Höyryvedon kustannukset dieseleihin verrattuna

PNu · 12 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

30-luvulla ei ollut teknisesti mitään estettä rakentaa esim. GM:n E- tai F-sarjan pohjalta 400-500 t painava dieselveturi, jossa useampi koneistoryhmä olisi liitetty kiinteästi yhteen. Yhdysvaltojen suurimmissa höyryvetureissakin oli 2-3 koneistoa. 400-500 t painavaa dieselveturia ei vain kannattanut tehdä, koska veturit olivat monikäyttöisempiä erillisinä 100-150 t painavina yksiköinä, joita voitiin kytkeä raskaimpiin juniin useita yhden kuljettajan ajettavaksi.

Vaikka 30-luvulla ei osattu rakentaa SD90MAC-sarjan dieselveturia niin ei se millään lailla tarkoita, etteikö 30-luvun dieselveturi ollut jo täysin käyttökelpoinen ja monessa mielessä parempi kuin höyryveturi. Ei höyryvetureiden valmistustakaan aloitettu 1804 suoraan Union Pacific 4000-luokasta (Big Boy) vaan sellainen osattiin rakentaa vasta 1941. Olennaista onkin, että jo ensimmäisen sukupolven dieselveturit pystyivät 30-luvulla hyvin kilpailemaan höyryvetureita vastaan, vaikka dieselveturit olivat vasta kehityshistoriansa alussa ja höyryveturit 130 vuoden kokeilun ja suunnittelun tulos.

Alhaisen elintason maissa höyryveturi on ilman muuta paljon kilpailukykyisempi dieselveturiin nähden kuin kehittyneissä maissa. Höyryveturin lämmitys, huolto, polttoaineen jakelu jne. vaativat paljon työvoimaa ja tietysti kustannusero kaventuu, jos työtunti ei maksa mitään. Alhainen elintaso on epäilemättä yksi syy siihen, ettei VR satsannut dieselvetovoimaan tosissaan ennen 50-lukua.

Antero Alku · 12 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

PNu sanoi:
30-luvulla ei ollut teknisesti mitään estettä rakentaa esim. GM:n E- tai F-sarjan pohjalta 400-500 t painava dieselveturi, jossa useampi koneistoryhmä olisi liitetty kiinteästi yhteen.

Teknisessä mielessä dieselveturit ovat jo 1930-luvullakin olleet täysin tarpeettomia, koska kaikki rautatiet voidaan sähköistää (jos ei välitetä kustannuksista) jolloin kaikkialla voidaan käyttää sähkövetureita, jotka ovat kaikilla tavoin parempia kuin dieselveturit. Näin ei kuitenkaan tehty, eikä tehdä vieläkään, koska välitetään kustannuksista. Ja samasta syystä 1930-luvulla höyryveturit hallitsivat vetovoimana eikä dieselvetureiden teknologia ollut kyllin kehittyneellä tasolla korvatakseen kaikkia höyryvetureita.

On tietenkin epätäsmällistä sanoa yksinkertaisesti, ettei jokin ole teknisesti mahdollista. Tarkkaan ottaen pitäisi tietenkin määritellä teknologian ja kustannusten suhde. Laboratorio-olosuhteissa tai yksin kappalein prototyyppiluontoisesti tehtynä moni sellainen asia on mahdollinen, joka ei kuitenkaan ole sarjatuotannon ja/tai kaupallisen käytön kannalta mahdollista.

Dieselvetureiden (kaupallis)tekninen taso oli 1930-luvulla vielä ”mopoluokkaa” verrattuna siihen suorituskykyyn, mikä oli (kaupallis)teknisesti mahdollista höyryvetureilla. Eikä kyse ollut pelkästään vetureista, vaan moottoritekniikasta (koon ja painon suhde tehoon), mistä syystä meni aikansa, ennen kuin dieselmoottori korvasi höyrykoneet laivoissakaan. Jos näin ei olisi ollut, höyryvetureiden valmistus ja käyttö olisi loppunut aikaisemmin kuin miten historia kulki.

VR:n henkilöliikennestrategiaan tämä aihe liittyy kumminkin kovin löyhästi. Suomessa ei ole koskaan ollut höyrymoottorivaunuja, sillä omalla voimalla kulkeviin matkustajavaunuihin siirryttiin vasta sitten, kun polttomoottoritekniikka oli tähän raideliikennekäyttöön (kaupallis)teknisesti soveltuvaa. Mutta silloinkin näytti kokonaistalouden kannalta olevan edullisempaa käyttää vanhentuneesta kalustosta koottuja höyryveturijunia, koska moottorivaunujen kausi alkoi vasta 1950-luvulla Dm6-sarjasta.

Antero

PNu · 12 Joulukuu 2007

Hieman suorituskyvyn vertailua. 30-luvun lopussa markkinoille tulleet GM:n F-sarjan veturit painoivat noin 100 t eli jokseenkin saman verran kuin 30- ja 40-lukujen vaihteessa VR:lle toimitetut 900-sarjan Hv3-veturit. Tehoa F-sarjan ensimmäisissä vetureissa oli 1350 hv eli vetopyörillä 1050-1100 hv. Hiilipolttoisessa Hv-höyryveturissa teho vetopyörillä vaihteli nopeusalueella 30-100 km/h välillä 600-820 hv. F-sarjassa vetovoima oli noin 250 kN ja Hv3:ssa noin 75 kN.

Jussi · 12 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

Antero Alku sanoi:
Mutta tästä ei minun historiantuntemukseni mukaan voi moittia VR:ää, vaan poliitikkoja lobannutta elinkeinoelämää, joita kiinnosti oma etu mm. polttopuukaupassa. Ja epäilemättä sotiminenkin olisi sotkenut ainakin sähköistyksen etenemistä.

Kannattaa myös ottaa huomioon muukin historia. Tässä ketjussa mainituista edelläkävijämaista (USA, Kanada, Ruotsi, Unkari) Unkari oli ainoa joka kärsi ensimmäisestä maailmansodasta. Unkari taas oli maailmansotien välillä käytännössä diktatuuri.
Suomi sen sijaan oli köyhä, poliittisesti epävakaa maa joka oli vasta toipumassa verisestä sisällissodasta. Ei voitane olettaa että tällainen valtio käyttäisi suuria resursseja rautateiden sähköistämiseen tai veturikaluston uudistamiseen. Etenkin kun halkopolttoiset höyryveturit käyttävät kotimaista polttoainetta, eivätkä ole yhtä herkkiä tekniikan osalta kuin sähköveturit (sähköveturi ei kulje jos sähköä ei ole saatavilla).
Suomessa lisäksi työvoima oli halpaa, joten henkilökulujen takiakaan dieselvetureiden moniajokaan ei ollut tarpeen.

vompatti · 12 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

Antero Alku sanoi:
Kysymys oli siitä, ettei dieselveturia pystytty valmistamaan kyllin suurena vetovoimaltaan ja teholtaan. Lisäksi dieselveturi oli kallis höyryveturiin nähden etenkin jos yhden höyryveturin vetovoiman aikaansaamiseksi tarvittiin useita dieselvetureita.

Kummaa, että nykyisin käytetään sähkö- tai dieselvetureita. Näitä vetureita ei vieläkään osata valmistaa niin suurina, että yksi veturi riittäisi junan vetämiseen.

Yksi Baldwinin ensimmäisistä linjadieselvetureista taisi olla halutun kaltainen iso veturi. Sitä veturia ei kuitenkaan kukaan ostanut. Kaikki halusivat niitä pieniä dieselvetureita, joita saattoi junan eteen laittaa niin monta kuin haluaa. Tälle oli selvä syy: Siirryttäessä höyryvedosta dieselvetoon junapainot kasvoivat eikä kasvun pysähtyminen ollut näköpiirissä. Pienet dieselveturit tarjosivat mahdollisuuden lisätä vetovoimaa pienin portain - juuri sopivasti jokaiselle junalle.

Dieselveturin alkuaikana yksi dieselveturi maksoi suunnilleen saman verran kuin yhdellä kohtauspaikalla tarvittavat opastimet ja turvalaitteet. Tämä sai Yhdysvalloissa rautatieyhtiöt kasvattamaan junapainoja merkittävästi. Samalla voitiin kohtauspaikkoja laukkauttaa. Rautatieyhtiöille tärkein syy dieselvetureiden hankkimiseen oli, että niitä voitiin laittaa mielivaltainen määrä junan eteen.

Antero Alku sanoi:
Dieselvetureiden (kaupallis)tekninen taso oli 1930-luvulla vielä ”mopoluokkaa” verrattuna siihen suorituskykyyn, mikä oli (kaupallis)teknisesti mahdollista höyryvetureilla. Eikä kyse ollut pelkästään vetureista, vaan moottoritekniikasta (koon ja painon suhde tehoon), mistä syystä meni aikansa, ennen kuin dieselmoottori korvasi höyrykoneet laivoissakaan.

Dieselmoottorin massalla ei ole kovinkaan suurta merkitystä, sillä se on vain yksi osa kokonaisen dieselveturin massasta. Vetureiden tehon ja vetovoiman suhde on ratkaiseva ja tuo suhdeluku onkin pysynyt jokseenkin samana dieselveturin alkuajoista lähtien. On totta, että 1930-luvun jälkeen dieselmoottoreiden teho on kasvanut, mutta samalla on kasvanut myös vetovoima. Kun vetovoimaa ei enää voi kasvattaa, on moottoritehon kasvukin pysähtynyt. Tämä näkyy siinä, että 6000 hv:n dieselveturit eivät käyneet kaupaksi.

Yleisesti tunnettu tosiasia on, että höyryveturista ei saa suurinta vetovoimaa alhaisella nopeudella. Dieselsähköisistä vetureista sen sijaan saa suurimman vetovoiman juuri pienellä nopeudella. Tästä syystä mäkisillä radoilla dieselveturi syrjäytti nopeasti höyryveturin.

JSL sanoi:
Erään GM:n ex-johtajan kirjaa lukiessani havaitsin, että sikäläinen diesel-elektrinen linjaveturi (Ex-ja Fx, missä x kehitysversio, esim. F7) sai alkunsa juuri moottorivaunusta. GM:n valtti oli vakiomallit, joihin tilaaja sai valita ainoastaan värityksen.

Tuo kirja taitaa olla Alfred P. Sloanin Vuoteni General Motorsilla? Olisi kiva lukea tuo kirja uudelleen. Jos jollain on tuo kirja myytävänä tai tietää mistä sen saisi halvalla (C. Hagelstamin 34 euroa on liikaa), voisi kertoa minulle.

Se, että vain väritys oli valittavana, on pelkkä myytti. Myytti on tavallaan vastine Fordin T-mallille, jossa sai valita kaiken muun paitsi värityksen (Sloan kritisoi kirjassaan kovasti Fordia nimeä mainitsematta)! Valinnanvaraa oli enemmän, sillä EMD:n ensimmäisissä dieselvetureissa ostaja sai valita värityksen lisäksi dynaamiset jarrut. Tosiasiassa valinnanvaraa oli vieläkin enemmän, sillä F-veturista sai myös kuusiakselisia versioita matkustajakäyttöön (E) ja hieman myöhemmin veturin sai myös road switcher -korilla (General Purpose, GP). Ja vielä lisäksi oli F- ja E-vetureista ohjaamottomat mallit (B niin kuin Booster).

JSL · 12 Joulukuu 2007

Kirja on justiinsa Alfred P. Sloanin "Vuoteni General Motorsilla". Hyvä kirja.
Koreista: ATSF otti 70-l vanhoista F:stä tekniikan ja telit uuteen road switcher- koriin, joka sai tunnuksen CF7. (Olisikohan Dr12:sta saanut rakennettua järjestelyveturin?)

Antero Alku · 13 Joulukuu 2007

Veturiteknologioista

vompatti sanoi:
Kummaa, että nykyisin käytetään sähkö- tai dieselvetureita. Näitä vetureita ei vieläkään osata valmistaa niin suurina, että yksi veturi riittäisi junan vetämiseen.

Mitähän tämä kommentti tarkoittaa? Ei minulle ainakaan ole mitenkään epäselvää se, miksi nykyään ei teollistuneissa maissa käytetä höyryvetureita. Joten jäljelle jäävät diesel(polttomoottori)- tai sähköveturit.

Ja nähdäkseni molempia osataan valmistaa juuri sen kokoisina kuin on tarkoituksenmukaista. Tekniikka on sen verran kehittynyttä, että vetovoiman rajoittaa vain akselipaino, ei enää se, että kyllin tehokas moottori painaa liikaa tai on liian suurikokoinen.

vompatti sanoi:
Yksi Baldwinin ensimmäisistä linjadieselvetureista taisi olla halutun kaltainen iso veturi. Sitä veturia ei kuitenkaan kukaan ostanut. Kaikki halusivat niitä pieniä dieselvetureita, joita saattoi junan eteen laittaa niin monta kuin haluaa. Tälle oli selvä syy: Siirryttäessä höyryvedosta dieselvetoon junapainot kasvoivat eikä kasvun pysähtyminen ollut näköpiirissä. Pienet dieselveturit tarjosivat mahdollisuuden lisätä vetovoimaa pienin portain - juuri sopivasti jokaiselle junalle.

En ole perehtynyt dieselvetureiden historiaan, minkä vuoksi odottaisin järkeenkäyvän selityksen sille, miksi edellä kuvattu amerikkalainen käytäntö ei levinnyt muualle. Jos asia olisi ollut niin auvoinen kuin yllä oleva vakuuttaa, niin maailmanhan olisi pitänyt olla täynnä pikkuvetureita, joita pannaan junan eteen aina yksi per tietty vaunumäärä. Minusta on varsin järkeenkäypä selitys sille, ettei näin ollut vaan historia on kulkenut kuten tapahtui. Vai tekivätkö brititkin tyhmyyttään Delticin?

vompatti sanoi:
Yleisesti tunnettu tosiasia on, että höyryveturista ei saa suurinta vetovoimaa alhaisella nopeudella. Dieselsähköisistä vetureista sen sijaan saa suurimman vetovoiman juuri pienellä nopeudella. Tästä syystä mäkisillä radoilla dieselveturi syrjäytti nopeasti höyryveturin.

Alhainen nopeus ja liikkeellelähtö ovat eri asiat. Liikkeellelähdössä vetovoima ei ole kiinni tehosta vaan voimakoneen aikaansaamasta vääntömomentista tai vetovoimasta pyörän kehällä. Kun ollaan liikkeessä, astuu kysymykseen teho. Höyryveturissa kattilan teho ja dieselsähköveturissa dieselmoottorin teho.

Höyry- ja moottorivetureiden tehot ja vetovoimat tulee ymmärtää koneiden rakenteen vuoksi vähän eri tavoin. Sen vuoksi esim. PNu:n vertailu Hv-sarjojen kattilatehon ja jenkkien F-sarjan dieseleiden moottoritehon välillä on irrelevanttia.

Höyryveturin rakenne ei salli dieselvetureille tavallista aluevaihdetta, vaan höyryveturit tehtiin joko tavarajunakäyttöön (aluevaihde T = suuri vetovoima, alhainen nopeus) tai henkilöjunakäyttöön (aluevaihde H = alhainen vetovoima, suuri nopeus). En kiellä sitä, että aluevaihde on dieselin etu höyryveturiin nähden, mutta ei aluevaihdekaan yhtä aikaa ole molemmissa asennoissa.

Dieselsähköveturissa ei olekaan sitten aluevaihdetta, koska dieselsähköveturi on oikeasti sähköveturi, jossa voimalaitos kulkee mukana. Näiden kanssa taas on alkuaikoina jouduttu palaamaan höyryvetureista tuttuun kiinteään aluevaihteeseen. Eli ajomoottorin ja vetoakselin välisen vaihteen välityssuhteella valitaan aluevaihde kiinteästi. Tämä käytäntö oli meilläkin Sr1:den kanssa. Välillä niistä osa oli asetettu 160 km/h nopeudelle, mutta nyt taitavat olla kaikki 140 km/h.

Suomessa oli tapana tehdä höyryvetureihin höyrykoneen kokoon ja (rajoittamattomaan höyryntuottoon suhteutettuun) tehoon nähden pienitehoisia kattiloita, koska kattilaa haluttiin taloudellisuussyistä käyttää linjanopeudella maksimiteholla ja höyrykonetta minimitäytöksellä.

Monissa muissa maissa, kuten Saksassa ja Englannissa filosofia oli päinvastainen. Kattiloista tehtiin suuria ja ne sallivat jatkuvan ajon suurilla höyrykoneen täytöksillä. Veturin polttoainetalous ei ollut kynnyskysymys, kun hiiltä saatiin omasta maaperästä.

Antero

vompatti · 13 Joulukuu 2007

Vs: Veturiteknologioista

Antero Alku sanoi:
Mitähän tämä kommentti tarkoittaa? Ei minulle ainakaan ole mitenkään epäselvää se, miksi nykyään ei teollistuneissa maissa käytetä höyryvetureita.

Olet kritisoinut dieselvetureita siitä, että toisin kuin höyryvetureiden tapauksessa yksi dieselveturi ei riitä vetämään raskasta junaa. Eikö sinusta olekin outoa, että nykyisin käytetään monissa junissa kahta tai jopa kolmea diesel- tai sähköveturia eikä vain yhtä höyryveturia?

Antero Alku sanoi:
En ole perehtynyt dieselvetureiden historiaan, minkä vuoksi odottaisin järkeenkäyvän selityksen sille, miksi edellä kuvattu amerikkalainen käytäntö ei levinnyt muualle. Jos asia olisi ollut niin auvoinen kuin yllä oleva vakuuttaa, niin maailmanhan olisi pitänyt olla täynnä pikkuvetureita, joita pannaan junan eteen aina yksi per tietty vaunumäärä.

Oletko tutustunut moderniin tavarajunaliikenteeseen? Oletko käynyt esimerkiksi Vartiuksessa katsomassa malmijunia? Suomen puolella liikennettä on hoidettu kolmella pienellä dieselveturilla tai kolmella aivan väärän mallisella sähköveturilla. Olisiko mielestäsi yksi höyry- tai dieselveturi ollut parempi kuin kolme pientä dieselveturia? Eteläisessä Suomessa välillä junia ajetaan kolmen Dv12-veturin voimin (pienempää dieselveturia on vaikea tehdä nykypäivän junaliikenteeseen). Nämä liian pienet veturit ovat levinneet ympäri maailman. Täällä Suomessakin vetureita laitetaan aina sopivaksi katsottu määrä junan eteen riippuen junapainosta.

Suomessa voitaisiin hyvin ajaa kaikki junat yhden veturin voimin. Yhdellä IOREn puolikkaalla tai yhdellä GE:n Evolution-veturilla voitaisiin vetää raskaimmatkin junat yli Härmänmäen. Toisaalta nykyisillä vetureilla ajettaessa junapainoja voitaisiin pienentää ja ajaa junia useammin. Tehtaille tämä olisi parempaa palvelua, sillä tavaraa lähtisi useammin ja siten keskimääräiset kuljetusajat olisivat pienempiä ja kuljetettavaan tavaraan sitoutuisi vähemmän pääomia. Jostain syystä kuitenkin vetureita laitetaan junan eteen kaksi tai kolme ja junia ajetaan harvemmin.

Antero Alku sanoi:
Höyryveturin rakenne ei salli dieselvetureille tavallista aluevaihdetta, vaan höyryveturit tehtiin joko tavarajunakäyttöön (aluevaihde T = suuri vetovoima, alhainen nopeus) tai henkilöjunakäyttöön (aluevaihde H = alhainen vetovoima, suuri nopeus).

Miten käy silloin, kun tämän suuren vetovoiman ja alhaisen nopeuden höyryveturin pitää ajaa todella alhaista nopeutta esimerkiksi ylämäkeen? Onko ratkaisusi nopeuden kasvattaminen kattilaa kasvattamalla?

PNu · 13 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

Jussi sanoi:
Kannattaa myös ottaa huomioon muukin historia. Tässä ketjussa mainituista edelläkävijämaista (USA, Kanada, Ruotsi, Unkari) Unkari oli ainoa joka kärsi ensimmäisestä maailmansodasta.

Jos otetaan huomioon vielä toinenkin maailmansota niin Suomelle oli epäilemättä vain hyödyksi, ettei sen paremmin sähköistys kuin dieselöintikään edennyt 1900-luvun alkupuolella. Sen sijaan sodan jälkeen, kun vaikeinta veturipulaa oli saatu 50-luvulle tultaessa hieman lievitettyä ulkomaisin hankinnoin (Tr2, Vr4, Tk3 1147-1166) ja osin kotimaistenkin tehtaiden avulla (Hr1 1006-1011, Tk3 1129-1146), olisi voinut odottaa suurempaakin satsausta uusiin vetovoimamuotoihin. Käytännössähän 50-luvun alkupuolella päästiin toden teolla eteenpäin vain moottorivaunujen tilauksissa mutta raskaan linjaliikenteen osalta höyryvetureiden tuotanto jatkui vuoteen 1957 saakka. Nohab aloitti dieselvetureiden toimitukset Tanskaan 1954. Suomeen ostettiin vielä edellisenä vuonna 20 Tr1-veturia Saksasta, jotta Hr1- ja Tr1-vetureiden piirustukset olisi saatu modernisoitua uusia höyryveturitilauksia varten.

Kun edellä viitattiin laivoihinkin niin varustettiinhan 1939 valmistunut jäänmurtaja Sisu dieselsähköisellä koneistolla ja 1954 valmistuneen jäänmurtaja Voiman kohdalla dieselsähkö oli jo itsestäänselvyys. Kovaan käyttöön tehdyissä laivoissa luovuttiin siis höyrykoneesta jo varhain. Merkittävää on myös, että moniin uudempiin höyrylaivoihin vaihdettiin jälkikäteen dieselkoneistot.

PNu · 13 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

vompatti sanoi:
Yleisesti tunnettu tosiasia on, että höyryveturista ei saa suurinta vetovoimaa alhaisella nopeudella. Dieselsähköisistä vetureista sen sijaan saa suurimman vetovoiman juuri pienellä nopeudella. Tästä syystä mäkisillä radoilla dieselveturi syrjäytti nopeasti höyryveturin.

Jos aivan tarkkoja ollaan niin kysymys on tehosta eikä vetovoimasta (teho = vetovoima * vauhti). Höyryveturikin siis antoi suurimman vetovoimansa pienellä nopeudella mutta ei suurinta tehoaan. Tai hyvin pienellä vauhdilla (alle 10 km/h) saattoi liukulaakereiden heikkenevä voitelu aiheuttaa kampikoneistossa ja veturin akseleilla liikevastusten kasvua, joka alensi myös vetovoimaa mutta noin 10 km/h ajettaessa höyryveturin vetovoima oli joka tapauksessa jo maksimissaan.

Höyryveturin varsinaisena ongelmana siis oli, ettei se pystynyt tuottamaan suurinta tehoaan alhaisilla nopeuksilla, koska höyrykoneen iskuluku on pienellä vauhdilla vähäinen. Sen sijaan sähköisellä tai hydraulisella voimansiirrolla varustetussa dieselveturissa moottori saattoi käydä ajonopeudesta riippumatta täydellä teholla ja näin saavutettiin arvokas vakiotehon ominaisuus.

Jos esimerkin vuoksi ajatellaan dieselveturia, jossa teho olisi vetopyöriltä mitattuna 1500 hv niin vetovoima on tällä teholla 100 km/h ajettaessa noin 40 kN. Jos tullaan raskaan junan kanssa pitkään ylämäkeen ja nopeus putoaa arvoon 20 km/h, veturi tuottaa edelleen 1500 hv vetopyörille. Koska vauhti on pudonnut viidesosaan alkuperäisestä mutta teho on edelleen sama, on vetovoima vastaavasti viisinkertaistunut. Veturi tuottaakin nyt 40 kN:n sijaan peräti 200 kN. Jos nopeus putoaa vielä arvosta 20 km/h alaspäin, kasvaa vetovoima edelleen esim. arvoon 280 kN, jolloin pyörien sutiminen tai voimansiirron lämpeneminen rajoittavat käytettävää voimaa. Veturin maksimivetovoima on siis 280 kN eli 7 kertaa niin suuri kuin nopeudella 100 km/h saavutettava 40 kN.

Jos käytettävissä on höyryveturi, joka tuottaa vetopyöriltä mitattuna myös 1500 hv niin 100 km/h ajettaessa vetovoima on jälleen 40 kN. Höyryveturi on siis tässä vauhdissa täysin tasavertainen saman tehoisen dieselveturin kanssa. Kun tullaan ylämäkeen ja vauhti putoaa, vähenee myös höyrykoneen iskuluku ja teho heikkenee. Tehon heikkenemistä pyritään lievittämään lisäämällä täytöstä sylintereissä, koska höyryä riittää iskuluvun vähentyessä entistä paremmin. Täytöksen lisääminen alentaa kuitenkin hyötysuhdetta eikä tehon heikkenemistä pystytä kokonaan estämään. Nopeudella 20 km/h veturi tuottaa ehkä 120 kN, joka vastaa enää 900 hv:n tehoa. Höyryveturissakin vetovoima on siis lisääntynyt nopeuden hidastuessa mutta tehon heikkenemisen vuoksi vain kolminkertaiseksi nopeudella 100 km/h saavutetusta vetovoimasta.

Kun höyryveturi tuottaa 20 km/h ajettaessa 120 kN ja dieselveturi 200 kN niin diesel pystyy viemään mäkeä ylös kyseisellä nopeudella peräti 67 % raskaamman junan. Jos nopeus putoaa vielä arvosta 20 km/h alaspäin, höyryveturin vetovoima ei lisäänny enää lainkaan, koska höyrykoneen täytös on nopeudessa 20 km/h jo maksimissaan. 120 kN on siis suurin mahdollinen vetovoima, joka höyryveturista on mahdollista saada irti. Dieselveturin suurin vetovoima on sen sijaan 280 kN, joten se kykenee saamaan mäestä liikkeelle jopa 133 % raskaamman junan kuin höyryveturi.

Tämä edellä esitetty kuvaa siis vetureiden suorituskykyä hyvällä kelillä. Kiskojen ollessa liukkaat esim. sateella, ei veturin konevoima ole yleensä ratkaiseva, koska pyörät pyrkivät sutimaan, ennen kuin vetovoima on lähelläkään maksimia. Silti kelin heikkeneminen ei yleensä muuta diesel- ja höyryveturin välistä vetokyvyn eroa miksikään.

Dieselveturissa tavallisesti kaikki akselit ovat vetäviä eli 120 t painavan veturin kitkapaino on 120 t. Sen sijaan höyryvetureissa kaikki akselit saatiin vetäviksi vain hitaaseen ajoon tarkoitetuissa vaihtovetureissa ja niissäkin ongelmana oli häiritsevän suuri vetovoiman heikkeneminen, kun vesi- ja hiilivarastot ajon aikana ehtyivät.

Linja-ajoon tarkoitetuissa höyryvetureissa tarvittiin kulkua tasaamaan juoksuakseleita ja tenderi oli täyttä hukkapainoa. Niinpä jopa tavarajuna-ajoon käytetyissä höyryvetureissa oli usein vain puolet veturin painosta vetoakseleilla ja pikajunavetureissa vetopyörille tuli noin kolmannes painosta. 120 t painavassa höyryveturissa siis vetopyörille tulee 40-60 t painoa, joten 120 t painavan dieselveturin kitkapaino on 2- tai 3-kertainen höyryveturiin nähden.

Lisäksi höyryveturit vetävät nykien ja pyrkivät luikertelemaan kiskoilla, joka saa ne sutimaan herkemmin kuin niiden kitkapainonsa puolesta edes pitäisi. Tasaisesti vetävissä dieselvetureissa ei vastaavaa ongelmaa ole ja dieseleissä on myös ollut jo kauan automaattihiekoitusta ja erilaisia luistonestojärjestelmiä helpottamassa alkamaan päässeen ympärilyönnin hallintaa. Näistä syistä johtuen dieselveturin vetovoima saattaa olla 20-50 % suurempi sellaiseenkin höyryveturiin verrattuna, jolla on sama kitkapaino dieselveturin kanssa.

Move on · 13 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

Antero Alku sanoi:
Sähköistyksestä tilattiin saksalaisilta suunnitelma 1957. Sähköistys oli kuitenkin ollut esillä jo 1930-luvulla. Maailman mittakaavassa VR ei hankkinut uusia höyryvetureita mitenkään ihmeellisen myöhään, mutta sähköistyksen kanssa se oli liikkeellä hyvin myöhään. Tämä johti turhaan massiivisen dieselöinnin välivaiheeseen, josta voi sanoa että diesellinjavetureiden hankinta oli turhaa. Ajoissa tehdyllä sähköistyksellä Hr11-13 -sarjojen sijasta olisi voitu hankkia sähkövetureita.

Suomen rautateiden vetovoiman kehittämisessä on ollut turhan paljon muita, kuin teknisiä/taloudellisia vaikuttimia. Päätös jättää rautatiet sähköistämättä 1930-luvulla perustui kotimaisen polttoaineen saatavuuteen, vaikka tuolloin jo huomattava osa vetureista kulki tuontihiilen voimalla. Sotien jälkeen liikenneinvestointien painopiste siirtyi voimakkaasti maantieverkon rakentamiseen, jolloin rautateille heruneet muruset käytettiin pahimpien ongelmien korjaamiseen, eikä pitkäjänteiseen kehittämiseen ollut mahdollisuuksia. Näin mm. jouduttiin tilaamaan uusia höyryvetureita, joiden käyttöikä jäi aivan liian lyhyeksi.

Dieselvetureita hankittaessa amerikkalainen GM-Nohab ei tullut kysymykseen poliittisista syistä ja samoista syistä sähköveturit päädyttiin tilaamaan Neuvostoliitosta, vaikka muitakin vaihtoehtoja olisi ollut tarjolla.

Hr13 on vielä oma lukunsa. Sen hankinta perustui puhtaasti VR:n pääjohtajan henkilökohtaisiin intresseihin, mikä tuli kyllä myöhemmin ilmi, mutta siinä vaiheessa veturit oli jo tilattu ja käytössä...

Antero Alku · 13 Joulukuu 2007

Vs: Veturiteknologioista

vompatti sanoi:
Olet kritisoinut dieselvetureita siitä, että toisin kuin höyryvetureiden tapauksessa yksi dieselveturi ei riitä vetämään raskasta junaa. Eikö sinusta olekin outoa, että nykyisin käytetään monissa junissa kahta tai jopa kolmea diesel- tai sähköveturia eikä vain yhtä höyryveturia?

Kirjoitatko nyt Suomesta vai maailmasta yleensä? Ja menneisyydestä vai nykyajasta?

Suomen kokoisessa maassa ei hankita muutaman säännöllisesti kulussa olevan raskaan tai hyvin kevyen junan tarpeisiin erillistä muutaman kappaleen veturisarjaa. Marginaalitarpeet hoidetaan yhteisajolla tai liian raskaalla veturilla.

Vetureiden hankinta ei ole arpapeliä, vaan kokonaisuuden optimointia. Kokonaisuus muodostuu yleisimmistä junapainoista ja nopeuksista, ja niihin vaikuttaa myös rataverkon tekninen tila. Siis sallitut akselipainot, sallitut junapituudet ja sallitut nopeudet. Karkeasti ottaen optimointi tulostaa parhaan vetovoiman, tehon ja nopeuden, jolla vetokalustokulut minimoidaan. (Yleensä kulut on optimoinnin kohde, mutta voihan olla jokin muukin. Vaikka hankinnoista vastaavan henkilön saama korruptio.

)

Maailmanmitassa tilanne on hieman toinen kuin Suomessa sen vuoksi, että maailmalla on huomattavasti paljon isompia operaattoreita kuin VR Oy, joille on mahdollista hankkia eri kokoisia vetureita. Tai sitten on erikoistilanteita, kuten vaikka LKAB, joka tarvitsee vain yhdenlaisia vetureita, koska liikenne on aina samaa. Eikä LKAB muuten ole hankkinut paljon pikkuvetureita yhteisajoon vaan isoja vetureita, kun kerran vetovoiman tarve on suuri.

Vapautuneet markkinat ovat puolestaan johtaneet siihen, että pienikin operaattori voi joustaa vetokalustovalinnoissaan vuokraamalla vetureita. Raskaisiin juniin kannattaa vuokrata isoja ja keveisiin pieniä vetureita.

Jos menneisyyttä pohditaan, niin pikkuveturilogiikalla Suomessa tehtiin virheitä hankkimalla Hr12-vetureita ja niiden jälkeen vielä tehokkaampia Hr13-vetureita. Ja kun sähköistettiin, niin edelleen vaan hankittiin tehokkaampia.

vompatti sanoi:
Oletko tutustunut moderniin tavarajunaliikenteeseen?

En, sillä minun alaani on ihmisten kuljettaminen.

vompatti sanoi:
Oletko käynyt esimerkiksi Vartiuksessa katsomassa malmijunia?

Olen nähnyt vain kuvia.

vompatti sanoi:
Suomen puolella liikennettä on hoidettu kolmella pienellä dieselveturilla tai kolmella aivan väärän mallisella sähköveturilla.

Selitys tuli jo edellä. Kerrattuna: Vartiuksen junia varten ei hankita omaa veturisarjaa.

vompatti sanoi:
Olisiko mielestäsi yksi höyry- tai dieselveturi ollut parempi kuin kolme pientä dieselveturia?

Yhden veturin ylläpito on halvempaa kuin useamman. Mutta 40 veturin sarjan ylläpito on halvempaa kuin kymmenen neljän veturin sarjan ylläpito. Siksi Vartiuksessa ajetaan kolminvedolla, vaikka yhden kyllin tehokkaan veturin ylläpito olisikin halvempaa kuin kolmen.

vompatti sanoi:
Eteläisessä Suomessa välillä junia ajetaan kolmen Dv12-veturin voimin (pienempää dieselveturia on vaikea tehdä nykypäivän junaliikenteeseen). Nämä liian pienet veturit ovat levinneet ympäri maailman. Täällä Suomessakin vetureita laitetaan aina sopivaksi katsottu määrä junan eteen riippuen junapainosta.

Suomessa VR Oy:n touhu on niin pientä, ettei täällä kannata olla useita veturisarjoja. Dr16:kin on ilmeisesti vähän liian pieni yksittäiseksi sarjaksi, vaikka se tehtiinkin Dv-sarjoja suuremman dieselvetokaluston tarpeeseen.

Siitä, minkä kokoiset veturit ovat levinneet ympäri maailman en sano mitään, kun tunne tilastoja. Eikä se välttämättä myöskään todista mitään sen vuoksi, että ratatekniikasta johtuen optimaalinen yleisveturi ei ole saman kokoinen kaikkialla maailmassa. Tämän näkee jo Suomen ja Venäjän välillä - vai ovatko venäläiset väärässä, kun he eivät käytä yhtä pieniä vetureita kuin Dv-sarjat?

vompatti sanoi:
Toisaalta nykyisillä vetureilla ajettaessa junapainoja voitaisiin pienentää ja ajaa junia useammin. Tehtaille tämä olisi parempaa palvelua, sillä tavaraa lähtisi useammin ja siten keskimääräiset kuljetusajat olisivat pienempiä ja kuljetettavaan tavaraan sitoutuisi vähemmän pääomia. Jostain syystä kuitenkin vetureita laitetaan junan eteen kaksi tai kolme ja junia ajetaan harvemmin.

Ratakapasiteetti on myös olennainen tekijä. Meillä on muutamia pullonkaulaosuuksia, joiden vuoksi pyritän mahdollisimman pitkiin juniin, eikä ole mahdollista ajaa tavaraa vaunu kerrallaan. Tosin ei teollisuus myöskään suostu maksamaan rahdistaan mitä vain, mikä johtaa myös asiakkaan kannalta optimaaliseen junakokoon, ei ainoastaan mahdollisimman usein kulkeviin juniin.

Meillä on nykyään tavallinen tilanne, että raskas juna vedetään yhdellä sähköveturilla, mutta jatko sähköistämättömälle radalle joudutaan ajamaan joko parivedolla tai jakamalla juna kahdeksi, jos edessä olevan radan ratapihojen raidepituudet eivät salli pitkää junaa.

vompatti sanoi:
Miten käy silloin, kun tämän suuren vetovoiman ja alhaisen nopeuden höyryveturin pitää ajaa todella alhaista nopeutta esimerkiksi ylämäkeen? Onko ratkaisusi nopeuden kasvattaminen kattilaa kasvattamalla?

En oikein ymmärrä kysymystä. Jos veturin PITÄÄ aja alhaista nopeutta, miksi pitäisi pohtia keinoa nopeuden nostamiseksi?

Jos taas PITÄÄ nostaa nopeutta, niin silloin tarvitaan lisää tehoa. Höyryveturin tapauksessa tarvitaan nimenomaan kattilan tehoa, koska vakiovääntömomentin antava höyrykoneen teho kasvaa suoraan veturin nopeuden kasvaessa.

Vakiovääntömomentti on todellisessa höyrykoneessa voimassa tietenkin niin kauan, kunnes höyryn virtausnopeus kasvaa niin suureksi, että höyryvirtaus alkaa kuristua höyrykanavissa. Veturin rakenteellinen nopeus määräytyykin (osaltaan) tästä. Eli veturin höyrykoneella on jokin suurin kierrosnopeus. Suuripyöräinen henkilöjunan veturi kulkee tietenkin tällä kierrosnopeudella suurempaa nopeutta kuin pienipyöräinen tavarajunan veturi.

Selvittikö tämä epäselvän kysymyksen?

Antero

Antero Alku · 14 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

PNu sanoi:
Jos aivan tarkkoja ollaan niin kysymys on tehosta eikä vetovoimasta (teho = vetovoima * vauhti).

Junien vetämisessä ei ole kysymys pelkästään tehosta, vaan erikseen vetovoimasta ja erikseen tehosta. Ja tässä on höyryveturin ja dieselveturin olennainen ero. Tämä kuva auttaa asiassa.

Höyrykoneen teho (vihreä) kasvaa nopeuden noustessa, mutta dieselmoottorin teho (punainen) ei kasva. Höyrykoneen aiheuttama veturin vetovoima (vihreä) on nopeuden noustessa vakio, dieselmoottorin aiheuttama veturin vetovoima (punainen) sen sijaan on laskeva, koska teho on vakio.

Kuvassa dieselmoottorin maksimiteho on Pd. Dieselveturin teho kasvaa nopeuden noustessa, kunnes saavutetaan nopeus Vh, jossa hankauspainon rajoittaman vetovoiman ja veturin nopeuden tulo on moottoritehon suuruinen.

Tämä johtaa siihen, että höyrykonetta käyttävä veturi selvittää ylämäen dieselmoottorin käyttämää veturia paremmin. Dieselveturi joutuu laskemaan nopeuttaan arvoon Vm nostaakseen vetovoimaa mäen vaatimalle tasolle Fm. Höyryveturin ei tarvitse laskea nopeutta, koska vetovoima ei ole muuttuva ja se on suurempi kuin mäessä tarvittava vetovoima Fm.

Puhuin yllä höyrykoneen ja dieselmottorin ominaisuuksista. Höyryveturissa tehon rajoittaa höyrykattila. Mutta sen mitoitus on höyrykoneen aiheuttamasta vetovoimasta riippumaton. Dieselveturissa teho sen sijaan on sidottu dieselmoottoriin, joten teho ja vetovoima ovat sidotut toisiinsa.

Höyrykoneen aiheuttama vetovoima alkaa laskea, kun höyry alkaa kuristua solissa. Kuvassa kuristuminen alkaa tehon arvolla Pk.

PNu sanoi:
Höyryveturin varsinaisena ongelmana siis oli, ettei se pystynyt tuottamaan suurinta tehoaan alhaisilla nopeuksilla, koska höyrykoneen iskuluku on pienellä vauhdilla vähäinen.

Tämähän ei ole mikään ongelma, koska liikkeellelähdössä ainoa ratkaiseva tekijä on vetovoima ja heti liikkeellelähdön jälkeen nopeuden ollessa lähes nolla myös tehontarve on lähes nolla. (vetovoima X * nopeus nolla = nolla)

PNu sanoi:
Sen sijaan sähköisellä tai hydraulisella voimansiirrolla varustetussa dieselveturissa moottori saattoi käydä ajonopeudesta riippumatta täydellä teholla ja näin saavutettiin arvokas vakiotehon ominaisuus.

Kuten jo edeltä käy selväksi, teholla ei ole mitään "avokkuutta", koska sitä ei liikkeellelähdössä tarvita, vaan vetovoimaa. Ja juuri tämä asia on dieselmoottorille ja siten dieselveturille ongelma. Höyry- ja sähkökone pystyvät kehittämään maksimaalisen vääntömomentin ja siten veturin vetovoiman (kierros)nopeudella nolla, mutta dieselmoottori ei. Dieselmoottorin kanssa tarvitaan mekaaninen tai hydraulinen kytkin tai sitten dieselveturista on tehtävä sähköveturi, jotta dieselmoottorista saadaan vetovoimaa nopeudella nolla.

PNu sanoi:
Jos esimerkin vuoksi ajatellaan dieselveturia, jossa teho olisi vetopyöriltä mitattuna 1500 hv niin vetovoima on tällä teholla 100 km/h ajettaessa noin 40 kN....

Tämä pohdinta ei mene oikein, koska se perustuu erehdykseen siitä, mikä on tehon ja vetovoiman merkitys. Pohdinnan virhe on siinä, että höyryveturin ja dieselveturin on oletettu noudattavan samaa maksimitehokäyrää nopeutta Vh suuremmalla nopeudella. Kuten kuvasta näkee, näin ei ole. Eli höyrykoneen maksimi vääntömomentti ja siten höyryveturin maksimi vetovoima eivät laske nopeuden noustessa kuten tapahtuu dieselveturilla.

Molempien vetureiden maksimivetovoima on samalla hankauspainolla sama, eikä sillä ole mitään tekemistä tehon kanssa. Teho vaikuttaa ainoastaan dieselveturilla siihen, mikä on suurin nopeus Vh, jolla saadaan maksimivetovoima. Sen jälkeen vetovoima laskee nopeuden noustessa.

Linkattu kuva ja edellä oleva selostus ovat periaatteellisia, eivätkä ne ota huomioon todellisuudessa vaikuttavia erilaisia häviöitä. Tässä olen verrannut höyrykonetta ja dieselmoottoria veturin voimanlähteenä ottamatta huomioon höyryveturin kattilan ominaisuuksia.

Antero

SD202 · 14 Joulukuu 2007

Vs: VR:n henkilöliikenteen strategia

Move on sanoi:
Dieselvetureita hankittaessa amerikkalainen GM-Nohab ei tullut kysymykseen poliittisista syistä ja samoista syistä sähköveturit päädyttiin tilaamaan Neuvostoliitosta, vaikka muitakin vaihtoehtoja olisi ollut tarjolla.

Sen sijaan unkarilaiset saivat tilata GM-Nohabin tuotteita, vaikka maa oli vielä tiukemmin Neuvostoliiton vaikutuspiirissä kuin Suomi.

vompatti · 14 Joulukuu 2007

Vs: Veturiteknologioista

Ehkä viimeisin viestini on mennyt asiattomaan suuntaan. Pahoitteluni. Yritetään pitää keskustelu jatkossa asiassa.

Antero Alku sanoi:
Suomessa VR Oy:n touhu on niin pientä, ettei täällä kannata olla useita veturisarjoja.

Tässä olisi ollut hyvä syy dieselöidä aikaisemmin! Höyrykaudella tarvittiin useita erilaisia vetureita eri tarkoituksiin - kaksinajo kun ei ollut järkevää. Dieselöinti mahdollisti moninajon ja siten veturisarjojen määrän pienentämisen. Yhdellä veturityypillä voitiin ajaa kaikenlaiset junat kytkemällä riittävä määrä vetureita junan eteen. Ja tämä on juuri dieselveturin etu - ei haitta - höyryveturiin nähden.

Pääsemmekö tästä nyt siihen lopputulokseen, että kyse on rautatieyhtiön preferensseistä: osa yhtiöistä arvostaa enemmän pientä veturisarjamäärää ja osa sitä, että jokaisessa junassa on vain yksi veturi?

Yhdysvalloissa veturisarjojen määrällä ei ollut niin suurta merkitystä, sillä kaikki dieselveturit ovat kaksinajokelpoisia toistensa kanssa. Kaikissa ensimmäisen sukupolven EMD:n dieselvetureissa on sama moottori ja voimansiirto, joten varaosatkin olivat yhtenäisiä eri veturisarjoille. Toista oli esimerkiksi Alcolla, jolla moottori ja voimansiirto vaihtui veturista toiseen aina Century-sarjaan asti.

Palataan vielä hieman dieselvetureiden kokoon. Antero kritisoi 1930-luvun dieselvetureita siitä, että ne olivat pienikokoisia ja niitä tarvittiin useita yhden junan eteen. Kuitenkin 1930-luvun ensimmäiset linjadieselveturit (jätetään vaihtoveturit pois tästä tarkastelusta) olivat saman kokoisia kuin nykyisin Euroopassa yleiset dieselveturit. Veturin koko ei siis olisi estänyt dieselöintiä Euroopassa.

Nykyisten vetureiden pienuudella tarkoitan sitä, että yksi veturi ei vieläkään riitä junan eteen. Esimerkiksi LKAB:n junissa on kaksi veturia. Tätä ei voi perustella veturisarjojen määrällä, sillä LKAB ei tietääkseni aja niin kevyitä junia, että yksi veturi riittäisi (paitsi tietysti tyhjävaunujunat). Joku syy varmasti on sille, että nykyisin ei valmisteta kuusiakselisia suurempia vetureita. Esimerkiksi Pohjois-Amerikassa ja Australiassa säästettäisiin vetureiden ja dieselmoottoreiden määrässä, jos palattaisiin vaikka 10- tai 12-akselisiin vetureihin. Teen tästä sen johtopäätöksen, että usean veturin moninajosta ei haluta päästä eroon.