A sorozat első részében megismerkedhettünk a gőzturbinás mozdonyokkal, illetve a hajtás alkalmazásának svájci, olaszországi és németországi történetével. Ebben a részben újabb országok gőzturbinás mozdonyait ismerhetitek meg.
Viszonylagos siker: Anglia
A Reid-MacLeod gőzturbinás mozdony eredetileg villamos erőátvitelű volt (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidmac/reidmac.htm)
Angliában az egyik első mechanikus erőátvitelű gőzturbinást egy 1910-ben elkészült gőzturbina-elektromos mozdonyból építették át (később szó lesz róla) fogaskerekes hajtóművűre, mivel az akkor még kiforratlan villanymotorok nagyon rossz üzemkészségűek voltak.
A vezetőállás (mozdonysátor) (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidmac/reidmac.htm)
A Reid-MacLeod gőzturbinás gép meghajtórendszere kissé különbözött az eddig megismert mozdonyokétól. Mivel a lokomotív eredetileg elektromos egyedi hajtású (minden hajtott tengelyt külön motor forgatott) vontatómotorokkal rendelkezett, nem voltak csatlórudak, hanem mindkét hajtott forgóvázban egy-egy gőzturbina dolgozott, amelyeket 12,5 bar nyomású 370 fokos túlhevített gőzzel tápláltak. A turbinákban közös tengelyen volt elhelyezve a háromfokozatú előre- és az egyfokozatú hátrameneti egység (ún. Ahead & Reverse Turbine - azaz előre- és hátrameneti turbina, igazán eredeti, nem? :) ). Az előremenetet biztosító gépek 500-, a hátramenetiek 350 LE teljesítményűek voltak, a mozdony végsebessége előremenetben – turbinák maximális, 8000-es fordulatszámánál – 95 km/h, legnagyobb vonóereje 75 kN volt. A gőzturbina és a hajtott kerekek közötti óriási fordulatszám-szakadékot kettős redukciójú, nyílfogaskerekes erőátviteli rendszerrel küzdötték le. Az turbina hatalmas fordulatszámát először egy 8-as áttételű nyílfogaskerékpárral csökkentették, majd egy 2,38-as derékszögű kúpfogaskerékpár "ráfordította" a nyomatékot a tengelyekre. Az alábbi képen is látható az elrendezés:
A Reid-MacLeod gép erőátviteli rendszere (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidmac/reidmac.htm)
A gépet kettős lég- és vízhűtésű (elpárologtatós) kondenzátorral látták el, amelyet szükség esetén ékszíjjal hajtott ventilátor is hűteni tudott. A turbinát elhagyó fáradt gőz a kondenzátorba áramlott, ahol lecsapódott, a kondenzátor hűtővizét pedig a mai turbós autók egy részénél alkalmazott vízhűtéses intercooler-hez hasonló módon hűtötték vissza. A sok kis csőre vizet lehetett fecskendezni, amely persze azonnal elpárolgott, azaz hőt vont el a csövekben lévő víztől.
A második futáspróba Edinburgh-ban (a mozdony elején a kondenzátor visszahűtője) (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidmac/reidmac.htm)
A mechanikus hajtóművel 1926 ősze és 1927 tavasza között Skóciában végeztek menetpróbákat, melynek során a mozdonyszemélyzetet lenyűgözte a teljesen vibrációmentes járás, és a nagy sebességnél kis fogyasztás. Ez azonban nem számított, mert a próbák során gyakorlatilag a hajtás minden elemével voltak gondok: a kondenzátor szivattyúi folyamatosan elromlottak, a dupla erőátvitel tönkrement, és a gőzturbina lapátjai is megsérültek. A mozdony kazánja emellett túl kicsi volt; nem tudott elég gőzt szolgáltatni, alacsony sebességnél - amikor ugye a turbinák hatásfoka rossz - a gépezet rövid idő alatt "felzabálta" a kazánban megtermelt gőzt, és a mozdony csak cammogni tudott. Ezek miatt szóba sem jöhetett egy esetleges menetrendi üzem. A próbautak után a gép soha többé nem üzemelt, szétvágására viszont csak 1940-ben került sor.
Az LMS Turbomotive (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
Nagy-Britanniában 1935-ben készült el az egyik legsikeresebb gőzturbina-meghajtású konstrukció, az LMS Turbomotive. Készítői okultak más tervezők hibáiból, miközben a legjobban sikerült megoldásokat sikerült beépíteniük ebbe a mozdonyba. Az alapkonstrukciót egy 2'C1' (4-6-2) tengelyelrendezésű, „Princess Royal” osztályú nagyteljesítményű gőzös adta. Kondezátort itt nem építettek be, ami ugyan rontotta kicsit a hatásfokot és a teljesítményt, de így nem kellett extra huzatot biztosító ventilátorokat alkalmazni, amik a leggyakoribb hibaforrásai voltak ennek a hajtásnak. A kazánnyomás 17 bar volt, és a turbinának 14 kPa-os (0,14 bar) huzat kellett a megfelelő működéshez, amit az eredeti mozdony fúvócsövei is biztosítani tudtak. A Turbomotive-nak még így is jobb termikus hatásfoka volt, mint kortárs gőzmozdonyainak, és a svéd Ljungström újítását átvéve a gőzfogyasztás is lényegesen csökkent. A gőzturbinában 1 darab nagy helyett 6 kis gőzfúvóka volt, melyeket egyenként lehetett ki-be kapcsolni a terhelés függvényében. Így könnyebben lehetett szabályozni a teljesítményt, mint az 1 darab nagy gőzfúvókánál. A 18 fokozatú előremeneti egység 2400 LE-s teljesítményt adott le 7060-as percenkénti fordulatszámon. Ennél a fordulatnál a mozdony éppen 100 km/h sebességgel haladt. A Turbomotive-on négyfokozatú hátrameneti turbina is helyet kapott, amely körmös tengelykapcsolón keresztül tudta hajtani a mozdony hátrafelé. Mindkét turbina az első tengelyt hajtotta, az pedig csatlórudakkal volt összekötve a többivel.
A mozdony hajtásának terve (felülnézetben). A mindkét turbina (alul az előre-, felül a hátrameneti) ugyanazon az erőátviteli rendszeren keresztül hajtotta az első tengelyt. A hátrameneti turbinát körmös tengelykapcsolóval lehetett a hajtásba iktatni (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
A mozdonytömeg 6 tonnával, 112-ről 106 tonnára csökkent az átalakítás során. 11 évnyi és közel félmillió kilométernyi szolgálati idő után, mely a legnehezebb teher- és személyvonatok továbbítását is magába foglalta, a gőzturbina tönkrement, és már nem javították meg. 1946-ban a mozdonyt visszaalakították dugattyús meghajtásúra,
Dugattyús gőzmozdonyként (Forrás: http://www.britishsteam.com)
1952-ben pedig megkapta a „Princess Anne” nevet, de ezután már csak rövid ideig szolgált. 1952. október 8-án érintett volt a brit vasúttörténet legsúlyosabb katasztrófájában, a Harrow-Wealdstone balesetben, amely során 3 vonat ütközött össze, és 112 ember lelte halálát. A súlyosan összeroncsolódott gépet már nem építették újjá.
USA - legnagyobb, leghosszabb, legerősebb
Rövid, de a fogaskerekes gőzturbina-meghajtás történetében annál emlékezetesebb fejezet volt az amerikai. Itt a II. világháború után az akkor fejlődésnek induló dízelvontatás vetélytársának szánták a gőzturbinás lokomotívokat, mivel ezekhez a meglévő állomány átalakításával is hozzá lehetett jutni, és a rendelkezésre álló üzemanyagkészletekkel is üzemelni tudtak. Az első amerikai gőzturbinás mozdony a pennsylvania-i vasutaknál (PRR) szolgált 1944 szeptemberétől, és ebben a műfajban a leghatalmasabb volt.
A PRR S2-es. Igen, az a pont ott a vezetőállás ablakában egy ember... (Forrás: http://upload.wikimedia.org)
A szerkocsival együtt több mint 37 méter hosszú, S2-esnek nevezett gépnél csak a szintén a PRR-nél szolgáló Q1-es és Q2-es duplex (kettős gépegységű, de csukló nélküli) gőzösei (38 m), és a Union Pacific vasúttársaság 2D'-D2 (4-8-8-4) „Big Boy”-ai (40,5 m) voltak hosszabbak, azonban teljesítményük valamivel elmaradt e mozdony akkoriban a vasúti vontatásban hihetetlennek számító 6900 LE-s (!!!) teljesítményétől, amivel egyébként ez a gép volt a legerősebb, gőzzel működő egység a világon (azóta sem épült ennél erősebb)! Ekkora teljesítmény mellett a mozdony a nagy kerekek ellenére is közel 320 kN indító vonóerőt tudott kifejteni (MÁV 424: 113 kN). Hozzá kell tenni, hogy az S2-es maximális teljesítménye leadásakor a gőzturbina jellemzőinek köszönhetően kimondottan gazdaságos volt, miközben a 165 km/h-s sebességet is el tudta érni. A fent említett Big Boy-nál pedig akár óránként 10 tonnás szén- és 45 ezer literes vízfogyasztással is lehetett számolni, amikor a maximális (130 km/h-s) sebességgel haladt (MÁV 424: 2-2,5 tonna szén, 8-9 ezer liter víz óránként, kb. 1350 LE teljesítmény mellett)! A mozdony nagy teljesítményét a névadó, hajózásban használt S2-es gőzturbinának köszönhette, mely kisebb átalakításokon ment keresztül, hogy vasúti alkalmazása is lehetővé váljon. A gőzös 3'D3' (6-8-6) tengelyelrendezésű volt, tehát 3 tengelyes első futó forgóváza után 4 tengelyes hajtott, a kazánt és a turbinákat hordó-, majd egy másik 3 tengelyes, a vezetőállást alátámasztó futó forgóváz következett. A gőzturbina a második és a harmadik tengelyt hajtotta fogaskerék-áttételen keresztül, a négy kapcsolt tengelyt vastag csatlórúd kötötte össze (a hajtóegység a baloldali képen látható). Meg kell említeni, hogy ez a ritka tengelyelrendezés abból adódott, hogy a háború miatt a könnyűfémeket hadicélokra használták fel, így csak acélötvözetekkel lehetett dolgozni. Emiatt a mozdony annyira nehéz lett, hogy csak ilyen módon tudták elérni a megfelelő tengelyterhelést. Háromtengelyes futó-forgóvázakat ritkán alkalmaznak, mert lecsökkentik a tengelynyomást, és így a tapadási tömeget is. Mivel így nem nyomja elég nagy súly a hajtott kerekeket a pályára, azok könnyen el tudnak pörögni, ami egy ekkora teljesítményű mozdony vonóerejét nagyon lerontja. Az S2-es azonban még így is igen nagy vonóerőt tudott kifejteni. Az mozdonynak egy kisebb teljesítményű hátrameneti turbinája is volt, amellyel azonban csak maximum 22 mérföldes, vagyis 36 km/h-s sebességgel tudott haladni (a mozdony bal oldalán az előremeneti, a jobb oldalon a hátrameneti turbina foglalt helyet).
A második tengelyen elhelyezett fogaskerék (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
Az S2-es szinte minden tekintetben a legnagyobb volt, vagy a legnagyobbak közé tartozott. Szintén nem építettek bele kondenzátort, a hatalmas gép működéséhez szükséges huzatot a világon egyedülálló módon 4 darab kémény alkalmazásával érték el, a nagyteljesítményű turbina gőzfogyasztását pedig a világ egyik legnagyobb fűtőfelületű, 21 bar nyomású kazánja, egy szintén a világ legnagyobbjai közé tartozó Belpaire-féle (négyszög keresztmetszetű) tűzszekrény, valamint tápvíz-előmelegítő látta el.
S2-es a fordítókorongon. Jól látszik a négy sugárban kilövellő füst. A PRR hatalmas gőzöseihez használt fordítókorongok egyébként a világ legnagyobbjai közé tartoztak (csak az UP-nak voltak nagyobbak) (Forrás: http://crestlineprr.com)
A megálláshoz szükséges féklevegőt a füstszekrény előtt elhelyezett 2 darab kéthengeres, visszahűtővel ellátott, villamos meghajtású kompresszor biztosította. Ezek után talán nem meglepő, hogy a mozdony szerkocsija is a világon a legnagyobbak közé tartozó, 8 tengelyes, 40 tonna szenet és 72 ezer liter vizet vinni képes monstrum volt, amivel önmagában 195 tonna tömeget képviselt (nehezebb volt, mint bármelyik MÁV gőzös). A mozdony és a szerkocsi együttes tömege megközelítette az 500 tonnát!
Az S2-es nyolctengelyes szerkocsija. Ugyanilyet használt a PRR a többi óriásgőzösénél is. (Forrás: http://www.billspennsyphotos.com)
Ugyan a gép hatalmas teljesítményekre volt képes, mégis sikertelen konstrukciónak bizonyult a gőzturbina hátulütői miatt. 6900 lóerejének köszönhetően a legnehezebb vonatok vontatása sem okozott neki nehézséget (1000 tonnás vonatot sík pályán 160 km/h-val volt képes vontatni), ilyenkor a hasonló méretű gőzmozdonyok szénfogyasztásának a töredékével üzemelt, és működésénél fogva jóval kisebb terhelést jelentett a pályának is. Azonban kis sebességeknél, főleg 50 km/h alatt a turbina rossz hatásfoka miatt annyi üzemanyagot és gőzt fogyasztott, hogy a már említett, világ legnagyobb kazánja is csak 5 bar nyomást tudott előállítani a 21 helyett. Ezen felül, mivel a füstszekrényt kis sebességeknél érte a legnagyobb hőterhelés, hamar repedések jelentek meg rajta.
A Broadway Limited expresszvonattal 1945 augusztusában (Forrás: http://crestlineprr.com)
A szén árának növekedése, illetve a háború után megjelenő nagyteljesítményű dízel-villamos mozdonyok végleg megásták az egy darabos „sorozat” sírját. 1949-ben – kevesebb, mint 5 évnyi üzem után – kivonták a forgalomból, (más források szerint a mozdony már 1946 tavasza után sem üzemelt).
Selejtezve, szétvágásra várva 1949-ben (Forrás: http://crestlineprr.com)
A prototípust 1952-ben (más források szerint 1953-ban) szétvágták, és természetesen az eredetileg betervezett többdarabos sorozatból sem lett semmi. Emiatt sajnos csak az interneten fellelhető, kevés számú korabeli fénykép szolgál bizonyítékul eme hatalmas, tiszteletet parancsoló méretű mozdony létezésére. A Pennsylvania Railroad vasúttársaság egyébként híres volt a különlegesen nagy és szép (és furcsa tengelyelrendezésű) gőzmozdonyok közlekedtetéséről. Lehet, hogy egy külön cikkben meg is fogok emlékezni róla :).
Franciaország - A háború közbeszól
Franciaországban még az eddigiekben ismertetett országokhoz képest is szerény volt a gőzturbinás hajtás jelentősége. Mindössze két ilyen típusról tudunk, ezek közül az első, leginkább a brit Turbomotive-hoz hasonló, „Nord Turbine” névre keresztelt (hivatalosan 232U1) kísérleti egység volt. A gép sajnos a tesztek pénzhiány miatti megszakadása miatt végül sima dugattyús hajtású négyhengeres gőzmozdonyként épült meg.
„Nord Turbine” áramvonalas gőzturbinás mozdony jellegrajza
1939-ben készült el a másik, 232Q1 sorozatú, és az SNCF (Francia Nemzeti Vasutak) állományába kerülő lokomotív (becenve LOCATU, ami a (LOComotive A TUrbines, azaz Turbinás mozdony rövidítése). Érdekessége volt, hogy - noha egy hagyományos, 2'C2' (4-6-4) tengelyelrendezésű mozdonyhoz hasonlított - nem volt csatlórudazata; mindhárom hajtott tengely saját előre- és hátrameneti turbinával rendelkezett (a nevében a 232 a tengelyelrendezése volt francia jelölésrendszer szerint leírva, ahol a különböző típusú tengelyek számát adják meg kötőjelek nélkül).
A 232Q1 "LOCATU" áramvonalas burkolatának felszerelése közben (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
A kerekeket páronként egy-egy közös tengelyű előre- és hátrameneti turbina (előre 6-, hátra 2 fokozat) hajtotta egy 20,1-es lassító áttételen keresztül, összteljesítményük 2600 LE volt, a kazánnyomás pedig 25 bar (összehasonlításként: a magyar gőzmozdonyok jellemzően 12-18 bar-os kazánnyomással dolgoztak). A turbinák maximális fordulatszáma elérte a percenkénti 10 ezret, így a 150 centiméter átmérőjű hajtott kerekekkel a mozdony a 140 km/h-val volt képes haladni.
A francia gőzturbinás mozdony egyik hajtóegysége. Látszik a közös tengelyen lévő hatfokozatú előre- és a kétfokozatú hátrameneti turbina, illetve a kettős homlokfogaskerekes fordulatszám-reduktor (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
Mivel a három tengely a gőzmozdonyoknál teljesen szokatlan egyedi hajtással rendelkezett, képesek voltak akár külön-külön is megcsúszni, így egyfajta korai kipörgésgátlót is szerelni kellett a mozdonyra (nem a hagyományos homokolórendszerről beszélek, hanem valamilyen hidraulikus kuplungról, amely kipörgés esetén összezárta a tengelyeket, hasonlóan a mai Haldex-kuplungos összkerekes autóknál, de pontosan nem tudom, hogy működött).
A mozdony jellegrajza (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
A mozdonyt 1940-től menetrendi üzemben is bevetették, de a gőzturbinák szokásos hátrányai miatt nem nagyon vált be (1942-ben a középső turbina is meghibásodott). És ha valaki figyeli az évszámokat; a II. világháborúban járunk Franciaországban; 1944 szeptemberében a visszavonuló német csapatok (túl sok szomorú technikatörténeti anekdota kezdődik, vagy éppenséggel végződik velük) felrobbantották a mozdonyt (a jobboldali középső kerékre helyezett bombával). Természetesen a háború alatti Franciaországban volt jobb dolga is az embereknek annál, hogy felrobbantott gőzösökkel foglalkozzanak, így a mozdony megmaradt ebben az állapotban a háború végéig. 1946-ban aztán menthetetlennek ítélték, és a maradványait is szétvágták.
Rest in pieces... :( (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
Gőzturbinások Dél-Amerikában
A dél-amerikai kontinensen egyedül Argentínában zajlottak előrehaladott kísérletek, mivel itt a Santa Fé és Tucumán városok közötti meredek hegyipályákon kevés vízvételezési helyet tudtak kialakítani. Volt olyan vonalszakasz, ahol 400 km-en keresztül nem lehetett vizet vételezni. Ezt úgy oldották meg, hogy a gőzösök két szerkocsit vittek magukkal. Egy gőzturbinás, kondenzátorral felszerelt mozdony sokkal nagyobb hatótávolságú volt, mint egy hagyományos, a felhasznált tápvizet a szabadba pöfögő gőzös, emiatt is érdeklődtek a gőzturbinák iránt. 1925-ben a svéd NoHAB gyár szállított egy ilyet az országnak Ljungström tervei alapján.
A svéd Ljungström tervei alapján készült argentin gőzturbinás jellegrajza (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
Az elkészült mozdony teljesítménye 1800 LE, maximális sebessége 65 km/h volt, a gép 1800 tonnás vonatokat is képes volt továbbítani. A gőzös elrendezése a svéd mozdonyoknál már megismert, szerkocsi alatti hajtott tengelyes megoldást követte. A mozdonynak négy kapcsolt tengelye volt, a gőzturbina ezek közül az elsőt hajtotta meg. A kondenzátor jól működött, a víz mindössze 3-4 %-a veszett kárba, az is csak a víztartály tömítési hibái miatti elszivárgás következtében. Sajnos az érzékeny gőzturbinás szervizigényei nem igazán passzoltak a szegény ország karbantartó-személyzetéhez és fűtőházaihoz. Hasonlóan más gőzturbinásokhoz, ez a gép sem üzemelt tökéletesen, emellett tervezési hiányosságok jelentette problémák is kísérték az üzemét. A kazánt és turbinát összekötő igen hosszú csuklós gőzcső nagy problémát jelentett, emellett a kiegészítő hajtás (kazántáplevegő-előmelegítő, kondenzátor visszahűtő) elemei is folyton meghibásodtak. A különleges mozdony végét azonban nem ezek a problémák okozták, hanem 1929-ben a gőzturbina tengelyének törése. Az amúgy is problémás gépet már nem javították meg, helyette Németországból rendeltek hagyományos dugattyús, de kondenzátorral felszerelt gőzöst.
Az argentin gőzturbinás (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)
A sorozat utolsó részében pedig a gőzturbina-elektromos mozdonyok, az igazi vaskerekű erőművek kerülnek terítékre. Ezek a mozdonyok az egyik legérdekesebb, legfurcsább vontatójárművek voltak a vasúttörténelemben, amelyek menetrendi forgalomban részt vettek. Várok vissza minden kedves olvasót! :)
Forrás:
http://www.american-rails.com/steam-turbine-locomotive.html
http://vasutgepeszet.hu/wp-content/uploads/2010/12/201004_03-10_vegl.pdf
http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/locoloco.htm
További képek forrása: