„Zaleta” Wabtec: Nieustanna innowacja napędza silniki serii Evolution w przyszłość
Nowe EVO Advantage wciąż na nowo wyobraża sobie wiodącą na świecie platformę silników lokomotyw ciężkich dystansów, aby zwiększyć oszczędność paliwa i osiągi
W tym roku obchodzimy dwie przełomowe rocznice zarówno w historii branży kolejowej, jak i Wabtec:
- 20-letnia rocznica powstania silnika Wabtec Evolution Series (znanego również jako „EVO”), który napędza ponad 10 000 lokomotyw używanych obecnie na całym świecie i pozostaje jednym z największych sprzedawców w branży.
- Dziesięcioletnia rocznica powstania lokomotywy EVO Tier-4 firmy Wabtec, którą Magazyn Trains nazywa „dominującą nową mocą drogową na liniach kolejowych klasy I”, z prawie 1200 egzem plarzy eksploatowanych dzisiaj.
Nie jest przesadą stwierdzenie, że seria Evolution to silnik, który zmienił wszystko. W połowie lat 90. katapultował Wabtec na czołową pozycję w produkcji lokomotyw towarowych, co czyni go najlepszym wyborem wśród północnoamerykańskich przewoźników klasy I i międzynarodowych przewoźników ze względu na sprytną obsługę zaostrzenia norm emisji, wymagania klientów w zakresie niezawodności i oszczędność paliwa.
Ale zrobił też coś innego: ujawniło coś o charakterze firmy, sposobie, w jaki „tyczy” Wabtec.
„Wprowadziliśmy silnik z serii Evolution w 2005 roku, aby pomóc naszym klientom spełnić standardy emisji EPA Tier 2 i lepiej pozycjonować ich do ewolucji wraz z przyszłymi zmianami” - wspomina Jim Gamble, wiceprezes ds. silników i rozwiązań zasilających w Wabtec. Podczas gdy inni producenci lokomotyw dokonywali przyrostowych poprawek, aby „sprawdzić” nowy wymóg zgodności, wierzyliśmy, że nasi klienci będą najlepiej obsługiwani przez dokładniejsze ponowne wyobrażenie sobie, co jest możliwe. Naszą „poprawką” była zupełnie nowa architektura silnika, wypełniona innowacyjnymi funkcjami wydajności, które zapewniłyby również wystarczającą elastyczność, aby dostosować się do przyszłych potrzeb.
„To był śmiały ruch, nie pozbawiony ryzyka, ale taki, który rynek ostatecznie nas powitał i nagrodził — coś, co robi do dziś”.
Ponad 10 000 lokomotyw później - i licząc - zakład Wabtec na platformę silnikową EVO okazał się wart ryzyka. Ta architektura silnika jest nadal platformą, na której wprowadzane są niektóre z największych innowacji w branży, od ulepszeń w zakresie zgodności z przepisami Tier 4 i zużycia paliwa pojedynczego i paliwa alternatywnego, po nowe ulepszenia silnika, takie jak EVO Advantage, które wyposażone są w przełomową technologię eTurbo w celu zwiększenia oszczędności paliwa.
Tak więc, podczas gdy rocznice należycie upamiętniają przeszłość, właściwe jest, aby Wabtec wykorzystał okazję podwójnych rocznic EVO, aby zaprezentować przyszłość tego zmieniającego grę silnika.
Innowacja oparta na emisjach z niespodzianką
Spełnienie nowych przepisów dotyczących emisji EPA z początku XXI wieku stanowiło wyzwanie dla producentów lokomotyw. Większość producentów przeglądała rozwiązanie przez obiektyw swojej obecnej oferty i wprowadziła zmiany, takie jak dodatkowe chłodzenie, aby osiągnąć akceptowalny wynik. Chociaż takie podejście zadziałało, odpowiednio zmniejszając emisje, nastąpiło kosztem spadku efektywności paliwowej.
Wabtec obrał inną ścieżkę, odmawiając zaznaczenia pola i „dostosowania” wyjścia z problemu. Zamiast tego przyjrzała się silnikowi FDL, opracowanemu w latach pięćdziesiątych XX wieku, i zobaczyła okazję do pełnego odświeżenia, głównego uderzenia innowacji, które rozwiążą nie tylko redukcję emisji spalin, ale także poprawę wydajności. Dobrze zrobione, firma Wabtec mogłaby opracować silnik XXI wieku, który zmniejszyłby emisję spalin, dostosowuje się do zmieniających się norm zgodności, zapewniłby lepszą oszczędność paliwa i służyłby jako podstawa przyszłych innowacji.
Powstał silnik z serii Evolutions.
„Nasi konkurenci postrzegali rozwiązanie nowych przepisów dotyczących emisji spalin jako problem z silnikiem; majstrowali przy swoich istniejących silnikach i detonowali je, aby były zgodne z przepisami” - mówi Alan Hamilton, wiceprezes ds. inżynierii w Wabtec. „Problem polegał na tym, że spowodowało to zmniejszenie zużycia paliwa. Inżynierowie firmy Wabtec przyjęli zupełnie inne podejście. Przeprojektowali silnik jako „elektrownię” dla lokomotywy i znaleźli sposoby na zmniejszenie emisji spalin przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności paliwowej — prawdziwy przełom.
Ta innowacja wprowadziła silnik EVO do przemysłu kolejowego. Inżynierowie firmy Wabtec przetestowali nowe sposoby dostarczania paliwa do silnika, ostatecznie lądując na wysokociśnieniowym układzie common rail, który umożliwił dokładniejszą kontrolę wtrysku paliwa. Pomysłowe i praktyczne ulepszenia w ogólnej konstrukcji silnika, takie jak ten, pomogły Wabtec nie tylko zaspokoić potrzeby klientów w zakresie zgodności z przepisami, ale także zwiększyć wartość w postaci nowo odkrytej oszczędności paliwa, która jest główną dźwignią kosztów w szynach.
I tak jak bardziej rygorystyczne standardy zgodności nie zatrzymały się, tak też kreatywność inżynierów Wabtec. Kiedy pojawiły się normy emisji Tier 4, wymagające znacznie większej redukcji cząstek stałych i NOx, inni producenci lokomotyw nie zastosowali rozwiązania „oczyszczania spalin”, wprowadzając do swojej mieszanki silników drogie i niezgrabne katalizatory oparte na moczniku.
Nie Wabtec. Podczas gdy inżynierowie badali podejścia do obróbki wtórnej, przesunęli granice swojego podejścia do inżynierii systemów, wprowadzając innowacyjne wyjście z kosztownego uzależnienia od obróbki końcowej do serc kolei klasy 1 dzięki lokomotywie Evolution Series Tier 4. Dla inżynierów Wabtec zgodność z poziomem 4 stanowiła impuls, ale celem pozostały wydajność i tworzenie wartości.
Silnik EVO Tier 4 z powodzeniem spełnił i nadal spełnia zalecane przez EPA 76% redukcję emisji NOx i 70% redukcję emisji cząstek stałych. Dlatego dziś na szynach znajduje się prawie 1200 lokomotyw Wabtec Tier 4, podczas gdy najbliższy konkurent ma jedną dziesiątą z nich.
Nowa „zaleta” dla klientów Wabtec: EVO Advantage
Chociaż sukces lokomotyw EVO Tier 3 i Tier 4 firmy Wabtec jest doskonały, jednym z powodów, dla których takie pozostają, jest fakt, że Wabtec wie, że praca nigdy nie została wykonana. Chcąc zapewnić swoim klientom na całym świecie wszelkie korzyści, inżynierowie Wabtec zawsze dążą do przodu, aby uzyskać więcej.
Kiedy Twoje silniki są już najczystsze, najbardziej energooszczędne i niezawodne w branży, co jeszcze można zrobić? Oczywiście wprowadź więcej innowacji.
I to właśnie zrobił Wabtec — znowu — dzięki EVO Advantage. Podążając śladami swojego udanego poprzednika FDL Advant age, pakietu modernizacji silnika, który wydłużył żywotność i wydajność silników FDL na całym świecie, pakiet EVO Advantage dla lokomotyw serii EVO Tier 3 i Tier 4 robi to, co niektórzy uważali za nie do pomyślenia: zapewnia dodatkowe oszczędności paliwa nawet o 7%.
Sercem tego zwiększenia wydajności jest technologia eTurbo firmy Wabtec. Chociaż konfiguracje różnią się nieznacznie dla lokomotyw Tier 3 i Tier 4, koncepcja jest mniej więcej taka sama: Wabtec w pełni zintegrował generator z alternatorem, który zbiera energię odpadową z wydechu silnika. Alternator wykorzystuje tę energię do zasilania jednego z sześciu silników trakcyjnych lokomotywy, zdejmując obciążenie silnika, zwiększając w ten sposób oszczędność paliwa.
I, w typowy sposób Wabtec, to rozwiązanie typu „drop in” elegancko pasuje do ciasnych ograniczeń dostępnej przestrzeni lokomotywy. Jest również pełen przełomów na poziomie komponentów.
Na przykład, mając miejsce na najwyższym poziomie, inżynierowie Wabtec zaprojektowali tuleję z włókna węglowego, aby zatrzymać magnesy wirnika w alternatorze turbosprężarki. Inne materiały tulei, takie jak tytan, są 5 razy grubsze niż włókno węglowe i wypędzałyby projekt poza dopuszczalną przestrzeń opakowaniową. Ostatecznie zastosowano włókno węglowe, aby umożliwić zmieszczenie alternatora w dostępnej przestrzeni w turbosprężarce.
Dla dodatkowej perspektywy, jeśli pasma z włókna węglowego (które same mają średnicę 10x cieńszą niż ludzki włos) w eTurbo zostały ułożone od końca do końca, powstałe pasmo miałoby 15 mil długości.
Jednak te 15 mil innowacji nie są niczym w porównaniu z oszczędnością paliwa, jaką pomaga w rozwoju. Przy nawet o 7% większej oszczędności paliwa lokomotywa EVO może pokonać dodatkowe 70 000 mil na każdy przejechany milion. (Uwaga: „Od lipca 2025 r. eksploatowane lokomotywy serii Evolution Tier 4 zgromadziły łącznie ponad 500 milionów mil i prawie 10 000 lat łącznego czasu pracy”. Źródło: E poka kolej owa).
Systemy Tier 3 i Tier 4 EVO Advantage, które przechodzą szeroko zakrojone testy terenowe, obejmują eTurbo i alternator turbo; integrację systemów i pakowanie; oprogramowanie lokomotyw/oprogramowanie sterujące silnikiem oraz sprzęt elektroniki mocy.
Innowacje z celem
Ponieważ Wabtec świętuje 20-lecie mistrzostwa silników EVO i 10 lat triumfów EVO Tier 4, jasne jest, że firma wie, jak wprowadzać innowacje z myślą o celach.
„Budowanie najlepszych lokomotyw w transporcie ciężkim i ciągłe ich doskonalenie wymaga wielkich umiejętności i niekończącej się wyobraźni” - podsumowuje Gamble. „Klienci doceniają wielki rewolucyjny skok Wabtec wykonany z lokomotywy z serii Evolution — i jest to rocznica naprawdę warta świętowania — ale nie możemy spoczywać na osiągnięciach z przeszłości. Nasze miejsce docelowe, a także naszych klientów, jest przed nami. Nasze innowacje, duże i małe, zapewnią, że wszyscy dotrzemy tam bezpieczniej, wydajniej i niezawodniej”.