Sziasztok! Hosszú-hosszú hallgatás után újra itt vagyok :). A 4. részben a szovjet és orosz óriás gázturbinások kerülnek sorra, illetve az amerikai Westingouse próbálkozása a gázturbinás hajtás vasúti alkalmazására.

A Westinghouse gázturbinás kísérlete, a cápaorrú "Blue Goose"

Hm, úgy látszik a 40-es, 50-es években Amerikában minden furcsa járművet goose-nak, azaz libának neveztek el... ott volt a "Spruce Goose" a repülőknél, a "Tin Goose" az autóknál, erre itt meg "Blue Goose" :). Hát, legyen. 

Az USA-ban nem csak a General Electric próbálkozott komolyabban a gázturbinás mozdonyokkal, hanem egy másik nagy amerikai cég, a Westinghouse (róla inkább az önműködő légfékberendezések és az atomreaktorok juthatnak eszünkbe). A megvalósult 2 darab kísérleti példány azonban nem volt elég sem ahhoz, hogy elterjessze a turbógépeket a vasutakon, de még ahhoz sem, hogy felvegye a versenyt a GE mozdonyaival. A Westinghouse a „nulladik generációs” GE-101-essel egy időben, a 40-es, 50-es évek fordulóján készült el a két prototípussal.

A legnagyobb különbség a GE-khez képest az volt, hogy a Westinghouse mozdonyokat nem teher-, hanem gyorsvonatok továbbítására szánták. Az akkoriban dúló expressz-őrület (amely az áramvonalas gőzmozdonyok és a „turcsiorrú” dízelek elterjedésével köszöntött be) szinte kiáltott egy olyan mozdonyért, amely minden eddiginél nagyobb sebességgel tud haladni anélkül, hogy villamosítani kellene a pályát. A háború után (hang)robbanásszerű fejlődésnek induló sugárhajtás korában ráadásul még jobban hangzott volna egy olyan vonat, amelyet egy „vasúti repülőgép” vontat. A Westinghouse-gázturbinás ezért hosszú tengelyáttételeinek köszönhetően akár a 100 mérföld/órás, azaz a 161 km/h-s sebességet is el tudta érni, és kinézetre is inkább elegáns volt, nem olyan robusztus, mint a GE-tehermozdonyok.

A főgép. Balról jobbra haladva látszik a két generátor, a generátorok és a turbina közötti hajtómű (fordulatszám-csökkentő fogaskerék-áttétel), a turbina, az égőterek és a kompresszor.(Forrás: http://railroadlocomotives.blogspot.hu/2010/10/westinghouse-gas-turbine-electric-2.html)

A Westinghouse nem egy, hanem két gázturbinát szerelt mindegyik mozdonyba. A turbinák egyenként 2000 lóerő teljesítményűek voltak (6000 LE volt a turbinatengelyen mérhető teljesítmény, de 4000 lóerőt elvitt a kompresszor és a segédüzemek meghajtása), így 4000 lóerős lett egy mozdony. A főgépeknek 23 fokozatú kompresszora, tizenkét különálló égőtere és 8 fokozatú turbinakereke volt. A turbinák egyenként két főgenerátort hajtottak meg egy 10-es lassító áttételen keresztül. A mozdony tengelyelrendezése ugyanaz volt, mint GE-s ellenfeleinek. Négy darab kéttengelyes forgóváz, amelyek a mozdony elején és végén páronként lettek beépítve. Így minden turbina egy-egy forgóváz-csoportot, minden generátor egy forgóvázat látott el árammal. A gépezet indítása úgy történt, hogy az egyik generátorral (azt motorüzemben használva) elkezdték felpörgetni a turbinát, majd kellő fordulatszám elérésekor begyújtották azt. Innentől kezdve még 2 percig tartott, míg a főgépek elérték az alapjáratot (a gázturbinások egyik furcsasága, hogy az alapjárati fordulatszám akár 60 %-a is lehet a maximális fordulatnak – a hagyományos dízelmozdonyoknál mindössze 25-30 % ez az arány).

A turbinák tervezésénél komoly gondot jelentett, hogy a különböző üzemállapotokban nagyon különböző volt az alkatrészek hőmérséklete (egymáshoz képest is), és a hőtágulás miatt igen nehezen lehetett összetervezni őket. Míg kis terhelésen a turbina üzemi hőmérséklete 400 Celsius-fok körül alakult, maximális terhelésen elérhette a 750 fokot is (szintén Celsiusban). A gyakori és jelentős hőmérséklet-változások igen nagy termikus igénybevételt jelentettek az alkatrészeknek, és talán mondanom sem kell, hogy ezt csak nagyon drága melegszilárd acélötvözetekkel, nikkelbázisú fémekkel lehetett megoldani, ami eléggé megdrágította a gyártást.

A higanygőzös egyenirányítók segítségével egyenirányított áram hajtotta meg a nyolc darab egyenáramú vontatómotort. A nyolctengelyes mozdony óriási indító vonóerőre volt képes (mivel a teljes 230 tonnás tömeg a hajtott kerekeken nyugodott), 12 km/h-s (8 mérföldes) sebességnél több mint 520 kN-t tudott kifejteni a különleges meghajtás segítségével. Ez a valaha volt legerősebb gőzmozdonyokkal összevethető adat, úgy, hogy a gázturbinás mozdony még a hatalmasnak tűnő tömeg ellenére is kevesebbet nyomott egy ekkora gőzösnél, a gázturbina is kevesebbet fogyasztott. Ja igen, az üzemanyag Bunker-C olaj volt, akárcsak a többi hasonló mozdonynál. A Westinghouse-gépekben egy külön gőzfejlesztő is helyet kapott a vonatfűtő berendezésnek (20 ezer literes víztartállyal – a betöltött vízmennyiséggel a tengelyterhelést is lehetett „finomhangolni”). A mozdony olajtartálya kisebb volt, mint a GE-mozdonyoké, „mindössze” 15 ezer literes + 1800 liter gázolaj a kiegészítő 75 lóerős dízelmotornak (illetve a turbinának, amely indításkor szintén gázolajjal ment egy pár percig).

A Westinghouse már a háború utolsó évében, 1945-ben nekilátott a tervezésnek, ezzel megelőzte a GE-t. 1948-ban lett kész az első prototípus, amelyet először „stabilmotorként”, áramfejlesztőként tesztelték, tehát a poszt címének megfelelően tényleg egy vaskerekű erőműként szolgált. A GE prototípus mozdonya, amely szintén ezekben az időkben futott próbaköreit, hatékonyabbnak bizonyult. Turbinái egyrészt nagyobb teljesítmény mellett kevesebbet fogyasztottak, másrészt a Westinghouse mozdonyokban két gázturbina és négy generátor volt, a GE-gépekben pedig egy turbina hajtott egy generátort; ez sokkal kevesebb hibalehetőséget jelent. A Westinghouse ugyan végrehajtott néhány változtatást (2250 LE-re növelte az egységteljesítményt, így a mozdony 4500 lóerős lett), de a Union Pacific már letette a garast a GE mellett. A két prototípuson kívül nem készült több ezekből a mozdonyokból.

Szovjet-Oroszországban...

A Szovjetunióban az 50-es évektől próbálkoztak meg a gázturbinák vasúti adaptálásával. Az első kísérlet 1959-ben vette kezdetét. A terv egy kétszekciós Co-Co+Co-Co tengelyelrendezésű (12 tengelyes) tehervonati mozdony megalkotása lett volna, de a G1-01 típusú gázturbinásból végül csak az egyik szekció készült el, amivel egészen a 70-es évek elejéig zajlottak a próbák. A mozdony gyártási helye a magyar mozdonyfanoknak ismerős lehet, ugyanis a gépet a vorosilovgrádi (ma Luganszk) mozdonygyárban építették meg. A szabaddugattyús kétütemű (hajtókar nélküli) dízelmotorból (gázgenerátorból) és egy gázturbinából álló hajtás összteljesítménye 3000 lóerő volt, a turbina hidrodinamikus hajtómű segítségével hajtott meg egy nagy dinamót, amely a hat egyenáramú vontatómotort táplálta. Huh, ez mi is akkor? Dízel-gázturbinás-hidroelektromos mozdony? :) (jó, tágabb értelemben sima gázturbina-elektromos) Az egyetlen megépült gép későbbi sorsa ismeretlen.

A G1-01-es szovjet gázturbinás a luganszki gyárban készült, akárcsak a Magyarországon (és kb. az egész volt keleti blokkban) megtalálható M62-es "Szergejek". A számok a következőket jelölik: 1.) Kompresszor 2.) Égőtér 3.) Turbinafokozatok 4.) A fődinamó hajtóműve 5.) Fődinamó 6.) Segéddízelmotor 7.) Villamos készülékszekrény 8.) Hűtőventilátor 9.) Olajtartály 10.) Légsűrítő a fékberendezéshez
(Forrás: http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Gas-Turbine+Locomotive)

A másik, már sikeresebb konstrukció, a GP-1 nevet kapó, szintén kétszekciós, 12 tengelyes mozdony volt, melynek tesztelése 1964-ben kezdődött. Végül csak két egység készült el, melyek GP-0001 és GP-0002 besorolást kaptak. A gépek menetrendi üzemben is dolgoztak, maximális teljesítményük 3500 LE volt.

A UP gázturbina-elektromos mozdonyainak selejtezése, és az 1973-as arab olajválság sokáig hátráltatta a hajtás elterjedését, annak előnyeit csak a közelmúltban fedezték fel újra. Oroszországban a nagy távolságok miatt nagyon erős mozdonyokra van szükség, és az itt alkalmazott széles, 1520 mm-es nyomtáv még robusztusabb konstrukciók építését teszi lehetővé. Az orosz vasutak már beszerzett egy GEM-10 típusú, hattengelyes, gázturbinás tolatómozdony típust, majd később annak továbbfejlesztett, kétszekciós, Bo-Bo+Bo-Bo tengelyelrendezésű, nyolctengelyes változatát, a TGEM-10-0001-et. A vasutak legutóbbi ilyen beszerzése azonban nem ez, hanem a 2007-ben vásárolt nagyteljesítményű, szintén kétrészes GT1-001-es volt.

A minden eddiginél erősebb, nem kevesebb mint 11 100 lóerős, cseppfolyósföldgáz-tüzelésű (LNG - nem azonos az autógázzal), 12 tengelyes egységek feladata a hatalmas, akár 15-16 ezer tonnás, 170 kocsis (!!!) konténervonatok ("szárazföldi teherhajók") vontatása. A gépekből akár hármat is lehet távvezérelt üzemben használni, ezzel a leghatékonyabb vontatójárműveknek számítanak a vasúttársaságnál, illetve ezek a legerősebb, fedélzeti erőforrással felszerelt mozdonyok a világon.

A hatalmas teljesítményű GT1-esek ezen felül a gázturbinás hajtás reneszánszát is jelenthetik a vasúti vontatásban, amit alátámaszt az is, hogy tavaly elkészült egy még újabb gázturbinás prototípus, a GT1h, becenevén "Szinara" (az őt gyártó mozdonygyárról). A vadonatúj gázturbinás mozdony a GT1-esek 11 ezer lóerős LNG-üzemű gázturbináját használja, szintén kétszekciós, de a tengelyelrendezés különbözik. Mindkét szekció két darab négytengelyes forgóvázon nyugszik, így a mozdony összesen 16 tengelyes (minden tengely hajtott). Az egyik szekcióban a gázturbina, a generátor és a villamos vezérlőrendszer foglal helyet, a másikban a hatalmas, cserélhető LNG-tartály. Utóbbi nagyon kritikus része a hajtásnak, ugyanis a cseppfolyós földgázt igen alacsony hőmérsékleten (-160 fok alatt), és a légkörinél kisebb nyomáson (0,2 bar körül) tárolják, ráadásul az elforrt gázmennyiséget el kell vezetni a tartályból. A szekcióban ezért egy gázhűtő (kondenzáló) és szűrőberendezés is helyet kapott. A Szinara tömegéről nem olvastam sehol adatokat, de tekintve, hogy 16 tengelyes, és a legnehezebb orosz vasutakra készült (akár 22,5-25 tonna tengelyterhelés), nem lepődnék meg, ha 350 tonna körül lenne megtankolva.

Az LNG-hajtás előretörése a közlekedésben egyébként annyira aktuális és érdekes téma, hogy szerintem külön írást fogok szentelni neki. Autókat, kamionokat is lehet már kapni LNG-üzemre átalakítva, de folyékony gázt tüzelő (szerkocsis) "gázmozdonyok" is közlekednek már az USA-ban és Kanadában. A hajóknál mostanában kezd el terjedni a gáztüzelés (főleg az LNG-szállító hajóknál, amelyek a tartályból elpárolgó gázzal hajtják a motorokat). A jövőben akár a repülőgépeket is hajthatja gáz, de ahhoz azért még sokat kell fejlődni a tárolóknak, mert jelenleg még túl nehezek, és sok helyet foglalnak. Mivel az USA az elmúlt években igazi LNG-nagyhatalommá vált, lehet, hogy ez nem is várat olyan sokat magára.

Végül pedig itt van két videó az óriási GT1-es orosz gázturbinásokról:

A következő fejezetben az fentebb már szóba került szabaddugattyús gázfejlesztővel ellátott gázturbinás mozdonyokkal foglalkozunk.

Források:

http://railroadlocomotives.blogspot.hu/2010/12/westinghouse-gas-turbine-electric.html

http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Gas-Turbine+Locomotive

http://www.ngvglobal.com/lng-powered-gt1-locomotive-sets-new-world-record-0914

http://www.railwaygazette.com/news/traction-rolling-stock/single-view/view/gas-fuelled-turbine-electric-locomotive-prototype.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine-electric_locomotive

További képek forrása:

http://wonderful-russia.net/russian-technology-industry/most-powerful-gas-turbine-electric-locomotive-gtel/

http://www.railwaygazette.com/news/traction-rolling-stock/single-view/view/gas-fuelled-turbine-electric-locomotive-prototype.html