Resiina-keskustelu

Menee vähän kauas alkuperäisestä aiheesta, eli junan saapumisesta, mutta voisiko joku tekniikkaa tunteva lyhyesti ja kansantajuisesti selittää, miten 'monivirtaveturi' toimii. Lähtökohta on tietysti se, että ajolangassa on erilaista virtaa, mutta miten siitä eteenpäin: Tasasuuntaajia,inverttereitä,muuntajia,taajuusmuuttajia jne, mutta tarvitaanko vielä eri ajomoottorit erilaisille sähköille?

Jos ollaan vaihtovirta-alueella, niin muuntajalla tiputetaan jännitettä alemmaksi. Sitten tasasuunnataan, mahdollisesti tyristorisillalla jolla myös tasajännitettä voidaan "pilkkoa" alemmaksi. (Tasavirta-ajomoottoreita voitaisiin ohjata suoraan tästä, jos apujännitteille on oma piirinsä muuntajan jälkeen.) Tässä välissä pätkivää tai sykkivää jännitettä voidaan tasata kondensaattoreilla. Sen jälkeen tulee uusi tyristoripaketti, jolla tuotetaan sopivan taajuista kolmivaihevirtaa ajomoottoreille. Tai taas "pilkotaan" jännitettä tasavirtamoottoreille.

Eli yhdet ajomoottorit kelpaavat kaikille ajolangan jännitteille. Veturi huolehtii että se muunnetaan moottoreille sopivaksi.

Kiitos Jukka-Pekka! Vastauksessa oli varmaan hyvää tietoa muillekin kuin minulle. Oletinkin, että yhdet moottorit kelpaavat, muutenhan painokin lisääntyisi varmaan paljon enemmän mitä tuo apueletroniikka vaatii. Ilmeisesti on käytössä myös sekä vaihto- että tasavirtamoottoreita. Kumpaa nykytekniikka suosii?

Ja vielä lisäksi: Noissa muunnostöissä syntyy energiahukkaa, josta osa muuttuu lämmöksi. Hyödynnetäänkö sitä jossain ihan aktiivisesti?

Nykyisillä  puolijohdelaitteilla energiahukka on on saatu pieneksi. Siihen on pyrittykin. Verrattuna aikaan ennen puolijohteita. Nykyään on oikeastaan ja uudemmissa yksinomaan käytössä vaihtosähkömoottoreita. Näissä moottoreissa on kuluvina osina vain laakerit. Puolijohdetekniikalla saadaan tehonsäädöt tehtyä hienosti.

Sattui tuossa kuvia selatessani taas vastaan venkoilu virroittimesta Dm12:n katolla ja kommenteissa kerrottiin olevan tai ainakin  on ollut vetureita, joissa on sekä diesel- että sähkömoottori, (siis ajomoottoreina ,eikä siten kuten esim 'Huruissa') ja samassa yhteydessä mainittiin sähkölämmitteinen höyryveturi. Mitähän ideaa tuollaisessa sitten olisi ollut?

Ainakin Englannissa on edelleenkin käytössä Class 73 Electro-Diesel, eli veturi jonka ajomoottorit ovat sähkömoottorit ja joka voi ottaa virtaa virtakiskosta ja saa näin myös suuremman tehon. Ko. veturista löytyy myös 600hv dieselkone, jolla voidaan vetää kevyempiä junia myös sähköistämöttömillä osuuksilla ja myös huoltotöiden aikaan. (eng. enginreeing possesion).

Sveitsissä on käytössä ollut sähkölämmitteisiä höyryvetureita, tosin kaiketi vain järjestelyvetureina.
http://www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/LOCoLOCO/swisselec/swisselc.htm
Lyhyesti kerrottuna, vetureita muutettiin sähkölämmitteisiksi, koska hiiltä oli hankala saada sota-aikaan, mutta vesivoimaa sitäkin enemmän. Vielä kun käytössä oli jo tuolloin kohtuu laaja sähköistys, niin mikä ettei...  ;D

Tuo sähköhöyryveturin selitys olikin itseasiassa ihan looginen, jos kerran oli olemassa höyrykoneita, mutta ei niihin polttoainetta saatavilla. Kuitenkin oli sähköä käytettävissä omasta takaa.

Esim. 1960-luvun ranskalaisessa kaksivirtaveturissa (25 kV 50 Hz / 1500 V =)  oli 1500 voltin ajomoottorit, joita käytettiin suoraan 1500 voltin tasavirralla, tai vaihtoehtoisesti muunnettiin muuntajalla 25 kV 1500 voltiksi ja tasasuunnattiin tämä. Tehonsäätö on mutkikkaampaa kuin jännitteen valinta eikä siitä tässä enempää.

Modernissa taajuusmuuttajaveturissa voi olla päämuuntajassa 25 kV ensiökäämitys, jossa on sisäänmeno myös 15 kV:n kohdalla. Muuntajalta lähtevä toisiojännite 3000 V tasasuunnataan ja syötetään ns. välipiiriin, joka puolestaan ruokkii taajuusmuuttajien kautta ajomoottoreita. Ja syöttämällä välipiiriä siellä, missä ajolankajännite on 3000  V tasavirtaa, suoraan ajolangasta, mahdollistetaan myös tämän jännitteen käyttö. Mahdollista lienee syöttää välipiiriä myös 1500 tasavirta-ajolangasta, jos tämä on otettu huomioon veturin laitteiston suunnittelussa. Tällöin taajuusmuuttajat toimivat puolella käyttöjännitteellä ja yleensä tämä alentaa käytettävissä olevaa ajomoottoritehoa, rakenteesta riippuen tietenkin.

Sveitsiläisen sähköhöyryveturin tietolähde ei ole nyt juuri hollilla mutta ulkomuistista:

SBB varusti kaksi kolmiakselista vaihtoveturia, "Tigerliä" eli tiikerinpentua, sähkökäytölle toisen maailmansodan aikana  (1942-) hiilipulan vaikeuttaessa vetureiden käyttöä. Veturin vandringille asennettiin hitsausmuuntajan tapainen laite, johon 15 kV 16,7 Hz johdettiin kattovirroittimella ja kattilaan asennettiin lämmitysvastus, jotain luokkaa 20 volttia 6000 ampeeria (!!). Veturissa pidettiin pientä varatulta (en muista tarkkaa syytä). Kyseessä lienee ollut jonkinasteinen kokeilu, koska nämä jäivät (koko maailmassa?) ainutlaatuisiksi höyryvetureiksi.

Mitens isoja nuo tasasuuntaukseen tarvitut osat on ? ihan vaan utelias. pienet ja isot koneet kiehtoo.:)

Pelkkä tasasuuntaussilta mahtuu varmaan matkalaukun kokoiseen tilaan mutta ainakin, jos se on toteutettu tyristoreilla, eli sillä voidaan virtaa/jännitettä myös säätää, sitä on jäähdytettävä ja tämä vaatii oman tilansa ilmakanavien muodossa.

Vaihtosuuntaus eli taajuusmuuttaja vie sitten enemmänkin tilaa: siinä on muuntajalta tulon jälkeen ensin tasasuuntaussilta, sitten sähkö syötetään kutakuinkin kirjahyllyn kokoisiin kondensaattoreihin, joita varsinainen taajuusmuuttaja käyttää energiavarastonaan. Tätä sähköä taajuusmuuttajat sitten käsittelevät pilkkoen sitä vuorotellen kolmeen vaiheeseen ja nämä taajuusmuuttajat ovat niinikään kirjahyllykokoa, eli 2 m korkeita ja 3-4  metriä pitkiä mutta syvyyttä en osaa sanoa, ja suuren jäähdytystarpeen vuoksi sisältävät nestejäähdytyksen.

Eri säätötapojen hyötysuhteiden ero on sitä luokkaa, että käämikytkinsäätöisen sähköveturin kokonaishyötysuhde on reilusti yli 90 %. tyristorisäätöisen noin 85% ja taajuusmuuttajakäyttöisen noin 80%, johon saadaan vajaan 10% suhteellinen parannus eli noin 7-8 prosenttiyksikköä käyttämällä hyötyjarrua eli regeneratiivista sähköjarrua.

Tästä saa käsityksen, että hyötöjarru olisi mahdollinen vain taajuusmuuntajakäyttöisessä veturissa. Ei kai se näin ole? Vai onko?

Ei, asia ei ole näin. Hyötyjarru on mahdollista toteuttaa myös ainakin käämikytkinsäätöisissä vetureissa. Kun Sveitsiin hankittiin Ae 6/6 -kalustoa, jonka ensimmäinen sijoituspaikka tuli olemaan Gotthardin rata, puhuttiin, että kyseisen veturin hyötyjarrun hyötysuhde olisi noin 50 % eli jos Gotthardia menee samaan aikaan alaspäin kaksi tavarajunaa hyötyjarrut päällä, nousee sillä samalla energialla ylöspäin yksi tavarajuna.

Hyötyjarru on sisäänrakennettu ominaisuus myös tahtimoottoreita käyttävässä kolmivaihesähköistysjärjestelmässä, mutta järjestelmä on vanhentunut ajat sitten ja poistunut käytöstä yksittäisiä poikkeuksia lukuun ottamatta.

Mutta sen sijaan en ainakaan äkkiä keksi tapaa, millä hyötyjarru saataisiin toimimaan hyväksyttävällä tavalla tyristorisäätöisissä vetureissa. Ainahan on tietysti mahdollista, että insinööri on senkin keksinyt. Tai, tarkennetaanko vielä, että periaate on kyllä selvä mutta kannattavuus vähintään kyseenalainen.

Karkasi toisaalla ajatus miettimään kaupunkikaasuasioita, mutta palataan lähemmäs raiteita. Tässä ketjussa on käsitelty veturien energialähteitä, joten jatkettakoon: Raideliikenteessä on ollut käytössä monenlaista energiaa ihmis- ja hevosvoimasta lähtien, mutta miten on kaasun käytön laita?

Näitäkö?  http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine_locomotive  ja  http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine-electric_locomotive

Niin ja Resiinassa 4/1980 on artikkeli kaasuturpiiniveturiesta !  :P

Että oikein turbiineita! Ajattelin lähinnä, että voisi olla käytetty jossain ehkä dieselmoottorin tapaisessa vehkeessä kuten mm trukeissakin on tehty.

Kaasuturbiineitapa hyvinkin vaan nämä eivät käyttäneet kaasua polttoaineena, vaan polttoöljyä ja ainakin yhdessä tapauksessa hiilipölyä.

Kaasuturbiini on hieman harhaanjohtava nimitys tälle voimakoneelle, joka on rakenteeltaan jokseenkin samanlainen kuin lentokoneissa käytetty potkuriturbiini, joka puolestaan on suihkuturbiini varustettuna ylimääräisellä, pakokaasuenergiaa hyödyntävällä akseliturbiinilla.

Kaasuturbiinihan käy oikeastaan millä vain palavalla aineella, kunhan polttoaineen syöttö palotilaan jotenkin järjestyy. Aineen ei siis tarvitse olla kevyttä polttoöljyä eli dieselpolttonestettä eli naftaa (OK, niissä on verotuseroa), vaan esimerkiksi käytetty munkkirasva on ihan jees. Finnairhan tässä juuri lensi tähänastisesti pisimmän lennon biopolttoaineella, joka puolestaan voi olla joko rypsiöljyä eli suomeksi sanottuna margariinia tai alkoholia eli suomeksi sanottuna viinaa. Hauska ajatus, että lentokone lentää margariinin ja viinan voimalla  :D

GTS Finnjet (R.I.P.= rest in pieces) käytti alkuaikojensa jälkeen käynnistykseen, tyhjäkäyntiin  ja kylmäkäynnin ajan kevyttä polttoöljyä ja siirtyi koneen (turbiinien) lämmettyä käyttämään raskasta polttoöljyä englanninkieliseltä nimeltään Bunker C, ja tätä nämä jenkkikaasuturbiiniveturinkin imivät janoonsa (kaunis aasinsilta, n´est pas?).

On niitä ihan "oikeitakin" kaasuvetureita ollut. Pieniä kaasupullosta polttoaineensa saaneita vetureita on ollut siellä täällä teollisuuslaitoksilla, Tanskassa oli (onko enää?) yksi kaasukäyttöinen museohöyryveturi (vai onko se turistijuna, kun oli muuteltu ulkonäköäkin) ja isoissa vetureissa on kaasua poltettu Neukuissa ja Jenkeissä (äkkiä muistuu mieleen Napa Valley ja Burlington Northern). Tässä yksi linkki  http://www.energyconversions.com/loco2.htm

Asia kiertyy sivuun alkuperäisestä kysymyksestä, mutta tuohon biopolttoaineasiaan liittyen ihmettelen todella, että raaka-ainelähteenä mainitaan usein jätetaikina. Kyllä siitä polttoainetta syntyy, mutta kovasti tuntuvat maamme leipomot raaka-ainetta hukkaavan jos sillä lentokoneita lennetään!

Aivan, Eljas, pitikin mainitsemani nestekaasukäyttö, jota voisin kuvitella käytettävän jossain, missä vetureita joudutaan käyttämään jollakin lailla sisätiloihin verrattavassa paikassa...miten mahtaa olla kaivoksissa? Trukeissahan käytetään nestekaasua mm. juuri tästä syystä.

Erikoisista polttoaineista vielä mainittakoon  Pariisin Disneylandin höyryveturi, jonka "pakokaasut" tuoksuivat selvästi petrolilta. Kyseessä oli siis kuitenkin aito höyryveturi.

Minulla on se käsitys, että Disneyland USA (ehkä kumpikin) käyttävät nestekaasua (propaani tai butaani)
polttoaineena. Ei nokea, helppo säätää, säilyy "pilaantumatta", palotuotteet hiilidioksiidia ja vettä.
Säteilee n. 15%, joten tulipinnan pitää olla suuri konvektion takia. Esim öljyliekki säteilee 60% jolloin öljyveturilla olisi hyvä olla suurempi säteily- kuin konvektiopinta kattilassa.

Kaasutrukkien moottorit ovat lähempänä bensiinimoottoreita, kuin dieseleitä. En tiedä onko dieselmoottoriin perustuvia kaasutoimisia trukkeja olemassa, mutta jo pelkkä ajatus moisesta konstruktiosta tuo mieleeni monia kysymyksiä.

On olemassa trukkeja joissa voidaan käytettävää polttoainetta vaihtaa "lennossa" bensiinistä nestekaasuun napin painalluksella. Ulkotiloissa käytetään bensiiniä, kaasutrukki on erillisestä jäähdytysvesikiertoon liitetystä höyrystimestä huolimatta hieman ongelmallinen kovilla pakkasilla.

Varsinainen tarkoitus ei ollut luennoida trukeista, mutta kun ne lienevät tekniikaltaan lähimpänä mahdollisia kaasua käyttäviä vetureita, niin ehkäpä tämä sallittaneen? :)

En minä noita moottoreita tunne, tarkoitin vain yleensä nestemäisiä polttoaineita käyttäviä moottoreita. Kaasuhan se itse asiassa palaa polttomoottorissakin. Alkuperäinen pohdinta tarkoitti lähinnä maakaasun tai vastaavan käyttöä veturissa.