A British Railways terve 150 mérföld óránkénti sebességű motorvonatra

Mozdony vontatta vonat helyett gázturbina hajtású motorvonat

Az 1960-as évekre a mozdony vontatta vonatok Nyugat-Európában kimerítették a lehetőségüket a sebességük növelésére. A brit Deltic és más nagyteljesítményű fővonali dízelmozdonyok 100 mérföld/óra (160 km/h) sebességgel vontatták az egyre nehezebb vonataikat. Korábban a Mallard áramvonalas gőzös 200 km/h-t ért el, de ott a vonatnak komoly súlykorlátja volt. Nagyobb sebesség két módon volt elérhető: az indulási gyorsulás és a fékezési negatív gyorsulás növelésével, illetve a vonali sebesség növelésével. Az előbbi kényelmetlen lehet az utasoknak és nem is hoz túl sokat, az utóbbinak Nagy-Britanniában komoly akadálya volt: a pálya ott kanyargósabb, mint általában az európai pályák. A franciák, és részben az olaszok is külön pályákat építettek a nagysebességű vonataiknak, a japán Shinkansen pedig lábakon álló

magas pályán száguldott akár a lakott területek fölött is. A szintén nagyon sűrűn beépült Nagy-Britanniában épeszű költséggel nem lehetett a pályát kiegyenesíteni, és megemelni sem akarták. Egy módjuk volt a vonatok vonali sebességének növelésére: alacsony súlypontú vonatot tervezni, amely bedől az ívben. A vonóerő jobb kihasználására a mozdonyos vonat helyett a motorvonat képes, ilyet terveztek. Az alacsony vonatba pedig a dugattyús dízelmotor helyett gázturbinás hajtóművel lehetett elegendően nagy teljesítményt beépíteni. Az 1970-es évek elején a British Railways gázturbina hajtású motorvonatot tervezett.

A tervezett motorvonat modelljének képe [1]-ből

 

Az izgalmas projekt ötlete a repülőgép iparból érkezett a British Railways (BR) Derby-ben lévő kutató és tervező központjába. A cél nagysebességű, gázturbina hajtású vonat tervezése volt, melynek legnagyobb sebessége 150 mph (240 km/h), átlagsebessége pedig a meglévő vonalakon 100 mph (160 km/h). A repülőipari eredet abból is látszik, hogy a motorvonat orra erősen emlékeztet egy repülőére.

Az Advanced Project Group (fejlett projekt csoport) által készített megvalósíthatósági tanulmány azt jósolta, hogy a 70-es évek elejére elkészülhet ilyen vonat. Ez a London-Newcastle, 268 mérföldes (429 km-es) távot a korábbi 230 percről 145 percre, a London-Bristol távot pedig 110-ről 105 percre csökkenti. Londonból Párizs pedig a csatorna-alagúton át 3 és fél órán belül elérhető lenne.

A kocsi

A nagyobb sebességet úgy lehetett elérni a hagyományos, ívekkel teletűzdelt pályán az utasok számára kényelmetlen oldalgyorsulás nélkül, hogy az ívben bedöntik a kocsiszekrényt. A nagyobb sebességet pedig a jobb teljesítmény/tömeg arányú gázturbinás hajtással tervezték. Minden kocsi aljába gázturbinát terveztek, mely lassító és irányváltó áttételen keresztül kardántengellyel hajtja meg az egyik forgóváz mindkét tengelyét. A több kocsiból álló szerelvény mindkét végére vezérlőkocsit terveztek. A kocsikat hosszabbra tervezték, mint az akkor szokásos kocsiméret: 85 láb a szokásos 60 helyett (18 helyett 25,5 m). A kocsivégek szűkítettek, hogy ívben csökkentsék a kilógást, bár a kocsik 2,58 m-es szélessége kisebb, mint a korabeli kocsiké. A kocsiszekrényt hengerelt fémötvözetből tervezték. így egy jármű súlya 20 tonna alatt lehet. A teljes vonatra számolva egy utashelyre 270 kg tömeg esett. Ez durván negyede a mozdony vontatott vonatoknál lévő értéknél, bár magasabb, mint a távolsági buszoké.

A Rolls-Royce gyártmányú gázturbina 1.500 LE-s, így elérhették a 75 LE/tonna teljesítmény-súly arányt. A nagy sebesség miatt a kocsikban légnyomás változás léphetett volna fel, amikor alagútba futnak, ezért az ajtókat és ablakokat légzártra, a kocsibelsőt pedig légkondicionáltra és enyhén túlnyomásosra tervezték. Minden kocsit független üzemre terveztek, és a kocsinkénti segédüzemi generátort nem a főmotor, hanem a kisebb, segédüzemi gázturbina hajtotta. Kocsinként volt a légkondicionálás is. Mind az első, mind a másodosztályú kocsit termes, középfolyosósra tervezték, az elsőben 2+1, a másodosztályúban 2+2 üléssel. A büfé- és a konyha-egység az utasülésekéhez hasonló blokkoba tervezték, így alacsonyan tarthatták a tervezés költségeit, és egy kocsi más célra átépítése egyszerű folyamat lett.

1. ábra: A hajtott kocsi rajza [1]-ből

A bedőlő kocsiszekrényű vonat

A meglévő pályán az ívekben a túlemelés korlátozott a normál sebességű és nagy súlyú vonatok miatt. Nagyobb sebességet úgy lehet elérni az utasok számára kényelmetlen oldalgyorsulás nélkül, hogy az ívben bedől a kocsiszekrény. Az új motorvonat kocsijainak magassága kisebb, súlypontja alacsonyabb a hagyományos kocsikénál. Magasságuk kisebb, mint 3,3 m, a padlójuk pedig csak 1,05 m-re van a sínkorona fölött. Az utasok kényelme érdekében a kocsik íves pályán a hossztengelyük körül elfordulnak. A hidraulikus bedöntő mechanizmus és a bedőlés jellege látható a 2. ábrán.

A súlypont körüli elfordulást a brit vonalak szűk űrszelvénye teszi szükségessé, és az űrszelvényen belül maradást segíti a kocsik oldalának formája is. A kocsik dőlését hidraulikus szerkezet végzi. A dőlés mértékét komplex szervómechanizmus állítja be, mely gyorsan válaszol az oldalgyorsulást mérő jelére. A kocsik alá légrugózást terveztek. A tervezési szakaszban megvizsgálták, hogy lehetne-e a bedöntést úgy végezni, hogy az egyik oldali légrugóból levegőt engednek ki, és levegőt töltenek be a másik oldalon lévőbe. Akárhogy is, minden kocsi egyénileg dönti el, hogy mikor és milyen mértékben dönti meg a szekrényét.

2. ábra: A bedöntő forgóváz és a dőlés jellege

A második ábra jobb oldali rajza szélsőséges bedőlést ábrázol, de még így is a kocsi jobb felső sarka alig nyúlik túl a kocsi normál állapotú szerkesztési szelvényén. A jobb oldali képen egy első osztályú kocsi metszeti képén látszik, hogy a kocsi oldalfalának alakja következtében a jármű bedöntve sem kíván szélesebb űrszelvényt, mint függőleges helyzetben. Az első osztályú, 1+2 ülés elrendezésű kocsi modellje bedöntött helyzetben Fénykép [1]-ből

 

Epilógus

Bár a 60-as - 70-es években máshol is terveztek gázturbinás nagysebességű vonatokat (Világvasutai, az első TGV, a TGV001 is gázturbinás hajtású volt), a próbafutások után mindenhol felsővezetékes pályára építettek nagysebességű villamos motorvonatokat. A brit, 150 mph-ra tervezett sebességű, gázturbina hajtású motorvonat pedig nem épült meg. Később a britek építettek villamos, bedőlő motorvonatot, APT (Advanced Passenger Train) néven. A bedöntés módja és mértéke kiválóan sikerült, az utasok csak abból vették észre, hogy a vonat ívben haladt, hogy az ablakon kinézve a táj emelkedett vagy süllyedt.

Ez az utasok számottevő részénél tengeribetegséget, rosszullétet, hányingert, sőt hányást okozott. Megoldandó a problémát, ablaktalan kocsikon gondolkodtak, de ez néhány utasnál klausztrofóbiát váltott ki. A brit vasutak feladták a jármű saját bedöntésével sebességet növelő vonatok tervezését. Jelenleg a leggyorsabb menetrend szerinti vonatuk a villamos, 225 típusú motorvonat, mely típusát a km/h-ban mért legnagyobb sebességéről kapta.

Források: The Railway Gazette 1967. ápilis 21. [1] Geoffrey Freeman Allen: The World's Fastest Trains [2]

Tomori László         2023. január 25.