联合太平洋铁路燃气轮机车系列
联合太平洋铁路燃气轮机车（英文：Union Pacific GTELs）为联合太平洋铁路曾经装备的铁路干线货运燃气轮机车。1950年代初至1960年代末，联合太平洋铁路装备有世界上最大的燃气轮机车车队，取代大男孩级蒸汽机车投入干线货运。其原型车，UP50，由通用电气（美国机车公司-奇异联合体，1953年解体）制造并于1948年交付。在此基础上，联合太平洋铁路燃气轮机车发展了三代，共生产了55台。在鼎盛时期，燃气轮机车车队承担了全路10%的运量。
| 联合太平洋铁路燃气轮机车 | |
|---|---|
 伊利诺伊铁道博物馆展出的UP18号燃气轮机车。其有四组动轮，每组三轴 | |
| 概览 | |
| 类型 | 燃气轮机车 |
| 原产国 |  美国 |
| 生产商 | 美国机车公司－通用电气（1948-53） 通用电气（1953-61） |
| 生产型号 | GE 101（1948年展出） |
| 序列编号 | UP50（原型车） UP51-60（第一代） UP61-75（第二代） UP1-30（第三代） |
| 生产年份 | 1952年－1961年 |
| 产量 | 55台 |
| 主要用户 | 联合太平洋铁路 |
| 交付日期 | 1952年1月 |
| 首次运行 | 1952年1月 |
| 最后运行 | 1969年12月 |
| 退役日期 | 1968年8月－1970年2月（最终型号） |
| 昵称 | “阳台”（第二代） “大风”（第三代） |
| 技术数据 | |
| AAR轴式 | B+B-B+B（第一和第二代） C-C+C-C（第三代） |
| 轨距 | 1,435毫米 |
| 机车长度 | 83英尺6.5英寸（25.464 m）（原型车） |
| 整备重量 | 500,000磅（230,000 kg）230吨（原型车） 849,212磅（385,196 kg）385.196吨 第三代 |
| 受流电压 | 电力传动 |
| 牵引电动机 | GE 752E1型电动机（第一代和第二代） GE 752E3型电动机（第三代） |
| 最高速度 | 65英里/小时（105 km/h） |
| 牵引功率 | 4,500 hp（3,400 kW）（第一代和第二代） 8,500 hp（6,300 kW）（第三代） |
| 牵引力 | 944.410千牛（第三代） |
| 安全系统 | 双莱斯利A-200型汽笛（第一和第二代） 莱斯利S-5T-RF型汽笛（第三代） |
燃气轮机车的燃油效率极低，其油耗相当于同等功率柴油机车的两倍。起初问题不大，因为该车能使用价格极为低廉的船用C级燃料油。但该燃料使用难度较大，黏度大，低温度下容易凝结成糊状或焦油状。因此该车油箱（或外置燃料车）内建有加热器，以维持200°F（93°C）的温度，保证燃油流动性。后联合太平洋铁路改使用污染较少，杂质也相对较少的6号重油。燃气轮机车还面临不完全燃烧造成的炭黑积累和腐蚀性粉尘侵蚀的问题。因此联合太平洋铁路对所有的机车进气系统进行优化，将吸气进行进化，以减少污染物生成和涡轮叶片侵蚀，并提高燃气轮机使用寿命。所有的燃气轮机车于1969年停止运营，最后两台机车（UP18和26号）于怀俄明州夏延车库保存作为备用机车，直到1970年2月，正式退役。
原型车
由于联合太平洋铁路的线路穿越美国洛基山区，因此需要较多的大功率铁路机车。1930年代，联合太平洋就测试了一组蒸汽轮机车。第二次世界大战以前，联合太平洋铁路就在其客运线上采用了柴油机车作为动力。此时货运线路上的主力为“挑战者级”4-6-6-4型蒸汽机车和“大男孩级”4-8-8-4型蒸汽机车。而柴油机车尚不完善，功率较低，当时也亦无机车重联的设计。此时通用电气已经开始生产航空用涡轮发动机，并建议以此为基础设计一款使用涡轮机驱动的铁路机车，以满足联合太平洋铁路对功率的需求。联合太平洋铁路亦发现，不同功率的机车维护费用差别不大，采用大功率机车可以减少机车总数，并降低维护开支。
由于燃气轮机车在高速下燃油经济性较高，因此联合太平洋将燃气轮机车投入干线货运。并且尽量减少停站，增加运营速度以增加燃油效率。
1948年11月，美国机车-奇异共同体制造了燃气轮机车原型车GE101，并在东北区域进行测试。1949年6月，该车交由联合太平洋铁路，重新涂装并编号为UP50。该车随即在联合太平洋铁路主线进行高强度运营试验，但联合太平洋铁路从未购买该车。机车前后两端各有一操作室，类似美国机车公司FA型柴油机车。该车亦是当时少数装备双司机室的内燃机车之一。车身两侧有巨大的百叶窗型进气口，并且可以根据需要调节。
每台机车的AAR轴式为B+B-B+B。机车每单元有8轴，2轴为一组，两组由一个跨度支撑架连接到车体。燃气轮机总功率为4,800hp（3.6 MW），列车输出功率为4,500hp（3.4 MW），是当时柴油机车功率的两倍。
列车拥有启动用辅助柴油发电器，为主发电机内启动线圈供电，以带动主发电机转动。主发动机旋转带动燃气轮机核心的涡轮，此时燃烧室里注射柴油，以加速燃烧。列车的供暖车产生的热蒸汽也用来加温燃料，提高燃料流动性（当使用C级船用燃料时）。当燃油和涡轮上升到各自的工作温度，改消耗主燃料并维持燃气轮机运行。
机车自重500,000磅（230吨），长约80英尺（24米）。
联合太平洋订购的燃气轮机车共分三批交付，每批在细节上都有不同。联合太平洋铁路将其用于货运干线，取代大男孩级蒸汽机车。
第一代燃气轮机车
第一代燃气轮机车共十台，编号51至60，于1952年1月至1953年8月交付。和原型车相比，第一代量产型去除了单侧司机室。车体油箱容积为7,200加仑（27,000升）。
第一代机车主要投入联合太平洋铁路犹他州奥格登至怀俄明州绿河的货运线路，经过犹他州韦伯峡谷和回声峡谷路段。
1955年10月起，联合太平洋铁路在机车后方加挂自用油罐车以扩大燃油装载量，和蒸汽机车的煤水车有几分相似之处，可见其惊人的燃油消耗。加挂燃料车后的载油量为24,000加仑（91,000升）。
由于加挂燃油车后续航力增加，燃气轮线路的东端从绿河延伸到怀俄明州的夏延，并最终延伸到艾奥瓦州康瑟尔布拉夫斯。
UP53将进气口从两侧移至车顶，效果良好，UP57至60机车均如法炮制。[1]
UP57试验以丙烷（液化石油气的主要成分）作为主要燃料，其燃料车也于1953年5月改为加压丙烷液化储存装置。相比C级燃料油，丙烷没有杂质，燃烧产物对涡轮叶片没有腐蚀性。但是丙烷的安全性不如C级燃料油，也较难输送补给。试验结束后，1954年1月重新改回使用燃料油。其他列车没有进行类似改装。[2][3]
UP59和UP60曾试验双机重联，以获得9000hp的总功率，两机车共有一节燃料车。但是发现重联行驶方向后方的机车常有熄火故障。试验虽取得部分进展，但还是于不久后中止。其后联合太平洋试验了燃气轮机车和柴油机车重联，并取得成功。[4]
第一代燃气轮机车使用约10年后到寿，于1964年6月逐步退役，由当时交付的第三代燃气轮机车取代。
第二代燃气轮机车
第二代燃气轮机车共15台，编号UP61至75，于1954年起交付。在外观上，该车将原型车车体两侧的进气口置于车顶，在两侧比第一代量产型增加走廊，使得其同时具备单侧端式驾驶室和外置走廊。因此具有官方绰号“阳台”。其内部设备和第一代完全相同。[1]
UP61于1958年进行了和柴油机车重联的试验。试验取得成功，随即联合太平洋铁路将燃气轮机车－柴油机车重联推广，全路除了6台燃气轮机车以单机状态运营外，其余都在运营中和柴油机车重联，以扩大编组并牵引更多的货物。[5]“阳台型”服役十年后，于1963年8月至1964年4月逐步退役。
第三代燃气轮机车
1955年，联合太平洋铁路宣布将订购新一代燃气轮机车，这批机车将是世界上功率最大的铁路机车。新车将由两组燃气轮机车单元重联而成，加上一节燃料车，总输出功率达8,500hp。机车将装备通用电气制造的Frame 5型简单循环式燃气轮机，具备16级压气机，10个燃烧室和2级涡轮。A单元含有司机室和辅助柴油机及发电机，由于使用了内置式加热器，不需要蒸汽加热车辅助启动。B单元则配置有一台燃气轮机和主发电机，是机车的动力来源。两单元均配有牵引电动机。最初联合太平洋欲从7000开始编号，但最后决定编号从UP1至30。列车于1958年8月至1961年6月共交付了30台。第三代车的轴式也发生变化，每单元为C-C配置（不把燃料车计算在内）。
不包括燃料车，第三代燃气轮机车总重为900,000磅（410吨），最大牵引力为240,000lbf（1,100千牛）。
机车功率达8,500hp至今仍是世界上输出功率最大的铁路机车之一。和“大男孩”相似，该车亦有官方绰号“大风”（Big Blow），得名于其排气管喷出类似飞机的高速热浪和强大的噪音。
第三代机车入役时，正值前两代机车（UP51至75）退役。由于前两代机车在运行时发现燃油过滤器常常被杂质堵塞，因此第三代机车使用的燃料在加注油箱和燃料车前均预先过滤。
第三代燃气轮机车常常牵引重达12,000吨货物，在康瑟尔布拉夫斯和奥格登之间的联合太平洋主线上运行。和前两代机车不同，第三代机车车体内没有主燃油箱，所有燃油贮存在容积达24,000加仑（91,000升）的燃料车中。机车车体内置油箱容积2,500加仑（9,500升），用于储存辅助柴油机用柴油燃料。起初第三代车在驾驶室上端安装有莱斯利S-5T-RF型汽笛，后移至A单元车顶散热器风口，以避免前缘结冰造成失灵。
退役
虽然燃气轮机燃油消耗惊人，但可以使用石油工业的副产品C型燃料，价格十分低廉。但随着塑料工业的发展，特别是石油裂化工艺的发明，可以利用C型燃料油生产塑料产品和汽油后，燃料价格持续上升。联合太平洋铁路决定不再使用燃气轮机车作为干线货运的主力，并且准备将现役的剩余燃气轮机车全部退役。
燃气轮机车最后一次运营是1969年12月26日。1970年，所有的燃气轮机车停止运营。部分机械部件用于制造GE U50型柴油机车，前两代机车的支架，牵引电动机，以及车轮的跨度支撑架用于U50型，第三代机车的支架和牵引电动机用于U50C型。部分燃料车仍保留，并改造成水车，用于联合太平洋铁路保留下来仍能运行的动态保存蒸汽机车：UP844和UP3985。
有两组第三代燃气轮机车被博物馆保存：UP26保存于犹他州奥格登的犹他州铁道博物馆，[6]UP18保存于伊利诺伊铁道博物馆。UP18的燃料车有着传奇经历。其生产与1937年，最初作为EF型蒸汽机车的水车。随后改装成燃料车供燃气轮机车使用。1970年代燃气轮机车退役后，重新改装成水车，最后收藏于博物馆。[7]
燃煤涡轮机验机车
1962年10月，联合太平洋铁路曾自己建造了一台试验用燃气轮机车，使用ALCO PA-2型柴油机车作为A单元，大北方铁路W-1型电力机车（从大北方铁路按废品收购）作为B单元。并将一台从前两代退役机车上拆下的燃气轮机稍加改进，安装其上。
最后列车的轴式为A1A-A1A+2-D+D-2，一共有18轴，其中12轴为动轮轴。PA-2的2,000hp（1.5MW）柴油机被保留，B单元拆除电力机车相关部件后，安装涡轮机和主发电机。涡轮机的输出功率为5,000hp（3.7MW），机车总输出功率为7,000hp（5.2MW）。列车使用煤作为主燃料，煤存放在一台由挑战者级蒸汽机车UP3990的煤水车改造而来的燃料车中。系统编号为UP80，但随后更名为UP8080，将原编号留给EMD DD35s型柴油机车。
列车试验的目的是研究用廉价的煤炭作为燃气轮机车的燃料。煤被磨成细粉进行燃烧。试验中，重油燃料上遇到的杂质腐蚀涡轮叶片的问题同样的发生了，并且更加严重，使得燃气轮机寿命更短。最终在20个月的试验后，这个计划被放弃，试验车也被拆毁。燃油燃气轮机车寿命达100万英里（160万公里）运营里程，而燃煤燃气轮机寿命仅仅为一万英里（1.6万公里），并于1968年3月15日故障抛锚。试验结束后，PA-2被卖回EMD公司，而B单元的全部联通煤车在奥马哈的修理厂被拆毁。
参见
联合飞机公司燃气轮客车：使用燃气轮机的客运列车组
DDA40X型柴油机车：联合太平洋铁路曾经使用，世界上功率最大的柴油机车
联合太平洋铁路大男孩型蒸汽机车：联合太平洋曾经使用，世界上功率最大的蒸汽机车
参考文献
- ^ 1.0 1.1 Lee 1975，第19页
- ^ Lee 1975，第30页
- ^ Philosophy of Science Portal "Union Pacific Railroad's GE 4500 gas turbine electric locomotive...good idea, bad idea?". June 8, 2010 [2012-04-29]. （原始内容存档于2011-12-19）.
- ^ Lee 1975，第31页
- ^ Lee 1975，第29–30页
- ^ Utah State Rail Museum Spencer S. Eccles Rail Center. [2012-04-29]. （原始内容存档于2010年12月22日）.
- ^ IRM Roster - Union Pacific Railroad 18. [2012-04-29]. （原始内容存档于2012-02-12）.
Lee, Thomas. Turbines westward. Manhattan, Kansas: T. Lee Publications. 1975. ISBN 978-0-916244-01-9.