BUDAPESTI ÉS PEST MEGYEI MÉRNÖKI KAMARA. A visszatápláló fékezés. Előadó: Csárádi János ny. MÁV vezérigazgató március 10.

Átírás

1 1 BUDAPESTI ÉS PEST MEGYEI MÉRNÖKI KAMARA A visszatápláló fékezés Előadó: Csárádi János ny. MÁV vezérigazgató március 10.

2 2 Tartalom 1. A magyar ipar kezdetei, Ganz Ábrahám 2. Magyar tudósok a vasútfejlesztés szolgálatában 3. Mechwart Déri Bláthy Zipernowsky 4. Kandó Kálmán és Verebélÿ László 5. A Valtellina vasút 6. Kandó: az aszinkron hajtás bevezetése (V40, V60, V44 és V55) 7. A MÁV jelenlegi villamos járművei 8. A visszatápláló fékezés 9. Tanulságok, összegezés

3 3 A Ganz-gyárak nagy egyéniségeinek "életvonala", pirossal jelölve Ganz-gyári aktív munkásságuk időtartamát Ganz Ábrahám Mechwart András Bánki Donát Zipernowsky Károly Déri Miksa Bláthy Ottó Titusz Kandó Kálmán Verebélÿ László Jendrassik György

4 Mechwart András 4 Született Schweinfurt-ban dec. 6-án, meghalt Budapesten június 14-én. Mérnök, négy évig egy nürnbergi gépgyárban, majd negyven évig Ganz budai öntödéjében dolgozott, különféle beosztások után vezérigazgató lett ban megalapította a gyárban a villamos osztályt. Vállalatigazgatóként és feltalálóként is kiemelkedő szerepet játszott abban, hogy a XIX. század utolsó harmadában a magyar gép- és villamosgépipar jelentette a világszínvonalat.

5 5 Déri Miksa Bláthy Ottó Titusz Zipernowsky Károly Született: Bács, okt. 24. Tata, augusztus 11. Bécs, április 4. Meghalt: Merano, márc. 3. Budapest, szeptember 26. Budapest, november 29. Műegyetem, vízépítő mérnök Bécsi Egyetem, gépészmérnök Műegyetem, gépészmérnök, fizikus A transzformátor feltalálói

6 Az első transzformátor (Déri-Bláthy-Zipernowski, Budapest ) 6

7 1869. július 8-án született Pesten. 7 Gépészmérnöki oklevelének megszerzése és külföldi tanulmányútjai után 25 évesen Budapesten a Ganz gyár villamos osztályára került, amit Zipernowsky Károly vezetett ben megkezdték a háromfázisú indukciós motorok hazai gyártását, ennek szervezésére és lebonyolítására felkérték Kandó Kálmánt, aki francia tapasztalatai alapján néhány hónap alatt meghonosította a háromfázisú indukciós motorok gyártását, a nevéhez köthető a forgóáramú többfázisú áramrendszer bevezetése. Egerfarmosi és sztregovai doktor Kandó Kálmán

8 A Ganz gyár és Kandó Kálmán első nagy megrendelése a 106 km hosszú Valtellina vasútvonal villamosítása volt. A munkát 1898-ban vállalták el és ben fejezték be V 15 Hz frekvenciájú háromfázisú két munkavezeték + sín áramellátási rendszert építettek ki az Alpokból lefutó Adda folyó vízenergiájának kinyerésével. 8 Valtellina vasútvonal villamosítása

9 A Ganz gyár készítette a vasútvonal első mozdonyait is. A jármű fő paraméterei: 9 Gyártási év 1902 Selejtezés éve 1928 Tengelyelrendezés Bo+Bo Nyomtávolság 1435 mm Eng. legnagyobb 36 km/óra seb. Hossz mm Tömeg 48 tonna Áramnem 3000 V 15 Hz 3 fázisú Állandó 440 kw teljesítmény A vontatómotorok 4 száma A Valtellina vasútvonal mozdonya

10 A váltakozó áramú vontatás olyannyira sikeresnek bizonyult, hogy az olasz kormány nagyarányú további vasútvillamosításokba fogott, de a hazai ipar védelmében előírta, hogy a villamos berendezéseket és járműveket Olaszországban kell gyártani. 10 Az ötcsatlós Giovi vagy "Cinquanta (E550) volt Kandó legnagyobb, 186 darabszámban gyártott mozdonya "Trenta (E330) gyorsvonati villamos mozdony. Abban az időben ennek a mozdonynak volt a legjobb a világon a teljesítmény/tömeg aránya. (100 km/óra, 2000 kw, 73 tonna, 16 db készült) A szellemi és gyakorlati előzmények ellenére az olaszok büszkén Sistema italiano -nak nevezték

11 11 Olaszországi munkáinak 1915-ben a Monarchiának szóló olasz hadüzenet vetett véget. Hazatérte után fogalmazta meg azt az azóta világszerte elfogadott alapelvet, amely szerint a nagyvasutak villamosítása akkor igazán gazdaságos, ha azok a szabványos periódusú országos villamosenergia-rendszerhez kapcsolódnak. Kandó Kálmán technikatörténeti jelentőségű érdeme, hogy az általa megalkotott egyszerű felépítésű és jó hatásfokú fázisváltós villamos mozdonnyal megvalósítható lett e korszakalkotó jelentőségű alapelv. Ennek alapját az általa 1916-ban feltalált és szabadalmaztatott szinkronfázisváltó képezte, mely lehetővé tette, hogy az 50 Hz-es egyfázisú felsővezetékről táplált villamos mozdonyok meghajtására továbbra is a háromfázisú mozdonyoknál már jól bevált indukciós motorok legyenek felhasználhatók. Kandó magyarországi tevékenységének folytatása

12 Született Budapesten aug. 23-án, meghalt Budapesten nov. 22-én. 12 Tanulmányai: 1906-ban gépészmérnöki oklevelet szerzett a Magyar királyi József Műegyetemen Nyelvtanulás Németországban és Angliában, majd két éves szakmai gyakorlat Pittsburghban a Westinghouse Electric and Manufacturing Co. gyárában ben vizsgát tett és villamosmérnöki oklevelet szerzett, majd két évig tanársegéd a Karlsruhei Műszaki Egyetemen től két évig a Ganz Villamossági Rt-ben tevékenykedik, majd követte Kandó Kálmánt Olaszországba a Westinghouse gyárba. A háború után a MÁV Vonatvillamosítási Osztály vezetőjeként megkezdte a hazai vasút-villamosítás szervezését. Verebélÿ és Kandó nagyszerűen kiegészítették egymást: Verebélÿ megépítette a Budapest-Hegyeshalom villamos vasútvonalat, Kandó a mozdonyt, így a magyarországi vasút-villamosítás során egyenrangú társak voltak ben kinevezték egyetemi tanárnak. Volt tanszékvezető, dékán, rektor, a Magyar Elektrotechnikai Egyesület elnöke, akadémikus ben megalázó módon nyugdíjazták. Verebélÿ László

13 Teljesítmény 1187 kw Sebesség 80 km/óra Feszültség 12, kv Frekvencia Hz V VM ban 15 kv-tal villamosították a Budapest Nyugati pu. - Dunakeszi-Alag vonalat, a próbákat a VM 5 típusjelű E tengelyelrendezésű villamos mozdonynyal végezték ra átépítették, a MÁV-tól a V pályaszámot kapta. Kandó mozdonyok Magyarországon

14 A Kandó-háromszög A MÁV V40 sorozatú fázisváltós mozdonyainak segédtengelyes izosztatikus csuklós Kandó-keretes hajtóműve 14

15 A Kandó féle fázisváltós villamos mozdony kapcsolási terve 15

16 A V40 sorozatú mozdony jellegrajza 16

17 V60 sorozatú mozdony jellegrajza 17

18 A MÁV V40 és V60 sorozatú villamos mozdonyainak adatai 18 Gyártó Gyári típusjel V40 V60 Ganz Villamossági Gyár Budapest VM7 Gyártásban Áramnem Állandó teljesítmény 16 kv 50Hz 1620 kw Tengelyelrendezés 1-D-1 F Ütközők közötti hossz mm mm Szolgálati tömeg 94 t 93,8 t Legnagyobb sebesség Legnagyobb vonóerő Kerékátmérő 100 km/h 68 km/h 98,8 kn 144,5 kn Hajtott: 1660 mm Futó: 1040 mm 1150 mm Története: Az első mozdony én állt üzembe a Budapest Hegyeshalom vasútvonalon ig 29 db V40-es és 3 db V60-as mozdony épült meg. A mozdonyokat 1967-ig használta a MÁV. A V40 sorozat személyvonati, a V60 sorozat tehervonati célokat szolgált. A két sorozat egy-egy darabját megőrizték, a V és a V pályaszámú mozdonyok ma a Magyar Vasúttörténeti Parkban tekinthetők meg.

19 A félkész V40-es a Ganz gyárban A tervezési munkák 1930 elején lezárultak, a gyártás azonban az angol partner kihátrálása miatt csak egy évvel később indulhatott meg. A partnerekkel folytatott államtitkári szintű egyezkedésekkel egy időben január 13-án Kandó Kálmán szívinfarktust kapott és 62 éves korában meghalt 19

20 A V mozdony műszakrendőri jegyzőkönyve

21 21 A magyar kormány 1928-ban döntött, hogy a Budapest Hegyeshalom vasútvonalat a Kandó-féle rendszerrel villamosítja. A 187 km hosszú vasútvonalon 4 alállomást építettek: -Torbágy, - Bánhida (ma Tatabánya), - Nagyszentjános, - Horvátkimle Az alállomások primer oldala a 110 kv 50 Hz frekvenciájú országos hálózathoz kapcsolódtak. A szekunder oldal feszültsége 16 kv volt.

22 1932. augusztus 17-én az első mozdony feldíszítve befutott a Keleti pályaudvarra 22

23 23 A fázis és periódus váltós rendszer első mozdonya ben 2 db V 44 pályaszámú mozdony készült

24 Pályaszám: Gyártó: V Ganz Budapest és MÁVAG Budapest Gyártásban: Gyári típusjel: VM9 Tengelyelrendezés: 2'Do 2' Nyomtávolság: Hajtókerék átmérő: Legnagyobb sebesség: Ütközők közötti hossz: Magasság: Szélesség: Szolgálati tömeg: mm mm 125 km/h mm mm mm 80 tonna Névleges teljesítmény: kw Áramnem: 16 kv, 50 Hz A sorozat története: A mozdonyok gyártását a MÁV ben rendelte meg a két egyedi hajtású fázis- és periódusváltós villamos mozdony gyártását, célja a V40 V60 sorozat rudazatos hajtásának hátrányainak kiküszöbölése volt. A sorozat első darabja 1943 áprilisában készült el, a MÁV próbaüzembe állította. A sorozat második mozdonya a V közvetlenül elkészülte után bombatámadásban megsemmisült, üzembe nem is került. A háborúban a V mozdony is megsérült, és noha károsodása ezt nem feltétlenül indokolta volna 1953-ban selejtezték. A mozdony nem maradt fenn, kiállítani így nem lehet. 24 A MÁV V44 sorozatú villamos mozdonyainak adatai, története

25 25 V os mozdony a Magyar Vasúttörténeti Park megnyitóján felújított állapotban

26 Gyártó: Klement Gottwald Vill. Gyár Bp. és MÁVAG Budapest Gyártásban: Gyári típusjel: VM 10 Tengelyelrendezés: Nyomtávolság: Hajtókerékátmérő: Legnagyobb sebesség: Ütközők közötti hossz: Magasság: Szélesség: Szolgálati tömeg: Névleges teljesítmény: Áramnem: Bo'Co' 1435 mm mm 125 km/h mm mm mm 92,5 t kw 16 kv 50 Hz A sorozat története: között összesen 12 db készült. Üzemkészsége kedvezőtlennek bizonyult, ezért között a MÁV leselejtezte a mozdonyokat, kettőt őrzött meg fékmozdonynak. Ma egyetlen példány, a V van kiállítva a Magyar Vasúttörténeti Parkban. 26 A MÁV V55 sorozatú villamos mozdonyainak adatai, története

27 27 V41 V42 Darab Gyártásban Tömeg 73 t 74 t Teljesítmény kw 1215 kw A MÁV Ward Leonard hajtásláncú villamos mozdonyai, mint átmeneti mozdonyok

28 Vasútvillamosítási rendszerek Európában A Kandó-féle villamosítási rendszer zölddel jelölve 28 A térképen nem látszik, de a nagysebességű vonalak 25 kv 50 Hz rendszerrel vannak villamosítva

29 29 V43 Darab 377 Gyártásban Tömeg 80 t Teljesítmény 2200 kw Sebesség km/ó Mindkét forgóvázába egy-egy kb kw teljesítményű hullámos áramú motort építettek be tól megjelentek a félvezetők: a V43 szilícium egyenirányítós mozdony

30 30 V63 Darab 56 Gyártásban Tömeg 116 t Teljesítmény 3600 kw Sebesség 120 / 160 km/ó A V63 sor. tirisztoros villamos mozdony (Gigant)

31 31 V46 Darab 60 Gyártásban Tömeg 80 t Teljesítmény 820 kw A V46 sor. villamos tolatómozdony (Szöcske)

32 Darab 10 (MÁV) + 5 (GySEV) Gyártásban Tömeg 86 t Teljesítmény 6400 kw Sebesség 230 km/ó A két forgóváz négy tengelyére egyegy 1600 kw teljesítményű aszinkron motort építettek be Siemens gyártmányú 1047 sorozatú Taurus mozdony

33 TRAXX Darab 25 Gyártásban Tömeg t Teljesítmény 5600 kw Sebesség 160 km/ó A MÁV 480-as sorozatú mozdonya, a Bombardier által gyártott TRAXX

34 FLIRT Darab 112 Gyártásban Tömeg 124 t Teljesítmény 2600 kw Sebesség 160 km/ó Gyorsítás / fékezés 1,3 / 1,3 m/s 2 Ülőhely Állóhely 164 (3 fő/m 2 ) 34 A Stadler által gyártott négyrészes Flirt motorvonat

35 35 TALENT Darab 10 Gyártásban 2006 (MÁV) Tömeg 116,4 t Teljesítmény 1523 kw Sebesség 140 km/ó Gyorsítás / fékezés 0,77 / 1,3 m/s 2 Ülőhely Állóhely 252 (4 fő/m 2 ) A Bombardier által gyártott négyrészes Talent motorvonat

36 Az aszinkron motor jelleggörbéje és a fordulatszám szabályozása 36

37 MÁV Flirt motorvonat vonóerő sebesség diagram 37

38 MÁV Flirt vonóerő sebesség diagram 38

39 39 Háromdimenziós (vonóerő sebesség hatásfok) diagram Az ábra az Alstom Coradia duplex emeletes motorvonat jelleggörbéjét (felületét) ábrázolja minimális segédüzem használat mellett

40 A villamosított vasútvonalak táplálása és kapcsolódása az országos távvezeték hálózathoz 40

41 A 2 x 25 kv-os villamosítási rendszer sémája 41

42 Budapesti és Budapest környéki alállomások a MÁV vonalhálózatán 42

43 A visszatápláló fékezés sematikus ábrája 43

44 Pontos, számszerű adatot nehéz mondani, különféle számokat emlegetnek 10 30% között. Természetesen ezt járművenként külön-külön pontosan mérik. A rekuperáció mértékét befolyásoló tényezők: Maga a járműtípus, a konstrukció: a teljesítmény dotáció mértéke, a mágneses és pneumatikus fékezés aránya. A vonattípus: milyen sűrűn áll meg, gyorsul fel. A vezetési stílus: a mozdonyvezető tudatában van-e a lehetőségeknek, mennyire forszírozott ütemet diktál a menetrendje. Az ő érzékétől függ-e, vagy számítógép optimalizálja a vezetést. Hol hasznosul újra a visszatáplált energia. A legkisebb a veszteség, ha minél nagyobb részét a saját segédüzeme használja fel. Ha másik jármű használja fel, annál kisebb a hálózati veszteség, minél közelebb vannak egymáshoz. Ha nincs másik fogyasztó a közelben, akkor milyen távolságra van az alállomástól. 44 Mennyi a rekuperáció, és mitől függ a mértéke?

45 Panorámakép a FLIRT motorvonat vezetőállásáról bal oldalon a rádió mellett látható a menetállásban lévő levegős fékkar, jobb oldalon az üzemi fékezésre szolgáló menet-fékkar. A levegős fék csak megálláskor lép be, és kb. 0,8 bar fékhengernyomással rögzít 45

46 46 A MÁV villanyszámlájának döntő hányadát a villamos vontatás energiafogyasztása teszi ki. A MÁV évente mintegy GWh villamos energiát fogyaszt el, ennek hatékonyságát az jelzi, hogy ezért mekkora vontatási teljesítményt produkál. A legolcsóbb energia az, amit fel sem használunk, ezért alapvető érdek, hogy a legjobb hatásfokkal üzemelő járműveket állítsuk hadrendbe. A FLIRT esetében ez sikerült is, de vannak ellenpéldák is. Ha az energia felhasználása már megtörtént, a fékezés során annak minél nagyobb hányada újrahasznosítható legyen. Gondolatok a vasúti vontatási energiagazdálkodásról és a takarékoskodási lehetőségekről

47 35,0 milliárd brtkm 34,5 milliárd brtkm 34,0 milliárd brtkm 33,5 milliárd brtkm 33,0 milliárd brtkm 32,5 milliárd brtkm +2% vbrtkm -2% GWh 880 GWh GWh 870 GWh 865 GWh 860 GWh 855 GWh 850 GWh 32,0 milliárd brtkm Villamos bruttótonnakm 32,2 milliárd br 33,7 milliárd br 34,5 milliárd br Felhasznált energia 856 GWh 877 GWh 864 GWh 845 GWh A MÁV vontatási célra felhasznált energiafogyasztásának alakulása között. Részlet a i vasúti erősáramú konferencia anyagából

48 A két motorvonat külsőre is és a belső elrendezését is tekintve annyira hasonlít egymásra, hogy az utazóközönség jószerével meg sem tudja különböztetni. A két motorvonat mégis ég és föld. Energetikai szempontból a FLIRT kiváló, nagy teljesítmény dotációja miatt rövid idő alatt fel tud gyorsulni abba az üzemállapotba, ahol az aszinkron motor kiváló hatásfokkal üzemel. Itt kifuttatással, minimális fogyasztással közlekedhet, majd a fékezés során a felemésztendő energia nagy részét vissza tudja táplálni. Másként kifejezve a mágneses fékezés aránya magas, a pneumatikus fékre gyakorlatilag csak a megállás utolsó pillanataiban van szükség. A magas teljesítmény dotáció azt jelenti, hogy 1,3 m/s 2 gyorsulásra képes, és a nagy teljesítményű vontatómotorok a visszatáplálás révén nagyrészt feleslegessé teszik a felemésztendő mozgási energia elfüstölését. A TALENT ezzel szemben 0,77 m/s 2 gyorsulást produkál. Talán nem véletlen, hogy a gyártó sokáig nem adta ki a háromdimenziós sebesség vonóerő hatásfok diagramot, ami a többi motorvonatnál katalógus adatnak minősül. A visszatáplálás mértéke is lényegesen alacsonyabb, a fékek kopnak, karbantartás igénye sokkal magasabb. Ettől független az a probléma, hogy konstrukciós hibái vannak, az üzemkészsége az 50% környékén ingadozik. A tendereztetési eljárásban a műszaki értékelő bizottság szakemberei előre látták a jármű problémáit, de a gyakorlati tapasztalat amit nagy hiba volt megszerezni - még az előzetes aggályokat is alulmúlta, azonos vontatási feladatot a FLIRT 40%-kal kisebb energiafelvétellel tud teljesíteni. Jogos lenne a kérdés, hogy akkor kinek az utasítására és miért kellett megvenni tíz TALENT-et. 48 A FLIRT és a TALENT összehasonlítása

49 Az előzőekhez kísértetiesen hasonlító szituáció vezetett ahhoz, hogy a MÁV rákényszerült arra, hogy új mozdonytípust állítson rendszerbe annak ellenére, hogy a már futó tíz darab TAURUS kifogástalanul bizonyított. A körülmények ugyan hasonlóak, de a helyzet kevésbé súlyos, a TRAXX is nagy előrelépést jelentett, csupán nem használta ki azokat a lehetőségeket, amiket ugyanezen az áron más típusokkal elérhettünk volna. Az ismert nyomásgyakorlás mellett itt a nagy gyártók kartellezése is szembetűnő volt. A BME vizsgálatai szerint a 25 db megvásárolt mozdony a becsült élettartama alatt 18 db mozdony teljes vételárával több villanyt fog elfogyasztani. 49 A TAURUS és a TRAXX összehasonlítása

50 Régebben többször összehasonlították a mozdonyos vontatású és a motorvonati személyszállítás gazdaságosságát. A határvonalat elővárosi forgalomban 400, távolsági forgalomban 300 ülőhelynél húzták meg: alatta a motorvonati, felette a mozdonyos vontatást tekintették gazdaságosabbnak. A mai adatok ismeretében, saját vizsgálódásaink szerint hazánkban a reális vonatméreteken belül nincs határvonal: a motorvonati közlekedés mindaddig gazdaságosabb, amíg rá nem kényszerülünk több járműegység összekapcsolására, aminek célja nem szolgáltatás bővítés (szétváló vonatok), hanem kapacitás növelés. Bőséges a gyártók kínálata a legkülönbözőbb férőhely kapacitású motorvonatokból. Kiváló minőségű kis vonatunk (FLIRT) már van, most közepes méretű járműegységek beszerzése indokolt, kiváltva velük a csatolt egységeket, amiket olyan vonalakra célszerű áthelyezni, ahol szólóban van rájuk igény, vagy éppenséggel még kisebb csatolt egységeket váltanak ki (2-es vonal, Desiro). 50 A további járműbeszerzések lehetséges iránya

51 A Stadler emeletes járműcsaládja 51

52 Az egyszintes, négyrészes FLIRT motorvonat kiváló energetikai tulajdonságait az előzőekben bemutattuk. Az emeletes villamos motorvonatokon átlagosan 20%-kal kisebb járműtömeg jut egy ülőhelyre. Az emeletes villamos motorvonatokon kevesebb forgóváz van, mint az ugyanekkora kapacitású egyszintesen, emiatt kedvezőbb a hajtott és szabadonfutó tengelyek (forgóvázak) aránya. Ha az emeletes motorvonatot ugyanolyan hőátadási tényezőjű elemekből építik, mint az egyszintest, az eltérő alaktényezője (méretarányai) miatt lényegesen kevesebb a hűtési, fűtési energiaigénye. A gyakorlatban a megkövetelt U-tényező egyszintes járműnél 1,6 W/m 2 K, kétszintesnél 2,5 W/m 2 K. Az egyszintes FLIRT-tel megegyező szerkezeti elemekből épülő, azonos teljesítmény dotációjú emeletes motorvonat nyilvánvalóan még kedvezőbb energetikai tulajdonságokkal bír, még takarékosabban üzemeltethető. Az emeletes villamos motorvonatok jellemzése energetikai szempontból 52

53 Oly korban éltek és dolgoztak, amikor mérnöki szaktudást és alkotó fantáziát ki tudták bontakoztatni, mert egyértelmű volt a kormányzati akarat, a döntéshozók is vagy szakemberek voltak, vagy hozzáértők véleménye alapján hozták meg döntéseiket. 53 Sajnos ezen a téren a hazai viszonyok sokat változtak. Akkoriban a világ legjobb, legfejlettebb mozdonyát és vontatási rendszerét nálunk fejlesztették ki és vezették be a gyakorlatban, és tőlünk terjedt el világszerte. Ennek mai megfelelője talán a mágneses lebegtetésű vasút lehet, aminek fejlesztésére ma a németek, japánok és kínaiak vállalkoznak. Ma már ha nem is a legfejlettebb, de jónak minősíthető, a világon több helyen tömegesen gyártott villamos vontatójárművek hazai gyártásának a lehetősége is megszűnt, előállott a külföldről történő vásárlás kényszere. Legyen ezen rövid prezentáció és tájékoztatás célja az, hogy felhívja a figyelmet múltunk még fellelhető kiemelkedő szellemi és tárgyi emlékeire, azok megbecsülésének fontosságára, és eljövendő vasúti fejlesztéseinket remélhetően kedvezően befolyásoló hatására. Ganz, Kandó és mérnök társaik munkásságának máig ható tanulságai

54 54 Források 1. A MÁV-levéltár archívuma 2. A MÁV és a Magyar Vasúttörténeti Park anyagai 3. A Magyar Műszaki és Közlekedési Múzeum anyagai 4. Wikipedia 5. Különféle Internetes források 6. Gyári előírások

55 55