Union Pacific GTEL´s (Gas Turbine Electrical Locomotive)

I USAs jernbanehistorie har specielt et selskab, Union Pacific, altid været med helt fremme når det gjaldt innovative ideer og lysten til at investere i ofte meget kostbare eksperimenter med det formål at effektivisere driften og minimere omkostningerne. Ikke alle projekter undervejs faldt lige heldigt ud men erkendelsen af det nødvendige i løbende at optimere alle sider af selskabets konkurrenceevne har gjort Union Pacific til den førende mover igennem  150 år.

Andre selskaber, nogle mere end andre, har naturligvis også været fremme i skoene på flere områder, specielt kan nævnes Pennsylvania som i samme grad som Union Pacific eksperimenterede, specielt med dampturbine- og elektrificeringsteknologier.

Et af Union Pacifics eksperimenter, i samarbejde med Alco-General Electric, førte til en periode på næsten tyve år med gasturbineelektriske lokomotiver til erstatning af de sidste store damplokomotiver som netop blev udfaset i 1950erne og 60erne.

Union Pacific havde allerede før anden verdenskrig føjet dieselelektriske lokomotiver til rosteren men de fandtes endnu ikke i en kaliber der var egnet til de rigtigt tunge mainline godstog som stadig blev varetaget af kraftige damplokomotiver. Tanken om at skulle bruge op til fire diesellokomotiver for samme effekt var ikke særligt tillokkende så efter krigen begyndte man at se sig om efter et brugbart alternativ.

General Electric havde eksperimenteret en del med udvikling af gasturbineteknologi til industrielt brug så det lå lige for at foreslå Union Pacific at anvende noget tilsvarende. Da UP samtidigt havde den opfattelse at vedligeholdelsesomkostninger i det store og hele var uafhængige af et lokomotivs effekt og at et mindre antal kraftigere maskiner ville spare selskabet penge, viste de interesse for ideen.

Grundlæggende er et GTEL meget lig et diesel elektrisk lokomotiv blot er “prime-mover” dieselmotoren erstattet af en mindre dieselgenerator og en gasturbine. Fordelene ved at anvende gasturbiner er mange, vægten er væsentlig mindre for samme effekt, der er få bevægelige dele og dermed mindre at vedligeholde. Med datidens teknologi var det teknisk muligt at opnå effekter helt op til 10.000 hp og stadig holde en størrelse der i praksis kunne lægges i et lokomotiv.

En gasturbine er normalt designet til et specifikt brændstof men i princippet kan man brænde alt forstøveligt der har tilstrækkelig brændværdi lige fra naturgas over dieselolie, kulstøv og heavy fuel til savsmuld og flydende asfalt. General Electrics bud på en mulighed var en turbine optimeret til bunker C heavy fuel, samme type brændstof som normalt anvendtes i de oliefyrede damplokomotiver, det var billigt og umiddelbart tilgængelig i store mængder.

Bunker C betragtedes i 1950erne som et nærmest værdiløst restprodukt efter at alle de flygtigere stoffer som f.eks. benzin, dieselolie, smøreoliebaser og fyringsolie var taget ud i destillationprocessen, selvom GTELerne brugte over dobbelt så meget brændstof som et sæt tilsvarende dieseler var  prisen på bunker C så latterligt lav, at det var rentabelt,på et tidspunkt helt nede på omkring 0,5 cent pr. US gallon,  det ændrede sig i løbet af 1960erne da man dels udviklede forbedrede crackningmetoder så det var muligt at trække yderligere flygtige stoffer ud af olien, dels fordi den øgede efterspørgsel fra plastindustrien bragte prisen i vejret.

Prototypen.

I november 1948 færdiggjorde Alco-General Electric, for egen regning og risiko, en prototype, GE101, som efter grundige tests blev malet UP armour yellow, litreret som UP50 og i juni 1949 stillet til rådighed for UP med det formål at udføre yderligere tests i reel drift. UP overtog aldrig prototypen men var blot interesseret i at afprøve teknologien inden en eventuel ordre kunne blive aktuel.

Der blev anvendt adskellige grundelementer fra FA typen som på dette tidspunkt blev produceret som diesel elektrisk lokomotiv hos Alco-General electric men for at kunne overføre den større effekt var det nødvendigt at bringe akselantallet op på 8 så en B+B-B+B truckkonstellation, fire toakslede trucks parvis monteret på et fælles bolster blev udviklet.

Udover den karakteristiske truckkonfiguration var lokomotivet som det eneste i USA forsynet med en cab i hver ende.

Hele konstruktionen vejede 230 tons og var 25,5 meter over koblingerne.

Turbinen producerede 3,6 Mw svarende til 4800 hestekræfter, heraf var de 4500 til rådighed for tractionmotorerne, over det dobbelte af hvad et dieselelektrisk lokomotiv kunne præstere på den tid.

En Cummings 250 hp dieselgenerator blev anvendt til egenforsyning, manøvrer på yarden og til opstart af turbinen, dieselgeneratoren magnetiserede et sæt af hovedgeneratorens vindinger så turbinen bragtes til at rotere, når hastigheden var tilstrækkelig høj blæstes dieselolie ind i turbinens forbrændingskamre hvor den blev antændt.

En dampgenerator blev brugt til at opvarme hovedbrændslet, Bunker C olie, til en temperatur hvor det var muligt at pumpe den fra tanken til turbinen, min. 30-50 grader C. Flammepunktet lå i omegnen af 70 grader C, bunker C er ikke et ensartet produkt så disse tal kan variere. Når både turbinen og olien havde den nødvendige temperatur, skiftede man over fra diesel til bunker C.

Produktion.

Efter  intensive tests med prototypen over en periode på henved 2 år hvor næsten 350 millioner tons gods blev fragtet over en distance på 106.000 miles besluttede UP at adoptere ideen og afgav i foråret 1951 bestilling på første serie.

1. generation.

Fra 28.januar 1952 og frem til august 1953 modtog UP de første10 units UP51-UP60.

De var stort set identiske med prototypen men med cab i kun den ene ende for at spare vægt til yderligere brændstof, tankkapaciteten var 7.200 US gallons (ca.27.000 liter) Bunker C  og 1000 US Gallons (ca.3.800 liter) dieselolie.

Man indsatte dem i første omgang mellem Ogden Utah og Green River  Wyoming en relativt kort distance på ca. 220 miles igennem Weber- og Echo canyons, Utah.

I1954 indsattes de på ruten Ogden – Laramie og senere samme år Ogden – Cheyenne en tur på ca. 435miles.

I 1955-56 blev en 24.000 US gallons (91.000 liter) tender føjet til, dette gjorde det muligt at køre helt fra Ogden Utah til Council Bluffs Iowa, ca. 950 miles, på en tankning.

Der blev løbende eksperimenteret med forskellige forbedringer, UP53 blev f.eks. forsynet med et tagmonteret luftindtag som viste sig som en forbedring i forhold til de oprindelige luftindtag på siderne, flere i serien blev efterhånden også ombygget med tagindtag.

I maj 1953 blev UP57 i samarbejde med Richfield Oil Company som eksperiment ombygget til køre på propangas som medbragtes under tryk i en speciel tanktender, propan brænder rent og nedbrød ikke skovlbladene i tubinen som bunker C brændslet gjorde men det var dyrere, vanskeligere at håndtere og der var store sikkerhedsrisici, desuden var eneste sted hvor der kunne  tankes propan hos Richfield Oil Refinery i Los Angeles. Forsøget afsluttedes i januar 1954 og UP57 blev konverteret tilbage til  bunker C.

Der eksperimenteredes med UP59 og UP60 i en MU konfiguration med delt tender men det viste sig at den bageste unit ofte fik turbine flame-out  når man passerede tunneller, gasudviklingen fra den forreste unit kvalte simpelthen turbinen i den bageste, selvom der forsøgtes nogle modifikationer blev eksperimentet opgivet, senere valgte man med succes  at køre MU drift med dieseler når dette var nødvendigt.

Første generation GTEL blev udfaset fra august 1963, den sidste i juni 1964.

2. generation.

Teknisk var de stort set identiske med 1. generation bortset fra diverse mindre forbedringer men udseendet var anderledes med overdækkede åbne gangbroer, en slags hybrid imellem et full body og et hood lokomotiv, dette gav dem tilnavnet “verandas”. Alle blev leveret med tagmonterede luftindtag som UP53 tidligere havde testet med positivt resultat.

I 1958 blev UP61 testet i MU drift med dieseler med så godt resultat at alle eksisterende GTELer på nær 6 stk. blev forsynet med udstyr til MU drift.

Anden generation GTEL blev, som 1.generation, alle udfaset mellem august 1963 og juni 1964.

3. generation.

Efter et par års gode erfaringer med turbineprincippet valgte UP at gå hele vejen og ordrede i 1955 en ny serie GTEL, verdens kraftigste lokomotiv på 8.500 hp (6,3Mw), i alt bestiltes 30 stk. nummereret UP1-UP30.

Designet var helt anderledes end forgængerne idet dels størrelsen af komponenterne og  kravet til adhæsionsvægten gjorde at man måtte bruge to units, hvis det skulle gøres muligt at udnytte alle 7.000 hp som var tilgængelige på akslerne.

A og B enhederne var en C+C-C+C konfiguration, 2×2 stk. 3 akslede trucks, i alt 12 aksler.

A enheden omfattende cab med tilhørende styreautomatik og en 850 hp Cooper-Bessemer dieselgenerator til brug for egenforsyning, rangering på yarden og til opstart af turbinen.

B enheden bar turbine og hovedgenerator som under drift leverede energi til traktionsmotorerne på både A og B unit.

Turbinen var et nyt design, en GE frame 5 simple gasturbine med en 16 trins kompressordel efterfulgt af 10 forbrændingskamre og to sæt turbineskovlhjul.

Der var ingen dampgenerator da en anden løsning til at holde Bunker C olie flydende blev introduceret, tenderne var fuldisolerede og tankning foregik fra anlæg hvor olien var varmet op til den rette temperatur inden tankning.

Alle tre enheder med fulde tanke vejede tilsammen 610 tons.

Max traction force ved 65 mph 146.000 lb (66.000 Kp)

Alle 30 lokomotiver blev leveret imellem august 1958 og juni 1961.

På grund af kraftig forurening og et kollosalt støjniveau anvendtes GTELerne fortrinsvis i tyndtbefolkede områder primært Utah, Iowa og Wyoming hvor de bl.a. afløste Big Boys på Sherman Hill mellem cheyenne og Laramie. Støjnivauet sammen med det enorme udstødsrør bagest på B enheden gav dem tilnavnet “Big Blows”

Sidste aktive arbejdsdag for GTEL typen var den 26 december 1969.

Trucks, tractionsmotorer og de specielle bolsters fra UP51-UP75 blev genanvendt ved bygning af U50 serien ligesom trucks og tractionsmotorer fra 3. generation UP1-UP30 blev  anvendt til U50C. Flere af tenderne blev også bevaret og ombygget til vandtendere til maintenance of way brug og senere til brug for UPs heritage damplokomotiver Northern UP844, challenger UP3985 og UP4014 big Boy.

To 3. generations GTELér eksisterer stadig idag, UP26 ejes af Utah State Railroad Museum i Ogden, Utah og UP18 findes på Illinois Railway Museum. Der er ingen planer om at bringe nogen af dem i køreklar stand og det er næppe sandsynligt det nogensinde vil ske, de er ikke ligefrem velegnede til brug i Heritage rosteren!.

GTEL (coal).

Med til historien om UPs GTELer hører også at UP i 1962 selv designede og byggede et enkelt eksemplar af et 7.000 hp 2 unit lokomotiv, UP80, hvor turbinen var optimeret til afbrænding af kulstøv. A enheden var en modificeret Alco FA på 2000 hp, B enheden var specialbygget og bar en turbine på 5000 hp, tenderen var modificeret til ikke blot at medbringe kul men også det nødvendige udstyr til at male og distribuere kullet.

Tanken var at udnytte billigt kul i stedet for den stadigt dyrere olie men projektet løb ind i så store tekniske vanskeligheder at eksperimentet stoppede med dette ene eksemplar.