85 éves hibridhajtás? Az bizony, méghozzá magyar!
„1938 őszén készült el a MFTR motoros lapátkerekes vontatóhajója, a „Széchenyi“, mely a korszerű, nagyteljesítményű folyami vontatók problémájának sok szempontból figyelemreméltó megoldása” – olvashatjuk a Ganz közlemények 1939 évi 27. számában. Lapátkerekes vontató? Mi ebben a nagy dolog? Hiszen akkoriban mintha meghaladott lett volna ez a hajtási mód! Ne ítélkezzünk ilyen hirtelen, mert bizony annak komoly oka volt, hogy a lapátkerekes megoldást választották. És ennek a hajtásnak volt még egy igazán nagy különlegessége!
Borítóképen: Az MFTR Széchenyi Diesel-elektromos motoros-lapátkerekes vontatóhajója Budapesten
A cím nem elírás, ez volt ugyanis a Széchenyi és testvérhajója, a Baross Európa első dízel-elektromos hajtású lapátkerekes vontatóhajói voltak!
Itt kell megjegyezni, hogy ez a hajó nem azonos a ma ismert rendezvényhajóval – ami pedig szintén hasonló hajtással bír! -, azt ugyanis a Schiffwerft Korneuburg építette 1940-ben, eredeti neve pedig Stadt Passau volt, és csak 2006-ban vette fel a gróf Széchenyi nevet. Az pedig egyáltalán nem kizárt, hogy azért van azonos elvű hajtása, mert a két magyar hajó igen jó belépő volt az akkor újdonságnak számító hajtásrendszerek bevezetéséhez.
„Valóban indokoltan mondja a hajóstapasztalat: A kerék jobban húz, mint a csiga” – írja a már idézett közlemény. Mit jelent ez? Nos, a Dunán a Budapest—Wien—Regensburg viszonylaton akkoriban 1,2 méter volt a vontatóhajókra engedélyezett átlagos merülés. Ez pedig méretezési kérdéseket vet fel, ugyanis az ikercsavaros megoldás esetén azonos effektív vonóerőhöz (amit ténylegesen, a „vízen mérve” kifejt a hajó) 1.210 LE szükséges, míg a lapátkerekes megoldásnál elegendő mindössze 890 LE.
Az ikercsavaros hajtásnál tehát 36 százalékkel (!!!) nagyobb teljesítmény kell, ami természetesen több üzemanyag felhasználását is jelenti, és persze nagyobb gépekkel kell felszerelni a hajót.
„… a legutóbbi két évtized folyamán a lapátkerék alkalmazása mindinkább háttérbe szorul és a korszerűnek mondott, újonnan épült hajók túlnyomórészt csavaros megoldásúak. De ezek a hajók mindannyian — motorosok, míg az elavultnak mondott kerekes vontatók valamennyien — gőzüzeműek. Valójában pedig nem a kerék, mint propulzőr (a.m. hajtómű – a szerk.) avult el, hanem a gőzüzemnek kellett kiszorulnia a nyersolajmotor térhódítása elől.”
Ha ez így van, akkor miért hagyták el egyre inkább a lapátkereket? Erre a fenti idézet nem ad választ, de arra sem kellett sokat várni, amikor a közleményt olvastuk. Íme:
„… a lapátkerék — méretviszonyai miatt — általában igen alacsony fordulatszámú hajtást kíván. Percenkénti 35—45 fordulat adja a legjobb hatásfokú vontatóüzemet. A szóbajövő Diesel-motorok fordulatszáma viszont — percenkénti 300—1.000 közt — annyira eltér ettől, hogy közvetlen hajtásra gondolni sem lehet.”
A helyzet az, hogy – ezek szerint – akkoriban diesel motorok nem feleltek meg lapátkerekes meghajtáshoz, ezért hagyták el az egyébként jobb hajtásitulajdonságokkal rendelkező megoldást. Arra is megvan a magyarázat, hogy miért nem alkalmaztak valamilyen áttételt, de elsőre a megoldásként választott hajtásmód lényegesen bonyolultabbnak tűnik, mint „leáttételezni” a gyors fordulatú motort.
Ettől azért kicsit bonyolultabb a helyzet a diesel motoros-lapátkerekes hajtás témakörében, amit a közlemény ismertet is, méghozzá elvárások, problémák felsorolása formájában:
- A kis fordulatszámú, azaz a keréktengelyre kapcsolt elemében alkalmas legyen az ott fellépő és átviendő kb. 1000 LE-ből adódó rendkívül nagy, kb. 20.000 mkg forgatónyomaték átvitelére. Ez utóbbi számérték azt jelenti, hogy itt rendkívüli igénybevételnek kitett elemről van szó.
- A lapátkerékből származó terhelőnyomaték az egyes lapátok egymásutáni bemerülése miatt periodikusan ingadozó. Ez az áttételi rendszert és a motorokat fokozottan veszi igénybe, miért is rugalmas elemek közbeiktatása szükséges.
- Tegye lehetővé egynél több Diesel-motornak egyszerre, vagy külön-külön a keréktengelyre való kapcsolását.
- Míg a motorokat rendszerint a hajó hosszában kell felállítani, addig a keréktengely harántirányban fekszik. Az erőátvitelnek tehát derékszögben törnie kell a hajtás irányát.
- Hatásfoka szempontjából az erőátvitel ne okozzon akkora veszteségeket, hogy ezzel feleméssze a motor és kerék együttes alkalmazásától várt gazdaságossági előnyöket.
- Üzemi szabályozás — azaz a lapátkerék fordulatszámának és forgásirányának beállítása — szempontjából alkalmazkodjék egyszerre a Diesel-motor és a lapátkerék karakterisztikáihoz.
Minthogy azonban a fogaskerék önmagában nem elégséges a többi feltétel teljesítésére, további elemekkel kombinálták az erőátvitelt.
Ezen a ponton tehát dönteni kellett, hogy miként is oldják meg a helyzetet, mert a tisztán mechanikus megoldások mindegyikének volt valami olyan sajátossága, ami a felsoroltproblémák legalább egyikére nem jelentett megfelelő megoldást.
Itt jön képbe a villamos hajtás, ami annyit tesz, hogy a motor és hajtást közvetlen kifejtő lapátkerék között nincs mechanikus kapcsolat!
Igen ám, de ehhez szokatlanul alacsony fordulatszámú villamos motor kell! Ellentétben azonban a dízelmotorral, a villamos hajtásnál megfelelő méretezéssel elérhető a kívánt fordulatszám. A percenkénti 35-40-es fordulatú villamos motor méretei szokatlanul nagyok, ráadásul arra is figyelemmel kellett lenni, hogy a rendkívül nagy forgatónyomatékhoz megválasztott magas minőségű anyagok használata mellett is az üzembiztonság, a férőhely, a súly és az ár tekintetében kedvezőbb tulajdonságokat kellett felmutatni, mint a tisztán mechanikus megoldás esetén.
Márpedig a műszaki adatok azt mutatják, hogy a mérnököknek sikerült megoldani ezeket a problémákat is!
Az 1.000 lóerős „Széchenyi” hajóteste 60 m hosszával, 7,5 m szélességével, középen 2,75 m oldalmagasságával és 1,2 m merülésével, 6,0 m legmagasabb fixpontjával alig tér el a Dunán szokásos 600—700 lóerős vontatógőzösök hajózás szempontjából jól bevált méreteitől.
Az 1.000 lóerős Dieselelektromos gépberendezés súlya egyezik egy kb. 45%-kal kisebb teljesítményű gőzgépberendezés súlyával.
Üzemolaj-készlettartányainak befogadóképessége 90 tonna, mely készlet mintegy 450 menetórára elég. Mivel a lapátkerék sajátossága, hogy legjobban egy bizonyos bemerülésnél működik, úgy e legkedvezőbb bemerülés, az említett 1,2m, 30 tonna olajkészletnek felel meg.
Minden 1 órai üzem után a hajó merülése 0,53 mm-rel csökken, míg azonos erősségű széntüzelésű gőzösnél e játék mintegy 2,5 mm!
Az elsődleges hajtóerőt 3 Ganz—Jendrassik-rendszerű, VIII JsR 216/310 típusú, egyenként 400 lóerős nyersolajmotor szolgáltatja. A Diesel-motorok — regulátor hatása alatt — a hajó menetállapotától függetlenül állandó irányban és fordulatszámmal futnak, és alkalmasak normális szerkezetű, egyenáramú dinamók közvetlen hajtására.
Három Diesel-dinamó-gépcsoport áll tehát a hajóüzem rendelkezésére és ezek Ward-Leonard-kapcsolási elv szerint táplálják a kerékhajtó elektromotort. A hajó teljes géperejének a 3 Diesel-egységre való megoszthatósága rendkívül fontos szempont. A 3 dinamó egymással és a motorral van sorba kapcsolva, de a dinamók közül egy vagy kettő tetszőlegesen kiiktatható a főáramkörből, így 1—1 dinamónk — üzemi normális teljes gerjesztésnél — átlag 180 Volt feszültséggel járul hozzá a motor kapocsfeszültségéhez, mely tehát mindhárom dinamó igénybevétele esetén összesen 540 volt.
Alapesetben a hajó sebessége a lapátkerekek fordulatszámától függ, ami pedig a hajtásra fordított erő függvénye, így a megoldás alkalmas a sebesség szabályozására.
Ezzel együtt is tovább finomítottak a rendszeren, méghozzá úgy, hogy a motorok gerjesztését is szabályozhatóvá tették, így a kapitányi hídon elhelyezett vezérlőegység nem csak a dinamók ki- és bekapcsolását szabályozta, hanem a motort tápláló elektromos áram áramerősségét is.
Ezzel pedig már minden navigációs feladat végrehajtására alkalmassá vált a műszaki újdonság – amit aztán mások előszeretettel másoltak le…
Fontos megemlíteni még, hogy a hajó teljes újdonságot jelentő hajtása miatt a teljes hajtótest szerkesztése egészen más megközelítést kívánt meg, az akkor szokásos hajóépítési sztenderdeken jelentős változásokat kellett eszközölni. De nem maradt el az eredmény!
Végül – a hatalmas elektromotorok ellenére is! – a dízel-elektromos hajtás az addigiaknál jelentősen kisebb helyet foglalt el, így igen tágas, kényelmes személyzeti helyiségeket sikerült kialakítani!
Az sem éppen mellékes, hogy a kormányzásról is elekromotorok gondoskodtak, melyek sokkal apróbbak voltak, mint a hajtást szolgálók, de ez akkoriban szintén nem számított szokásos megoldásnak ebben a hajóosztályban.
A Széchenyi vontató 1938 szeptemberében állt szolgálatba, és az üzemi tapasztalatok alapján már 1938 márciusában látható volt, hogy kifizetődő volt az MFTR számára a Ganz általi fejlesztés, mivel üzemeltetési költségeik, megbízhatóságuk és hajózási tulajdonságaik messze túlmutattak az akkor szokványos vontatóhajókén.