Techstory

Friss topikok

Címkék

1. rész (12) 10s (13) 1800s (10) 1900s (6) 2. rész (13) 2000s (5) 2010s (5) 20s (12) 2T (1) 3. rész (5) 30s (16) 4. rész (5) 40s (16) 5. rész (3) 50s (17) 6. rész (2) 60s (22) 7. rész (2) 70s (19) 80s (10) 90s (9) ABM (2) amerika (18) AN/ASG-18 (2) APU (1) atom (6) Ausztrália (4) autó (14) baleset (1) bányadömper (1) bejelentés (1) bombázó (2) bomber gap (2) breaking (2) Cheyenne (2) cirkáló (4) Convair (1) Convair Model 200 (2) csatacirkáló (4) csatahajó (9) Dél-Amerika (2) dízel (11) elektronika (6) elfogóvadász (5) ELINT (2) EORSAT (2) erőgép (1) Európa (29) EWR Sud (2) F-103 (1) F-108 (1) felderítőhajó (1) film (2) fly by wire (1) Forma-1 (2) forrás (1) Franciaország (4) GAR-1 Falcon (1) GAR-9 (1) gázturbina (15) gőz (22) gőzturbina (18) GyártásTrend (12) hadtörténet (31) hajó (36) hajókatasztrófák (2) harci gép (8) helikopter (3) hidegháború (7) Iowa osztály (7) Japán (4) játék (1) kamion (7) Kanada (5) katasztrófa (6) Kémhajó (1) képek (3) Kirov (4) kompaund helikopter (1) Közel-Kelet (1) Közép-Amerika (1) közlemény (6) legénység (3) léghajó (3) legkedvesebb hajóim (13) légvédelem (4) live (1) Lockheed (2) löveg (2) maglev (1) Magyarország (2) MAN Turbomotoren (2) MiG-19 (1) Montana (1) MTU (1) műhold (2) Németország (11) North American (2) Olaszország (1) olvasói (3) Oroszország (5) páncélzat (3) radar (9) rakéta (10) reaktor (2) Republic Aviation (4) repülő (13) Road Train (5) Rockwell (International) (2) Rolls Royce (3) RORSAT (2) SAGE (2) SATS (1) Sea Control Ship (2) SM-30 (1) sorozat (39) special (18) STOL (2) stratégia (2) Super Yamato (1) Svájc (1) Svédország (1) szállítás (1) szonár (3) SZU (13) techstory (36) tengeralattjáró (7) Thrust Augmenter Wing (1) top (1) top5 (2) torpedóvédelem (1) történelem (16) tűzoltó (1) tűzvezetés (7) üdvözlet (1) UK (27) US-A (2) US-P (2) USA (49) VAK 191 (3) VFW (3) világűr (2) villamos (4) VJ 101C (2) vonat (15) VTOL (3) XFV-12 (2) XJ-99 (2) YF-12 (1) ZELL (2) Címkefelhő

HTML

Vaskerekű erőművek - a gőzturbinás mozdonyok 1. rész

2013.10.19. 01:04 walter sobchak

st100.jpg

E sorok megírása több százezer lóerős gőzturbinák által termelt áram segítségével történhetett meg. Az, hogy a hő- és atomerőművekben gőzturbinákkal alakítják át a hőenergiát mozgási energiává (majd generátorokkal elektromossá), elég sokak által ismert tény. De hogy ezeket a gépeket a vasúton is alkalmazták volna, annak idején én is elképesztőnek tartottam. A síneken valaha szolgált legerősebb gőzhajtású mozdonyok ugyanis nem dugattyús gőzgépekkel, hanem a percenként közel 10 ezret forduló gőzturbinákkal működtek. A nagy sebességnél kis étvágyú, lassú menetben viszont igazi gőz- és szénpazarló, hangjukkal egy felszálló sugárhajtású repülőt idéző gépeket a modern dízelmozdonyok állították vakvágányra a szó szoros- és átvitt értelmében egyaránt.

Steam_Turbines_PGS_660x450.jpgModern gőzturbina (Forrás: http://www.halitarat.com)

Ugyan a gőzmozdonyok- és hajók eltűnésével könnyen gondolhatnánk azt, hogy a gőznek - mint energiahordozónak - a korszaka is véget ért, de akkor nagyot tévednénk. Ugyan a klasszikus dugattyús gőzgép ma már tényleg leginkább csak múzeumokban található meg, a gőz energiáját mozgási energiává alakító másik erőgép – a gőzturbina – nélkül elég nehéz lenne az életünk. A fosszilis tüzelőanyaggal üzemelő erőművek nagy részében, illetve az atomerőművekben (sőt, az atommeghajtású járművekben is!) ugyanis a mai napig ilyen turbinák, illetve a velük összekapcsolt generátorok (ún. turbógenerátorok) segítségével állítanak elő elektromos energiát. Sőt, a legjobb hatásfokú, ún. kombinált ciklusú erőművekben is a gázturbinák hulladék hőjével hajtott gőzturbinákkal érnek el akár 60 %-os hatásfokot is.

526px-COGAS_diagram.svg.pngA kombinált ciklusú erőművekben az áramot termelő (1) gázturbina (6) füstgázainak a hőjével (5) termelik meg a kiegészítő gőzturbina (2) működéséhez szükséges gőzt. Az így visszanyert hővel az erőmű eredő hatásfoka a 60 %-ot is elérheti. Magyarországon a legnagyobb ilyen erőmű a Győrhöz közeli Gönyűn dolgozik, összteljesítménye 430 MW. (Forrás: http://www.eon-hungaria.com/vallalat/e-on-eromuvek/gonyui-eromuhttp://upload.wikimedia.org

Úgy gondoltam, hogy mielőtt belekezdenénk a gőzturbinás mozdonyok megismerésébe, jobb, ha magának a gőzturbinának a működését is megismeritek/jobban megértitek. Nem szerettem volna belemenni itt vezérlésekbe meg kapcsolási rajzokba, de - tiszteletben tartva az iparágat - túl pongyolára se akartam venni a bemutatót.

Feedwater-heating.pngA gőzturbinák működése alapvetően egyszerűbb más hőerőgépekénél. A kazánban keletkezett gőzt (5) egy fúvókával nagymértékben felgyorsítják, majd rávezetik a megfelelően hajlított turbinalapátokra, amelyek a gőzturbina forgórészére vannak erősítve. Ezek a lapátok úgy vannak megtervezve, hogy amikor a gőzsugár nekik ütközik, kismértékben lelassul, miközben meghajtja a lapátokat. A futólapátok után következő (fixen rögzített) ún. vezetőlapátok segítségével a gőzáramot rávezetik a következő lapátsorra, majd ez a folyamat ismétlődik minden lapátsornál. A gőz sebessége minden futólapátsoron, nyomása a vezetőlapátokon csökken, azaz a gőz lassan leadja energiáját (a gőzsebesség az első fokozaton manapság elérheti a szuperszonikus tartományt, sőt, akár az 1200 m/s-os, azaz a 4300 km/h-s értékeket is!). Egy modern gőzturbinának nagyon sok futólapátsora (fokozata) van, ezek sokszor nem is férnek el egy házban, ezért két-három külön házból is állhat egy turbina. A baloldali képen két házból áll, egy magas- és egy alacsony nyomásúból; manapság egészen gyakran alkalmaznak egy harmadik, közepes nyomású (intermediate pressure) házat is. Mivel a gőz hőmérséklete és nyomása minden fokozaton csökken, az utolsó fokozatokban már szinte légköri hőmérsékletű, a környezetinél jóval kisebb nyomású gőz végzi a munkát, tehát ezekben a fokozatokban erős vákuum uralkodik (kb. 0,1 bar abszolút nyomás, amikor már a 30-40 fokos-, azaz az fürdési hőmérsékletű víz is gőzzé alakul!). Ahogy a gőz a nyomáscsökkenés hatására egyre inkább kitágul, a megfelelő térfogatáram fenntartása érdekében (egyre nagyobb térfogatú gőznek kell keresztülhaladnia a turbinán ugyanakkora sebességgel) egyre nagyobb átmérőjű fokozatokra van szükség, emiatt a turbina utolsó fokozatai sokkal nagyobbak, mint az elsők (ezért van az, hogy a gőzturbinák alakja csonkakúpra - "virágcserépre" - emlékeztet). A gőzt, miután munkát végzett, lecsapatják az ún. kondenzátorban (7), ezután egy gáztalanítón keresztülhaladva a táptartályba kerül. A táptartályból a vizet a tápvíz-előmelegítőn (2) keresztül - amely a turbinából elvezetett gőz segítségével felmelegíti - a kazánba szivattyúzzák (3), ahol a folyamat újrakezdődik (4). A fenti képen látható a dugattyús gőzgépekre és gőzturbinákra egyaránt érvényes ún. Clausius-Rankine gőzgépfolyamat hőmérséklet-entrópia diagramja.

019.jpgA Titanic 16 ezer lóerős alacsony nyomású gőzturbinája (Forrás: http://www.rmstitanicremembered.com)

Mivel a hőleadás itt sok lépcsőben történik, a gőzturbinák hatásfoka jobb a Watt-féle gőzgépekénél, ahol általában egy-kettő, ritkábban 3 vagy 4 ütemben zajlik a munkavégzés. Alapvetően kétféle gőzturbinát különböztetünk meg (persze sokféleképpen lehet csoportosítani őket): az akciós és a reakciós turbinákat. A fent említett körfolyamat az akciós turbinákra jellemző, a reakciósnál a turbinából nagy sebességgel távozó gőz reakcióereje hozza mozgásba a gépet. A gőzturbinák fejlesztése a mai napig tart, a gazdaságosság jegyében a közelmúltban születtek már 60%-os hatásfok feletti darabok, az erő jegyében pedig nem egy, 1000 MW-ot meghaladó teljesítményű egység dolgozik ma a világon (sőt, sokszor ezeket egyszerre valósítják meg). A legnagyobb turbina, amely ma a világon dolgozik, az Alstom AraBelle termékcsaládba tartozik, legerősebb változata 1800 MW (azaz 2,5 millió lóerő!!!) teljesítményű; 3 darab ilyen turbinával egész Magyarországot el lehetne látni elektromos árammal csúcsidőben!

Turbinia (1).jpgA Turbinia, a világ első gőzturbinás hajója (és egyben járműve). A Turbiniát maga a gőzturbina feltalálója, Charles Algernon Parsons építtette 1894-ben. A szintén Parsons által a gyakorlatban először megfigyelt kavitációs jelenségek elkerülése végett 1 helyett háromtengelyű, 2100 lóerős turbina minden egyes tengelye 3 hajócsavart hajtott meg, így a hajó összesen 9 csavarja az akkor hihetetlen (bár ma sem utolsó) 34,5 csomós, vagyis 65 km/h-s maximális sebességet garantált a Turbiniának, amit semelyik akkori hajó nem tudott utolérni. (Forrás: http://www.mo-na-ko.net)

Mivel a hajókban hamar bizonyítottak, a mérnökök kísérletezni kezdtek a gőzturbinák vasúti vontatásban való alkalmazásával. Ennek az egyik oka az volt, hogy a gőzmozdonyok ekkorra (1910-es, 20-as, 30-as évek) már kezdték elérni teljesítőképességük határát, további fejlesztésük csak nagy befektetéssel valósulhatott volna meg, ami viszont megdobta volna ezeknek a gépeknek az árát, a használhatóságuk viszont nem nőtt volna akkora mértékben. Másrészt pedig ekkor jött el az idő, amikor az addig gyerekcipőben járó, valamint fejletlennek tartott dízel- és villamos mozdonyok teljesítményükkel és sebességükkel már fenyegetni kezdték a gőzmozdonyokat. A gőzösök helyzetét tovább rontotta a szén árának rohamos emelkedése, és a dízelek üzemanyagaként használt gázolaj (fajlagos) olcsósága. Ezen mérnökök a gőzturbina bevezetésével próbáltak új életet lehelni az akkor már szinte teljesen kiaknázottnak hitt gőzhajtásba. A gőzturbinák több okból is alkalmasnak tűntek erre: hatásfokuk már ebben az időben elérte, illetve meghaladta a klasszikus gőzgépekét, de működési elvükből kifolyólag több jelentős előnyt is élveztek még ezek a gépek.

A dugattyús gőzgépek teljesítmény- és nyomatékleadása az alternáló mozgások miatt nem egyenletes, hanem szinuszos lefolyású, aminek következtében a gőzmozdony hajtott kerekei hajlamosak voltak a hirtelen megcsúszásra, vagy akár a menet közbeni folyamatos kipörgésre. A megcsúszó kerekek pedig nagyon káros rezgéseket keltettek a gépezetben, illetve nagymértékben rongálták a vasúti pályát is. A gőzturbina által hajtott mozdonyokat nem sújtotta az angolban csak "Hammer blow"-nak (durva fordításban kb. kalapácsütés), nevezett jelenség sem; ezt a gőzösök kerekein elhelyezett nagy ellensúlyok idézték elő, amelyek a dugattyúk, forgattyúk és egyéb, alternáló mozgást végző alkatrészek holtponton való átlendülését segítették. Amikor ezek a több száz kilós ellensúlyok az alsó holtponton átlendültek, egy elég nagy dinamikus igénybevételnek tették ki a pályát, kb. mintha kalapáccsal ütötték volna a sínszálakat (innen a jelenség neve).

cbalance.gif

Az igazsághoz hozzátartoznak azonban a hátrányok is, amelyek más területeken nem, de a vasúti alkalmazásban sajnos végleg megakadályozták a hajtás elterjedését. A gőzturbinák ugyanis jó hatásfokkal üzemelnek nagy fordulatokon, viszont alacsony fordulatszámon csak igen gazdaságtalanul tudnak működni, márpedig a mozdonyokkal sokszor kell lassan haladni. Nem lehet őket két irányban sem forgatni, ami miatt vagy egy külön hátrameneti turbinát kellett alkalmazni, vagy fordítókorongokkal megfordítani a mozdonyt, vagy szélsőséges esetben le kellett mondani a hátrafelé való közlekedésről.

A gőzturbinás mozdonyok egyik legnagyobb problémája a huzatképzés volt. Itt meg kell állnunk, mert annak érdekében, hogy megértsétek ezt a problémát, bele kell mélyednünk egy kicsit a gőzmozdonyok működésébe. Akinek van kandallója otthon, az biztos megfigyelte már, hogy beindul a tűz, ha akár csak egy kicsit is kinyitjuk az ajtót (sőt, ha szűk a rés, akkor indul be a legjobban), ilyenkor hallani is a tűztérbe nyomuló levegő sivítását. A gőzmozdonyok tűzterébe az égés táplálására ugyebár szintén levegőt kell juttatni (nem is keveset), amit a hagyományos gőzösöknél úgy oldottak meg, hogy a gőzhengerekből kilépő fáradt gőzt az ún. fúvócső segítségével felgyorsítják, ezzel részleges vákuumot hoznak létre a kazán előtti térben (füstszekrényben), ami pedig huzatot kelt a tűztérben. A folyamat hajtóereje a gyorsan áramló gőz sebessége (ugye minél gyorsabban áramlik, annál kisebb a nyomás, annál jobb huzat alakítható ki). A gyors áramláshoz viszont az is kell, hogy a fúvócsőbe a légkörinél nagyobb nyomású gőz érkezzen (különben nem lenne "fúvó" :) ).

basic9.jpgKülönböző fúvócső-típusok (Forrás: http://www.greatwestern.org.uk)

Mivel a gőzturbináknál a kilépő gőz nyomása kisebb, mint a légköri nyomás, azt a gőzt nem lehet ilyen célra felhasználni, így elméletileg nincs semmi, ami az égéshez elengedhetetlen huzatot biztosíthatná. Ezért a gőzturbinásokban sokszor a füstszekrényben egy külön ventilátort helyeztek el erre a célra (általában egy kicsi gőzturbina, vagy villanymotor hajtotta). Ezt azonban nem mindig alkalmazták, mert volt olyan mozdony, ahol a turbinából elvezetett nagynyomású gőz segítségével hoztak létre huzatot (bár ez a megoldás sok hagyományos gőzösön is volt).

További gondot jelentett a turbinák hagyományos gőzgépekhez viszonyított sérülékenysége, ami a gyártási és karbantartási technológiában nagyon magas követelményeket támasztott, és persze az is, hogy a kis darabszámok miatt a mozdonyszínek nem voltak felkészülve a gőzturbinások javítására, karbantartására (ez sajnos sok különleges hajtás elterjedését pecsételte meg a vasúton). A dízelek üzemanyagának relatíve kis ára már csak újabb szög volt ennek az egzotikus meghajtásnak a koporsójában, a vasúttársaságok rendhagyó megoldásokkal szembeni bizalmatlanságáról, és a vontatási nem fénykorával egybeeső II. világháború anyaghiányos időszakainak mozdonygyártásra gyakorolt hatásairól már nem is szólva.

A gőzturbinás mozdonyok története során két alapvető altípusa alakult ki ennek a hajtásnak: az egyik a mechanikus, melynél a gőzturbina közvetlen fogaskerék-kapcsolatban van a hajtott tengellyel. Mivel a vasúti gőzturbinák fordulatszáma a pörgősebb szívó autómotorokéra emlékeztet (akár 7-9 ezer fordulat/perc, de mindenképpen ezres nagyságrendű), ez sokszor kritikus pontja volt az altípusnak. Mivel a hajtott kerekek ennél jóval alacsonyabb, 3-400-as fordulaton forogtak, a kettő közötti fordulatszám-szakadékot sokszor csak bonyolult fogaskerék-áttételekkel (kettő, vagy akár három fordulatszám-reduktor) lehetett áthidalni.

turbsect.jpg

 A másik megoldás pedig a villamos meghajtás, ahol az erőművekhez hasonlóan egy generátort (vagy dinamót) forgat, és az ez által termelt árammal táplálják meg a mozdony tengelyeit fogaskerekeken keresztül, vagy közvetlenül meghajtó vontatómotorokat. A poszt címe erre utal; ugyan a dízel- és gázturbina-elektromos mozdonyokat is lehet vasúti erőműveknek nevezni, hiszen a haladáshoz szükséges energiát maguk termelik meg, a gőzturbina-elektromos mozdonyok állnak a legközelebb a klasszikus hőerőművek működéséhez.

tr_nw2300c.jpgAmerikai gőzturbina-elektromos mozdony (nyugodjatok meg, ez is sorra kerül! :)) (Forrás: http://www.northeast.railfan.net)

Most pedig nézzünk meg pár mozdonytípust mindkét fajtából!

Svájc

swisst1a.jpg

Az egyik legkorábbi gőzturbinás mozdonyt a svájci Zoelly cég készítette 1919-ben. Ez egy 2'C tengelyelrendezésű (a tengelyelrendezésekről itt olvashattok, bár innen hiányoznak a hármas gépegységű triplexek) mozdony volt, amely kondenzátorral is rendelkezett. A tesztpéldányhoz egy öregebb hagyományos gépet alakítottak át (ez gyakori megoldás volt a néhány megépült gőzturbinás esetében). Érdekessége volt, hogy a tűztéri huzat fenntartásához nem a kéményben, hanem a tűzszekrényben (pontosabban a tűznek helyet adó rostély alatt) volt elhelyezve a ventilátor. Azért alkalmazták ezt a megoldást, mert a kéményventilátorok a forró, korrozív füstgázoknak kitéve hamar elrozsdásodtak, illetve a pernye miatt hajlamosak voltak az elakadásra. A tűztérventilátoroktól ezen problémák megszűnését várták (bár azt mondhatnánk, hogy a tűztérben aztán meg főleg meleg van, de így maga a ventilátor hideg levegőt szívott be, míg a füstszekrényben a forró füstgázokat kellett volna mozgatnia). Ugyan a fenti hátrányt sikerült kiküszöbölni, de egyben új nehézségekkel kellett szembenézniük: a ventilátor miatt a tűztérben a légkörinél nagyobb nyomás uralkodott, ezért a tűztérajtó kinyitása előtt le kellett kapcsolni, különben azonnal kicsaptak a lángok, ezzel nagy veszélynek kitéve a mozdonyszemélyzetet. Ezt a problémát nem sikerült megoldani, ezért egy idő után visszatértek a korábbi huzatképző módszerhez (az alsó képen látható Jason Voorhees-szerű "maszk" ezt az új helyre került ventilátort takarja). A Zoelly-gőzturbinás főgépe a füstszekrény alatt, keresztben volt elhelyezve, egy hatfokozatú, 1200 lóerő teljesítményű akciós turbina dolgozott a mozdonyban, kiegészítve egy kétfokozatú hátrameneti egységgel. A 7500 1/min-es fordulatszámot igen nagy, 28-as lassító áttétellel módosították a kerekeknek "megfelelőbb" értékre, a meghajtás vakforgattúkon és csatlórudakon keresztül történt. A két helyen megfúvott gőzturbinának két kondenzátora volt, amelyeket a szerkocsiban tárolt víz hűtött le. A hűtővíz ezután visszakerült a szerkocsiba, ahol a környező levegő hűtötte vissza. Mivel a vizet ezután újra felhasználták, nem veszett kárba, mint a hagyományos gőzösöknél (igaz, a dugattyús gőzmozdonyoknál is akadtak kondenzátorosak), a Zoelly-mozdony feleannyi vizet fogyasztott, mint egy ugyanilyen teljesítményű, kondenzátor nélküli gőzmozdony.

swissturb2.jpgA svájci Zoelly-gyártmányú gőzturbinával szerelt mozdony. A gőzturbinások egyik jellegzetessége, hogy nincs rajtuk gőzhenger (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/swissturb/swissturb2.jpg)

Svédország

Fredrik Ljungström, egy svéd mérnök több sikeres gőzturbinás mozdonyt épített, és a gőzturbinák fejlődésének egyik legnagyobb úttörője is volt. Az első 1921-ben készült el, azonban ez a mozdony a korábbi hagyományos gőzmozdonyokhoz képest elég furcsa kinézetű volt. A gőzturbina a szerkocsi alatt elhelyezett három tengelyt hajtotta meg, míg a kazán illetve a vezetőállás (tehát maga a mozdony) alatt csak futókerekek voltak. Ugyan nagy teljesítményre volt képes, de mivel a hajtott kerekek felett nem volt elég nagy tömeg a megfelelő tapadás elérésére, nem lehetett teljes mértékben kihasználni a vonóerejét (könnyen kipörögtek a kerekek).

800px-Ljungström_steam_turbine_locomotive_1925.jpg

Ljungström első gőzturbinás mozdonya (Forrás: http://upload.wikimedia.org). Tengelyelrendezése igen különös, német módszerrel (VDEV, UIC) leírva: 2'-3'+C1, a lokomotív teljesítménye 1800 lóerő volt. Lent: az 1925-ös második próbálkozás, szintén a szerkocsi alatti hajtott tengelyekkel. A mozdony elején lévő furcsa szerkezet a kazántáplevegő előmelegítője.

Ljungström_steam_turbine_locomotive_with_preheater_1925.jpg

Ljungström következő mozdonya egy 1'D (2-8-0) tengelyelrendezésű, tehát 4 kapcsolt tengelyű, kondenzátor nélküli gép volt. 1930 és 1936 között készültek a sorozat tagjai a svéd NoHAB-gyárban, ahol a magyarországi M61-es mozdonyokat is gyártották. Kondenzátort bonyolultsága miatt nem építettek be; a tervezők véleménye szerint a hatásfok- és teljesítménynövekedés nem érte volna meg a nehezebb szerelhetőség árán.

sweden1s.jpgA három svéd gőzturbinás mozdony 1936-ban (Forrás:http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)

Ebből a típusból mindössze 3 darab készült, amellyel néhány öregebb gőzöst váltottak ki. A mozdonyok egészen az 50-es évekig, az általuk kiszolgált vonal villamosításáig üzemben maradtak. A 3-ból kettőt meg is őriztek, egy pedig még üzemképes is (bár egy fórumban talált hozzászólás szerint most éppen nem működik), Göteborg-ban vannak kiállítva.

swedturb.jpgEgy másik híres NoHAB :) (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)

Biztos felmerült már néhány olvasómban, hogy milyen lehetett a gőzturbinás mozdonyok hangja. Hát, győződjetek meg róla, aztán mondjatok jobb hasonlatot a sugárhajtású repülőgépnél :)

Ezen a videón pedig 1:45-től állás közben tekinthető meg az egyik megmaradt példány:

Ljungström mozdonyépítési sémáját – miszerint a hajtott kerekek a szerkocsi alatt vannak elhelyezve – később a brit Beyer-Peacock mozdonygyár is átvette, amikor a gőzturbinás hajtással kísérletezett. Az eredmény kiábrándító volt a rossz tapadás, valamint a kazán kedvezőtlen hatásfoka miatt.

Olaszország

belluzzo1a.jpgOlaszországban több (sikertelen) próbát is végeztek gőzturbinás mozdonyokkal. Giuseppe Belluzzo olasz mérnök vezette a munkálatokat, melynek első állomásaként 1907-ben egy 4 kerekű, minden kerekét külön gőzturbinával meghajtó (tehát lehet, hogy merev tengely nélküli) mozdony készült el. A gőz a négy turbinán a következő sorrendben áramlott keresztül: jobb első, jobb hátsó, bal hátsó, bal első. A turbinákat a képen is látható hajlékony cső kötötte össze. A hátrafelé való haladást úgy próbálták megoldani, hogy a turbina mindkét "végén" el volt helyezve egy fúvóka és egy kipufogó. Hátramenetben a turbina másik oldalán levő fúvóka dolgozott, de ez a kialakítás nem lett sikeres. A fordulatszám is alacsony volt a vasúti gőzturbinásokhoz viszonyítva: 2400 ford./perc. Mivel még ez is jóval magasabb, mint a gőzmozdonyoknál használt dugattyús gőzgépek pár százas értéke, a gőzturbina és a kerekek közé egy 8-as lassító áttételt kellett beiktatni. A kicsi kerekek és a rövid tengelytáv miatt a mozdony nem tudott nagy sebességeket elérni, illetve a "donormozdony" - amelyből építették - 1876-ból származott, tehát már akkor sem volt fiatal. A furcsa kinézetű kicsi gőzturbinást 1921-ben bontották szét.

Belluzzo következő alkotása jóval később, 1931-ben lett kész a Breda gyárban. Négy hajtott tengelyét 4 turbina mozgatta, melyek kompaund (vagy kompound) üzemben működtek, tehát az első turbinából kiáramló, még munkavégző képességgel rendelkező gőzt a másodikba táplálták, és így tovább. A turbinák egy közös tengelyt hajtottak, amely kapcsolt tengelyek között helyezkedett el, és vakforgattyún keresztül forgatta azokat. A Breda-gőzturbinás szintén igen furcsán nézett ki, ugyanis a kondenzátor visszahűtőjét itt nem a szerkocsin, hanem a mozdony elején helyezték el (így spórolni lehetett a csövekkel). Sajnos ez a terv sem váltotta be a hozzáfűzött reményeket, normál vasútvonalon nem is jártak vele.

bredabelluzzo1.jpgA mozdony elején levő "házban" helyezték el a huzatképző ventilátorokat, illetve a kondenzátor visszahűtőjét. Ezeket egy kiegészítő turbina hajtotta. (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)

Az Olasz Államvasutak (FS) ezek után még egy utolsó próbát tett a gőzturbinás hajtás hazai sikeressé tételére 1933-ban. Egy hagyományos, 1'C1' (2-6-2) elrendezésű gőzmozdonyt alakítottak át turbinameghajtásra, és egy utat tettek meg vele Firenze-Pistoia között. A tervezett végsebesség 130 km/h volt, de nem bizonyított, hogy elérte-e a mozdony ezt a sebességet, vagy egyáltalán képes volt-e rá a valóságban; a gépről az első út után további feljegyzés nem maradt fenn, valószínűleg a nem kielégítő eredmények miatt szétszerelték, vagy visszaalakították. Olaszország szénszegénysége egyébként sem kedvezett a gőzturbinás hajtás elterjedésének, így ebben az országban az ez irányú kutatások a II. világháború előtt abba is maradtak, és inkább a modernebb villamos vontatás kiépítésére törekedtek, később nem kis sikereket elérve.

685_410a.jpg

Birodalmi gőzturbinások - Németország

kruppz1a.jpgA Krupp-Zoelly gőzturbinás 1928-ból (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)

Németországban előrehaladott kísérletek zajlottak a gőzturbina vasúti alkalmazására. Az első sikeres konstrukciót a német Krupp és a svájci Zoelly mozdonygyárak együttműködése nyomán építették meg, és 1928-ban állították szolgálatba (a svájci gőzturbinás továbbfejlesztéseként készült el). A mozdony kondenzátorral is fel volt szerelve, aminek köszönhetően javult a hatásfok, illetve a lecsapódott vizet újra fel lehetett használni. A huzatot a kéménybe épített ventilátorral javították. A 2000 lóerős, hatfokozatú gőzturbina itt is a füstszekrény alatt keresztben elhelyezve került beépítése, kiegészítve egy háromfokozatú hátrameneti turbinával. Sajnos a mozdonyt 1940-ben egy bombatámadás megsemmisítette, és sajnos már nem volt értelme újjáépíteni.

kruppzoellyturbine1a.jpgFent: A T18.1001-es a díszburkolat felszerelése után (később eltávolították). Lent: A mozdony jellegrajza (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com)

T181s.gif

A Maffei mozdonygyárban 1929-ben hasonló építésű elvű lokomotív készült el. Ugyan nagynyomású (22,5 bar) kazánja elvileg nagyobb teljesítmény leadására is képessé tehette volna - amint az a 60 000 km hosszú tesztutak során kiderült - hatásfoka alatta maradt a Krupp-Zoelly mozdonyénak. Fejlesztésre nem került sor, mert sajnos ugyanaz a végzet jutott ennek is, mint vetélytársának; 1943-ban tüzérségi támadás áldozata lett, és selejtezése mellett döntöttek. Kazánját 1961-ig biztonságtechnikai oktatási célokra tovább használták.

T18-1002.jpgA Maffei-lokomotív (szerintem ez nézett ki a legjobban a németek közül) (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/)

Még az amúgy is kuriózumnak számító gőzturbinás mozdonyok között is szokatlan volt az 1927-ben a Henschel-nél elkészült hibrid konstrukció. Az alapja egy DRG 38-as sorozatú, 2'C (4-6-0) tengelyelrendezésű gőzös volt, de magát a mozdonyt csak viszonylag kismértékben alakították át, és eredeti, dugattyús gőzgépes működését is megtartotta. A nagy változást a szerkocsi jelentette, ebbe építették be a két darab (egy nagyteljesítményű előremeneti, és egy hátrameneti segéd) alacsony nyomású gőzturbinát, melyek az öttengelyes vagon második és harmadik tengelyét hajtották meg. A hátrameneti turbinát később eltávolították; nem volt elég jó a hatásfoka, és a dugattyús gőzgép miatt nem is volt szükség rá.

turbten1s.jpg

Akár Dr. Emmett Brown időgépe a Vissza a jövőbe III-ból :) (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/)

A mozdony főgépe a dugattyús gőzgép maradt, a gőzturbinákat a hengerekből kilépő fáradt gőz hajtotta, hatásfokukat kondenzátorokkal növelték. Az eredeti mozdony kéménye nem tudott a gőzturbina működéséhez kellően nagy huzatot biztosítani, ezért egy ventilátort helyeztek el a füstszekrényben, ennek ellenére maga a konstrukció nem hozta a várt eredményeket, egyszerűen túl bonyolult volt.

t38.jpgFent: A német hibrid gőzturbinás mozdony kéményventilátorral. Lent: a kondenzátorral és gőzturbinával felszerelt öttengelyes szerkocsi (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/)

turbten2s.jpg

1937-ben a gőzöst visszaalakították, a gőzturbinás szerkocsit pedig selejtezték és szétvágták. A mozdony egészen 1961-ig szolgált hagyományos gőzösként.

A sorozat második részében a francia, amerikai, brit és a világ egyéb tájairól származó gőzturbinás mozdonyokkal foglalkozunk. Sajnos nagyon megszaporodtak teendőim, így nem ígérek semmit, de remélhetőleg a jövő hét vége felé be tudom mutatni a következő fejezetet! :)

Forrás:

Újhelyi Géza - Gőzturbinagépész 30-40. oldal (Ipari szakkönyvtár)

http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/

http://en.wikipedia.org/wiki/Blastpipe

http://en.wikipedia.org/wiki/Turbinia

http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Algernon_Parsons

http://hu.wikipedia.org/wiki/G%C5%91zturbina

További képek forrása:

http://strangevehicles.greyfalcon.us/picturesh/st100.jpg

A bejegyzés trackback címe:

https://techstory.blog.hu/api/trackback/id/tr185565095

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

röhögő 2013.10.20. 07:06:09

Fantasztikus ez a poszt! Köszönet érte! Felhívom néhány kollégám figyelmét rá.

walter sobchak 2013.10.20. 12:43:26

@röhögő: Köszönöm szépen! :) Lesz még néhány része, úgyhogy nyugodtan szólj! @hamisnero: :)

Anengineer 2013.10.20. 14:32:37

Nagyon jó, és hiánypótló a poszt. Köszönöm szépen. :). Nagyon komolyan összeszedett anyag, szépen és érthetően összefoglalja a gőztubina vasúti alkalmazását.

Ha megengeded,nem csökkentve a posztod értékét, egy kis kiegészítést, pontosítást eszközölnék:

A modern reakciós gőzturbinák lapátrácsában nem érjük el a hangsebességet, sőt egyenesen el szeretnénk kerülni azt. A szuperszonikus áramlás növeli a veszteségeket, így rontja a gép hatásfokát, illetve jelentős zajt okoz. A régi berendezéseknél, az 70-es évekeig alkalmaztak szuperszonikus lapátozatat a gép szabályzó fokozatán (Curtis fokozat), de mint feljebb írtam, a rossz hatásfok miatt mára már nem alkalmazott.

A másik kiegészítésem, hogy a gőz axiális sebessége a gőzturbinán végighaladva nem csökken, hanem nő. A legnagyobb értéket (ipari gőzelvétel nélküli gép esetén) az utolsó lapátfokozat elhagyásakor éri el.

A gőzturbinának mint gépnek a hatásfoka elérheti akár a 90%-ot is, 81-85% hatásfokú gépek teljesen szokványosak. Amiről az írásodban szó van, a kombinált ciklusú erőmű a 60% hatásfoka, az az egész körfolyamatra jellemző érték, nem a gőzturbinára magára.

A gőzturbina hatásfoka és tervezési fordulatszáma nem igazán van összefüggésben egymással. Az említett 1800 MW-os Alstom Arabelle fordulatszáma 1500 vagy 60 Hz-es vidéken 1800 1/min, míg egy kis szemétégetői gép fordulatszáma akár 10000 1/min is lehet. Abban is biztos vagyok, hogy az Arabelle hatásfoka eléri, ha meg nem haladja a kis gép hatásfokát.
Inkább azt mondanám, hogy a magas tervezési fordulatszámú gépnek alacsony fordulaton történő üzemeltetésekor van szégyenletesen rossz hatásfoka. Ami a mozdonyoknál, a sok indulás megállás miatt, egy létező és igen komoly probléma, kelentősen növeli az üzemanyag fogyasztást.

walter sobchak 2013.10.20. 15:29:06

@Anengineer: Huh, nagyon jó kiegészítés, természetesen semmi gond, nagyon örülök neki! :)

A hangsebesség feletti gőzsebességet a Gőzturbinagépész könyvből vettem, ami a 60-as években íródott. Nem írtam oda, hogy a gőz mindig egy adott (kicsi) szögben érkezik a turbinalapátokra, tehát a lapátok kerületi sebessége (ebből számítható ugye a fordulatszám) ennél kisebb lesz (az általam megnézett gépeknél kb. 20 fokos szögben, tehát mintegy 30 %-a). A szuperszonikus kerületi sebesség természetesen kerülendő (ahogy a légcsavaroknál is). Egyébként az AraBelle hatásfoka az egyik legjobb a piacon, ahogy olvastam, de pontos adatot nem találtam rá.

Így van, a fordulatszám és a hatásfok nincs összefüggésben egymással, de szerintem nem is írtam ilyet. Biztosan annál a mondatnál gondolhattad, hogy úgy értem, amikor az alacsony fordulaton tapasztalható rossz hatásfokról írtam, amit úgy értettem, hogy az adott turbina alacsony fordulatszám-tartományában. Ahogy a kamionoknál a 2000 ford/min a magasfordulat, miközben az a sportmotoroknál kimondottan alacsony, így van ez a turbináknál is. :) Az Alstom AraBelle egyébként úgy olvastam, hogy az óriási teljesítmény mellett egyik legjobb hatásfokú gép is a gőzturbinák között, bár úgy nézem, te a szakmában dolgozol, szóval jobban tudod ezeket.

Köszönöm még egyszer a kiegészítést!

Jancsa Jani · http://burger.blog.hu 2013.10.21. 11:39:16

eszméletlen jo post, meg ugy is, hogy a felét nem értem :D

walter sobchak 2013.10.21. 18:35:33

@Jancsa János: Na, melyik részét nem érted? Szívesen elmagyarázom, amennyire tőlem telik! :)

Jancsa Jani · http://burger.blog.hu 2013.10.22. 13:17:16

@walter sobchak: úgy az egész, a szamitogepen kivul nem vagyok annyira technikai ember, tehat ugy kezdodik, h megprobalom elkepzelni a dolgot, aztan vagy sikerul vagy nem :D

walter sobchak 2013.10.22. 17:53:44

@Jancsa János: Én is így vagyok :D, a számítógépekhez nem értek, pont azért, mert nem igazán tudom elképzelni :D.

Öcsi 8 2019.05.30. 10:38:31

Szia!

Tudnál segíteni egy gőzturbina hatásfokának a kiszámításában, vagy tudnál ajánlani valakit?