摘要:通用电气蒸汽轮机机车是通用电气为联合太平洋铁路公司设计的两台蒸汽轮机机车,这两台机车都采用了流线型外观,1938年制造,机车全长27.69米,输出功率2500马力,据说该机车在试验场内跑出了201km/h的高速。通用电气也对这款机车逐渐失去了兴趣,但是依然没有放弃,1941年两台机车被投入到纽约中心线路上测试,由于第二次世界大战的爆发引发了电力危机,1943年大北方铁路公司看上了这两台机车并购入,机车编号改为了GE-1和GE-2,机车在经历了数年改良之后性能很让人满意,但是1943年底,大北方公司改变了理念,这两台机车再一次停用退役被送回到通用电气,最终二战结束之前机车被废弃。

上两个章节我们介绍了通用电气的电力机车发展历程,从整个发展过程中大家可以看到,美国铁路的发展时间线是从蒸汽时代到电力机车再到内燃时代,这和我们国家是截然不同的。今天我们要介绍的则独立于这三种机车的一种机车,虽然说独立,但是这两款机车在本质上又和蒸汽机车和内燃机车有着一定的联系,接下来我们将逐一对这两款机车进行介绍。

一、通用电气蒸汽轮机机车

通用电气蒸汽轮机机车是通用电气为联合太平洋铁路公司设计的两台蒸汽轮机机车,这两台机车都采用了流线型外观,1938年制造,机车全长27.69米,输出功率2500马力,据说该机车在试验场内跑出了201km/h的高速。机车的设计风格很像我之前提到的普尔曼设计的EMC公司(易安迪的前身)M-10003到M-10006的柴油车组。

这两台机车均在1939年4月交付并完成了试运行,之后参加了铁路界的各种宣传活动,包括洛杉矶联合客运站的盛大开幕、塞西尔B·德米尔拍摄的电影《太平洋联合会》的首映式,并出席了时任总统富兰克林·罗斯福的一次活动。虽然说这款机车比传统的蒸汽机车表现出了更出色的加速性能和更好的准时性,但是机车在可靠性和维护性方面却存在的严重问题,这些机车最终没有投入到商业服务中。

1939年6月,这两台机车被返送回通用电气,1941年12月,联合太平洋彻底放弃这两台机车。1941年,通用电气对机车进行改装之后在纽约市中心进行了试验,1943年,由于二战影响出现了电力危机,一部分铁路由于电力缺乏无法维持电气化铁路的运营,因此大北方公司临时购置了这两台机车投入使用,并在同年晚些时间退役。这两台机车最终在第二次世界大战结束之前就被废弃。

其实早在1936年年底,通用电气就已经开始着手研发蒸汽轮机机车,当时通用电气和联合太平洋开始合作并开启了一项油动力蒸汽轮机电气设计项目,人们将其称之为“蒸汽电力机车”。为了让这个项目顺利下线,通用电气选择了当时技术很成熟的蒸汽轮机技术,这在当时是海上船只以及军舰的核心动力,只不过把这玩意压缩到一台机车那么大的空间内实在是很困难。不过最终通用电气成功的制造出一个缩小版的蒸汽轮机并将其放入了一台流线型外观的机车中,该机车采用了2+C—C+2的轴列式,输出功率2500马力,启动牵引力达到了360kN,这性能在当时是史无前例的。

通用电气原打算在1937年就交付第一台原型车,但是一直到1938年12月才完成了交付,机车在1939年进行了交付测试,虽然产量只有两台,但是这两台原型车前后花费了近2年的时间才完成了制造。

为了让机车看起来更有冲击力,通用电气参考了当时EMC公司设计的内燃车组的外观设计,机车采用了流线型外观,而且还用钢框架铆接金属铝合金板的方式构成了轻型车身,司机是非常高大,猛一看和M-100003到M-10006系列很接近,司机室视野很开阔,前鼻达到了2.7米之厚,其目的是为了保护机车乘务人员。机车全长27.69米,司机室宽3米,机车高度4.591米。

1939年2月出版的《通用电气评论》内提到,这款蒸汽轮机机车的速度可以达到201km/h,其热效率是传统蒸汽机车的2倍,输出功率2500马力,机车的外形设计被称为大象式外形。机车自重249吨,启动牵引力385kN,持续牵引力180kN。

机车安装了巴布科克&威尔科克斯水管锅炉,还请贝利仪表公司专门设计了自动点火和调节锅炉的设备。每个可以锅炉承受493℃的高温和10兆帕到11兆帕的高压,这个数值比现在有所的蒸汽机车都要高。

蒸汽轮机的涡轮设计工作转速为12500转/分,并通过一个10:1减速齿轮组和主发电机组相连,主发电机为双电枢直流发电机,除了驱动直流牵引电机以外还带动一个三相220伏辅助交流发电机驱动辅助功能设备,这些辅助设备包括了牵引电机吹风机和前端电源(后来被命名为HEP设备),前端电源在当时主要给客车提供照明、供暖和空调制冷,这种设备在1939年是非同寻常的先进,可以认定为现代机供电设备的鼻祖,要知道机供电技术是在70年代才真正推广。

另外这款机车还有个的先进之处是采用了动态制动系统(电阻制动和空气制动结合式制动系统,并不是单纯的电阻制动),和传统的电阻制动通过散失的方式排热不同,该机车将制动电阻产生的热量传回到蒸汽回路中,并用于加热冷却水产生热能,这些热能又会被重新利用为机车动力,这项技术可以说是再生制动的鼻祖。

机车传动比65:31,主动轮直径1100mm,从轮910mm,另外值得一提的是,这两台机车还可以重联使用形成一个5000马力的机车组,该机车也是美国第一台安装了重联遥控装置的机车。

两台机车正式运行了6个月,这是有记录以外铁路上最短服役记录。1938年12月完工之后,通用电气首先在在伊利工厂进行了测试,1939年1月到3月期间在纽约中心轨道上进行了测试,1939年4月,机车被送往内布拉斯加州的奥马哈,正好赶上5月份第一条贯穿大陆铁路竣工70周年庆,根据最新历史学家威廉·克拉特维尔和哈罗德·列克斯的说法,在当时结合这两台车的情况,人们希望这两台机车能够成为蒸汽机车替代品和内燃机车的继承者。试车完毕之后,该机车被编入了富兰克林·罗斯福旅游列车开始进行了全国巡演,并在洛杉矶联合会出席。4月28日,该机车在参与了《太平洋联合会》这部电影的首映式。

试车过程中发现,该机车表现出比常规蒸汽机车更好的加速性能和准时性,不过也存在了一些严重的可靠性问题以及相对较高的维护成本。在当时该机车一直牵引一趟从科罗拉多州前往奥马哈的旅客列车,但是往往列车中还要编组一台2800级太平洋蒸汽机车作为备用,以防止在运行过程中出现可靠性问题,1939年6月,机车被送回通用电气加以改造或重建。

在接下来的两年里联合太平洋依然在关注蒸汽轮机机车的状态,但是1941年12月,该公司还是终止了和通用电气的项目协议。主要原因是通用电气开始往其他类型的机车方面发展,特别是1939年大男孩蒸汽机车的出现以及易安迪E系列客运机车以及F系列货运机车的成功投产加上公司内部铁路动力部门的负责人发生了变动。

通用电气也对这款机车逐渐失去了兴趣,但是依然没有放弃,1941年两台机车被投入到纽约中心线路上测试,由于第二次世界大战的爆发引发了电力危机,1943年大北方铁路公司看上了这两台机车并购入,机车编号改为了GE-1和GE-2,机车在经历了数年改良之后性能很让人满意,但是1943年底,大北方公司改变了理念,这两台机车再一次停用退役被送回到通用电气,最终二战结束之前机车被废弃。

蒸汽轮机机车是北美地区第一台涡轮机车,也是通用电气制造的唯一以蒸汽为动力的机车。历史教授兼作家杰弗里·W·施拉姆说:“这款机车是美国铁路史上服役过的最雄心勃勃、技术最先进的铁路机车”。联合太平洋历史学家阿尔弗雷德·布鲁斯将这款机车描述为美国史上曾经建造过的最杰出的蒸汽机车之一。目前这两款机车已经通过各大模型厂商以模型的形式完美复刻并出售。

二、M-1型电传动蒸汽轮机机车(该机车和通用电气无关)

提到上文的蒸汽轮机机车就不得不提到这款机车,这款机车和通用电气并没有任何关系是由鲍德温机车工厂研制生产,只不过这款机车在美国铁路发展史上也是有重要的一个存在。因此我将其和通用电气蒸汽轮机机车放在一起介绍。

M-1型机车是由鲍德温机车工厂在1947年到1948年为切萨皮克和俄亥俄州铁路公司(C&O)制造的由三台蒸汽轮机机车组构成的重型机车,主要用于切西铁路。随着内燃机车在第二次世界大战之后越来越普及,很多公司开始陆续换购内燃机车,但是C&O不愿因放弃治下几条以煤炭作为燃料的线路,并且认为蒸汽轮机技术在某项方面可以替代内燃机车。M-1型机车就是按照其要求设计的,这台机车是世界上最长的单体机车。

M-1的设计是由C&O、鲍德温机车工厂以及西屋电气公司合作完成,当时C&O公司拥有大量的煤炭运输业务,因此不愿意放弃这种几乎无成本的燃料来源,另外该公司的工程部人员也考虑在未来出现燃油危机的时候该如何应对(这人真是料事如神,提前半个世纪就提出了燃油危机的问题),如果石油储备逐年下降甚至耗尽的情况下内燃机车该何去何从(后面这个就有点杞人忧天)。同时西屋电气公司也研究出了西屋汽轮机,可以驱动4台直流发电机,每台发电机可以发出1000kW的电力,可以驱动8台牵引电机运行,因此该公司把这个技术也融入到了M-1型机车中。

该机车首次将锅炉布置在了机车的后方,煤仓放在了前方,另外安装了涡轮发电机系统就代表该机车不需要安装传统蒸汽机车的气缸和连杆,这样减少了一些高磨损部件,因此理论上认为这款机车比传统的蒸汽机车在维护工作上要少得多,设计者预测,该机车可以往返华盛顿到辛辛那提区段并不需要维护。

机车功率手柄有11个档位,1档位为怠速也就是空档位,7为巡航档位(定速档),11为满功率,机车的巡航速度110km/h,最大速度160km/h,机车在试运行的时候,有一位国外的著名机械师以记者的身份添乘了该机车,试运行的时候该机车的司机表示对121km/h限速很不满,毕竟该机车的性能是远远在此之上的,他说在运行的途中甚至想私自将功率手柄推满。据统计这款机车光制造成本就达到了160万美元,设计研发费用另算。

C&O的管理层对此机车感到满意,他们认为,由于公司治下主要运输商品是煤炭,那么内燃化就意味着要产生高昂的燃料成本,既然自己就是运煤的,就该保留这个特性。就是因为这个原因,该公司并没有追随其他公司去进行内燃化的实验,但是内燃机车的经济性是有目共睹的,因此管理层试图找到一个中庸的方案来解决问题。M-1型机车在这样的背景下出现了,这款机车采用了内燃机车的电传动系统,但是动力系统则采用了蒸汽轮机来驱动,这款机车使用时间还是比较短的,主要原因是高昂的维护成本。另外C&O还花费了很多金钱和时间去研发一台煤气轮机机车,但是没有成功。

C&O在1948年放弃了切西线路,随后切西线路开始独立运行成立了Chessie公司(该公司就现在美国I级铁路巨头CSX公司),切西公司随后退役了M-1,由于这台机车可靠性还是比较差的,这台机车在克里夫顿·福吉到夏洛茨维尔之间的区段上进行了短暂的服役之后在1950年报废结束了自己的一生。

三、总结

这节内容较少,主要介绍的两台蒸汽为动力的电传动机车,这两款机车可以说是美国蒸汽机车的绝唱,在当时的背景之下,电力机车成为了主流,内燃机车正在崛起,已经霸占铁路历史100多年的蒸汽机车必然不会甘心的退位,只不过蒸汽机作为第一次工业革命的产物,它的出现推动了历史的前进,带动了人类的发展,但是正所谓长江后浪推前浪,一代新人换旧人,蒸汽机为人类的贡献历史不会遗忘,只是生物燃料和电能的快速发展必然导致了内燃机车和电力机车将会替代蒸汽机车,下个章节我们将介绍从内燃机车分支出去的一款机车,这款机车也是一种在特殊时期下出现的特殊机车,尽请期待。

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