瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車
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| 瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車 | |
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 編號為1101的「瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車」，1942年拍攝。 | |
| 概覽 | |
| 類型 | 燃氣渦輪機車 |
| 生產商 | 布朗-博韋里股份公司 |
| 生產年份 | 1938年 |
| 產量 | 1台 |
| 退役日期 | 1954年 |
| 技術數據 | |
| UIC軸式 | (1A)Bo(A1) |
| 軌距 | 1,435毫米（4英尺8+1⁄2英寸） |
| 軸重 | 16噸 |
| 機車長度 | 16340毫米（包含緩衝器） |
| 機車寬度 | 2970毫米 |
| 機車高度 | 3933毫米 |
| 燃料儲備量 | 4,200公升（920英制加侖；1,100美制加侖） |
| 機油儲備量 | 850公升（190英制加侖；220美制加侖） |
| 傳動方式 | 電力傳動 |
| 發動機功率 | 1620千瓦 |
| 牽引功率 | 1030千瓦 |
| 起動牽引力 | 127千牛 |
| 持續牽引力 | 48.4千牛（70千米/小時下） |
| 現狀 | 退役後於1958年至1961間改裝為「瑞士聯邦鐵路Ae 4/6III型電力機車」，改裝後編號改為10851。 |
| 機車重量 | 92噸 |
| 最高運營速度 | 110千米/小時 |
| 編號 | 1101 |
| 運營方 | 瑞士聯邦鐵路 |
瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車（德語：SBB Am 4/6）是全球第一型燃氣渦輪機車，僅製造1101號一台。1938年由布朗-博韋里股份公司為瑞士聯邦鐵路製造，定位為用於非電氣化鐵路的實驗型燃氣渦輪機車。[1]
技術
[編輯]研製
[編輯]該型機車在研製時儘可能使用現有技術，以避免燃氣輪機以外的部分出問題。選擇電力傳動是因為電力傳動在既有柴油機車上表現良好，其允許多軸傳動，因而在輸出功率一定的前提下比當時的柴油機車和蒸汽機車自重更輕。未選擇液力傳動的原因在於，當時若選擇液力傳動則輸出功率無法超過300千瓦。
該型機車的燃氣輪機內部包含壓氣機、燃燒室及渦輪。壓氣機需要大約4500千瓦的功率將空氣推入燃燒室（空氣壓力介乎1至3 kgf/cm2，取決於渦輪轉速)，燃料在該處被噴射和燃燒，導致氣體膨脹，此時氣體溫度為500°C到600°C，驅動渦輪，產生約6000千瓦的功率。[2] 廢氣先通過換熱器預熱吸入的空氣，而後在車頂排出。用於驅動機車的功率僅能剩餘1500千瓦。
能效
[編輯]研究表明，該型機車的燃氣輪機在怠速狀態為0能效；穩步升至中等負荷時能效為15%，功率為746千瓦；升至高負荷下能效為18%，功率為1268千瓦；升至最高負荷時能效為16%，功率為1641千瓦；這還沒有計算電力驅動所產生的功率損失。與傳統柴油發動機相比，其能效很低，是阻礙該技術普及的主要原因之一。
啟動機車
[編輯]首先，通過電池啟動一台輔助柴油發電機，而輔助柴油發電機又為啟動燃氣輪機提供電力。燃氣輪機先藉助輔助柴油發電機加至怠速，之後燃氣輪機轉速加至怠速（100轉/分鐘）狀態後，即可獨立運行作為用於驅動機車的發動機，這個過程約需4分鐘。在燃氣輪機加至怠速期間，輔助柴油發電機在適用於在低速（10千米/小時）狀態下驅動機車。
提升輸出功率
[編輯]司機通過功率控制器控制輸出功率提升，效果包括：
- 燃燒室注入更多燃料
- 調速器調整至適合更高轉速運行狀態
- 過載保護器警示是否存在過載（轉速低於目標或負載所需）
由於較低的負載和注入更多的燃料，轉速隨之增加（發電機滿載轉速高達300轉/分鐘），在某個節點上燃氣輪機達到其目標速度，負載再次增加到所需的水平，以達到燃氣輪機的功率輸出和牽引電動機所需的功率之間的新平衡。
反之則原理相同，順序相反。
制動
[編輯]為了避免在長下坡路段使用空氣制動時出現磨損和過熱，因而考慮過替代的制動系統。由於該型機車燃氣輪機的壓氣機需能夠運行在高達4500千瓦的功率下，因而計劃通過關閉燃氣輪機燃燒室的燃油供應以停止電力供應，進而完成制動。目前還不清楚該制動系統是否真正被安裝、使用。
安全措施
[編輯]若司機不能及時令機車提升輸出功率（比如在上坡時而非上坡前），則渦輪轉速可能不能及時提升至所需速度，進而出現因燃料過量燃燒，而且渦輪也可能過熱。若渦輪過熱，則通過警告燈向司機告警；如果此時司機沒有降低負載，則在溫度再次升高30°C後切斷燃料供應。
若因燃氣輪機轉速過快且調速器無法補償而導致保險絲燒斷或燒電線，安全裝置會減少燃氣輪機的空氣供應，促使燃燒室的溫度上升，進而促成燃氣輪機由於溫度過高而關閉。
對燃燒室也進行了監測，如果燃燒室溫度變得過低（導致燃油停止燃燒等），控制器會嘗試再次點燃燃油，若無法點燃則在5秒內切斷燃油供應。
控制原理
[編輯]該型機車所使用的燃氣輪機的控制是通過油實現的。所有輸入（調速器、功率控制器等）均是通過在油循壞上的閥門和泵控制油的流動，進而控制活塞做出必要的動作。
歷史
[編輯]1938年，布朗-博韋里股份公司為瑞士納沙泰爾市防空洞製造了一台功率為4000千瓦的燃氣渦輪發電機，用於應急供電。同年，布朗-博韋里股份公司還評估了使用燃氣輪機為鐵路機車提供動力的可行性，並建議瑞士聯邦鐵路購買一種功率為1620千瓦的新型電力傳動燃氣輪機機車。
當時的瑞士聯邦鐵路亦有意考慮未來使用燃氣渦輪機車。布朗-博韋里股份公司在上述建議中的機車設有6個車軸，因而其發動機功率最高只能為1620千瓦。最高運營速度定為110千米/小時。瑞士聯邦鐵路要求機車全重（加滿燃料後）不得超過92噸。此外，相關協議還規定在機車通過測試後，瑞士聯邦鐵路必須將其投入運營。機車研製工作由布朗-博韋里股份公司主持，機車機械部分由瑞士機車和機器製造廠製造。
1941年9月5日，該機車開始試運行工作，隨後進行了進一步試運行。由於因戰爭導致的燃料短缺，試運行多次被中斷。因在試運行中表現出色，布朗-博韋里股份公司說服了瑞士聯邦鐵路，因此該機車於1944年10月1日正式交付瑞士聯邦鐵路。
由於在瑞士缺乏合適的應用場合，機車從1945年到1946年被租予法國國家鐵路。在牽引巴塞爾到斯特拉斯堡和肖蒙的特快列車的過程中有着不錯的表現。隨後，該機車在瑞士再次使用。1950年6月20日至11月2日，該機車租予德國聯邦鐵路使用，有資料稱其在西德運用期間表現出的爬坡能力比「德意志國鐵路01型蒸汽機車」更出色。
退役
[編輯]1954年，該機車因磨損嚴重、維修費過高且因瑞士聯邦鐵路所屬非電氣化鐵路較少使得該機車運用面有限而退役。截至退役之時，「瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車」共計行駛約41萬千米。
瑞士聯邦鐵路一直沒能大規模運用燃氣渦輪機車。布朗-博韋里股份公司的燃氣渦輪機車在出口方面也未能打開市場，布朗-博韋里股份公司的燃氣渦輪機車出口訂單僅有英國大西部鐵路訂購的英國鐵路18000號機車（該機車在交付時大西部鐵路已併入英國鐵路）。
改裝為「瑞士聯邦鐵路Ae 4/6 III型電力機車」
[編輯]唯一的一台「瑞士聯邦鐵路Am 4/6型燃氣渦輪機車」在退役後，被改裝為「瑞士聯邦鐵路Ae 4/6 III型電力機車」。改裝工作於1958年開始，1961年完成。改裝後的機車編號改為10851。改裝後的機車於1978年退役。
參考資料
[編輯]- ^ sguggiari.ch | Schede tecniche | Am 4/6. www.sguggiari.ch. [2022-04-24]. （原始內容存檔於2022-11-16）.
- ^ Schweizerische Bauzeitung, Band 119 (1942), Heft 20 (Teil 1). retro.seals.ch. [2022-06-12]. （原始內容存檔於2016-03-04）.
外部連結
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