グレズリー式連動弁装置

グレズリー式連動弁装置

グレズリー式連動弁装置は、蒸気機関車における重要な弁装置の一種で、ナイジェル・グレズリーの指導の下、ハロルド・ホルクロフトと共に設計されました。この装置は、三気筒の蒸気機関車において中央シリンダーの弁位置を、外側二気筒の弁装置からの連動によって調整する仕組みを持っています。このため時折「グレズリー-ホルクロフト弁装置」とも呼ばれ、二人の設計者の貢献を強調しています。

原理

この連動弁装置は、外側二気筒の弁装置による位置を逆向きに合成し、中央シリンダーの弁位置を決定します。具体的には、二本のレバーを使って中央シリンダーを駆動する仕組みであり、外側の二気筒弁装置の動きが中央シリンダーに伝わることで、スムーズな機関車の運転が可能になります。非常にシンプルな構造ではありますが、連動タイミングの調整が必要で、そのためには精密な初期調整と頻繁な補正が求められます。

構造

この装置は、主に「2to1 lever」と「equal lever」の二つのレバーから構成されます。

• - 2to1 lever: 2:1のレバー比を持ち、車両のフレームに支点を設けて接続されます。
• - equal lever: 1:1のレバー比を持ち、2to1 leverに接続されて中央シリンダーに動力を伝達します。

この構造は基本的に非常に効率的ですが、運転条件が不安定な場合にはその調整が難しく、連動タイミングの狂いが生じることがあります。

クランク位相角

グレズリー式弁装置の重要な要素として、三つのピストンの動きの位相が正確に120度でなければなりません。通常は、中央シリンダーを外側シリンダーよりもやや傾けて設置することで、クランク位相角を調整し、トルクの均一性を保つ工夫が施されています。

問題点

この連動設計は平常時には満足に機能しますが、特に第二次世界大戦中の不十分な整備環境においてはその限界が顕著になります。外側二つの弁装置の誤差が加算され、その結果として中央シリンダーに負荷が偏りやすくなります。このような不均衡は、特に高速運転時に顕著に現れ、中央シリンダーにかかる圧力が異常に増加することが確認されています。

また、連動テコの剛性不足が直接の問題とされる一方で、設計者のホルクロフト氏はこの点を否定しています。新車であっても整備不足が重なると、リンクの遊びが生じ、バルブの位置決めの不正確さが加わります。この問題が特に目立ったのが、スピードの高いA4形蒸気機関車での中央シリンダーの故障です。

世界的な影響

アメリカでは、アメリカン・ロコモティヴ社がこの装置のライセンスを取得し、いくつかの機関車に用いましたが、技術的な問題が散見されました。オーストラリアでも同様の運用がなされ、多くの国での採用が試みられましたが、結局、デリケートな調整を必要とするために使用が中止される例が続出しました。

日本でも、C52形やC53形の蒸気機関車にグレズリー式連動弁装置が導入されましたが、その運用には慎重な管理が求められました。

結論

グレズリー式連動弁装置は、蒸気機関車技術における重要な革新とは言えるものの、その複雑な調整や運用条件に対する敏感さから、多くの鉄道会社で早期に使用を中止することになりました。デリケートな構造ゆえに再調整が頻繁に必要なため、戦争やその他の不安定な環境での運用には不向きであったことが、今なお語り継がれています。

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