Üdvözlök mindenkit újra itt, sajnos az elmúlt hetekben nem volt időm és kedvem blogbejegyzést írni, de most itt vagyok, :) és jelentkezem a gőzturbinás mozdonyok utolsó fejezetével, ami talán a legérdekesebb mind közül; ma megismerkedünk az igazi vaskerekű erőművekkel, a gőzturbina-elektromos mozdonyokkal!
Mint az az előző részekből kiderül, hiába voltak a gőzturbinák megfelelőek, sőt, egy idő után egyeduralkodók a hajózásban és az energiatermelésben, a vasúti alkalmazás igényeit nem tudták kielégíteni. Mivel a turbinák nem szeretik a terhelésváltásokat, és jó hatásfokkal csak stabil, nagy fordulatszámon tudnak működni, ideálisak lehetnek egy napokig kis sebességváltozással a tengereken közlekedő gőzhajóba, vagy egy heteken keresztül (közel) azonos teljesítményen üzemelő alaperőműbe, a gyakran megálló-elinduló-gyorsító-lassító, és a pályán zötykölődő mozdonyba már nem megfelelőek, hiába tudnak hihetetlen teljesítményeket elérni. Azonban volt a vasúti gőzturbina alkalmazásának egy másik módja is, a már említett gőzturbina-elektromos meghajtás. Ha az erőműben jól működnek, miért ne lehetne azt az erőművet kerekekre szerelni? – gondolhatták a korabeli mérnökök. A villamos hajtómű elméletileg azért megfelelőbb a vasúti alkalmazásban, mert a gőzturbina így mindig a neki megfelelő, magas fordulatszámokon üzemelhet, miközben a mozdony sebességét a vontatómotorok fordulatszám-szabályozásával viszonylag tág határok között lehet változtatni, és akár két irányban is lehet vele közlekedni, nem kell a hátramenethez külön hajtóegység. Ennél fogva a turbóelektromos mozdonyok valamivel népszerűbbek lehettek volna fogaskerekes társaiknál, azonban különböző, alant részletezett hibák miatt szintén nem terjedtek el túlságosan. A mechanikus hajtóművű mozdonyokkal ellentétben – amelyek inkább egy henger és rudazat nélküli hagyományos gőzösre hasonlítottak – ezek inkább a korai dízel- és villanymozdonyokkal mutattak kinézetbeli rokonságot, és automata tüzelőberendezéseik, illetve villamos vezérlőrendszereik miatt technikai fejlettségük is közelebb állt azokéhoz.
Anglia - sikertelen kísérletek
A Reid-Ramsay, az első brit gőzturbinás tervei 1910-ből (Forrás: http://www.douglas-self.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidrams/ramsey1910s.gif)
A legkorábbi turbóelektromos mozdonyok már jóval a fogaskerekes hajtóművűek előtt megjelentek. Angliában például már 1910-ben elkészült az első (Reid-Ramsay típusú) mozdony, amint az a korábbi fejezetben említésre került. Ez a gép kinézetre még gőzmozdonyra hasonlított, sőt kazánja és túlhevítője is egy meglévő típusról származott. Az itt megtermelt gőzt a turbinába vezették, amely közös tengelyen volt egy dinamóval. A turbina fordulatszáma éppen 3000 fordulat/perc volt, a(z egyenfeszültséget szolgáltató) dinamó áttétel nélkül kapcsolódott hozzá. A dinamó által szolgáltatott áramot aztán a vontatómotorok táplálására használták. A furcsa, 2'Bo+2'Bo (4-4-0+4-4-0) tengelyelrendezésű, tehát 2+2 hajtott tengelyű gép minden hajtott tengelye saját egyenáramú (600 voltos) vontatómotorral rendelkezett, melyek forgórésze maga a tengely volt, áttétel nélkül. A konstrukció gőzkondenzátort is tartalmazott, amelyben a felhasznált tápvizet lecsapatták, és szivattyúkkal a szerkocsiba vezették vissza, ezzel sokat javítva a mozdony hatótávolságán. Ez azonban lényegtelen volt, mivel a villamos hajtás akkoriban még annyira kiforratlannak számított, hogy a gépet a tesztek befejeztével 1924-ben leállították, fogaskerekessé építették át, majd – mivel a helyzet így sem javult – selejtezték (lásd az angliai gőzturbinásokat bemutató fejezetben).
A Reid-Ramsay turbóelektromos kísérleti mozdony (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/reidrams/reidrams.htm)
Egy Armstrong-Whitworth típusú gőzturbinával épített, 1'C+C1' (2-6-6-2) elrendezésű mozdony is szolgált Nagy-Britanniában, 1922-ben. A gép teljesítménye 1200 LE volt, maximális vonóereje 100 kN, 370 fokos túlhevített gőz hajtotta a főgépet. A nagy gőzturbina rugalmas tengelykapcsolón keresztül egy 600 voltos háromfázisú szinkrongenerátort forgatott 3600 1/perc-es fordulatszámon (60 Hz), amely négy darab váltakozó áramú csúszógyűrűs villanymotort látott el árammal (egy motor teljesítménye 275 LE volt). A motorok páronként hajtottak három tengelyt vakforgattyúk és csatlórudak segítségével (az egyik gépegység a mozdony, a másik a kondenzátoros szerkocsi alatt volt elhelyezve). A generátort egyenáramú gerjesztőgéppel gerjesztették, amelyet egy külön gőzturbina hajtott meg. Az egyenáramú segéddinamó a kondenzátor hatalmas hűtőventilátorát és a huzatképző ventilátorokat is ellátta árammal.
Az Armstrong-Whitworth gőzturbina-elektromos mozdony (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/armstrongturbine/armstrng.htm)
A gőzturbina-elektromos mozdony vezetése hasonlított a villamosokéhoz és a villanymozdonyokéhoz (már amennyire én beleástam magam a témába :) ). Az indítás úgy zajlott, hogy először a kiegészítő (egyfokozatú) turbinát indították el, amelynek köszönhetően a főgenerátort lehetett gerjeszteni, elindult a huzatventilátor és a kondenzátor hűtője is. A főturbinát ezután mintegy 1800-as fordulatra pörgették fel (ez volt az "alapjárat"). A kontroller elfordításakor négy motort sorba kapcsolták (közben a turbina felpörgött 3600-ra), azaz az eredeti 600 volt helyett 150 volt jutott mindegyik motorra. A kontroller továbbfordítása szép lassan kiiktatta az ellenállásokat az áramkörből, így egyre nagyobb áramot vehettek fel a motorok, azaz a fordulatszámuk egyre növekedett (gyorsult a mozdony) egészen 15 mérföldes sebességig (ez a végsebesség negyede, mivel ugye a 600 voltnak a 150 volt is a negyede). Ahogy tovább fordította a mozdonyvezető a kontrollert, a motorok páronként párhuzamosan-, az így kötött motorpárok pedig sorba kapcsolódtak, azaz egy motorra már 300 volt esett, tovább gyorsult a gép egészen 30 mérföldig (48 km/h). A végállás közelében mind a négy motor párhuzamosan kapcsolódott, így érte el a mozdony a maximális sebességet (emlékszünk, ugye fizika óráról? :) Párhuzamos kapcsolásnál a feszültségek megegyeznek, sorosnál összeadódnak). A végsebesség tehát elérte a 60 MPH-t, azaz a 96 km/h-t.
Vive la Resistance! - Az ellenállások a mozdony oldalán (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/armstrongturbine/armstrng.htm)
A turbina a kazán alatt helyezkedett el, amely emiatt nagyon magasra került. A magas súlypont rontotta a mozdony stabilitását, illetve - annak érdekében, hogy beférjen az űrszelvénybe - kicsi átmérőjű kazánt lehetett csak használni, kicsi gőztermelő képességgel. A 14 baros kazánnyomást emiatt csak a turbina kedvező fordulatszám-tartományában lehetett biztosítani (alacsony sebességnél nagyon rossz volt a turbina hatásfoka, így hamar elfogyasztotta a kazánban megtermelt gőzt). A brit gőzturbinás többek között az egyedülálló forgógépes gőzkondenzátora miatt vált érdekessé, amitől további hatásfok-növekedést vártak el. A turbinából kilépő fáradt gőz forgó csöveken haladt át, melyek vízzel voltak körülvéve, így a gőz a csövek belső falára csapódott ki, miközben kondenzációs hőjét a csövek körül lévő hűtővíznek adta le.
A mozdony kondenzátorának metszete. A gőz jobb oldalon levő hűtőradiátor-szerű vastag csőbe lépett be, amely vízzel volt körülvéve. A lecsapódott víz aztán elhagyta a csöveket. A hűtővizet a ventilátor által szolgáltatott levegő hűtötte vissza. A kondenzátor óránként közel 7000 liter vizet tudott lecsapatni a gőzből, hűtőfelülete több mint 500 négyzetméter volt. Sajnos a szerkocsi emiatt a szerkezet miatt igen nehéznek bizonyult, a mozdony össztömege így elérte a 156 tonnát, ami igen sok volt, pláne a kis teljesítményhez képest.(Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/armstrongturbine/armstrng.htm)
Elvben nagyon ötletes volt ez a megoldás, azonban a szerkezet igen nehéz és bonyolult volt, külön gép kellett a hatalmas "hordó" forgatásához, és az óriási, közel 2 méter átmérőjű hűtőventilátor működtetéséhez, ezeket pedig mind a kazán korlátozott teljesítményéből kellett elvenni. A korai gőzturbina-elektromos mozdony a "szokásos" prototípus-attribútumokkal rendelkezett: különleges és forradalmi megoldások a fedélzeten, amelyek elvileg jól működtek, hogy aztán a gyakorlatban kiderüljön, hogy amit nyerünk a réven, elvesztjük a vámon. Az egyébként jelentős súlytöbbletet okozó (a tervezett 122 tonna helyett 156 tonna lett a mozdony tömege, ez igen nagy, 24 tonnás tengelyterhelést jelentett), nagyon rossz megbízhatóságú megoldást így elvetették, és a gép mindössze pár hónapnyi tesztüzem után, 1923-ban a mozdonytemetőben végezte. Ezzel véget is ért a turbóelektromos hajtás története a Királyságban.
A mozdony vízvételezés közben 1922 májusában (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/armstrongturbine/armstrng.htm)
Az Union Pacific gőzturbina-elektromos gépei
Amerikában ennél jóval több elektromos meghajtású típus szolgált, elsősorban a dízel-villamos mozdonyok ellenfeleként. Sajnos ezek a csodálatos külsejű gépek ott sem tudták megvetni a lábukat, a 60-as éveket egyikük sem élte meg. Az országban az első ilyen mozdonyt 1938-ban készítették el.
Az Union Pacific gőzturbinások (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/upturb/upturb.htm)
A 2'Co+Co2' (4-6-6-4) tengelyelrendezésű gép az Union Pacific vasúttársasághoz került, és azért is volt érdekes, mert maga a meghajtás a turbinával, a kondenzátorral és a generátorral együtt egy az egyben egy erőműből származott! Mivel a berendezés eleve bonyolult, és legfőképpen nem mozgásra tervezett volt, nagy hátránnyal indult az amúgy nem túl népes, és szintén nem túl kiforrott mezőnyben. A Babcock & Wilcox típusú kazán a vezetőállás mögött foglalt helyet, a két darab főgenerátoron kívül a mozdony orrában egy külön generátor termelte a világításhoz, vonatfűtéshez és az egyéb segédberendezések működtetéséhez szükséges áramot.
Az UP gőzturbinás mozdony gépészeti elrendezése. Középen helyezkedett el a gőzturbina, előtte a főgenerátorokkal. A mozdony hátuljában egy hatalmas kondenzátor is helyet kapott. A gőzmozdonyoktól eltérően (de a modern villamos erőátvitelű mozdonyokhoz hasonlóan) minden tengelyt külön villanymotor hajtott, nem voltak csatlórudak, sem kardánhajtás. A számok sorrendben: 1.-6.) Vontatómotorok 7.-8.) Főgenerátorok 9.) Segédgenerátor 10.) Gerjesztőgép 11.) Akkumulátor-töltő 12.) Ellenállások 13.) Kontaktorok 14.) Akkumulátor 15.) A vontatómotorok szellőzőventilátora 16.) Kazán 18.) Nagynyomású gőzturbina 19.) Kisnyomású gőzturbina 20.) Gőzkipufogó 21.) Kondenzátorok 23.) Kondenzvíz-tartály 26.) Tápvízszivattyú 27.) Tápvíz-előmelegítő 28.) Segédturbina 29.) A kondenzátor hűtőventilátorának gőzturbinája 30.) Kompresszor 31.) A vonatfűtő-berendezés elpárologtatója 33.) Víztartály 34.) Huzatventilátor 36.) Kazánvezérlő 37.) A vontatómotorok szellőzőventilátora 38.) Tüzelőolaj-tartály. Megjegyzés: nem én hagytam ki számokat, így vannak az eredeti képen is :). A műszaki kifejezésekre érzékenyek nyugodtan javítsanak, lehetőleg anyázás nélkül (Forrás: http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/upturb/upturb.htm)
A kazánnyomás a hagyományos gőzösökhöz képest hihetetlenül magas volt, több mint 100 bar (bár az ún. ultranagy-nyomású gőzmozdonyok között akadt ennél még nagyobb kazánnyomás is!), a gőzhőmérséklet elérte az 500 fokot, a gőzturbina 12500-at fordult percenként! A mozdony fűtő- és vezérlőrendszere automatikus volt, üzemanyagaként pedig az addig csak erőművekben, hajókon-, majd később az Union Pacific gázturbinás mozdonyoknál használt, akkoriban a csapvíznél is olcsóbb Bunker-C nehézolaj szolgált. Így a működtetési költség egy gőzmozdonynál lényegesen kevesebbre jött ki. Két mozdonyt egyébként egy egységként, egy mozdonyvezetővel is lehetett használni. Az 1938 végén elkészült gépeket az UP 1939-ben vette át tesztelésre, de még abban az évben vissza is adta szörnyű üzemkészségre hivatkozva a gyártó General Electric-nek.
A gőzturbinás mozdony az akkor divatos "turcsiorrú" dízájnnal készült el; kinézetre inkább emlékeztetett egy dízelmozdonyra, mint egy gőzösre (Forrás: http://www.rrpicturearchives.net/pictures%5C78806%5C1939%20Omaha%20Union%20Paciric_0003.jpg)
A gyár később kijavítva a Great Northern Railway-nek adta el őket, ahol 1943-ig vontatójármű-hiány esetén vetették be ezeket a gépeket, minthogy a legnehezebb vonatokat is képesek voltak elhúzni (bár inkább nagy tehervonatoknál alkalmazták a gőzturbinásokat tolómozdonyként). Arra az évre azonban a nem ekkora igénybevételre tervezett mozdonyok hajtott kerekeinek nyomkarimái annyira elhasználódtak, hogy ki kellett volna cserélni őket, és mivel ezzel egy időben az egyik lokomotív kazánja is tönkrement, újra visszakerültek a gyárhoz. Az azonban ezúttal már nem ölt bele több pénzt és munkát a konstrukcióba, és még abban az évben szétszerelte őket.
Fél év szolgálat - C&O M1 "Sacred Cow"
Akár egy retrofuturisztikus film díszleteként is beválna a gyönyörű és egyben félelmetes kinézetű, 1948-tól a Chesapeake & Ohio Railways-nél (C&O) szolgáló 3 darab M1-es mozdony. A szénportüzelésű gépek sajnos típustársaikhoz hasonlóan nagyon megbízhatatlannak bizonyultak, ezért a C&O, típuson szolgáló mozdonyvezetői annak rövid, pár hónapos szolgálata ellenére is a nagyon találó, ám kevésbé hízelgő „Sacred Cow” (Szent Tehén) becenevet aggatták rájuk.
Chesapeake & Ohio M1. Méretéről a mellette álldogáló ember is árulkodik. Nem rossz, mi? :) (Forrás: http://i147.photobucket.com/albums/r293/VIEWLINER/PTA/CO1.jpg)
A nem kevesebb mint 6000 lóerős masinák más mozdonynál soha nem látott 2'Co1+2'Co1+Bo (Whyte-rendszer szerint 4-6-2+4-6-2+0-4-0) tengelyelrendezésűek voltak. Ez a sok kerék a hattengelyes szerkocsival együtt egy 32 méteres szerelvényt támasztott alá, ezzel a leghosszabb személyvonati mozdonnyá téve az M1-est. A gépészeti elrendezés is figyelemreméltó volt. A vezetőállás középre került, előtte volt egy hatalmas, és dizájnos cápaorrban végződő széntartály, mögötte pedig a gőzturbina és egy fordított kazán kapott helyet (emiatt a kémény a mozdony végén volt). A szerkocsinak így csak a vizet kellett szállítania. A gépeket a Washington és az ohio-i Cincinatti közötti nagytömegű gyorsvonati forgalom lebonyolítására rendelték, de egyetlen utat se tudtak meghibásodás nélkül teljesíteni. A sorozat konstrukciós hibája volt, hogy a szennyeződésekre érzékeny vontatómotorokba mindig bejutott a szénpor, a víz, illetve nagy sebességeknél a pályáról felkapott por, így hamar zárlatosak lettek, illetve sokat álltak a mozdonyok az automata kazán meghibásodása miatt is. Ezek kijavítása nagyon sok időbe és pénzbe került, így a vasúttársaság számára is nyilvánvalóvá vált, hogy hosszútávon igen költséges lenne a sorozat üzemeltetése. Emiatt döntött úgy, hogy a gépeket példátlanul rövid idő, mindössze fél év után, még 1948-ban kivonják a forgalomból. Eredetileg a mozdonyok számára "The Chessie" néven új expresszvonatot is terveztek indítani, amit természetesen az első szerviztapasztalatok nyomán csendben levettek a napirendről. 1950-ben mindhárom M1-est szétvágták.
Egy igen ritka színes kép az M1-500-as pályaszámú (legelső) mozdonyról. A kép a gépek színezéséről is árulkodik. (Forrás: http://www.steamlocomotive.com/fairs/co500.jpg)
Az utolsó mohikán: Norfolk & Western "Jawn Henry"
Színes fotó a "Jawn Henry"-ről (Forrás: http://www.trainweb.org/pocahontas/images/tr_nw2300.jpg)
A turbóelektromos hajtás utolsó képviselője az 1954-ben a világhírű Baldwin-műveknél készült, majd a Norfolk & Western (N&W) vasúttársaságnál tehervonati szolgálatot teljesítő 4500 lóerős „Jawn Henry” volt. A mozdony a nevét az amerikai folklór egyik alakjáról, John Henry-ről, a legendás vasútépítőről kapta (a két név kiejtve szinte ugyanúgy hangzik), aki a monda szerint egyszer megnyert egy vasútépítési versenyt egy gőzzel hajtott sínépítő géppel szemben, majd a kalapáccsal a kezében ott halt meg a célvonalban. A gépészeti elrendezés hasonló volt az M1-eshez, apróbb különbségekkel, illetve itt a C&O mozdonytól eltérő C+C-C+C (0-6-6-0+0-6-6-0) tengelyelrendezést alkalmaztak.
Nemcsak az elrendezés, hanem a végül a sorozat végét jelentő hibák is hasonlóak voltak a C&O mozdonyéhoz. A csövekből becsorgó víz állandóan zárlatot okozott a vontatómotorokban, illetve az újszerű, Babcock & Wilcox gyártmányú vízcsöves kazán automata vezérlőberendezése is folyton meghibásodott. A sikertelen konstrukció ugyan hosszabb szolgálati időt tudhatott magáénak (nehéz tehervonatok tológépeként alkalmazták), mint elődje, hibái miatt ez sem kerülhette el a végzetét. 1958. január 4-én az utolsó példányt is leállították, ezzel véget vetve a gőzturbinák sikertelen, de tanulságos korszakának a vasúti vontatásban.
A gőzturbinás mozdonyok alkonya, a kor értékelése
Az utolsó ilyen mozdony nyugdíjba vonulásával szerepüket végleg átvették a korszerűbb, olcsóbban üzemeltethető, megbízhatóbb dízel-villamos mozdonyok. Eddig nem említett további hátránya volt a turbináknak, hogy míg egy dízelmozdonyt pár másodperc alatt el lehet indítani, és ugyanilyen gyorsan le is állhat, a gőzturbinák üzembe helyezése a gőzmozdonyokhoz hasonlóan fáradságos, időigényes munka, ráadásul a turbóelektromos gépeknél bonyolult felépítésük miatt még nehezebb is.
A "gőzösök gyilkosa", az amerikai General Motors által gyártott F-sorozatú "turcsiorrú" dízelek. A 30-as, 40-es években kifejlesztett mozdonyok voltak az elsők, amelyek igazán versenyképesek voltak az erősebb gőzösökkel szemben is, a háború után ezért nagy számban váltották le a gőzmozdonyokat ilyen gépekkel. A képen látható F3-as típusváltozatok 1500 lóerős motorokkal készültek, ami talán nem tűnik soknak, de a vezetőállás nélküli (ún. booster) egységek segítségével akár négyszekciós "mozdonyvonatot" is össze lehetett állítani. Csak a fenti típusváltozatból 1900 egység készült 3 és fél év alatt! Az F-sorozattal közvetve mi, magyarok is találkozhat(t)unk; a mozdonyok 16 hengeres kétütemű dízelmotorjainak modernizált változatait az M61-es NoHAB-okban találhatjuk (hallhatjuk) meg. (Forrás: http://www.gmphotostore.com/images/53218125_pr.jpg)
Mindezek ellenére elmondható, hogy ha a gőzturbinák nem is váltak be a mozdonyoknál, az itt elszenvedett kudarcok nagyban hozzájárultak ezen erőforrások fejlődéséhez, így ha a vasutaknál nem is, a technikában mindenképpen nyereségesnek tekinthető ez a próbálkozás. Jobban örülnénk, ha ennél valamivel több példányt őriztek volna meg az utókornak, de sajnos a gőzturbinások „fénykora” nem arra az időszakra esett, amikor a megőrzéssel sokat törődtek volna. Mindenesetre egy technikatörténet iránt érdeklődő számára a következő nagy fejezetben részletezett gázturbinás hajtással együtt annak egyik legérdekesebb fejezetét jelenthetik ezek a mozdonyok.
Megmaradt gőzturbinások: a különleges mozdonyok természetesen a vasútmodellezők figyelmét is felkeltették. A gőzturbinások modell- és makettváltozatai (különösen az alsó, sárgarézből készült, több mint 3 kilós Jawn Henry) 3-4 ezer dollárba, azaz 800-900 ezer forintba is belekerülhetnek! (Forrás: http://origin.ih.constantcontact.com/fs032/1101630310220/img/28.jpg?a=1101699758941, http://www.3rdrail.com/images/nwte1a.jpg, http://www.rcgrabbag.com/wp-content/uploads/2013/02/5D3_0338-Edit.jpg)
Végül pedig egy ilyen modellről készült videóval búcsúznék. :)
Források:
http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/locoloco.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/EMD_F3
További képek forrása:
http://www.douglas-self.com/MUSEUM/LOCOLOCO/chesturb/co1.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/Union_Pacific_experimental_steam_turbine_engines_1939.JPG
http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCOLOCO/chesturb/chesturb.htm
http://www.customtrains.org/Images/trains/Northeastern/CandO/CandO_M1_CT540.jpg