Wielki silnik, który mógł, zrobił i nadal tworzy historię
Lokomotywa dieslowo-elektryczna kończy 100 lat, oznaczając stulecie innowacji i osiągów
Wprowadzenie
23 października 1925 roku, kiedy pierwsza w historii lokomotywa wysokoprężno-elektryczna zjechała z linii zmierzającej do Central Railroad of New Jersey (CNJ), jej zamierzona rola na „stoczni” była dobrze zrozumiana, ale jej los jako nowego typu silnika nie był.
Steam był kró lem - i to było przez 100 lat.
Myśl, że silnik wysokoprężno-elektryczny, opracowany przez General Electric we współpracy z Ingersoll-Rand i American Locomotive Company, nie tylko wypierze lokomotywę parową, ale także zapoczątkuje własną 100-letnią dominację, nie była prawdopodobnie przewidywana.
Z wyjątkiem, być może, Thomasa Edisona.
Edison wyczuł możliwości, o których para może pomarzyć tylko w latach 60. XIX wieku i rozpoczął swoją pionierską pracę nad całkowicie elektrycznymi pociągami później w Menlo Park w stanie NJ w 1880 roku. Jednak dopiero po pojawieniu się silnika spalinowego Nicolausa Otto (ICE; wynaleziony w 1876 r.) jako zastosowania przemysłowego pod koniec XIX i na początku XX wieku - takiego, który przekształcił przemysł motoryzacyjny, lotniczy i żeglugowy - pojawił się pomysł połączenia ICE i układu napędowego elektrycznego w lokomotywie.
Czas nie mógł być bardziej przypadkowy. Steam miał problem. W rzeczywistości miało ich wiele. Opierał się na węglu, co czyniło go zasadniczo brudnym. Wymagało siły roboczej, aby wrzucić go z przetargu do paleniska lokomotywy. Jedynym sposobem na przyspieszenie pociągów napędzanych parą była budowa coraz większych lokomotyw, które z kolei były ograniczone przez infrastrukturę kolejową, ponieważ cały system, a nie tylko kocioł, był zmuszony do rozwoju.
I nawet to nie wystarczyło. W języku naszego obecnego stulecia Steam miał „problemy ze skalowalnością”.
Miał też problem z wizerunkiem. Odbijające się dym i sadza z silników parowych opalanych węglem przyciągnęły publiczną kontrolę i wywołały lokalne przepisy ograniczające takie zanieczyszczenie w granicach miasta.
Inny rodzaj mocy
„Wszystko to - zanieczyszczenie, problemy z bezpieczeństwem, niemożność skalowania się do większych prędkości i ekonomicznego pokonywania większych odległości - doprowadziło do oddalenia się od pary” - wyjaśnia Kris Hoellen, dyrektor wykonawczy B&O Railroad Museum. „Większość miast do tego momentu miała rozporządzenia zakazujące wjeżdżania silników parowych do ich jurysdykcji pod ich własnymi władzami. Tak było tutaj, w Baltimore, gdzie B&O Railroad wysyłała konie na spotkanie i przywoziła pociągi parowe. W rzeczywistości B&O utrzymywało dużą stajnię właśnie w tym celu”.
Konie? Edison dostrzegł szansę na stopniową poprawę, aw 1925 roku General Electric i jego partnerzy rzucili się. Narodził się silnik wysokoprężno-elektryczny.
„Edison zawsze chciał oferować kolejom czystszą, bardziej ekonomiczną alternatywę dla pary” - mówi Steve Gerbracht, dyrektor ds. architektury lokomotyw i rozwoju koncepcji w Wabtec. „Gdy przemysłowe zastosowania silników spalinowych zaczęły działać, żarówka dosłownie włączyła się w GE, aby lokomotywa, niezależnie od linii katenarnych i szyn trzecich, mogła pomieścić własną elektrownię. Następnie, dzięki zastosowaniu alternatora, energia mechaniczna wytwarzana przez ICE - w tym przypadku silnik wysokoprężny - może zostać przekształcona w energię elektryczną, która mogłaby napędzać silniki trakcyjne na kołach pociągów.
„To połączenie silnika spalinowego z arsenałem komponentów elektrycznych i sprzętu napędowego Edisona dosłownie zmieniło historię lokomotyw”.
Od skromnych początków
Lokomotywa wysokoprężno-elektryczna CNJ 1000, znana również jako „GE Demonstrator #9681”, nie była sensacją z dnia na dzień, ale wykonała swoją pracę — i zrobiła to wydajniej niż jej przodkowie pary.
Lokomotywa służyła w terminalu Bronx, niedaleko portu w Nowym Jorku, gdzie wykonywała zadania stoczni krótkodystansowe, takie jak rozbijanie i montaż pociągów towarowych, przenoszenie samochodów na różne tory oraz łączenie lub odłączanie samochodów do innych usług, a wszystko to zyskując reputację zwrotności i opłacalnej eksploatacji.
Inne linie kolejowe zwróciły uwagę.
Chętne do zbadania tej nowej technologii, koleje w całym kraju wkrótce zamówiły więcej tych jednostek „Box Cab Switcher” i innych eksperymentalnych lokomotyw. Przypływ powoli się obracał. Potem nadeszła II wojna światowa, a zwiększona wydajność, elastyczność i niższe koszty eksploatacji modeli z silnikiem wysokoprężnym okazały się nieodparte. Matryca została odlana - rozpoczęła się era wysokoprężno-elektryczna.
Stulecie wysokoprężno-elektryczne opiera się na ciągłym doskonaleniu
„Jeśli rok 1925 reprezentuje „aha moment” połączenia ICE z elektrycznym układem napędowym, to ostatnie 100 lat dotyczyło optymalizacji tego pakietu pod kątem większej wydajności, tj. niższej emisji spalin i większej przyczepności, mocy, niezawodności i wydajności paliwowej” - zauważa Bob Bremmer, wiceprezes ds. rozwoju produktu w Wabtec. „Sukces tej podróży optymalizacji, którą często prowadził Wabtec, jest dużym powodem, dla którego branża świętuje 100-lecie”.
Podczas gdy lista innowacji napędzających lokomotywę dieslowo-elektryczną od służby „przełącznika” w Bronksie do globalnego giganta ciężkich dystansów, którym stała się dzisiaj, jest zbyt długa, aby wymienić tutaj, Wabtec odegrał kluczową rolę w najbardziej transformacyjnych kamieniach milowych. Należą do nich pionierski system trakcyjny AC, który zwiększył siłę ciągnącą o 60% w porównaniu ze starszymi systemami prądu stałego; opracowanie silników o mocy 4500 do 6000 koni mechanicznych (oryginalny CNJ 1000 miał 300 KM); oraz cyfrowe postępy w sterowaniu lokomotywami, które zmieniły paradygmat wszystkiego, od optymalizacji podróży po zdalną diagnostykę i wsparcie.
„To, co wciąż mnie zadziwia”, mówi Bremmer, „jest to, że bez względu na to, jak duży lub mały przełom dokonaliśmy w celu zwiększenia wydajności naszych lokomotyw, nadal wprowadzamy innowacje na platformie dieslowo-elektrycznej założonej 100 lat temu.
„Porozmawiaj o utrzymaniu władzy!”
Żywe dziedzictwo: patrzenie w przyszłość, patrzenie wstecz
Jednocześnie nie można zaprzeczyć, że po 100 latach ciągłych — czasem oszałamiających, czasem przyrostowych — ulepszeń lokomotywy spalinowo-elektrycznej krzywa osiągów się spłaszcza. Tak, silnik wysokoprężno-elektryczny jest nadal królem, a Wabtec nadal jest synonimem poprawy działania (świeże dowody, patrz EVO Advant age), ale Bremmer wyczuwa zmiany.
„Nie sądzę, że to przypadek, że era pary trwała 100 lat, a diesel-elektryczna następnych 100 lat. W rzeczywistości wyzwania, przed którymi stoimy dzisiaj w branży kolejowej w 2025 roku, są dość analogiczne do tych z 1925 roku. Silniki wysokoprężne działają naprawdę, naprawdę dobrze, ale w przyszłości nastąpi przejście na inne technologie. Nie jesteśmy jeszcze do końca, ale jesteśmy na początku nowego rozdziału, następ nego rozdziału, który, jak sądzę, będzie tak samo przekształcający przemysł kolejowy, jak to, co miało miejsce w 1925 r.
Jednak bez względu na to, jakie zmiany pojawią się w kolejce, osiągnięć silnika wysokoprężno-elektrycznego nie można przecenić. Jego wpływ był tak szeroki, tak transformacyjny.
„Myślę, że powód, dla którego lokomotywa z silnikiem wysokoprężnym pozostała opcją dla większości świata, jest taki sam, jak wtedy, gdy wpadła na rynek”, mówi Chris Jackson, starszy redaktor Railway Gazette Group. „Masz kompaktowy zasilacz z elastycznością, dzięki której możesz iść wszędzie.
„W wielkim schemacie rzeczy lokomotywa dieslowo-elektryczna okazała się bardziej wydajna w eksploatacji niż jakakolwiek inna forma trakcji kolejowej: może jeździć na dłuższych dystansach i wymaga mniej konserwacji, aby ostatecznie transportować ludzi i towary wydajniej niż inne rodzaje transportu. A to pozwala na większą aktywność gospodarczą i bardziej wydajną. W końcu doprowadziło to do znacznych korzyści społecznych, oprócz zwrotu kosztów kolejowych”.
Hoellen podsumowuje: „W całych Stanach Zjednoczonych jest około 144 000 mil torów towarowych. Czasami spotykam ludzi, a oni powiedzą: „Och, nie jadę pociągiem” i sprzeciwiam się, że mogą nie, ale prawie wszystko inne, czego dotykają i używają, działa. Koleje ułatwiają handel ponad 2 miliardów dolarów dziennie w Stanach Zjednoczonych.
„A to wszystko naprawdę powstało dzięki silnikowi wysokoprężnemu”.
Uwaga: CNJ 1000 jest wystawiony w B&O Railroad Museum w Baltimore, MD. Muzeum jest otwarte siedem dni w tygodniu od 10:00 do 16:00.
