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Gasturbinen-Elektrolokomotive

  UP 18, aufbewahrt im Illinois Railway Museum.   Vergrößern UP 18, aufbewahrt im Illinois Railway Museum.

EIN Gasturbinen-Elektrolokomotive, oder GTEL, ist eine Lokomotive, die eine Gasturbine verwendet, um einen elektrischen Generator oder eine Lichtmaschine anzutreiben. Der so erzeugte elektrische Strom wird zum Antrieb von Fahrmotoren verwendet. Dieser Lokomotivtyp wurde erstmals 1920 erprobt, erreichte aber seinen Höhepunkt in den 1950er bis 1960er Jahren. Die Turbine (ähnlich einem Turbowellenmotor) treibt eine Abtriebswelle an, die über ein Getriebesystem die Lichtmaschine antreibt. Abgesehen von der ungewöhnlichen Antriebsmaschine ist ein GTEL einem Diesel-Elektro sehr ähnlich. Tatsächlich verwendeten die von GE gebauten Turbinen viele der gleichen Teile wie ihre Dieselmotoren.

Eine Turbine bietet einige Vorteile gegenüber einem Kolbenmotor. Es gibt nur wenige bewegliche Teile, was den Schmierbedarf und die Wartungskosten verringert, und das Verhältnis von Leistung zu Gewicht ist viel höher. Eine Turbine mit einer bestimmten Leistung ist auch physisch kleiner als ein gleich starker Kolbenmotor, sodass eine Lokomotive sehr leistungsstark sein kann, ohne übermäßig groß zu sein. Leistung und Wirkungsgrad einer Turbine fallen jedoch mit der Drehzahl stark ab, im Gegensatz zu einem Kolbenmotor, der eine vergleichsweise flache Leistungskurve aufweist. Auch Turbinen erzeugen viel Lärm.

Union Pacific betrieb die größte Flotte solcher Lokomotiven aller Eisenbahnen der Welt und war die einzige Eisenbahn, die sie für den Gütertransport einsetzte. Die meisten anderen GTELs wurden für kleine Personenzüge gebaut, und nur wenige haben in dieser Rolle wirklich Erfolg gehabt.



Nach der Ölkrise in den 1970er Jahren und dem anschließenden Anstieg der Treibstoffkosten wurde der Betrieb von Gasturbinenlokomotiven unwirtschaftlich und viele wurden außer Betrieb genommen. Dieser Loktyp ist heute selten geworden.

Turbinenflotte von Union Pacific

  UP 50, der Prototyp einer Gasturbinenlokomotive.   Vergrößern UP 50, der Prototyp einer Gasturbinenlokomotive.

Union Pacific hat lange nach den größten und besten verfügbaren Lokomotiven gesucht. In den 1930er Jahren wurde ein Paar Dampfturbinenlokomotiven ausprobiert, aber letztendlich verworfen. Schon vorher Zweiter Weltkrieg Union Pacific hatte Dieselmotoren in seine Liste aufgenommen, aber diese waren hauptsächlich für Personenzüge bestimmt. Die Idee, vier Dieselmotoren zusammenzuzurren, um die Leistung einer einzigen Dampflokomotive zu erreichen, war unattraktiv, also begann die Suche nach etwas Größerem. General Electric baute Gasturbinen für Flugzeug und schlug vor, etwas Ähnliches zu verwenden, um eine leistungsstärkere Lokomotive zu schaffen. Union Pacific hatte festgestellt, dass die Wartungskosten einer Lokomotive unabhängig von der Leistung der Lokomotive waren. Der Einsatz einer geringeren Anzahl leistungsstärkerer Lokomotiven würde dabei Geld sparen.

Union Pacific entschied, dass der beste Weg für die Turbinenlokomotiven, ihr Potenzial auszuschöpfen, darin bestünde, sie auf Hauptgüterzüge zu setzen. Die langen ununterbrochenen Läufe und relativ hohen Geschwindigkeiten würden die Turbinen mit hohen Geschwindigkeiten drehen lassen. Die Turbinen wurden für den Einsatz auf der Strecke Los Angeles-Salt Lake City in Betracht gezogen, aber ihr hoher Geräuschpegel führte dazu, dass ihnen der Betrieb in Los Angeles verboten wurde.

Union Pacific betrieb die größte Flotte von Turbinenlokomotiven aller Eisenbahnen der Welt. Die Turbinen wurden ausgiebig genutzt; Einmal behauptete Union Pacific, dass die Turbinen mehr als 10% der Fracht der Eisenbahn beförderten. Ihr Kraftstoffverbrauch war eher schlecht, da die Turbine etwa doppelt so viel Kraftstoff verbrauchte wie ein gleich starker Dieselmotor. Dies war zunächst kein Problem, da die Turbinen von Union Pacific mit Treibstoff versorgt wurden Bunker C Schweröl. Dieser hochviskose Kraftstoff war weitaus günstiger als Diesel, aber schwierig zu handhaben. Im kalten Zustand wurde seine Konsistenz mit Teer oder Melasse verglichen. Um dieses Problem zu lösen, wurde in die Kraftstofftender eine Heizvorrichtung eingebaut, um den Kraftstoff auf 93 ° C (200 ° F) zu erhitzen, bevor er in die Turbine eingespeist wird. Rußablagerungen und Schaufelerosion durch korrosive Asche setzten allen Turbinen zu.

  UP 55, eine der Turbinen der ersten Generation.   Vergrößern UP 55, eine der Turbinen der ersten Generation.

Die Turbinen wurden nach ausführlichen Tests eines Prototyps in drei Hauptgruppen geliefert. Union Pacific wollte mit den Turbinen die berühmten Big Boys ersetzen, die damals kurz vor der Ausmusterung standen.

1948
Nachdem Union Pacific Interesse bekundet hatte, baute Alco-GE einen Prototyp, GE 101. Nach Tests im Nordosten wurde er in UP 50 umnummeriert. In Union Pacific Armor Yellow lackiert, begann UP 50 eine umfangreiche Testrunde. Union Pacific hat diese Lokomotive jedoch nie in Besitz genommen. Dies war eine der wenigen Lokomotiven mit Verbrennungsmotor, die in verwendet wurden Nordamerika die an jedem Ende ein Taxi hatten. Die Taxis selbst ähnelten dem FA-Einheiten damals von Alco-GE gebaut. Die Seiten der Lokomotive hatten zahlreiche Lufteinlassschlitze, die in unterschiedlichen Mustern geöffnet und geschlossen werden konnten.

Es war ein Wagenkasten mit einer B+B-B+B-Achsfolge. Die Turbine leistete 4800 PS (3,6 MW), wovon 4500 PS (3,4 MW) für den Antrieb zur Verfügung standen. Diese Leistung war mehr als doppelt so hoch wie die dieselelektrischer Lokomotiven jener Zeit. Ein kleiner Dieselmotor wurde ebenfalls in der Einheit installiert. Dieser diente zum Bewegen der Einheit im abgekuppelten Zustand und zum Anfahren der Turbine. Die Turbine würde zunächst auf Startdrehzahl hochgefahren, dann würde die Verbrennung mit der bordeigenen Dieselkraftstoffversorgung gestartet. Sobald die Turbine lief, wurde die Brennstoffversorgung automatisch auf das Heizöl Bunker C umgestellt. Diese Maschine wog 230.000 kg und war über 24 m lang.

  UP 68, einer der zweiten Generation"veranda" turbines.   Vergrößern UP 68, eine der „Veranda“-Turbinen der zweiten Generation.

1952
Die Einheiten 51 bis 60 wurden an die Union Pacific geliefert. Diese waren im Wesentlichen identisch mit dem Prototyp, außer dass sie nur an einem Ende Kabinen hatten. Diese und spätere Turbinen waren fast immer mit Kraftstofftendern ausgestattet, die aus alten Dampfloktendern mit einer Kapazität von 87.000 l (23.000 US-Gallonen) umgebaut wurden. Damit der zähflüssige Brennstoff richtig fließen konnte, wurde eine Heizvorrichtung installiert. Die Tender wurden außerdem mit MU-Anschlüssen ausgestattet, um auch nachlaufende Diesellokomotiven steuern zu können. Die Turbinen arbeiteten selten alleine; Meistens mit mindestens zwei Diesellokomotiven in ihrer Zusammensetzung als Schutz betrieben. Sollte die Turbine unterwegs ausfallen, könnten die Dieselmotoren verwendet werden, damit der Zug das Hauptgleis räumen kann.

UP 57 wurde kurzzeitig auf Propangas umgebaut und mit einem Druckkesselwagen als Tender ausgestattet. Dieser Brennstoff brannte sauber, war aber schwieriger zu transportieren. Es wurden keine anderen Konvertierungen versucht.

1954
Die Einheiten 61 bis 75 wurden an die Union Pacific geliefert. Diese unterschieden sich sichtbar von der vorherigen Generation durch das Hinzufügen von externen Laufstegen an den Seiten der Lokomotiven, was ihnen den Spitznamen 'Veranden' einbrachte und sie zu Hybriden aus Wagenkasten- und Motorhaubenlokomotiven machte. Die Turbine und die elektrische Ausrüstung waren im Wesentlichen gleich, obwohl die variablen Seitenlamellen durch feste ersetzt wurden.

  UP 26, eine der Turbinen der dritten Generation.   Vergrößern UP 26, eine der Turbinen der dritten Generation.

1958-1961 Die Einheiten 1 bis 30 wurden an die Union Pacific geliefert. Diese Einheiten, die wegen ihres hohen Geräuschpegels den Spitznamen 'Big Blows' trugen, unterschieden sich stark von den vorherigen Generationen. Eine größere Turbine erzeugte 8500 PS (6,3 MW), und die Einheit bestand aus zwei permanent gekoppelten sechsachsigen Einheiten, was eine C-C + C-C-Radanordnung ergab. Die erste Einheit enthielt die Kabine, den Hilfsdieselmotor und andere Steuergeräte. Die zweite Einheit enthielt die Turbine und elektrische Generatoren. Zusammen sah die Lokomotive wie ein A-B-Set aus, was durch die den Einheiten zugeordneten Nummern verstärkt wurde. Die beiden Hälften von Nr. 19 würde zum Beispiel 19 und 19B nummeriert werden. Diese Turbinen verdrängten schließlich die Einheiten 51 bis 75 aus dem Betrieb. Bei den früheren Turbinen hatte es auch Probleme mit verstopften Kraftstofffiltern gegeben, daher wurde beschlossen, den Kraftstoff zu filtern, bevor die Kraftstofftanks der Lokomotive und der Tender gefüllt wurden.

Gerüchten zufolge wurden die Big Blow-Turbinen auf 10.000 PS (7,5 MW) aufgewertet. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Turbinen auf Meereshöhe so viel Strom erzeugen könnten. Die elektrische Ausrüstung konnte jedoch nur 8500 PS (6,3 MW) bewältigen. Außerdem arbeiteten die Turbinen im kommerziellen Dienst immer über dem Meeresspiegel. Trotzdem ist das in diesen Einheiten verwendete Turbinendesign immer noch die leistungsstärkste Antriebsmaschine, die jemals in einer Lokomotive installiert wurde.

  Turbinentreibstofftender.   Vergrößern Turbinentreibstofftender.

Der Kostenvorteil von Bunker C schwand, als die Kunststoffindustrie begann, Verwendungen dafür zu finden, und verbesserte 'Crack'-Techniken ermöglichten es, das Öl (das zuvor als Abfall galt) in leichtere Kraftstoffqualitäten umzuwandeln. Die Ölkrise in den 1970er Jahren und der Anstieg der Treibstoffkosten machten die Ineffizienz der Turbinen deutlich. Alle waren bis 1970 außer Betrieb. Ihre Fahrwerke wurden in die Lokomotiven der GE U50-Serie recycelt. Teile der Einheiten 51 bis 75 wurden zur Herstellung des U50 verwendet, und Teile der Einheiten 1 bis 30 wurden zur Herstellung des U50C verwendet.

Zwei der Turbinen überleben – UP 26 in Ogden, Utah, und UP 18 im Illinois Railway Museum. Einige der Tender wurden beibehalten und umgebaut, um Wasser für die Verwendung mit den in Betrieb befindlichen Dampflokomotiven UP 844 und UP 3985 von Union Pacific zu halten.

  UP 80, die ausgefallene Kohleturbine.   Vergrößern UP 80, die ausgefallene Kohleturbine.

Im Oktober 1961 baute Union Pacific einen eigenen experimentellen GTEL mit einem Alco PA-2 als Führerhaus, dem Fahrgestell einer Elektrolokomotive der Klasse GE W-1 (für Schrott von Great Northern gekauft) als zweite Einheit und eine modifizierte Turbinen-Antriebsmaschine der Baureihen 50 bis 75. Das Setup wurde mit 80 nummeriert, aber 1965 auf 8080 geändert, um Konflikte mit der Einführung der EMD DD35 zu vermeiden. Der bizarr aussehende Zug hatte auch eine bizarre Achsfolge: A1A-A1A+ B-D+D-B, d.h. 18 Achsen, davon 16 angetrieben. Ein „Tausendfüßler“-Dampfloktender wurde mit einem Kohlebrecher umgebaut, um die Kohle zu pulverisieren und der Turbine zuzuführen. Die Leistung wurde auf 7000 PS (5,2 MW) geschätzt. Der ursprüngliche Dieselmotor in der PA wurde beibehalten und leistete 2000 PS (1,5 MW) und die Turbine leistete die zusätzlichen 5000 PS (3,8 MW). Die bei den früheren Lokomotiven aufgetretenen Probleme mit Blatterosion und Rußbildung wurden mit UP 80/8080 verstärkt. Das Mahlen von Kohle in feine Teilchen war ebenfalls mühsam. Übergroße Kohlepartikel könnten die Turbinenschaufeln beschädigen. Letztendlich wurde UP 80/8080 für gescheitert erklärt, und diese 'Apparatur' wurde demontiert. Die konventionellen Gasturbinen haben jeweils weit über eine Million Meilen im Dienst zurückgelegt, im Vergleich dazu lief der Kohleturbinen-Prototyp weniger als 10.000 Meilen, bevor er aus dem UP-Kader gestrichen wurde.

UP 26 fotografiert von Jim Munding, alle anderen mit freundlicher Genehmigung von Don Ross

Andere GTELs

  SNCF's turbotrain in Houlgate on the Deauville-Dives railway line in summer 1989.   Vergrößern Der Turbozug der SNCF in Houlgate auf der Bahnstrecke Deauville-Dives im Sommer 1989.

Union Pacific war nicht der einzige Nutzer von GTELs. United Aircraft baute den Turbo-Personenzug, der von der getestet wurde Pennsylvania-Eisenbahn und später verwendet von Amtrak und VIA Rail.

Die SNCF (Französische Staatsbahnen) setzt auf nicht elektrifiziertem Gebiet eine Reihe von Gasturbinentriebzügen ein, die als Turbotrain bezeichnet werden. Diese bestanden typischerweise aus einem Triebwagen an jedem Ende mit drei Autos dazwischen. Turbotrain war bis 2005 im Einsatz. Der erste TGV Der Prototyp, TGV 001, wurde ebenfalls von einer Gasturbine angetrieben, aber die hohen Ölpreise veranlassten den Wechsel zu elektrischen Oberleitungen für die Stromversorgung.

Der British Rail APT-E, Prototyp des gescheiterten Advanced Passenger Train, hatte einen Turbinenantrieb. Wie der TGV waren spätere Modelle stattdessen elektrisch. Diese Wahl wurde getroffen, weil British Leyland, der Turbinenlieferant, die Produktion des im APT-E verwendeten Modells eingestellt hat.

Amtrak kaufte zwei verschiedene Arten von Triebzügen mit Turbinenantrieb, die beide als Turboliner bezeichnet wurden. Der erste Satz ähnelte im Aussehen dem Turbotrain der SNCF, obwohl die Einhaltung der FRA-Sicherheitsvorschriften sie schwerer und langsamer als die französischen Züge machte. Keiner der ersten Turboliner bleibt in Betrieb. Amtrak hat auch eine Reihe von Rohr Turbolinern mit ähnlichen Namen (oder RTL) zu seinem Dienstplan hinzugefügt. Derzeit sind einige generalüberholte RTL III im Einsatz.

Im Jahr 2002 kündigte Bombardier Transportation die Einführung des JetTrain an, eines Hochgeschwindigkeitszuges, der aus Neigewagen und einer Lokomotive besteht, die von einem Turbowellenmotor von Pratt & Whitney angetrieben wird. Es wurden noch keine JetTrains für den eigentlichen Dienst verkauft.