A Great Northern három mozdonya 1941 májusában 122 kocsis, 5.000 tonnás vonatot vontat 16 -es emelkedőn, 15 mph
(24 km/h) sebességgel a Chumstick Canyonban


[1]-ből



      1. rész: Az első Cascade alagút és a háromázisú villamosítás  




Az 1920-as évekre a tehervonatok olyan nehezek lettek, hogy a viszonylag gyenge villamos mozdonyok egyben nem bírtak velük. Több gépes vontatásnál pedig a szakasz Leavenworth-ban lévő áramellátó rendszere nem bírta volna a terhelést.

Első lépésben a villamosmozdonyok vonóerejét úgy növelték, hogy a sebességüket a felére csökkentették. Két villanygép vontatott, kettő a tehervonat végén a caboose-t tolta.
Így egyben át tudtak vinni egy tehervonatot az alagúton, és az áramellátást sem terhelték túl.

A nagy szállítási igény szépen hizlalta a GN vagyonát, a további bevétel szerzésnek határt kapott a vonal legszűkebb keresztmetszete, a Cascade alagút és az ahhoz vezető hegyi vonal.
A GN vezetősége 1925-ben gazdasági számításokat rendelt, és úgy döntött. hogy a magas alagúti vonalat lentebbi vonallal váltja ki, mert több alagút és a hóvédő tetők fenntartása költséges, a vonatok pedig lassúak voltak. A GE  Y, és a Baldwin-Westinghouse Z osztályú villamos mozdonyai nagyobb teljesítményt nyújtottak és gyorsabbak voltak. A lentebbi, kisebb meredekségű vonal új alagút fúrását is jelentette.

A GN az új vonalszakasz megépítésére a St. Paul-i Guthrie Company-vel kötött szerződést. A 19,37 mérföld hosszú vonalban egy, 8 mérföld hosszú alagút volt. Elhatározták a vonal Skykomish és Wenatchee közötti 72 mérföldes szakaszának a villamosítását is.






A Cascade alagutak, fenn az első, lenn az épülő második, és az építési szervízalagút

A Wenatchee Daily World
rajza és térképe, [2]-ből



A rajz mutatja a rendszert, melyben a készülő vasúti alagúttal párhuzamosan fúrtak egy "úttörő" alagutat, így a szokásos két, az alagút végein lévő nyílások helyett számtalan nyíláson tudták kihordani a fúrás közben keletkezett földet és követ, és bevinni az építési anyagokat. A rendszer hatékonyságát mutatja, hogy a 6,1 mérföldes Moffat vagy az 5 mérföldes Connaught alagútnál a fúrási idő a kétszerese volt, mint a második, a 8 mérföldes Cascade alagútnál.

Az alagút építésének megkezdése előtt a munkások számára ilyen táborokat építettek (kép jobbra). A deszkából és kátránypapírból készült házak tartósabbak voltak, mint akár a hadsereg ideiglenes barakkjai, vagy a favágók rönkházai. A táborokban kórház, boltok, közösségi termek és irodák voltak. Egyidőben körülbelül kétezer ember dolgozott a föld alatt
éjjel-nappal, akik munka után ezekben a házakban pihenték ki magukat. Fizetésnapon Index, Skykomish és Leavenworth városok szórakozóhelyei az építőkkel telt meg.

Lee Pickett képe [2]-ből





Műszakváltás a második Cascade alagút építésénél

Lee Pickett felvétele, Great Northern Railway, [2]-ből


A munka éjjel-nappal folyt az alagútban. A képen az alagút egyik portáljánál az egyik csoport lehagyja az építést, a másik most kezd munkához.





Az építés tempóját mutatja ez a két felvétel.



1926 júniusában az alagút nyugati kapuját kezdik építeni

Mindkettő Lee Pickett képe [2]-ből


Ugyanaz a helyszín 4 hónappal később, 1926 októberében



Az új alagút még nem készült el, de egyes szakaszokon, melyek az alagút átadása után a fővonal részei lettek, kiépítették az egyfázisú vontatás felsővezetékét. Ezeken a szakaszokon az újonnan érkezett Y és Z típusú mozdonyok vontattak, üzemben vizsgálták őket. A fékrendszeren kisebb módosításokat végeztek, így a teljes vonal átadása után tökéletes mozdonyok álltak forgalomba.

A vonalépítés, alagútfúrás és villamosítás négyéves munkája után 1929 januárjára
elkészült a vonal a 8 mérföld hosszú alagúttal. A teljes vonalon járó új, erős, egyfázisú villamos mozdonyok a "Hegység Királyai" lettek. Eltűnt a gőzmozdonyok látványosan magas füstoszlopa és az erős kiütésük, mikor nehéz vonatot vontattak, helyettük a villamos mozdonyok kékes szikrái és ívei adták a show-t, amikor a felsővezetékre fagyott hó vagy jég meg-megszakította az érintkezést.
A mozdonyok mély morgással jelezték, hogy a maximumhoz közeli teljesítménnyel dolgoznak, míg a lejtőn, ahol motorjuk a dinamikus fékezéssel villanyt táplált vissza a felsővezetékbe, utcai villamoséhoz hasonló visító hangot hallattak.

Kétfajta villamos mozdony járt a GN villamos vonalán: egyik a Z osztályú, Baldwin-Westinghouse gyártmányú, két egysége félállandóan összekapcsolva. Ez hasonló volt az EMD gyártmányú, első fővonali teher dízelmozdonyához, ahol az FT  A és B egysége volt félállandó kapcsolatban.

A sötét olajzöld, kezdetben aranyszínű betűs és -emblémás mozdony futóműve fényes fekete volt. A Z mozdonyok vagy párban, félállandó összekapcsolással, vagy még több tagú együttesben dolgoztak. Egy pár 88.000 font (40.000 kp) vonóerőt teljesített 15 mph (24 km/h) sebességnél, a legnagyobb sebességük pedig 72 km/h volt. Vihettek akár személy, akár tehervonatot, de általában az utóbbira osztották be őket.



A vasútvonal és a 2. Cascade alagút villamosítása

Már az új alagút tervezésekor is látszott, hogy az első alagút háromfázisú rendszerét nem célszerű kiterjeszteni a hosszabb vonalra és az új alagútra. Teljesen új villamos rendszert terveztek. A vontatási villanyt egyfázisú, 11.000V-osnak, és 25 helyett az ipari, 60Hz-esnek választották. A döntés szempontjai: a Tumwaterben meglévő, háromfázisú villamos állomást könnyű volt egyfázisúvá alakítani, és a 60 Hz frekvenciájú vontatási feszültség kisebb interferenciát okozott a vonal menti távközlési rendszerekben. Emellett a 60 Hz-nek hátrányai is voltak, egyik, hogy a magasabb frekvencián a vágánynak nagyobb lett az impedanciája, ezért, hogy csökkentsék a villamos veszteséget, réz föld-visszavezetőt alkalmaztak.

Mozdonyoknak motor-generátor típusút választottak, mert: az ilyen mozdonyok rugalmasabban reagálnak a túlterhelési igényre, és
a mozdonyok sebességszabályozása gazdaságos volt a vontatómotorok feszültségének változtatásával. Az ilyen mozdonyhajtási mód nem okoz káros fázisszöget, és ezzel meddő teljesítmény termelést az áramfejlesztő állomáson.

A rendszer magában foglalta a rekuperáló, vagyis áram visszatápláló fékezést (az angol szakirodalomban regenerative braking) is. Visszatápláló fékezés minden sebességnél lehetséges volt, majdnem egészen a megállásig.
Az építéskor tudható volt, hogy a vonal villamos teljesítmény igénye nagyobb lesz, mint a háromfázisú rendszeré, ezért a GN nem bővítette a saját erőművét, hanem szerződött a Puget Sound Power and Light Company-vel, hogy működtesse azt, és illessze be a saját villamos hálózatába. A cég 110 kV, 60 Hz-es távvezetéket épített az Everetthez közeli Beverly alállomásától Skykomish-ig, ahol illesztették a vasút 44 kV-os vezetékéhez. Skykomish-tól Tumwaterig, a régi villamos állomásig is építettek 110 kV-os távvezetéket, és építettek két villamos állomást, Scenic-ben és Cascade Tunnel településnél. A korábbi, háromfázisú rendszer No. 40-es szabványú kadmium bronz felsővezetékét is felhasználták az energia továbbítására.

A korábbi egyenfeszültségű jelzési rendszert 6.600 V, 60 Hz-esre változtatták. A pálya menti távbeszélő- és távíró légvezetékeket lebontották és kábeleket fektettek.

A villamos cégtől vásárolt energia mérése a mozdonyok visszatáplálása miatt nem volt triviális feladat. A betápláló háromfázisú, ratchet mérővel (kilincses? racsnis?) mért, a vasút pedig grafikus diagramot rajzoló műszerrel. A szerződés szerint a számlázás minden hónapban a három, legnagyobb teljesítmény igényű öt perc értékén alapult. A feszültség kimaradás utáni első 15 perc teljesítmény felvételét nem vették figyelembe.





1927 márciusára elkészült az új felsővezeték Skykomish és Tye között. és az első Cascade alagútban a meglévő háromfázisú felsővezeték rendszert egyfázisúvá alakították. Skykomish-ban új áramellátó épületet emeltek, és
Leavenworth-ban a meglévőt egyfázisúvá alakították.

A Skykomish-i generátor terem egyik egyfázisú, 7.500 kW-os generátora

Great Northern Railway kép [2]-ből


A generátorok fölött a futódaru, a horog pedig a futómacskáról lóg.
Egyetemi tankönyvből: A bakdarun alkalmazott futómacska teljesen egyezik a futódaru futómacskájával.




A Z mozdonyosztály

A második Cascade-alagút kétéves építése alatt az alagúttól keletre eső új nyomvonalon ideiglenesen kiépítették az egyfázisú felsővezeték rendszert. A négy háromfázisú mozdonyokat, a No. 5000-5003-ast itt nem használhatták, helyettük 1927-28-ban az új, Z osztályú mozdonyok jártak és segítették az építést. Az első Z a No. 5004-es pályaszámot kapta. Leszállításakor olajzöld színű volt, arany színű számokkal és betűkkel, és arany és vörös GN vasút emblémával. A főkeret és a futómű fekete volt.

Az 1D1 elrendezésű mozdonyok Pennsylvania állam két különböző helyén készültek, A Baldwin gyár Eddystone-i telephelyén gyártották és szerelték össze a főkeretet, a futóművet a kerekekkel, és a mozdonyszekrényt. A meghajtás nélküli mozdonyt a Westinghouse East Pitthsburgh-i telepére vitték, ott beszerelték a transzformátort, a motor-generátort és minden más villamos berendezést. Aztán a kész mozdonyt a GN Skykomish állomására vontatták. 1926-ban készült el az első négy, a No. 5004-5007, ezeket az építésnél tesztelték. 

1926 augusztusa és 1927 novembere között nem készült további mozdony, decemberben pedig a tesztelés eredményének figyelembe vételével készült az 5000-5001-es, majd az utolsó kettő, az 5002 és az 5003. Az első kettőhöz képest az új gépeken a fékrendszert módosították.

A mind személy-, mind tehervonati szolgálatra készült mozdonyok két összekapcsolt egységgel, 1D1+1D1 elrendezéssel jártak. A kettős egység hossza 94 láb (28,77 m) volt, a 714.400 font súlyból (324 tonna) 249 tonna nyugodott a 16, 1422 mm átmérőjű hajtott kerekeken. A tengelyeket nyolc, 600 V-os, egyenfeszültségű vontatómotor forgatta. Az összesen 3.650 LE teljesítmény 25 km/h sebességnél tartósan 40.143 kp vonóerőt adott. Az órás teljesítmény 4.330 LE volt. A legnagyobb sebesség 60 km/h, teljesen elegendő a meredek, és szűk ívekkel teletűzdelt pályára.

A Z mozdonyokkal a GN a 2.500 tonnás vonatsúlyt 5.000-re emelhette, és a vonatot 3 Z mozdony vontatta, 2-t pedig a vonatba soroztak.







Az 5004-es és 5-ös "Z motors" 1927 telén, vadonatújan, a Skykomish-i új áramellátó épület előtt
Lee Pickett felvétele [2]-ből





Az Y osztályú mozdonyok

A General Electric (GE) gyártmányú mozdonyok terve a New Havennél és a Pennsylvani
a vasúton, a GG1-esen kipróbált tengelyelrendezésen alapult. az Y mozdony egymagában is hatékony volt, és inkább látszott nagy mozdonynak, mint egy Z osztályú gép.

Az Y-ok kicsit nagyobb sebességűek voltak a Z-knél, ezért inkább azokat osztották be személyvonatok (expresszek) elé, tehervonat vontatásármegkettőzték. Mindkét mozdonytípust olajzöldre festették, aranyszínű emblémákkal és számokkal. Később a számok fehérek lettek, az embléma pedig vörös-fehér, de a mozdonyok alapszíne olajzöld maradt.

A 22,5 m hosszú, 239 tonnás, 1CC1 tengelyelrendezésű mozdony órás teljesítménye 3.300 LE volt. A felsővezeték11.500 V-os feszültségét a főtranszformátor 2.300 V-ra transzformálta a fő szinkronmotor számára, mely rugalmas hajtáson keresztül két 1.250 kW-os DC generátort hajtott. Ezek feszültsége került az 1.500V-os hajtómotorokra. A sebességet a generátorok feszültségének a változtatásával szabályozták, amit kiegészített két sönt fokozat. A mozdonynak 55 mph (88,5 km/h) volt a legnagyobb megengedett sebessége.

A mozdonyt a GE tervezte, de a gépészeti egységek gyártásába beszállt az Alco is. Ennek a New York állambeli Schenectady telepén gyártották a mozdonyszekrényt, a főkeretet, a forgóvázakat, a futóművet és egyéb gépészeti egységeket. Aztán az üres mozdonyt átvitték a GE pennsylvaniai gyárába, Erie-be, itt kapta meg a villamos egységeket és a vezérlést.
A hegesztett mozdonyszekrény 2,4 mm vastag acéllemezből készült, a padlólemez 6,3 mm-es volt. A főkeretet hegesztett I-tartók erősítették. Mivel a vég-forgóvázak és a szekrény között nem volt elegendő hely a tartóknak, itt a tartó lap 229 mm vastag volt.

A villamos berendezés elhelyezése a mozdony elejétől a vége felé: a vezérlés szekrénye, hajtómotor indító- és regeneratív fékezés gerjesztő egysége, főgenerátorok, vontatómotor szellőzők, szinkron főmotor, transzformátor hűtő, főtranszformátor, légsűrírtők, AC vezérlő egység szekrény.

A vezetőállást parafával hangszigetelték. A mozdonyszekrény teteje No. 8 szabványú tank acélból készült, három nyílással a villamos egységek beemelésére.

Az első-hátsó forgóvázak kerekeinek átmérője 36 hüvelyk (915 mm), a hajtott kerekeké 1.400 mm volt. Minden tengelyen egyszerű csúszócsapágy volt. A forgóvázaknak köszönhetően a mozdony 76,25 m-es ívben is haladhatott.

A forgóvázak egy darabban öntött acélból készültek.  rugókkal tartották a mozdonyszekrényt. A csoportonként négy
elliptikus rugó három ponton támasztotta alá a szekrényt.






A Great Northern Y osztályú villamos mozdonya Wenatchee-ben, Washington államban 1956 júniusában

H. Vollrath felvétele [1]-ből






Az Y mozdony jellegrajza, gyári állapotban

Rajz [1]-ből



A mozdony elektropneumatikus vezérlése 65V-os rendszer volt. A kontroller fő hengere 26 érintkezős, a villamos fékezésé 16 érintkezős volt. Vontatás közben csak a fő hengert, villamos fékezés alatt mindkét hengert használták. A villamos fékezés automatikusan megkezdődött, mikor a motorok feszültsége egyenlő lett a fő generátor feszültségével.

A kontrolleren elhelyezett kapcsoló váltott a három csoport, csoportonként kétmotoros módról nehéz vontatáshoz a két csoport, három motoros üzemmódra. A motorok kétfokozatú léghűtését két, 500V-os egyfázisú motor végezte. Egy kizáró kapcsolás akadályozta meg, hogy a mozdony légfékkel fékezzen, miközben dinamikusan, áramot visszatáplálva fékez. A vonatot bármilyen üzemi állapotban lehetett fékezni.

A GN nagyon kényes volt a vonatai fékezésére a meredek hegyi pályáin. Az Y mozdony nagy fékteljesítményét bizonyítandó, a General Electric bemutatót tartott. Egy, a New York Central vasút H10-es osztályú, Mikado (2-8-2) gőzmozdonya a GN villamos vonalán 40 mérföldes (64 km/h-s) sebességgel vontatta az 5010-es, 
Y osztályú mozdonyt. Az Y visszatápláló villamos fékezésbe kezdett, és bár a Mikado teljes szabályzó nyitással vontatott, a villamosmozdony 3 mérföldes (kevesebb, mint 5 km/h-s) sebességre lassította le a gőzmozdonyt.

Az erős mozdonyoknak és a kisebb emelkedésű pályának köszönhetően a személyvonatok 50 mph (80 km/h) sebességgel haladtak. 2.500 tonnás tehervonatot egy Y osztályú mozdony vontatott, a nagyobb emelkedőkön pedig egy Y vagy egy Z tolta a vonatot. 5.000 tonnás vonatnál egy, a tehervonatba sorozott Z segített.

Az áramszedő elhasználódását csökkentendő a GN összekapcsolt Y mozdonyokat villamosan a tetőn elhelyezett csatlakozóval kapcsolta össze. Ezeket a csatlakozókat a mozdonyok mindkét végén elhelyezték. Ha az egyik mozdony áramszedője egy pillanatra nem érintkezett a felsővezetékkel, ez az összekapcsolás megakadályozta az ívhúzást a megszakadásnál. A csatlakozó felszerelésekor a homlokvilágítás lámpáját lejjebb helyezték.





A GN vasút Cascade Division-jének villamosított szakaszán
csak egyetlen komoly baleset történt: a II. világháború alatt, 1945-ben a kora reggeli sötétségben a lejtőn nyugatra, a Foss folyó hídja felé haladó, az első kocsijában fontos hadianyagot szállító #27, a Fast Mail vonat mozdonya nagy sebességgel kisiklott és lezuhant a meredek töltésen. Mint a képen látható, sem a pályában, sem a töltésben nem volt látható hiba, a siklás oka nem derült ki.

Halálos balesetet szenvedett a vonat- és az első kocsi személyzete. A #5011-es Y mozdony kocsiszekrénye összeroncsolódott, de a főkeret és a futómű menthető volt.

A 9 sérült kocsiból csak egyet lehetett megmenteni és helyreállítani.


Claude Witt felvétele [2]-ből







A roncsolódott mozdony

Claude Witt felvétele [2]-ből


Csak a mozdony tetején lévő, a kép előterében látható légkürt mutatja, hogy melyik a mozdony, és melyik a postakocsi.




A #5011-es mozdonyszekrénye a baleset után

Claude Witt felvétele [2]-ből


A mozdonyszekrényt is kihúzták a töltés alatti völgyből. A hossza miatt két pőrekocsin szállították el.










A St. Paul-ban átépített, így Y1a-vá váló, 5011-es mozdony Skykomish-ban, Washington államban

H. Vollrath felvétele [1]-ből
A balesetet szenvedett mozdony futóműve, a motorikus és a villamos berendezése viszonylag ép maradt. A GN akkoriban a GE-től nem kapott új mozdonyszekrényt, ezért az Electro-Motive Division (GM EMD) két FT dízel orr-részéből a GN műhelye áramvonalas villamos mozdonyt készített.






A #5011, immár Y1a osztályú mozdony 1948 nyarán Skykomish-ban az
Empire Buildert, a GN híres expresszét vontatja

Walt Mendenhall felvétele [2]-ből


A mozdony áramvonalas külseje sokakat megtévesztett, és a szintén áramvonalas W osztályú gépnek nézték.




1947-ig, a mozdonyok húsz éves szolgálata alatt nem rendeltek új mozdonyt. 1947-ben a GE két új mozdonyt szállított, a 333 tonnás W osztályút. Igazi szörny volt, 30 méter hosszú, közel 6 m magas, B-D-D-B tengelyelrendezéssel, mely megfelelt a Union Pacific vasút 4-8-8-4-es, Big Boy  nevű elrendezésnek, azzal a különbséggel, hogy a villamos mozdonyok minden tengelye, még a forgóvázakban lévő kettő is, hajtott volt. 
A mozdony 6.000 LE-s teljesítménye a 40-es években egyedülálló volt.

A W mozdonyok érkeztével a GN szakított a "boxcab", doboz forma szekrényű villamos mozdonyok hagyományával. Az áramvonalas W nagy méretei ellenére szép, arányos mozdony volt.






A GN W osztályú mozdonya még a gyár, a GE telephelyén

M. McCarter felvétele [1]-ből




A két W mozdonyt a GN 5018, 5019-es pályaszámmal vette a listájára. A mozdony tengelyelrendezése és mérete miatt jogosan nevezték a villamos mozdonyok Big Boy-ának.

A mozdony motor-generátoros áramátalakítós volt, mely üzemmód nagyon bevált a hegyi vonalakon. A szinkronmotor tengelyének két vége egy-egy generátort hajtott. A mozdony tartósan 5.000 LE-t tudott leadni, és rövid időre közel ennek kétszeresével túlterhelhető volt.

A nagy W mozdonyt egy két egységes Z-vel lehet összehasonlítani. A W 7 lábbal (2,1 m-rel) hosszabb, mint a két egységes Z, de 11 tonnával könnyebb, 327 tonnás volt. Vonóereje 8.164 kp-dal kisebb volt, mint 2 Z-é, de nagyobb volt a teljesítménye.

A II. világháború után is dolgozó 15 GN villamos mozdony az ilyen mozdonyok fejlesztésének a csúcsát képviselte. A vasút kereste a
leggazdaságosabb működési módot, tanulmányozta a villamos vonal meghosszabbításának költség- és megtérülés arányát, végül mind a műszakiak, mind a pénzügyesek tanácsára a dízelvontatás felé fordult.

Egy tonna elszállításának költsége villamos mozdonnyal kisebb volt, mint dízellel, de ezt a különbséget kiegyenlítette az, hogy a felsővezeték rendszert fenn kellett tartani, és az áramellátó egység túl rövid vonalszakaszt táplált. A GN dízelmozdonyokat kezdett alkalmazni.

A nyolc mérföldes Cascade alagútba ventilátorokat szereltek, így azok az emelkedőn dolgozó dízelmozdonyok füstjét kiszívták, a vonatok St. Paultól a végállomásig, Seattle-ig mozdonycsere nélkül, végig dízel vontatással haladhattak, és nagyobb sebességgel, mint a villamos mozdonyokkal.




Elérkezett a villamos üzem- és a mozdonyok barátainak számra a szomorú pillanat: 1956 augusztusában a villamos üzemet megszüntették, lebontották a felsővezetéket.
A tíz Z és az 5019-es W mozdonyokat eladták ócskavasnak, az 5018-as számú W a Union Pacific vasúthoz került, ahol széntüzelésű turbinás tesztmozdony lett belőle, 80B számmal.










Források:

 

  • Bert Pennypacker: Cross Continent Electrics [1]
  • Charles R. Wood: Great Northern LINES WEST  [2]
  • William D. Middleton, George M. Smerk, and Roberta L. Diehl: Encyclopedia of North American RAILROADS [3]
  • Comprehensive RAILROAD ATLAS of North America  [4]
manhattani       

  2022. január 24.