Dízel Elektromos Mozdony Működése
Amikor a közlekedés jövőjéről beszélünk, azonnal az elektromos autók vagy a hidrogénnel működő repülőgépek jutnak eszünkbe. A vasúti ipar azonban, amely gyakran a háttérben dolgozik, csendes, de annál jelentősebb átalakuláson megy keresztül. Ezek a vasúti vontatójárművek nem csupán álcázott dízelgépek. A hibrid működési elvük forradalmasítja a teherszállítást és a tolatási műveleteket, jelentős gazdasági és környezetvédelmi előnyöket kínálva.
A dízelmotoros nagy munkagépek, buszok, kamionok, teherautók, daruk, vasúti járművek stb. segédüzemi hajtásainál (hűtőventilátor, kompresszor, generátor) a közel múltig hagyományosan mechanikus megoldást: kardántengelyes, ékszíjas stb. hajtást alkalmaztak. A hátrányok között lehet felsorolni, hogy a segédüzemi gépek elérhető fordulatszáma a dízelmotor mindenkori fordulatszámától függ, és az igényeket nem követi. Mindez felesleges energia-bevitellel jár, és jelentős veszteségeket okoz.
A Dízel-Elektromos Működés Alapjai
Ahhoz, hogy megértsük a hibrid mozdonyok működését, először is tudatosítanunk kell, hogy a modern, nem hibrid dízelmozdonyok is már dízel-elektromos elven működnek. A hibrid változat ezt az elrendezést emeli egy magasabb szintre.
A dízelmozdonyok többsége valójában villanymozdony, a dízelmotor csak a generátorok meghajtására szolgál, amely a villamos energiát termeli a vontatómotoroknak. A vasúti vontatási járművek alapvetően kétfélék lehetnek, az egyikben az energiát a járművön, a másikban járművön kívül elhelyezett berendezés termeli. A dízelmozdonyok többnyire dízel elektromos hibrid üzemben működnek.
A dízel-elektromos mozdonyok fő erőgépe a dízelmotor, amely a gázolajban lévő kémiai energiát mechanikai energiává alakítja. A dízelmotor meghajtja a mozdony főgenerátorát, amely a tengelyről vett mechanikai energiát villamos energiává alakítja.
Útmutató a Nissan Terrano 2700 dízel vezérléséhez
A Hibrid Dízel-Elektromos Mozdonyok Főbb Komponensei
- A Belső Égésű Forrás (ICE): A hibrid mozdony kisebb, de hatékonyabb dízelmotorral rendelkezik, mint a hagyományos társai.
- A Energiatároló Egység (BESS) 🔋: Ez a rendszer a legfontosabb technológiai innováció. A rendkívül robusztus, általában lítium-ion vagy ólom-savas akkumulátorok képesek rövid idő alatt hatalmas mennyiségű energiát felvenni és leadni.
A Működés Lényege
A rendszer lényege abban rejlik, hogy a dízelerőforrás ahelyett, hogy folyamatosan üzemelne és nagy fordulatszámon járna minden gyorsításnál, csak akkor kapcsol be, ha az akkumulátor töltöttsége egy meghatározott szint alá csökken, vagy ha tartós, nagy teljesítményre van szükség (pl. emelkedőn való haladáskor).
A hibrid technológia igazi megtérülése nem a gyorsításban rejlik, hanem a lassításban. A regeneratív fékezés az a folyamat, amely során a mozdony lassításakor a vontatómotorok generátorokká alakulnak át, és a mozgási energiát villamos energiává alakítják vissza. Ez különösen kritikus a rendezőpályaudvarokon és a kikötői területeken végzett tolatási munkák során. Ezeken a helyeken a mozdonyok szinte percenként gyorsítanak és fékeznek.
Egyszerűsítve | Regeneratív fékek - Hatékony AF! | PowerDrift
Egy hagyományos dízelgép ilyenkor elpazarolja az energiát hő formájában (dinamikus fékezés ellenállásain keresztül), míg a hibrid gép ezt az energiát visszagyűjti.
Üzemanyag-Megtakarítás és Környezetvédelmi Előnyök
Egy dízel-elektromos hibrid tolatómozdony, amely egész nap a pályaudvaron manőverezik, képes akár 25-40% üzemanyag-megtakarítást is elérni a hagyományos, azonos teljesítményű társaihoz képest. A hibrid vonatok előnyei túlmutatnak az üzemanyag-megtakarításon. Az optimalizált motorhasználat kevesebb kopást és kisebb karbantartási igényt eredményez.
„A vasút szerepe az áruszállításban megkérdőjelezhetetlen. Ha sikerül a jelenlegi teherszállító flottát akár csak 20%-kal hatékonyabbá tennünk környezeti szempontból, az globális szinten egy év alatt több millió tonna szén-dioxid-kibocsátástól mentesítheti a légkört.
Dízel üzemanyag összehasonlítás
Amikor a hibrid mozdony csak az akkumulátorra támaszkodik, a dízelmotor teljesen leáll. A vontatás ekkor szinte suttogóan csendes, ami óriási előny a városi területeken.
Korai Kísérletek és Fejlesztések
Az első kísérleteket a dízel-elektromos hibrid vontatással már az 1990-es évek végén megkezdték, de az igazi áttörés a 2000-es évek elején jött el. Az egyik legkorábbi, széles körben ismert prototípus az amerikai Union Pacific vasúttársaság Green Goat (GG20B) nevű szerelvénye volt. A Green Goat koncepciója később olyan ipari megoldásokhoz vezetett, mint a „Genset” (Generator Set) mozdonyok. Bár a Genset technikailag nem mindig teljes hibrid (gyakran több kisebb, optimalizált dízelmotort használ), a cél ugyanaz volt: az üzemanyag-felhasználás optimalizálása a terheléshez igazítva.
A Hibrid Mozdonyok Kihívásai
Bár a hibrid mozdonyok számos előnnyel kecsegtetnek, nem terjedtek el egyik napról a másikra.
- Kezdeti Költségek: Az akkumulátorcsomagok és az összetett energiamenedzsment rendszerek integrálása jelentősen megemeli a vásárlási árat egy hagyományos dízel-elektromos géphez képest.
- Súly és Kapacitás: Az akkumulátorok nehezek.
- Hálózati Korlátozások: A legnagyobb, nagy távolságú teherszállító vonalakon (fővonali üzem) a hibrid technológia jelenleg kevésbé hatékony. A hosszú, folyamatos menetek során a motor szinte állandóan nagy terhelésen dolgozik, így nincs lehetőség a gyakori regeneratív fékezésre, amely a megtérülés alapját képezi.
A Jövő Perspektívái
A rendelkezésre álló adatok alapján a dízel-elektromos hibrid technológia nem a vasút végső állomása, de a jelenlegi átmeneti időszakban vitathatatlanul a legjobb, leggyorsabban telepíthető megoldás. A technológia különösen ott ragyog, ahol az elektromos infrastruktúra kiépítése (felsővezeték) nem gazdaságos vagy kivitelezhetetlen (pl. rendezőpályaudvarok, ipari területek).
Az Amerikai Vasúti Szövetség (AAR) adatai és több európai kísérlet is azt mutatja, hogy a tolatási műveletekben elért átlagos 30%-os üzemanyag-megtakarítás valós. Ez a gazdasági tényező, kombinálva az emisszió (NOx és részecskék) jelentős csökkenésével, teszi a hibrid mozdonyt kihagyhatatlanná a modern flotta számára.
Üzemanyagtank méret - Smart Forfour 454
Bár a tisztán akkumulátoros vagy hidrogénüzemű vonatok ígéretesek, ezek elterjedéséhez még évtizedekre van szükség a teljes infrastruktúra átalakítására. A hibridek tehát nem pusztán egy zöld marketingfogás részei; ők az energiahatékonyság és az operatív gazdaságosság pragmatikus bajnokai, akik rejtett módon, a háttérben tesznek a vasúti közlekedés fenntarthatóságáért.
A Dízel-Elektromos Mozdonyok Történeti Áttekintése
A dízelmotor generátorral történő összekapcsolása 1924-re nyúlik vissza, amikor az első dízel-villamos mozdonyt helyezték szolgálatba az USA-ban. „Nohab” dízel-villamos mozdony szállítja a Paksi Atomerőmű fűtőelemeit (1989).
Igen, ilyenek voltak a korai sínautóbuszok is, amelyek 1925 körül álltak forgalomba. De van még jópár pozitívum ezen túlmenően is!
„A fogaskerekes mechanikus erőátvitellel ezt a feltételt ily mértékben nem lehet kielégíteni és ezért a tapasztalat azt mutatja, hogy villamos erőátvitel esetén a tonnakilométerenkénti tüzelőanyagfogyasztásnem nagyobb, sőt kisebb, mint mechanikus erőátvitel esetén” - írta az A Technikus című lap 1928 évi 5.
Mindezen járművekhez a dízel-motort (nyersolaj-motort) a Láng L. Gépgyár, a villamos berendezést pedig a Ganz-féle Villamossági Rt. Nézzük tehát, hogy mit tudnak ezek a gépezetek, mitől olyan különlegesek?
Nos, az első különlegesség már említésre került, ami nem más, mint a gazdaságos üzem.
„A Nyíregyházai Kisvasutaknak 1917. évben szállított Dieselelektromos-járómű Dieselmotorja csak kb. 250 gramm nyersolajat fogyasztott óránként lóerőnként!”
Ez bizony nem semmi! Ez tényleg az a megoldás, amire akkoriban szükség volt, hiszen nem csak a gazdaságos üzem, hanem a rendelkezésre állás, illetve az élettartam is rendkívüli fontosságú volt.
Műszaki Adatok és Érdekességek
Azt nem tudjuk, hogy a magyar zseninek, Jendrassik Györgynek mennyi köze volt ezekhez a motorokhoz - feltételezzük, hogy a szegediek számára készültekhez már volt! -, de az tény, hogy megfeleltek! Ezen túlmenően persze volt kézi regulátor is, ami arra szolgált, hogy a vezető a megállókban a minimumra csökkentse a dízelmotor fordulatszámát - ezzel is üzemanyagot spórolva. Hosszabb tartózkodás esetén le is állíthatták a motort.
„Mindkét típusú Diesel-motor indítása elektromos úton történik, olyképen, hogy a vele közvetlenül kapcsolt dinamógép, - az akkumulátor-battériából táplálva, - az indításnál, mint motor működik.
„A nyersolajtartány, egyszeri feltöltése 300 kilométer út megtételéhez elegendő. A nyersolaj saját súlyánál fogva folyik a nyersolajszivattyúkhoz. E motorokat, s azok kiegészítő berendezéseit a Láng L. gyártotta.”
„Igen fontos követelmény az, hogy a gép feszültségét tág határok között biztosan lehessen szabályozni nemcsak akkor, ha állandó fordulatszámot tartunk, hanem akkor is, hogyha a hajtómotor fordulatszámát változtatjuk. <…> A régebbi kiviteleknél -így a Brassó-Háromszéki Vasútnál) - külön gerjesztőgépet alkalmaztak, amelyet a főgépcsoporttal szíjhajtás kapcsolt össze. Az újabb kiviteleknél ezt az akkumulátor-telepet menetközben az áramfejlesztő gerjesztő áramkörével oly kapcsolatba hozzuk (lásd mellékelt kapcsolási vázlatot), hogy kisebb feszültségeknél az akkumulátor telep kívülről gerjessze az áramfejlesztő gépet.
A MÁV M61 és M62 Sorozat
Az MÁV M61-sorozat a MÁV részére szállított fővonali dízel-villamos erőátvitelű, Co’Co’ tengelyelrendezésű dízelmozdony-sorozat. Beceneve „Nohab”, a svéd gyártó, a NOHAB nevéből. Az M62 (Szergej) mozdonyoknál mind a hat vontató villamosmotor állandóan párhuzamosan van kapcsolva.
Minél nagyobb a dízelmotor teljesítménye és a fordulatszáma, annál nagyobb az alternátorból kijövő háromfázisú áram frekvenciája is, melynek köszönhetően az indukciósmotorok fordulatszáma is növekszik. A hűtőszellőzőket külön termosztátok is vezérlik, hogy a hűtővíz hőmérsékletét a legkedvezőbb értéken tartsák.
A MÁV M62 sorozat a MÁV részére szállított legnagyobb darabszámú fővonali Co’Co’ tengelyelrendezésű dízel-villamos mozdony sorozata. Beceneve „Szergej”. A villamos készülékeket külön készüléktérben helyezték el., melynek ajtaja a készülékek feszültség alatt állásának idejére villamosan reteszelve van. Itt helyezték el az irányváltót, a söntkontaktorokat, a hat motorkontaktort, a vezérlő és védelmi reléket stb.
Erőátviteli Módok
A dízelmozdonyoknál többféle erőátviteli mód létezik:
- Mechanikus: Működése egyszerű, leginkább a személyautókban megszokott erőátviteli módhoz hasonlít.
- Hidrodinamikus: Működése bonyolultabb, a dieselmotor teljesítménye hidrodinamikus nyomatékváltón keresztül jut el a kerekekig.
- Dízel-Elektromos: A dízelmotor generátort hajt, amely villamos energiát termel a vontatómotoroknak.
Elektrodinamikus Mozdonyfékek
Az elektrodinamikus mozdonyfékek a hajtóműfékeknek sajátságos változatát képviselik. A nem villamos vontatású járművektől eltérően ezek működése többnyire felsővezetéki feszültséghez kötött, és a fékezés során keletkező energiát jó hatásfokkal táplálják vissza a hálózatba.
tags: #dízel #elektromos #mozdony #működése