燃料節約が示されたと報告している。^[10]対称的な力を生成するために、低圧シリンダーの直径は、高圧シリンダーの直径より約 66% 大きく、従来のシリンダーより約 20% 大きくする必要がありました。小型の運転手の場合、これは前述のクリアランスの問題につながる可能性があり、低圧シリンダーを上部に配置する必要がありました。^[9]

ヴォークレイン複合機関は、1889年に、当時ボールドウィンの総監督で後に同社の社長となったサミュエル・M・ヴォークレイン氏によって、米国特許406,011 ^[11]として導入された。間もなく、ボールドウィンの顧客のほとんどが、いくつかの機関車を運行するようになった。1900年のパンフレットには、140社の顧客への販売が記載されており、その中には、ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道、シカゴ・ミルウォーキー・アンド・セントポール鉄道、エリー鉄道、リーハイ・バレー鉄道、ノーフォーク・アンド・ウェスタン鉄道、フィラデルフィア・アンド・リーディング鉄道などのクラスI鉄道向けの大規模な車両群が含まれていた。^[12]他の多くの鉄道会社も、サンプルとして1台か2台を購入した。ヴォークレイン機関車は、1891年にフランクリン協会のエリオット・クレソン賞を受賞している。 ^[13]

「結論として、貴委員会は、最新の技術に鑑みて、ヴォークレイン複合機関車は、明らかに新しく独創的なタイプの機関車であると結論付けました。これは、導入されたあらゆる場所で一般的な満足感を引き出してきた通常の機関車構造からの最も顕著な逸脱であり、また、最も多様な条件下での運用において信頼性が高く満足のいく性能、完全な故障の回避、他の複合機関車を収容できないスペースの制限内での容易な適応性、および鉄道サービスへの一般的な適用性と有用性を考慮すると、貴委員会の意見では、フランクリン協会のエリオット・クレソン賞の授与によって認識されるに値するものであり、ここに推薦します。」^[7]

この人気は長くは続かなかった。クロスヘッドガイドを摩耗させる不均一な力など、メンテナンス上の大きな問題が生じた。^[14] 2つのシリンダーは、同じ仕事をするように比例するはずだった（低圧は高圧の3倍）。低圧シリンダーと高圧シリンダーの間を通過する蒸気は常に膨張しているため、遮断前であっても、低圧シリンダーで生成される力は高圧シリンダーで生成される力とは異なって変化する。複雑なバルブアセンブリとスターターバルブもメンテナンスコストの増加につながった。過熱器の導入により、効率がさらに向上し、メンテナンスがはるかに容易になった。^[15]

複合機械はすべてバルブ室に収納されており、アメリカの機関車（一体鋳造フレームの時代以前）では煙室サドルと一体化していた。ユニット全体をボルトで外して、従来の単膨張シリンダーに交換することができた。これがヴォークレン複合機関の典型的な運命だった。大規模なオーバーホールの時期になると、複合機械とスティーブンソンバルブギアが取り外され、エンジンは過熱、ワルシャートバルブギア、および従来のシリンダーで再構築された。^[16]

マニトウ・アンド・パイクスピーク鉄道の現存する4両の機関車のうち2両は、1893年に製造され、現在稼働している唯一のヴォークレイン複合機関車であるM&PP No. 4での経験を経て、複合機関車に改造された。^[17]（ヴォークレイン自身も、複合化前の元の機関車の運用上の問題に対処するためにこの路線を訪れた。）この路線の6両の蒸気機関車はすべてこのタイプであった。^{[2] [17]}

ヴォークレン方式はヨーロッパで使用されており、デンマークの例（DSB 996）はイギリスのピーターバラにあるレールワールドに保存されています。^[18]

1912年からVクラス（ロシア語でVはVauclain）と指定されたボールドウィン社製の88台の機関車は、1896年から1920年代までロシアのいくつかの鉄道で使用されました。^[19]

ニュージーランドのウェリントン・マナワツ線を運行していたウェリントン・マナワツ鉄道会社(WMR)には、7 台の Vauclain コンパウンドが納入されました。1894 年に製造された WMR No. 13 は、ニュージーランド初のコンパウンドであり、世界初の狭軌コンパウンドでもありました。1908 年に WMR が国有化された際、No. 13 はNZR Oa クラスに分類されました。その後 WMR が購入した Vauclain コンパウンドは、NZR Na クラス(1894 年 No. 14 および 1896 年 No. 15)、NZR Nc クラス(1901 年 No. 5 および 1904 年 No. 18)、NZR Oc クラス(1896 年 No. 16)、およびNZR Bc クラス(1901 年 No. 17) でした。

朝鮮の朝鮮官営鉄道の前身の一つである京釜鉄道は1906年に6両を購入し、 CGRの1938年の分類体系ではテホイ級と指定された。 ^[20]

オーストラリアのヴィクトリアン鉄道は、 Vクラスと呼ばれる16台のヴォークレイン・コンパウンド機関車を運行していた。最初の機関車はボールドウィン機関車工場から輸入され、1900年に運行を開始した。残りの15台の機関車は同じ設計で地元で製造され、その後2年間にわたって運行を開始した。それらはすべて、1912年から1913年の間に単純な拡張機関車として改造された。マルドンに拠点を置くヴィクトリアン蒸気機関車会社^[21]は、ヴォークレイン・コンパウンドVクラス機関車のレプリカを製造および運行するプロジェクトに取り組んでいる。

複合機関車のヴォークレーンシステムの説明、操作および保守方法ISBN  978-1-935700-15-9

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