Es wird nicht passieren

Du hast gefragt:

Was könnten wir jetzt tun, was sie vor 70 Jahren nicht tun konnten?

Antwort: Sie konnten keine elektrifizierte Eisenbahn für Lokomotiven schaffen, anstatt ihren ganzen Treibstoff herumzuschleppen.

Wenn es um die Stromerzeugung geht, gibt es erhebliche Einsparungen in Bezug auf Größe und Zentralisierung. Wenn dieselelektrische Motoren nicht mehr lebensfähig werden, wird dies keine Dampfmaschinen zurückbringen. Stattdessen wird es zu einem Boom bei Elektromotoren kommen. Den Strom, den Sie an Bord des Zuges erzeugen möchten, erzeugen Sie nicht an Bord, sondern in einem Kraftwerk. Wirtschaftlich, effizient und logistisch ist dies der beste Weg, nicht zuletzt, weil wir damit bereits vorhandene Technik nutzen können, anstatt die Dampfmaschine im 21. Jahrhundert neu erfinden zu müssen.

Außerdem gibt es keinen effizienteren Weg, Energie zu verteilen als Strom. Das Herumschleppen von Kohle und Wasser – oder anderen Dampfbildnern – ist entsetzlich lästig.

Wenn Sie unbedingt wieder Dampfmaschinen bauen möchten, werden sie nicht die stereotype schnaufende Chugga-Chugga-Chugga-Art sein, an die wir gewöhnt sind, sondern nur Versionen der dieselelektrischen Art, bei denen die Dampfmaschine einen Generator antreibt, der wiederum einen Generator antreibt treibt Elektromotoren an den Rädern an. Sie werden also ziemlich langweilig aussehen und nicht die stilvollen Art-Deco-Maschinen der 1920er bis 1940er Jahre.

Es tut mir leid, aber da Sie nach "harter Wissenschaft" gefragt haben, bin ich gezwungen, Ihnen eine langweilige Antwort zu geben.

• Die meisten Dampfmaschinen würden Kondensatoren verwenden, sowohl um Bewässerungsstopps zu vermeiden als auch um die Wärmeenergie zum Vorwärmen des Speisewassers zu nutzen.
• Viele Dampfmaschinen würden moderne Getriebe anstelle von direkt mit den Rädern gekoppelten Kolben und Stangen verwenden. Dadurch können sich die Kolben mit der optimalen Geschwindigkeit für die Stromerzeugung drehen und nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit, um die Räder zu drehen. Das würde bedeuten, dass die Antriebsräder auch kleiner werden können, die übergroßen Räder alter Lokomotiven werden nicht mehr benötigt.
• Einige von ihnen verwenden möglicherweise Dampfturbinentechnologie .
• Sie sehen vielleicht elektrische Dampfmaschinen, bei denen die Dampfmaschine einen Generator antreibt und dieser Generator Elektromotoren antreibt.
• Es könnte eine Technologie entwickelt werden, um den Heizer, der Kohlebrocken transportiert, durch eine Pipeline zum Transport von Kohlenstaub zu ersetzen.

Aus rein ästhetischer Sicht hoffe ich, dass sie als Art-déco-Schönheiten zurückkommen

Ein Beispiel hierfür ist PRR-S1

Sie könnten sie auch NUKLEAR machen! Verwendung von RTGs wie in Satelliten, überhaupt keine Umweltverschmutzung! Mit einer kontinuierlichen Wärmequelle müssen Sie weder Kohlenmann noch Brennstoff transportieren, sondern nur viel Wasser.

Dampfmaschinen sind aus der Mode gekommen, weil sie im Vergleich zu dieselelektrischen Motoren erhebliche Probleme haben.

1. Das Leistungsgewicht ist eher gering
2. Dampfmaschinen können bis zu 10 Stunden brauchen, um nach einem Kaltstart Dampf zu erzeugen
3. Das Gewicht von Wasser, Kraftstoff usw. ist weitaus größer als das entsprechende Gewicht von Dieselkraftstoff
4. Dampfmaschinen sind relativ komplexe Maschinen mit erheblichen Sicherheitsproblemen durch die Verwendung von Frischdampf und einem Druckkessel.

Um also eine Dampfmaschine zurückzubringen, müssten wir Wege finden, diese Probleme zu lösen. Einige der Probleme könnten tatsächlich durch die Verwendung von überkritischem CO2 als anderes Energieübertragungsmedium als Wasser gelöst werden. Durch die höhere Dichte kann viel weniger Flüssigkeit verwendet werden, die Energieeffizienz ist viel höher, und da eine geringere Flüssigkeitsmenge im System vorhanden ist, würde die „Dampf erhöhen“-Zeit erheblich verkürzt werden. Experimente mit überkritischem CO2 anstelle von Dampf in Wärmekraftwerken deuten darauf hin, dass eine Turbine und die dazugehörigen Rohrleitungen 1/10 der Größe der entsprechenden Dampfturbine haben könnten.

https://inldigitallibrary.inl.gov/sti/2906955.pdf

http://energy.sandia.gov/energy/renewable-energy/supercritical-co2/

http://www.co2turbine.com

Das offensichtliche Ergebnis wäre, dass der dem "Motor" gewidmete Raum viel kleiner wäre, und da dies ein Turbinensystem mit geschlossenem Kreislauf ist, wäre der resultierende Motor auch kleiner und leichter. Dies würde durch die Notwendigkeit großer Kühler etwas ausgeglichen, und natürlich wurde auch das Problem des unter hohem Druck stehenden Arbeitsfluids nicht beseitigt.

Der direkte Antrieb von der Turbine zu den Antriebsrädern ist nicht die beste Lösung (das Untersetzungsgetriebe würde einen Großteil der Größen- und Gewichtsvorteile der Verwendung einer überkritischen CO2-Turbine ausgleichen), sodass die Turbine einen Hochgeschwindigkeitsgenerator antreiben würde. Ein dampfelektrischer serieller Antrieb würde ähnlich funktionieren wie aktuelle dieselelektrische Motoren. Da Sie eine Turbine verwenden, können Sie mit einer Lokomotive möglicherweise die gleiche Energieleistung erzeugen wie mit mehreren dieselelektrischen Lokomotiven. Dies könnte durch die Bereitstellung von angetriebenen Drehgestellen an den Triebwagen selbst erschlossen werden, was eine verteilte Leistung über die Länge des Zuges ermöglicht und möglicherweise mehr Traktion für Starts, Stopps, das Hinauffahren steiler Steigungen und so weiter bietet.

Der andere Vorteil für die Eisenbahngesellschaft besteht darin, dass sie nur eine Lokomotive pro Zug benötigen, was besonders beim Betrieb großer und schwerer Ganzzüge eine nützliche Kosteneinsparung wäre

Wenn Sie sich eine Dampflokomotive aus der späten Ära wie die Mallard ansehen, denke ich, dass es echte Ähnlichkeiten mit moderneren Zügen gibt, z.

Ich würde erwarten, dass Zughersteller weiterhin stromlinienförmige Lokomotiven entwerfen, die sowohl gute aerodynamische Eigenschaften haben als auch Vorstellungen von Geschwindigkeit und Modernität hervorrufen.

Sie wären wahrscheinlich nicht weiß, weil weißes Zeug um Kohle herum schmutzig wird. Dunkle Farben sind wahrscheinlicher.

Ich würde erwarten, dass der Fahrer vorne sitzt, weil (a) der größte Teil der Betankung des Zuges von automatisierten Maschinen erledigt würde, (b) die Steuerung eher elektronisch als mechanisch wäre und von einer entfernten Kabine aus bedient werden könnte, und (c) die Vorderseite bietet eine bessere Sicht nach vorne und mehr Sicherheit.

Die Kohleausschreibung würde aus verschiedenen Gründen eher gedeckt als offen sein. Erstens würde es der Lokomotive wieder zu einem moderneren und schlankeren Aussehen verhelfen. Zweitens könnte es eine modulare Lösung für eine effizientere Betankung geben (statt nur „Kohle von oben einzufüllen“). Drittens bedeuten Verbesserungen in der Brennstoffchemie und der Technologie, die den Brennstoff in die Brennkammer transportiert, dass wir den Brennstoff vor Witterungseinflüssen schützen müssen.

Für Fernzüge gibt es möglicherweise Lösungen, um Kraftstoff über/unter den Waggons zu lagern und ihn dann bei Bedarf automatisch zum Ende zu transportieren.

Nachdem das alles gesagt ist, hier ist ein cooles Kunstwerk namens "Heavy Metal Hero" von Rodney Matthews:

Diese Kunst wurde auch auf dem Cover eines alten Videospiels namens Transarctica verwendet , das in einer postapokolyptischen gefrorenen Welt spielt, in der Menschen in Zügen leben, die auf der Suche nach Vorräten durch die Landschaft streifen.

Die anderen Kommentatoren haben gute Arbeit geleistet und darauf hingewiesen, was sich mit den Brems- und mechanischen Steuerungssystemen einer modernen Dampflokomotive ändern könnte, sowie die technischen Gründe, warum Dampf zunächst an Gunst verlor. Mitte des 20. Jahrhunderts arbeiteten jedoch französische, argentinische und britische Ingenieure hart daran, die Leistung von Dampflokomotiven radikal zu verbessern. Einige der letzten Ergebnisse sahen so aus:

Es kommt dem nahe, was ich mir vorgestellt habe, als ich Ihren Beitrag gesehen habe, da dies immerhin der World Building Stack Exchange ist. Die Hauptinnovation jenseits der Ästhetik ist die Thermodynamik des Kessels und des Brennstoffzufuhrsystems. Es erfordert einige grundlegende Thermokenntnisse, um es zu verstehen, wird aber hier sehr gut beschrieben: https://csrail.org/modern-steam

Einen vollständigen Bericht über den abgebildeten eleganten Zug finden Sie hier: https://static1.squarespace.com/static/55e5ef3fe4b0d3b9ddaa5954/t/55e637bee4b0bef289260255/1441150910433/%23+DOMS-2_PORTA_Argentina.pdf

Fast alles, was Sie suchen, ist auf dieser Wikipedia-Seite von einer Prototyp-Dampflokomotive aus den 1990er Jahren verlinkt. https://en.wikipedia.org/wiki/5AT_Advanced_Technology_Steam_Locomotive

Ingenieure überholen und bauen auch heute noch Dampflokomotiven, aber die meisten sind unkomplizierte Umbauten von Mid-Century-Modellen mit den minimalsten Änderungen, damit sie die Sicherheitsparameter erfüllen. Sie behalten den gleichen im Wesentlichen "nicht modernen" Körper, den Sie sich vorstellen würden.

Dampfkraft wäre dampfelektrisch

Dieselzüge betreiben keine Dieselmotoren, die mit Getrieben gekoppelt sind, die mit den Rädern gekoppelt sind. Moderne werden einen Diesel verwenden, um einen Generator anzutreiben, um eine VVVF -Antriebseinheit (Variable Voltage, Variable Frequency) anzutreiben. Als Getriebe dienen der elektrische Generator und der Motor. Das ist heute effizienter; Wenn Sie die Antriebsmaschine wechseln, bleibt die Kombination aus Generator und Antrieb unberührt und ist immer noch effektiver (nämlich leichter) als ein mechanisches Getriebe.

Für die Stromerzeugung ist eine Turbine am besten geeignet

Da Sie jetzt an einen elektrischen Generator angeschlossen sind, ist der stabilste und effizienteste Weg, einen solchen zu betreiben, eine Turbine mit konstanter Drehzahl. Was wissen Sie, die gleiche Technologie wird bis heute in Dampfkraftwerken auf Kriegsschiffen verwendet. Der Nimitz-Flugzeugträger betreibt (viele) 8.000-kW-Dampfturbinen, eine Lokomotive könnte eher 2.000 kW haben.

Muss es wirklich Dampf sein?

Wissen Sie, wenn Sie ein turbinenelektrisches System in einem Zug betreiben wollen, warum machen Sie es nicht zu einer Gasturbine? Dies ist im Grunde ein Strahltriebwerk; Anstatt Dampf einzufüllen, um die Turbine anzutreiben, füllen Sie Benzin ein und zünden es an. Das Leistungsgewicht dieser Dinger liegt außerhalb der Charts (im Vergleich zu Diesel und Dampf), und die Turbinenleistung ist im Grunde die gleiche wie bei einer Dampfturbine.

Warum muss es mit Festbrennstoff betrieben werden? Flüssigkeiten sind einfacher zu handhaben. Dampflokomotiven werden traditionell mit Öl schlechter Qualität betrieben. Jüngste Beispiele sind die neuen und umgebauten Lokomotiven von DLM , die mit Leichtöl oder Dieselkraftstoff betrieben werden. Dampflokomotiven können jedoch Bioabfälle wie Holzhackschnitzel oder landwirtschaftliche Abfälle wie Stroh verwenden, obwohl die Energiedichte pro Volumeneinheit sehr gering ist.

Abgesehen davon gibt es keinen Grund, warum sie sich optisch stark von den Lokomotiven der späten 1940er-Jahre unterscheiden sollten. Es wäre wünschenswert, wenn sie in beide Richtungen gleich gut laufen könnten, was in erster Linie eine Frage der Konstruktion von Fahrerhaus und kraftstoff- und wasserführendem Fahrzeug ist. Sehr große Frachtlokomotiven würden vorteilhafterweise der Beyer-Garrett-Konfiguration folgen.

Der große Vorteil der konventionellen Dampflokomotive besteht darin, dass sie einfach ist, mit einer relativ geringen Anzahl von Komponenten, deren Verschleißteile für einen einfachen Austausch ausgelegt werden können. In der Eisenbahnumgebung fungiert der Kessel auch als Energiespeicher, der einen "Puffer" zwischen der Umwandlung der chemischen Energie des Kraftstoffs in die potenzielle Energie im Dampf und von dort über den Direktantrieb in mechanische Energie bereitstellt.

Der Kesselverschleiß kann erheblich reduziert werden, indem Flüssigbrennstoff und eine effektive Wasseraufbereitung bei sehr hohem pH-Wert verwendet werden und die Maschinen dauerhaft warm gehalten werden, um Heiz- / Kühlzyklen zu vermeiden. Durch die externe Verbrennung können die Lokomotiven so konstruiert werden, dass die Produktion schädlicher Abfälle wie Kohlenmonoxid, NOx und Partikel minimiert wird.

Die von einigen der oben genannten Kommentatoren erwähnten langen Vorbereitungszeiten können durch interne oder externe Vorwärmsysteme mit Öl, Gas oder Nachtstrom eliminiert werden.

Meiner Ansicht nach ist es an der Zeit, dass diese Technologie zumindest auf Nebenstrecken, auf denen die Verkehrsdichte die Investitionskosten für die Elektrifizierung nicht rechtfertigt, ein Comeback feiert.

Der thermische Gesamtwirkungsgrad beträgt heutzutage etwa 12 %, was nicht sehr gut ist, aber die Abwärme kann zum Heizen des Zuges verwendet werden. Es sei daran erinnert, dass die stärksten Lokomotiven in Großbritannien die Klasse 68 Diesel und die Duke of Gloucester, das letzte Dampfdesign der British Railways, sind.

Ich würde wetten, dass ein moderner Dampfer ungefähr so ​​​​aussehen würde, vielleicht mit einer zusätzlichen Stromlinienverkleidung und größer. Vor allem, weil sich Hochdruckmaschinen als effizient und sehr erfolgreich herausstellten, aber in der Dampfära noch verfrüht waren. Als Hochdruckkessel perfektioniert wurden, war das Dampfzeitalter längst vorbei, und dieser Prototyp des Massenpotentials kam nie zum Tragen.

In Großbritannien befinden sich derzeit 38 neue Dampflokomotiven im Bau, die für die Befeuerung mit einer Reihe fester, flüssiger und sogar gasförmiger Brennstoffe ausgelegt sind und alle der traditionellen Konfiguration und Anordnung der 1930er und 40er Jahre folgen. Der größte und stärkste davon, der P2, soll 3000 PS bei 80 % und 160 km/h leisten können. Es ist erwähnenswert, dass die Schweiz während des Zweiten Weltkriegs, als sie von deutschen Kohlelieferungen abgeschnitten war und einen Überschuss an Wasserkraft nicht mehr nach Deutschland verkaufen konnte, vorhandene Dampflokomotiven auf Tauchsieder umrüstete, die über auf dem Fußplattendach montierte Stromabnehmer versorgt wurden . Die Hauptprobleme, die ich bei Dampf gegenüber Elektro sehen kann, sind Leistung und Geschwindigkeit. Dampf erreicht eine Leistung von rund 4000 PS für eine Lokomotive in praktischer Größe, verglichen mit einer Elektrolokomotive ähnlicher Größe, die 10.000 PS leisten kann. Die 2009 gebaute britische Tornado-Dampflokomotive hat es geschafft, 186 km/h mit Vollgas zu fahren, 109 km/h langsamer als die geplante Höchstgeschwindigkeit der elektrischen Hochgeschwindigkeitszüge, die dieselbe Strecke benutzen

Dampf beschreibt das Medium zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie. Atomkraft sind oft tatsächlich Dampfturbinen, die mit spaltbarem Material erhitzt werden. Wir würden es wahrscheinlich einen Atom- oder Atomzug nennen, aber es ist immer noch eine Dampfmaschine.