Utopia or Opportunity? - Predicted Performance of 21st Century Technology Steam Locomotives

Tutkimuksen tarkoitus on arvioida nykytekniikalla toteutetun, nestemäistä polttoainetta käyttävän höyryveturin suoritusarvoja. Veturissa on hyödynnetty dieseltoleransseja ja -tribologiaa, sähköistä venttiiliohjausta ja huomattavasti perinteisiä korkeampia höyryarvoja. Tällaisia vetureita ei vielä ole rakennettu, mutta ennakoidut ominaisuudet näyttävät lupaavilta. Ennakointia varten on hahmoteltu hypoteettinen esimerkkiveturi, jolla on tutkimuksessa työnimi Hs1, ja jonka suunnittelu ja virtuaalitestaus perustuvat useisiin eri menetelmiin. Ensinnäkin klassisen höyryveturin vahvuudet ja heikkoudet on käyty läpi kehityshistorian ja käyttökokemusten valossa, jotta voitaisiin arvioida, mitä potentiaalinen käyttäjä odottaisi uuden sukupolven höyryveturilta. Toiseksi on tutkittu klassisen ja tuoreimman kirjallisuuden avulla edistysaskeleita, jotka höyrytekniikan kehitys, uudet materiaalit ja menettelytavat ovat mahdollistaneet. Kolmanneksi on analysoitu innovatiivisia ratkaisuja soveltavien prototyyppiveturien koeajotuloksia. Neljänneksi on vertailtu eräitä bio- ja fossiilisten polttoöljyjen käyttö- ja soveltuvuusominaisuuksia vetureissa. Lopuksi on hyödynnetty veturimiesten käytännön osaamista, jotta Hs1 olisi mahdollisimman realistinen ja luonteva työkaluna. Hs1:n pääspesifikaatiot perustuvat kuvattujen menetelmien johtopäätöksiin. Päävoimanlähteeksi on valittu radiaali- eli tähtityyppinen mäntähöyrykone, jota on täydennetty höyryturbiinilla mäntäkoneen poistohöyryn loppupaisunnan saavuttamiseksi. Voima on välitetty vetopyöriin sähkögeneraattorin ja ratamoottorien avulla, joten voimansiirto on pääkoneesta eteenpäin täysin sama kuin dieselsähkövetureissa. Dieselkomponentteja on käytetty soveltuvin osin, jotta Hs1:n käyttö- ja huoltorutiinit poikkeaisivat mahdollisimman vähän dieselvetureista. Sähköinen voimansiirto mahdollistaa ratamoottorien käytön generaattoreina jarrutuksessa, jolloin jarrutusenergiaa voidaan hyödyntää joko akuissa tai kattilan syöttövettä lämmittävissä vastuksissa. Hs1:n ja vertailuveturien suorituskyvyn arvioimiseksi on rakennettu simulointiohjelma, jota on sovellettu sekä linja- että ratapiha-ajossa. Linjalla Hs1:n arvioitu hyötysuhde on vaihdellut välillä 21–27 % riippuen siitä, onko jarrutusenergia otettu talteen. Dieselsähköveturin simuloitu hyötysuhde on 33 %. Vertailuveturina käytetyn klassisen höyryveturin tulos on 6,5–7 % matkaa kohti (vuositasolla vain 3–4 %). Ratapihatyöskentelyn runsaat jarrutukset tarjoavat potentiaalia jarrutusenergian talteenottoon nostaen Hs1:n simuloidun hyötysuhteen välille 29-36% dieselsähköveturin pysyessä tasolla 33 %. Usein pysähtyvissä keveissä taajamajunissa Hs1:n simuloitu hyötysuhde on 18-29 % ja dieselsähköveturin 33 %. Biopoltto on ympäristön kannalta tulkittavissa Hs1:n eduksi verrattuna dieselvetureihin, jos näiden polttoaineena käytetään fossiilista öljyä. Hs1:ssä käytetty pyrolyysiöljy ei myöskään ilman huomattavaa jatkojalostusta sovellu käytettäväksi polttomoottoreissa. Veturien CO2-päästöt ovat jälkimmäisissä fossiilista alkuperää, ellei polttoaineena käytetä bioöljyä, kun taas pyrolyysiöljy on tehty hakkuujätteestä, jonka hiilidioksidi joutuu ilmakehään joka tapauksessa.