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Atomkraftlokomotive mit Turbinenantrieb Die Erfindung bezieht sich
auf eine Atomkraftlokomotive mit Turbinenantrieb und einem von dessen gasförmigen
Betriebsmittel gekühlten Kernreaktor. Nach einem bekannten Vorschlag ist dabei ein
Kernreaktor vorgesehen, in dem eine Uranlösung aufgespalten wird, wobei die frei
werdende Wärme über ein Kühlmittel einem Wärmeaustauscher für die Dampferzeugung
zugeführt wird. Der Dampf strömt vom Wärmeaustauscher zu einer Dampfturbine, die
mit einem Generator für die elektrische Stromerzeugung gekuppelt ist. Der Antrieb
der einzelnen Treibradsätze erfolgt in bekannter Weise über elektrische Fahrmotoren,
die von dem elektrischen Generator gespeist werden. Die Radsätze sind in vier dreiachsigen
und einem zweiachsigen Drehgestell gelagert. Je zwei dreiachsige Drehgestelle sind
durch eine Brücke verbunden, auf deren Mitte ein den Kernreaktor und Teile der Maschinenanlagen
aufnehmender Brückenträger aufliegt. Nach diesem Vorschlag soll die Lokomotive eine
Länge von fast 49 m und ein Gewicht von etwa 327 t bei einem Achsdruck von 23 t
aufweisen, wobei weit über die Hälfte des Gesamtgewichtes auf den Kernreaktor und
hierbei insbesondere auf dessen primären und sekundären Strahlungsschutz entfällt.
Für europäische Verhältnisse ist sowohl das Gewicht als auch die Länge einer solchen
Atomkraftlokomotive viel zu groß.
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Bei einem anderen bekannten Vorschlag einer Atomkraftlokomotive mit
elektrischer Kraftübertragung auf die Treibachsen ist zwar der Wärmeaustauscher
durch Verwenden des gasförmigen Betriebsmediums zum unmittelbaren Kühlen des Kernreaktors
vermieden worden. Es ist jedoch im Kreislauf des Betriebsmediums ein Kühler vorgesehen,
so daß keine Gewichts- oder Platzersparnis eintreten wird, zumal die gesamte Anlage
mit einem Strahlungsschutz versehen sein muß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Atomkraftlokomotive
zu schaffen, die ein wesentlich kleineres Baugewicht und eine erheblich kleinere
Lokomotivlänge als die bereits vorgeschlagenen Atomkraftlokomotiven aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Betriebsmittel
in an sich bekannter Weise ein den Kernreaktor kühlendes Edelgas oder Gas mit Edelgaseigenschaften
ist, das im Kreislauf über die Hilfsmaschinen und mindestens zwei gleichartige Gasturbinenanlagen
geführt ist, von denen in an sich bekannter Weise die eine, in Fahrtrichtung gesehen,
vor und die andere hinter dem Kernreaktor angeordnet ist.
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Edelgasgekühlte Kernreaktoren sind für Schiffsantriebe mit Gasturbinen
bekanntgeworden. Schiffsantriebe sind im Gegensatz zu Lokomotivantrieben im Hinblick
auf die langen ununterbrochenen Betriebszeiten stets wesentlich schwerer und stärker
ausgebildet. Sie können dies auch ohne weiteres sein, da Beschränkungen durch Achsdruck,
Lichtraumprofil, Länge u. dgl. nicht vorliegen. Durch diese bekannten Schiffsantriebe
wird daher eine Lösung der Erfindungsaufgabe nicht ohne weiteres nahegelegt.
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Schließlich ist es bei einer Gasturbinenlokomotive mit Freikolbengaserzeugern
auch noch bekanntgeworden, die beiden Radsätze eines Drehgestells durch jeweils
eine Gasturbine anzutreiben. Eine Gasturbine ist dabei als Hochdruck- und die andere
als Niederdruckgasturbine ausgebildet und jeweils im Bereich des anzutreibendenden
Drehgestells angeordnet, so daß eine Gasturbine in Fahrtrichtung vor und die andere
hinter dem Freikolbengaserzeuger liegt. Da es sich hierbei um eine Lokomotive verhältnismäßig
kleiner Leistung handelt ist auch nur eine Gasturbinenanlage vorgesehen, so daß
die Verhältnisse nicht unmittelbar auf Atomkraftlokomotiven, die betriebsbedingt
große Leistungen aufweisen müssen, übertragen werden können.
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Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen wird insofern
eine vorteilhafte Lösung der Erfindungsaufgabe erzielt, als infolge der Verwendung
eines durch ein Edelgas oder Gas mit Edelgaseigenschaften gekühlten Kernreaktors
der Sekundärstrahlungsschutz in Fortfall kommt, wodurch eine ganz erhebliche Gewichtsersparnis
erzielt wird. Gleichzeitig wird aber eine weitere Gewichtsersparnis noch durch die
Verwendung von Gasturbinen ermöglicht, da hierdurch die Kondensatoranlage für
die
Dampfturbine vermieden wird. Durch den Fortfall der großen Kondensatoranlage ergibt
sich außerdem noch die angestrebte wesentliche Verkürzung der Lokomotive. Die .Lokomotive
kann nunmehr symmetrisch zur Quermittelebene gestaltet werden, so daß gleich gute
Fahreigenschaften in beiden Fahrtrichtungen erzielt und durch die Verwendung gleicher
Teile eine vereinfachte Herstellung mit geringeren Kosten gewährleistet werden.
Die Kraftübertragung auf die Triebräder kann dabei auf beliebige Art, z. B. elektrisch
erfolgen. Eine weitere Gewichtsverminderung ist jedoch gemäß der Erfindung noch
dadurch möglich, daß eine mechanische oder mechanisch-hydraulische, gegebenenfalls
auch eine rein hydraulische Kraftübertragung vorgesehen wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt Abb.1 einen lotrechten Längsschnitt durch eine Atomkraftlokomotiv
e und Abb.2 die Draufsicht auf die Lokomotive gemäß Abb. 1.
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Das Ausführungsbeispiel einer Atomkraftlokomotive gemäß den Abb. 1
und 2 besteht im wesentlichen aus zwei etwa gleichartigen und symmetrisch zur lotrechten
Quermittelebene y der Lokomotive angeordneten Lokomotivteilen 1 und 2 mit je einer
Achsanordnung BB, auf deren Brückenmitten die Enden 3 eines Brückenträgers 4 für
einen Kernreaktor 5 und 6 und zwei in Fahrtrichtung vor und hinter dem Kernreaktor
5 und 6 angeordnete gleichartige Gasturbinenanlagen abgestützt sind.
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Der Kernreaktor 5 und 6 ist symmetrisch zur lotrechten Quermittelebene
y im Brückenträger 4 gelagert und lediglich von einem Primärschutzmante17 umschlossen,
um ein Austreten der radioaktiven Strahlen zu verhindern. Die Uranstäbe 8 des Kernreaktors
5 und 6 sind gasgekühlt, wofür nicht radioaktiv werdende Edelgase, z. B. Helium
oder Gase mit edelgasähnlichen Eigenschaften, vorgesehen werden, um zur Gewichtsverminderung
den sekundären Strahlungsschutz in Fortfall zu bringen. Der Kernreaktor ist in einer
lotrechten Längsebene durch eine Trennwand 9 in zwei Teile 5 und 6 leistungsmäßig
getrennt, von denen jeder eine Gaszuführungsöffnung 10 und eine Gasabführungsöffnung
11 aufweist. Zum Gewährleisten der notwendigen Sicherheit und zum Regeln des Spaltungsvorganges
ist der Kernreaktor 5 und 6 mit nicht dargestellten verstellbaren Bremsstäben und
einer Hilfskühlanlage versehen. Die Hilfskühlanlage besteht aus einer Gasturbine
12 und einem Verdichter 13. Die Gasturbine dient gleichzeitig als Antriebsmaschine
für einen elektrischen Generator 14 zur Versorgung der Atomlokomotive finit elektrischer
Energie. Mittels des elektrischen Generators 14 werden auch die Hochdruckturbinen
15 mit Verdichtern 16 und 17 der Gasturbinenanlagen über mit ihnen verbundene, abschaltbare
Anlasserniotoren 18 hochgefahren. Die Hilfskühlanlage ist so mit den Kernreaktorteilen
5 und 6 verbunden, daß wahlweise ein Teil 5 oder 6 oder beide Teile 5 und 6 des
Kernreaktors mit der Hilfskühlanlage verbunden «-erden können. Eine weitere Regelmöglichkeit
für den Kernreaktor 5 und 6 ist dadurch gegeben, daß die Uranstäbe 8 verstellbar
eingebaut sind, so daß die Durchströmgeschwindigkeit des Kühlgases und damit die
Wärmeabfuhr geregelt werden kann.
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jeder Teil 5 und 6 des Kernreaktors ist mit seiner Gasabführungsöffnung
11 über eine Rohrleitung 19 mit dem Düsenteil einer Hochdruckgasturbine 15 verbunden,
die zum Antrieb eines Hochdruckverdichters 17 und eines Niederdruckverdichters 16
vorgesehen ist. Hierbei ist jede Hochdruckgasturbine 15 unmittelbar über eine Kupplung
entweder mit dem Hochdruckverdichter 17 oder mit dem Niederdruckverdichter 16 verbunden,
während die beiden Verdichter 16 und 17 unter sich über ein Getriebe 20 gekuppelt
und nebeneinander im Brückenträger 4 gelagert sind. Der Ausströmteil jeder Hochdruckgasturbine
15 ist über eine Rohrleitung 21 mit dem Einströmteil einer Niederdruckturbine 22
verbunden, die jeweils zum Antrieb eines Lokomotivteiles 1 oder 2 vorgesehen ist.
Vom Ausströmende jeder Niederdruckturbine 22 wird das entspannte Gas über eine weitere
Rohrleitung 23 dem Ansaugstutzen des Niederdruckverdichters 16 zugeführt, von dem
aus das Gas zu dem Hochdruckverdichter 17 strömt. In der Verbindungsleitung zwischen
dem Hochdruckverdichter 17 und dem Niederdruckverdichter 16 kann zur Verminderung
des Kraftbedarfes des Hochdruckverdichters 17 ein Zwischenkühler 24 vorgesehen werden.
Die Druckseite jedes Hochdruckverdichters 17 ist über eine Rohrleitung 25 an der
Gaszuführungsöffnung 10 eines Teiles 5 oder 6 des Kernreaktors angeschlossen, dessen
Gasausströmöffnung 11 mit der Hochdruckturbine 15 der anderen Gasturbinenanlage
verbunden ist.
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Die Gaszuführungsöffnungen 10 und die Gasabführungsöffnungen 11 beider
Kernreaktorteile 5 und 6 sind über je eine absperrbare Rohrleitung 26 miteinander
verbunden, so daß jede Gasturbinenanlage bei entsprechender Stellung ihrer Steuerungsorgane
und der Ventile der absperrenden Rohrleitungen 26 mit jedem Kernreaktorteil5 oder
6 allein verbunden und somit bei Fahrten mit Teillast immer nur eine Gasturbinenanlage
betrieben werden kann. Damit wird ein günstigerer Teillast-Wirkungsgrad der Lokomotive
erzielt, da in diesem Fall immer eine Gasturbinenanlage mit höherer Last gefahren
werden kann, als wenn beide Anlagen in Betrieb sind. Auch bei Störungen in einer
Gasturbinenanlage kann immer noch mit der anderen gefahren und dieser im Notfalle
die gesamte Leistung des Kernreaktors 5 und 6 zugeführt werden.
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In dem Gaskreislauf der Atomkraftlokomotive muß stets eine bestimmte
Menge Gas vorhanden sein, um ein einwandfreies Arbeiten der Gasturbinenanlagen und
des Kernreaktors 5 und 6 zu gewährleisten. Da Gasverluste nicht ganz zu vermeiden
sind, ist in einem oder in beiden Lokomotivteilen 1 und 2 eine Gasflaschenbatterie
27 vorgesehen, in welcher Kühlgas unter Druck gespeichert ist. jede Gasflaschen
-batterie 27 ist mit einem vom Druck im Gaskreislauf abhängigen Ventil 28 versehen,
über das dem Gaskreislauf jeweils die fehlende Gasmenge zugeführt wird.
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Zur Heizung von angehängten Reisezugwagen ist im Lokomotivteil 2 oder
in einem Teil des Brückenträgers 4 ein als Wärmeaustauscher ausgebildeter Heizkessel
29 vorgesehen, dem ein Teilstrom des heißen Reaktorgases zugeführt werden
kann, das dann den notwendigen Heizdampf im Heizkessel 29
erzeugt. Da der
Heizkessel 29 parallel zu einer Gasturbinenanlage geschaltet wird, kann dem
ungleichen Wärmebedarf der beiden Lokomotivteile 1 und 2 durch entsprechende unsymmetrische
Aufteilung des Kernreaktors 5 und 6 Rechnung getragen werden.
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Der Antrieb der einzelnen Radsätze 30 der Lokomotivteile 1 und 2 kann
in bekannter Weise auf elektrischem Wege erfolgen, wobei jeder Radsatz 30 mit
einem
Fahrmotor versehen ist, die von mit den Niederdruckturbinen 22 gekuppelten Generatoren
gespeist werden.
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Um jedoch eine weitere Gewichtsverminderung zu erzielen, ist es von
Vorteil, die Kraftübertragung mechanisch-hydraulisch auszubilden. Dazu ist die Niederdruckturbine
22 jedes Lokomotivteiles 1 und 2 symmetrisch zu dessen lotrechter Quermittelebene
Z in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und mit doppelseitigem Abtrieb versehen. An
jedem Abtriebsende der Welle jeder Niederdruckturbine 22 ist eine Gelenkwelle 31
oder eine Welle mit elastischen Kupplungen angelenkt, deren freies Ende mit der
Antriebswelle eines Getriebes 32 verbunden ist. Jedes Getriebe 32 ist oberhalb des
zugehörigen Drehgestells 33 fest in der Brücke 34 gelagert. Jedes Getriebe 32 ist
als Geschwindigkeitswechselgetriebe ausgebildet und vorteilhaft als mehrstufiges
Zahnradgetriebe mit Flüssigkeitskupplungen vorgesehen, wobei die einzelnen Geschwindigkeitsstufen
durch Füllen der entsprechenden Flüssigkeitskreisläufe eingeschaltet werden. Die
Abtriebswelle jedes Getriebes 32 ist jeweils symmetrisch zur lotrechten Quermittelebene
jedes Drehgestells 33 angeordnet und über zwei etwa in Fahrtrichtung angeordnete
Gelenkwellen 35 mit den Achsgetrieben 36 der Drehgestellradsätze 30 verbunden.
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Die Drehgestelle 33 sind je nach dem zulässigen Achsdruck zwei oder
dreiachsig ausgebildet. Die Anlenkung zweier zu einem Lokomotivteil 1 oder 2 gehöriger
Drehgestelle 33 an der Brücke 34 des Lokomotivteiles 1 oder 2 erfolgt vorteilhaft
über eine bekannte drehzapfenlose Drehgestellführung, um möglichst unbehindert in
der Ausbildung und Anordnung der Getriebe 32 und 36 zu sein. Selbstverständlich
können auch andere Drehgestellführungen vorgesehen werden.
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Jeder aus zwei Drehgestellen 33, einer darauf abgestützten Brücke
34 und dem zugehörigen Aufbau bestehende Lokomotivteil 1 und 2 weist an seinem dem
Kernreaktor 5 und 6 abgekehrten Ende einen Führerstand 37 auf, während das andere
Ende gegenüber dem Aufbau des Brückenträgers 4 durch eine bewegliche Verbindung,
z. B. einen Faltenbalg, abgedeckt ist.
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Der Brückenträger 4 stützt sich jeweils an einem Ende 3 über eine
Drehpfanne 38 auf der Mitte der Brücke 34 des zugehörigen Lokomotivteiles l und
2 ab, so daß beide Lokomotivteile l und 2 durch den Brückenträger 4 zu einer Einheit
verbunden werden.
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Der Kernreaktor 5 und 6 mit seinem Schutzmantel 7 ist vorteilhaft
auf im Brückenträger 4 quer zur Fahrtrichtung angeordneten Schienen 39 gelagert
und gegen Verschieben gesichert. Nach Lösen der Sicherungen und der Leitungen 19
und 25 für die Gasturbinenanlagen kann er seitlich herausgefahren werden, um notwendige
Reparaturen, eine Erneuerung der Uranstäbe 8 und Kontrollen ohne Schwierigkeiten
vornehmen zu können.
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An Stelle einer einzigen Niederdruckgasturbine 22 zum Antrieb zweier
Drehgestelle 33 können selbstverständlich auch zwei Niederdruckturbinen je Lokomotivteil
1 und 2 vorgesehen werden, von denen dann jede über ein Getriebe 32 die Achsgetriebe
36 der Radsätze 30 eines Drehgestelles 33 antreibt. Für die dreiachsigen Drehgestelle
kann sowohl die Achsanordnung C als auch die Achsanordnung A 1 A vorgesehen werden.
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Die Ansprüche 3 bis 5, 7, 9 und 12 sind reine Unteransprüche und gelten
nur in Verbindung mit Anspruch 1.