グレート・ウェスタン鉄道4073形蒸気機関車

グレート・ウェスタン鉄道4073形蒸気機関車
	スウィンドン工場で修理を受けた5034号機「コーフ・カースル」、1954年
基本情報
運用者	グレート・ウェスタン鉄道; イギリス国鉄
製造所	スウィンドン工場
製造年	1923年-1950年
製造数	171両
運用終了	1965年
主要諸元
軸配置	2C（4-6-0、テンホイラー）
軌間	1,435 mm
全長	19,862.8 mm
幅	2.72 m
高さ	4.08 m
機関車重量	79.77 t
炭水車重量	46.64 t
先輪径	965 mm
動輪径	2,044.7 mm
軸重	20 t
シリンダ数	単式4気筒
シリンダ; （直径×行程）	406 mm × 660 mm
弁装置	内側: ワルシャート式; 外側: ロッキングバーにより内側シリンダーの弁装置から駆動
ボイラー圧力	15.82kg/cm²; （= 225lbs/in2 = 1.55MPa）
火格子面積	2.73 m²
燃料搭載量	石炭: 6.1 t
水タンク容量	18,000 l
引張力	140.68 kN
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グレート・ウェスタン鉄道4073形蒸気機関車（GWR 4073 Class）は、イギリスのグレート・ウェスタン鉄道で使用された蒸気機関車。車両名に城の名前が多く用いられた事からカースル級ないしはキャッスル級とも呼ばれる。チャーチワード設計の4000形を開発したもので、本形式最初の設計図は、赤インクで変更されたスタークラスの図面だった。（5083〜5092は、スタークラスの機関車のアビーシリーズを再構築した）。英国で最も強力な急行旅客機関車として知らされ、スターよりも約10％強力だった。

概要

4000形（スター級）の改良型増備車として、本線旅客列車の輸送力増強を可能とするより強力な機関車を、というGWR首脳陣の求めに応じて1923年に当時のGWR技師長（Chief Mechanic Engineer：CME）であった、チャールズ・コレット（在任期間：1922年 - 1941年）の手によって設計された。

強力かつ高速運転が可能で、しかもGWRの軌道条件に良く適合したため、1923年8月から国有化後の1950年8月までの28年間にスウィンドン工場で4073-5082・5093-5099・7000-7037号機の合計155両が量産された。

設計

その設計思想は先代CMEであるジョージ・チャーチウォード（在任期間：1902年 - 1922年）が手がけた2900形（セイント級）以来のGWR標準型蒸気機関車群のそれを継承している。

板台枠による台枠や軸配置、軸距、それにシリンダ配置などの基本設計はスター級のそれに従うが、GWR各線の軌道強化の進捗に合わせて最大軸重が18.5tから20tに引き上げられたのを受けて、ボイラーはより強力かつ大型な8号型（Type No.8）が新設計されている。

この8号型は使用圧力こそセイント級に搭載されていた1号型（Type No.1）と同じ1平方インチ当たり225ポンドのままであったが、その一方でベルペア式の火室は拡大されて火格子面積が27.07平方フィートから29.36平方フィートに増積されており、これによって蒸気発生量の増大を実現している。

またこの蒸気量増大に伴い、鋳鋼製シリンダブロックも設計変更され、シリンダ径が15インチから16インチに拡大されており、スター級の足回りの優れた設計を生かしつつ、軸重上限20tの範囲で最大性能を得られるようにリファインされたことが判る。

この火格子面積は同時代の他国の蒸気機関車と比較するとそれほど大きくはないが、性能面では決して見劣りしなかった。

当時ライバルと目されていた、ロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道（LNER）の広火室付きパシフィック機であるA1形と交換の上で比較試験を行われた際には、LNER線上で通常使用時よりも低質炭（とはいえ世界的に見れば決して低質ではない）が用いられたにもかかわらず広火室ボイラーを備えるパシフィック機であるA1を上回る高性能と低燃費を記録し、燃焼効率の非常に優れたウェールズ産高カロリー炭^[2]を燃料として使用していることが本形式の高性能の主因である（＝自分たちの設計が劣っている訳ではない）と主張していたLNER側技術陣、特に同社CMEであったナイジェル・グレズリーに大きな衝撃を与えた。本形式の基本設計や弁装置のチューンはそれほどまでに傑出したものだったのである。

ただし、本形式が当時他国やLNERなど他のイギリスの鉄道各社が導入していたボイラの広火室化と従台車追加による軸配置のパシフィック（4-6-2あるいは2C1）への変更^[3]を実施せず、あえて狭火室のボイラーを搭載するテンホイラー（4-6-0あるいは2C）とされた^[4]背景に、この高火力炭の使用を前提とした狭火室設計で所要の性能が確保できた^[5] ことがあったのも事実である。

製造

カースル級は戦後1948年の鉄道国有化後、中断を挟んで1950年まで製造が続けられ、合計155両が新造されている。ただしそれとは別に16両が改造によって他形式から編入されているため、総数は171両となる。

16両の改造車の内訳は15両がスター級からの改造、残る1両はスター級を基本として1908年に試作された 111号機「グレート・ベア」（The Great Bear、大熊座）^[6]からの改造^[7]であった。

1927年には、より大型の4気筒機関車である6000形（キング級）が設計され、主要幹線に投入が開始されたが、こちらは大軸重ゆえに軌道負担が大きく、入線可能路線に制約が生じた^[8]ため、同形式と並行して汎用性に優れ、しかも燃費の良いカースル級の製造が継続された。

運用

本形式は、イギリスでこれまでに建設された機関車の中で最も成功したものの1つであり（合計171台が建設された）、他の3つの主要鉄道会社の機関車設計に大きな影響を与えた。キングクラスは本形式から開発され、外観は非常に類似していた。

キャッスルクラスの機関車のいくつかは非常に優れた性能を達成したことが記録され、最高のパフォーマンスの多くが同じ機関車で記録された。スタークラスはより優れた機関車であり、グレズリーパシフィックと競争するために本形式の設計が急いでいたという説もあった。

4073は、1924年にウェンブリーで開催された大英帝国博覧会に展示され、4472フライングスコッツマンの隣に配置され、機関車を比較するための試験が行われた。これらの試験は1925年4月に始まり、4079ペンデニス城がグレートノーザンメインラインのGWRを表し、A3クラスの4474ビクターワイルドがグレートウエスタントラックのLNERを表している。初日の朝、ペンデニス城はキングスクロスからドンカスターまで480トンの列車を運行することになっており、LNERの関係者は、ホロウェイバンクを登る際に問題が発生することを完全に予想していた。しかし、鉄道作家のセシルJアレンは、GWR機関車がキングスクロスからフィンズベリーパークまで、どのA3クラスよりも早く出発したと記録している。彼がそれまでに記録したLNER太平洋と裁判の間、ペンデニス城は予定された時間内に十分に保たれ、石炭の使用量が少なく、LNERの誇りをかなり傷つけた。LNERの場合、ビクターワイルドはコーニッシュリビエラエクスプレスで4074カルディコット城と比較された。それは時間に合わせて行われたが、太平洋の長いホイールベースはルート上の多くのカーブに適していないことが判った。再びGWRは、カルディコット城の燃料消費量を減らし、常に前倒しで栄誉を勝ち取った。これは、試験の最後の2日間で、両方向のスケジュールで15分を獲得することで示されている。LNER A3太平洋は、学んだ教訓を考慮して変更された。

キャッスルクラスが装備されたサイドウィンドウ付きの広々としたキャブのGWR宣伝で多くのことが行われた。GWRの万能薬は、第一次世界大戦後、銅で覆われた煙突と磨かれた真ちゅう製の安全弁カバーの修復によって初めて提供された。当初建設されたクラスに添付された入札は、6トンの石炭と3,500ガロンの水を使用する標準的な片側入札だった。キャッスルズの平均石炭消費量は国内で最も低いものの1つだった（1920年代の他の鉄道で一般的な4ポンドの消費量と比較して、1時間あたりドローバー馬力あたり2.83ポンド）が、4,000ガロンの設計で標準入札が変更された。 1926年。

5005は1935年に部分的に合理化された。合理化は1937年から1947年までのセクションで削除された。

クラス内で名前の変更がたくさんあった。4082ウィンザー城と7013ブリストル城は1952年2月にアイデンティティを交換した。元の4082はかつてスウィンドンへの訪問でジョージ5世によって運転されていた。4082は、1952年にロンドンからウィンザーまで故ジョージ6世の葬列を運ぶのに適した機関車であると考えられていた。残念ながら、機関車は当時スウィンドンで修理中であり、時間内に準備することができなかった。したがって、7013はその名前と番号を取り、2台の機関車は新しいアイデンティティを維持した。

キャッスルクラスは、城にちなんで名付けられた2番目のクラスの機関車であった。それ以前の1900年、ハイランド鉄道はその鉄道用に建設されたキャッスルクラスの最初の6つのエンジンを導入した。彼らはすべて城に住んでいたハイランド鉄道の取締役の居住地にちなんで名付けられた。

他の変更の中には7007があり、これはGWRによって製造された最後の乗客用高速蒸気機関車であったためGreatWesternと改名された。

1946年、コレットの後継者であるホークスワースは、キャッスルボイラーに高度な過熱を導入し、その結果、水消費の経済性が向上した。1956年から、選択したエンジンにダブルチムニーを取り付け、より大きな過熱器と組み合わせることで、高速性能を維持する能力がさらに向上した。1958年に7018ドライスルウィン城は、二重煙突と4列の過熱器を備え、リトルサマーフォードで時速100マイルで「ブリストリアン」エクスプレスを運搬した。キャッスルクラスは全体的に優れたパフォーマンスで有名で、特に1930年代のチェルトナムフライヤーで有名だった。たとえば、1932年6月6日、5006トレゲナ城に牽引された列車は、スウィンドンからパディントンまでの77.25マイルを56分47秒でカバーした。開始から停止までの平均速度は81.68mphである。この蒸気牽引の世界記録は驚くべき偉業と広く見なされていたが、これはGWRによって組織された段階的な走行であり、城の背後の負荷は通常の最軽量負荷より34トン少ない186トンだった。チェルトナムフライヤーのスピードアップは、フェリックスポール卿が、1929年にGWRゼネラルマネージャーを引退する前に行った最後の行為の1つだった。7月から、列車はスウィンドンとパディントンの間の77.3マイルを70分でカバーする予定だった。列車。通常はキャッスル級のエンジンで運搬されていたが、一般的には250トン以下と比較的軽い負荷だった。チェルトナムフライヤーの速い時間を導入するためにGWRに影響を与えた1つの要因は、パディントンからプリマスまでのほぼ226マイルのノンストップランの長さについてGWRが持っていた記録がLNER（キングスクロスからエジンバラ– 393マイル）とLMSR（ユーストンからカーライル– 299マイル）。チェルトナムフライヤーは、スウィンドンからパディントンまでのやや下り坂でよく調整されたトラックを利用し、静かな時間帯に走った。GWRはまた、他の列車からの制限なしに長いセクションが完了することが保証されるように設計された列車用の特別な信号装置を持っていた。チェルトナムフライヤーは、スウィンドンからパディントンまでのやや下り坂でよく調整されたトラックを利用し、静かな時間帯に走った。GWRはまた、他の列車からの制限なしに長いセクションが完了することが保証されるように設計された列車用の特別な信号装置を持っていた。チェルトナムフライヤーは、スウィンドンからパディントンまでのやや下り坂でよく調整されたトラックを利用し、静かな時間帯に走った。GWRはまた、他の列車からの制限なしに長いセクションが完了することが保証されるように設計された列車用の特別な信号装置を持っていた。

1937年6月、5039ルドラン城はチェルトナムフライヤーを牽引し、1932年6月の5006トレゲナ城よりもわずかに遅いスウィンドンからパディントンへの旅をカバーした。。5039は1937年の列車で時速95マイルに達し、アフィントンとサウソールの間の57.4マイルで平均時速89.3マイルに達した。

111は同じ数のGWRパシフィックグレートベアから再建された。これは英国で最初の太平洋型であり、1908年に建造されたとき、英国で最も強力なエクスプレスエンジンだった。その重量のために、それはロンドンとブリストルの間の幹線の使用に制限されていた。これはその有用性を制限し、1924年に城のクラスとして再建され、チャーチル男爵と名付けられた。

国有化された西部局の英国鉄道の最初の数年間は、最後の城である7037スウィンドンが1950年8月に完成し、合計171台のキャッスルクラスの機関車が完成するまで、年間10台の割合で城の生産が続けられた。

城の最低走行距離は、1950年8月から1964年6月の間に7035オグモア城が走った580,346マイルであり、真の城クラスの最高走行距離は、40年5か月で合計1,974,461マイルの4080パウダーハム城が走った。GWRエンジンの最高走行距離は、スタークラスのクイーンフィリッパから再建された4037サウスウェールズボーダーズだった。このエンジンは、1962年9月に最終的なスタークラスの機関車として撤回され、ニューポートのキャッシュモアズにスクラップとして販売されるまで、合計51年8か月で2,429,722マイルをカバーしたとされている。

5023ブレコン城以降の機関車のバッチから始めて重要な改善が行われた。スウィンドンでは、他の多くの鉄道会社と共通して、フレーム、シリンダー、車軸ボックスガイド間の機関車の位置合わせは、ワイヤー、トランメル、センタープロップを使用して行われた。機関車の性能と信頼性はこの配置に大きく依存するため、ドイツ国営鉄道はツァイスの光学調整装置の使用を開始し、グレートウエスタン機関車に変更を加えた後、すべての新しい建造物と機関車の修理に使用された。さらに、これが達成した厳密な寸法により、バルブギアの公差は、新品の場合は絶対最小値まで大幅に減少する可能性があり、他の鉄道会社の製造慣行を検討するときに元偉大な西洋人が「私たちは彼らが始めたクリアランスの量でスクラップする」と述べた。多くのオブザーバーは、この城のバッチは新しいときに非常に静かに実行されたと述べた。この文脈では、5030シャーバーン城がボイラーをフレームから取り外す前に420,000マイルを完了したことは注目に値する。以前にプラスマイナス0.010インチの精度内に維持されていた寸法は、その後プラスマイナス0.002インチ以内に作成された。

このように、キャッスルクラスは27年間（1923-1950）にわたって建設された。これは、他のどのクラスの英国エクスプレスエンジンよりも長い期間である。

1935年に5033番から製造された城クラスの機関車には、初めて速度計が取り付けられた。

第二次世界大戦前

カースル級は1930年代にロンドンのパディントン－チェルトナム・スパ間の急行列車「チェルトナム・スパ・エクスプレス」（通称：チェルトナム・フライヤー）に使用された。1932年6月6日には5006号機「トレジェンナ・カースル」の牽引する同列車がスウィンドンからパディントンまでの124kmの区間で通常は65分で走破するところを56分47秒で走り切って平均時速131.45km/hを記録し、当時の蒸気機関車に牽引される列車の世界最高速度記録を更新した。

また、1926年には 5000号機「ローンセストン・カースル」がロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道（LMS）に貸し出され、ロンドン－カーライル間で試験が行なわれた。その試験の結果が良好であったことから、LMSは西海岸本線で使用するためにGWRから本形式の購入を希望したが、当時スウィンドン工場はキング級の量産でフル稼働しており手一杯で叶えられなかったという^[9]。

第二次世界大戦後

本来ならば後継となるべきであった1000形（カウンティ級）の不振から、本形式は量産が再開されたが、その最後期製造グループについてはコレットの後任となったフレデリック・ホークスワース（在任期間：1941年-1947年）らの手によって改良が加えられている。

それはホークスワースが先に手がけた、前述のカウンティ級や6959形（改ホール級）の開発成果を取り入れたものであり、基本設計は変えずにテンダーの全溶接構造化、通風力増大を目的とした二本煙突化、そして過熱管の増強・改良など、当時の社会情勢^[10]や技術の進展を反映した設計変更が実施されている。

なお、本形式はGWRの代表形式であり、その安定した性能から、4082号機「ウィンザー・カースル」が長らく英国王室のお召し列車牽引機として指定されていたことでも知られている。

本形式の廃車は1950年代に開始され、最後まで残った7029号機「クラン・カースル」が1965年に廃車されて形式消滅となった。

スター級からの編入車一覧

スター級からの編入車は下記の通り。

100号機「A1・ロイズ」（A1 Lloyds） - 旧4009号機「シューティング・スター」（Shooting Star）
4000号機「ノース・スター」（North Star）
4016号機「ザ・サマーセット・ライト・インファントリー」（The Somerset Light Infantry）
4032号機「クイーン・アレクサンドラ」（Queen Alexandra）
4037号機「ザ・サウス・ウェールズ・ボーダラーズ」（The South Wales Borderers）
5083号機「バース・アビー」（Bath Abbey） - 旧4063号機
5084号機「レディング・アビー」（Reading Abbey） - 旧4064号機
5085号機「イヴシャム・アビー」（Evesham Abbey） - 旧4065号機
5086号機「ヴァイカント・ホーン」（Viscount Horne） - 旧4066号機
5087号機「ティンターン・アビー」（Tintern Abbey） - 旧4067号機
5088号機「ランソニー・アビー」（Llanthony Abbey） - 旧4068号機
5089号機「ウェストミンスター・アビー」（Westminster Abbey） - 旧4069号機
5090号機「ニース・アビー」（Neath Abbey） - 旧4070号機
5091号機「クリーヴ・アビー」（Cleeve Abbey） - 旧4071号機
5092号機「トレスコ・アビー」（Tresco Abbey） - 旧4072号機

これらは100号機から4037号機までが1920年代後半に、それ以降は1937年から1940年にかけて、それぞれスウィンドン工場でボイラおよびシリンダブロックを交換の上で編入された。

保存車

現在、下記の8両が保存されている。

4073号機「ケアフィリー・カースル」（Caerphilly Castle）
4079号機「ペンデニス・カースル」（Pendennis Castle）
5029号機「ナニー・カースル」（Nunney Castle）
5043号機「アール・オブ・マウント・エッジカム」（Earl of Mount Edgcumbe）
5051号機「アール・バサースト」（Earl Bathurst）
5080号機「デファイアント」（Defiant）
7027号機「ソーンベリ・カースル」（Thornbury Castle）
7029号機「クラン・カースル」（Clun Castle）

脚注

[脚注の使い方]

^ 単式のため4気筒とも同一サイズ。
^ 俗に積出港の名を取ってカーディフ炭と呼称される。日露戦争時に帝国海軍が使用しその勝利に貢献したことでも知られる。発熱量8,000kcal/kg以上の強粘結性を示す無煙炭に近い瀝青炭で、粒度が高く灰分も数%と極めて少ない。
^ 蒸気発生能力の強化を実現するための切り札と目されていた。
^ 車体のコンパクト化と自重および走行抵抗の軽減、さらには各動軸の重量配分の点では広火室と従台車を備えるパシフィック(2C1)やミカド(1D1)よりテンホイラー(2C)やコンソリデーション(1D)の方が望ましく、特に重心の後方への移動が発生する牽き出し時には、重心移動で動軸重が加算されるテンホイラーやコンソリデーションは、粘着力確保や空転抑止の点で最後尾の動軸重の一部が従台車に移動してしまうパシフィックやミカドに勝る。日本でも公称出力で60%以上、動軸重でも1t上回るミカドのD50形やD51形でさえ2,400tが精一杯であった超重量級の石炭輸送用貨物列車において、コンソリデーションかつ軽自重の9600形がその17%減となる2,000tの牽引を実施したことが知られている。
^ 例えば車体寸法的には本形式と大差ない、日本のC62形の場合は3.85m²と40%以上火格子面積が広かったが、公称牽引力がストーカーを併用した状態でさえ13,870 kgに留まり、本形式の14,344 kgを下回った。C62形は通常は国鉄標準炭で発熱量6,500kcal/kg、戦後すぐの最悪の時期に使用されていた石炭で発熱量5,000kcal/kgとウェールズ炭と比較してあまりにも劣悪と言って良い品質の石炭の使用が前提であったために出力が明らかに見劣りしており、4tの軸重差や単式4気筒と単式2気筒の相違に起因する通風量の差、それに弁装置自体の設計の優劣などといった基本設計そのものの格差と合わせて、石炭の品質格差が性能に大きく影響していたことが見て取れる。
^ イギリス初の、そしてGWR唯一のパシフィック形軸配置を採用した蒸気機関車であった。
^ 同機は1924年にボイラの大修理が必要となった際にスウィンドン工場で大改造され、従台車撤去と主台枠の短縮、ボイラーとシリンダブロックの交換を実施して、番号はそのままにViscount Churchillと改名された。
^ 最大軸重22.5tとなり、本形式の20.0tを上回った。このため、大軸重を許容するパディントン - トーントン - プリマスおよびパディントン - バーミンガム - ウルヴァーハンプトン間の主要幹線でしか使用できなかった。
^ このクラスの高性能機関車を欲するLMSの希望は、1933年になって、GWRから同社へ移籍したウィリアム・ステニアー(Sir William Arthur Stanier F.R.S.)の手で本形式を広火室ボイラーを備える単式4気筒パシフィック機にアレンジして設計され、同社クルー工場(Crewe Works)で製造された、プリンセス・ロイヤル級の完成でようやく叶えられている。
^ これらの燃焼効率向上を意図した改良は、1947年以降外貨獲得の必要に迫られたイギリス政府がウェールズ産高カロリー炭を輸出専用品に指定し、旧GWR自社保有炭坑からの採掘品であっても鉄道用燃料としての使用が禁止されたことに起因する。同様に発熱量の大きな高カロリー炭の使用を前提に設計されていたキング級など旧GWRに由来する他の各機種についても、この時期に集中的に各種対策が講じられている。