Trenin İcadı ve İcat Edilen Lokomotifler
Trenin İcadı ve İcat Edilen Lokomotifler; bazı icatlar insanlık için devrim niteliğindedir. Trenin yani ilk olarak buharlı trenin icadı da bir devrim niteliğindedir. Çünkü buharlı trenle taşımacılık alanında bir çığır açılmış, uzak yakın olmuş, üretilen mallar nakledilmesi gereken ürünler düşük maliyetle uzun mesafe kolayca iletilir olmuştu. 8. yüzyılın sonlarına doğru Avrupa’da çok sayıda demiryolu ve tramvay mevcuttu.
Demiryolu, adından da anlaşılabileceği üzere demirden yapılma bir ray olup atlar tarafından çekilen, flanşlı tekerleklerle birbirlerine bağlanmış olan vagonlar tarafından kullanılıyordu. Buharla çalışan ve raylar üzerinde ilerleyen ilk lokomotif, 1771-1833 yılları arasında yaşamış olan Richard Trevithick tarafından İngiltere’nin Cornwall şehrinde inşa edilmiştir.
Trevithick’den, düşük basınçlı Watt ve Newcomen tiplerinden daha verimli bir şekilde çalışacak bir motor icat etmesi istenmişti ve Trevithick, bunun üzerine yüksek basınçlı buhardan faydalanmaya karar verdi. Nitekim trenlerin günümüze kadar geldiği süreçte üretilen ilk tren buharlı trendir. Şimdi buharlı lokomotif nedir? ve sonradan icat edilen lokomotifler nelerdir? hep beraber inceleyelim.
Buharlı Lokomotif Nedir?
Buharlı lokomotif, buhar gücü ile çalışan lokomotiflerdir. Buharlı lokomotifler 19. yüzyıl ortalarından 20. yüzyıl ortalarına kadar kullanılmışlardır. Buharlı trenler buhar basıncı ve buharın itme gücüyle çalışan raylar üzerindeki tekerlekler vasıtasıyla hareket eden trenlerdir. Buharlı Lokomotif olarakta adlandırılan bu trenler raylar üstünde bir vagon dizisini çekmede kullanılan buharla ya da bir motorla çalışan makinelerdir.
Buharlı trenlerin ilerlediği demir yolu sistemleri, 16. yüzyılda kurulmuş, ama vagonlar 200 sene kadar hayvan gücüyle çekilmiş, 1804’te, Wales Bölgesi’nin (İngiltere) güney kesiminde, Richard Trevithick bir buharlı lokomotif geliştirmiştir.
Bu lokomotif dökme demirden yapılma bazı maden ocağı raylarını kırmışsa da, vagonların çekilmesinde buhar gücünden yararlanılabileceğini, bacadan çıkan egzoz buharının ateşi canlandırmak için kullanılması yoluyla buhar üretiminin hızlandırılabileceğini ve düzgün yüzeyli raylar üstünde yer alan düzgün yüzeyli tekerleklerin tahrik gücünü iletebileceğini kanıtlamış, o tarihten sonra lokomotifler sürekli geliştirilmiştir.
Buharlı Lokomotiflerin Gelişim Süreci
Buharlı lokomotif, güçlü ve yalın bir makinedir. Bir silindire giren buhar, genleşerek, pistonu öbür uca iter. Silindirin dönüş hareketi sırasında bir kapak açılarak, genleşmiş buharın buradan dışarı çıkmasın Pistonun hareketi, mekanik bağlantılar aracılığı lokomotifin ana tahrik tekerleğini çevirir.
Trevithick lokomotifinin yapımını izleyen 25 sene içinde kömür taşınan demir yollarında sınırlı sayıda buharlı lokomotif başarıyla kullanıldı. Bunda, Napolyon Savaşları′nın sonlarına doğru, yem fiyatlarındaki bu yükselişin de önemli etkisi oldu. Dökme demirden yapılan levha yollar, buharlı lokomotifin ağırlığını çekecek güçte olmadıklarından, vagon tekerleklerini ne oturduğu “L” kesitli bu yolların yerini kısa bir süre sonra düz yüzeyli raylar ve flanşlı tekerlekler aldı.
George Stephenson, 1814’te kendinden önceki tasarımcıların deneyimlerinden yararlanarak, düz yüzeyi raylar üstünde hareket eden lokomotifler yapmaya başladı. Daha önceki lokomotiflerin aşağı yukarı tümünde, silindirler dikey durumda yerleştiriliyor ve kısmen kazanın içine daldırılıyordu.
Stephenson ve Losh, 1815’te tahrik gücünü pistondan ana tahrik tekerleğine dişli çarklarla iletmek yerine, ana tahrik tekerlekleri üs önde bulunan kranklar aracılığıyla, doğrudan doğruya silindirlerden iletme düşüncesinin patentini aldılar.
Tahrik gücünü dişli çarklarla ileten düzenek, özellikle büyük dişlerde aşınma ortaya çıktığında, sarsıntılı bir harekete neden oluyordu. Gücü doğrudan silindirden ileten mekanizma, daha yalın olduğundan, tasarımcılara daha geniş bir serbestlik sağladı.
Lokomotif kazanları da, eskiden yalın bir boru biçimindeyken, önce dönüşlü bir boru biçimine, sonra da birçok borunun bir arada bulunduğu ve böylece daha geniş bir ısıtma yüzeyi sağladığı borulu biçime dönüştü. Bu son biçimde, bir dizi boru, ocağın yandığı yanda ulunan benzer bir plakaya bağlanmıştı.
Silindirlerden gelen egzoz buharı, borulardan geçip dumanın çıktığı uçtan bacaya giderken bir patlamaya neden oluyor, öylece, lokomotifin hareket olduğu sırada ateşi canlı tutuyordu. Lokomotif olduğu yerde dururken de, bir örük kullanılıyordu. Liverpool and Manchester Şirketi’nin muhasebecisi Henry Booth, 1827’de, daha ileri bir gelişme olan çok borulu kazanın patentini aldı.
Stephenson da bu buluşu, Rocket adlı lokomotifinde kullandı (ama önce, bakır boruların bağlandığı uç plakalarındaki bağlantı bileziklerinin su sızdırmaması için, oldukça uzun denemeler yapması gerekmişti). 1830’dan sonra buharlı lokomotif, günümüzde bilinen biçimini aldı. Silindirler, dumanın çıktığı uca ya yatay ya da hafifçe eğik durumda yerleştiriliyor, ateşçinin yeriyse, ocağın yandığı uçta yer alıyordu.
Silindirlerin ve dingillerin kazana bağlı olmaktan ya da kazanın tam altına yerleştirilmekten çıkmasıyla birlikte, çeşitli parçaları bir arada tutacak bir çerçevenin yapılması gerekti. İlk defa İngiliz lokomotiflerinde kullanılan çubuk çerçeve, çok geçmeden ABD’de de uygulandı ve dövme demir yapımından, dökme çelik yapımına geçildi.
1860’tan sonra çeliğin kazan yapımında kullanılmaya başlanmasıyla, daha yüksek basınçlarda çalışma olanağı bulundu. 19. yüzyılın sonuna doğru, 12 bar basınç lokomotiflerde yaygınlaştı; birleşik lokomotiflerdeyse 3,8 bar basınç kullanılmaya başlandı.
Bu basınç, buhar çağında 17,2 bara çıktı. 1890 yıllarında ekspres lokomotiflerinin silindirleri, 51 cm çapında ve 66 cm strokunda yapıldı. Daha sonraları ABD gibi ülkelerde silindir çapı 81 cm′ye yükselirken hem lokomotifler, hem de vagonlar daha büyük yapılmaya başlandı.
İlk lokomotiflerde akstan güç alarak çalışan pompalar vardı. Ne var ki bunlar, yalnızca motor işlerken çalışıyordu. 1859’da enjektör bulundu. Kazandan gelen buhar (ya da daha sonraları egzoz buharı), koni biçimli iri memeden (difüzör) fışkırarak suyu daha yüksek bir basınçta bulunan kazana dolduruyordu. Bir çek valf, buharı kazanın içinde tutuyordu.
Kuru buhar, ya kazanın tepesinden alınıp delikli bir boru içinde ya da kazanın tepesindeki bir noktadan alınıp buhar damı içinde toplanıyordu. Bu kuru buhar, daha sonra bir regülatöre aktarılıyor ve regülatör, kuru buharın dağıtımını denetliyordu. Buharlı lokomotiflerde ortaya çıkan en önemli gelişme, aşırı ısıtmanın kullanılmaya başlanması oldu.
Bir gaz borusu aracılığıyla buharı önce ocağa, daha sonra da kazanın ön ucundaki bir toplayıcıya taşıyan eğimli boru, Wilhelm Schmidt tarafından bulundu ve başka mühendisler tarafından da kullanıldı. Yakıtta, özellikle de suda elde edilen tasarruf, hemen kendini gösterdi. Mesela, 12 bar basınçta ve 188 °C sıcaklıkta ‘doymuş” buhar üretiliyordu; bu buhar, 93 C daha ısıtılarak, silindirlerde hızla genleşiyordu.
Böylece, 20. yüzyılda lokomotifler, %15 gibi kısa kesme zamanlarında bile yüksek hızlarda çalışabilecek hale geldi. Çelik tekerlekler, fiberglas kazan kaplamaları, uzun adımlı piston supapları, dolaysız buhar geçitleri ve aşırı ısıtma gibi gelişmeler, buharlı lokomotif uygulamasının son aşamasına katkıda bulundu.
Elektrikli Lokomotif Nedir?
Elektrikli lokomotifler: 1851’de ilk defa Amerika’da yapıldı. 1895’de işletmeye açıldı. Bir merkez jeneratöründen sağlanan elektrikle çalışırlar. Elektrik aktarma işi ray boyunca yerleştirilen bir havai hattan veya üçüncü bir raydan alınır. Havai hattan alınırken lokomotifin üzerindeki pentagraf adı verilen aletle, raydan ise iletken bir fırça ile alınır.
Alınan elektrik, tek fazlı AC olup, redresörlerle (doğrultucularla) DC akımına çevrilerek lokomotifin çekme motorlarını çalıştırır. Düzeltici olarak İgnitron düzelticiler kullanılır. Fakat bu düzelticiler süratle yerini silikon düzelticilere bırakmaktadır. Bu doğrultucularla şebeke değişimlerinden etkilenme azalmaktadır.
Dumansız olması sebebi ile şehirlerde yeraltı geçitlerinde, soğuktan etkilenmedikleri için soğuk bölgelerde, güçlü oldukları için yokuşlarda çalıştırılırlar. İgnitron elektrikli lokomotifi, her biri 3000 hp gücünde iki tanesinin birleştirilmesi ile çalıştırılır. Her bir tanesinde altı adet 500’er hp’lik çekme motoru bulunur.
Dizel Lokomotif Nedir?
İlk defa 1896 yılında İngiltere’de, 1897 yılında Almanya’da yapıldı. 1913 yılında İsveç’te kullanıldı. Amerika’da 1934 yılında yolcu taşımacılığında, 1946 yılında da yük taşımacılığında kullanılmaya başlandı.
Lokomotifte bir dizel motoru bulunur. Sıvı yakıt (motorin) ile çalışır. Bu motor elektrik jeneratörünü döndürür. Bu jeneratör çekme (cer) motorlarının çalışması için gerekli elektriği sağlar. Aydınlatma ve diğer elektriki cihazların elektriği de jeneratörden elde edilir. Lokomotifte ayrıca buhar jeneratörü bulunup, ısı verir. Dizel yakıtı ile çalışır. Fren tertibatında da kompresörden çekilen hava kullanılır.
Dizel lokomotiflerin gücü 400 hp’den 2500 hp’ye kadar değişir. Uygulamada iki birimi bir araya getirilerek çalıştırılırlar. Yaygın olarak bu durumda, güçleri 5000-5500 hp civarında olur. Birleştirilen birim sayısı arttırılarak 10000-15000 hp gücünde dizel lokomotifler yapılmaktadır.
Çekme işini yapan lokomotif birimine A tipi, A tipinin gücünü arttıran birimlere de B tipi denir. Gücü arttıran birimler A tipi birimlere eklenmişlerdir. Bazı dizel motorlu lokomotiflerde dizel motorundan çekme motoruna güç transferi elektrikli sistem yerine hidrolik sistemle veya dişliler sistemi ile yapılmaktadır.
Dizel hidro mekanik lokomotiflerin güç seviyeleri yüksektir. Dizel motorlu lokomotifler ani kalkış ve duruş özelliğine sahip, hızlı, manevra gücü yüksek lokomotiflerdir. İşletme kolaylığına sahiptirler.
Gaz Türbinli Lokomotif Nedir?
İlk defa 1948 yılında yük taşımacılığında kullanıldı. Daha sonra 1958 yılında iki birimi birlikte yolcu taşımacılığına açıldı. Gücü 8300 hp’ye ulaştı. Binlerce tonluk yükü saatte 100 km’den fazla hızla çekebilecek güce sahiptir.
Gaz türbinli elektrikli lokomotif, üç ana kısımdan meydana gelir: Birinci kısımda yardımcı dizel motoru ve yakıtı, birkaç jeneratör, kontrol hücresi, fren sistemi bulunur. İkinci kısımda gaz türbini ve dört ana jeneratör, üçüncü kısımda ise gaz türbininde yanmayı meydana getiren yanıcı yakıt bulunur.
Gaz türbinli lokomotiflerin çalışma prensibi ise şöyledir; türbin şaftına sarılı kompresör, atmosferden, yaklaşık basıncı altı kat fazla olacak şekilde hava çeker. Hava yanma odasında, buraya gönderilen yakıt ile karışarak yanar. Yüksek basınçlı hava, türbini dolayısıyla şaftı döndürerek egzoz borusu ile dışarı çıkar. Şaft dönerken hem kompresör çalışmış olur, hem de esas jeneratörleri çalıştırır. Bu jeneratörler, çekme motorunu çalıştırır. Gaz türbini, ilk kısmındaki yardımcı dizel motoru ile çalışmaya başlatılır.
Basınçlı Hava Lokomotifi Nedir?
Buhar lokomotifleri gibi olup, buhar yerine sıkıştırılmış hava kullanılır. Duman yerine egzozundan temiz hava çıkar. Kapalı yerlerde, maden ocaklarında kullanılır.
Bugün manyetik alan hareketi ile çalışan lokomotiflerin yapımı için çalışmalar vardır. Lokomotiflerde atom enerjisinden faydalanılması için çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların başarılı olması halinde lokomotiflerin hem güçleri artacak hem de boyutları küçülecektir.
Teknik bakımından ileri ülkelerde gerek dizel, gerekse elektrikli lokomotiflerin geliştirilmesi için büyük çaba harcanmaktadır. Saatte 400 km hız yapan elektrikli trenler yapılmıştır. Trenlerde hızı, lokomotifi ve demir yollarının düzgünlüğü beraber arttırır. İngilizlerin APT hızlı trenleri, saatte 250 km hız yaparlar.
Japonların Tokyo’dan kuzeye doğru sefer yapan güçlü elektrik motorlarına sahip trenleri saatte 260 km hız yapmaktadır. Bu trenlere kurşun trenler (bullet trains) denmektedir. Fransızların jet motorları kullanarak yaptıkları Aerotrain hava yastıklı ray sistemine sahib olup, tecrübe esnasında saatte 400 km hız yapmıştır.
ABD’de Montrail sistemi çalışmaları devam etmektedir. Tekerleksiz, hava yastıklı ve süper iletken (sıfır dirençli iletken) kullanılarak yapılan özel motorlarda Montrail trenlerinin saatte 800 km hız yapabileceği hesaplanmıştır.
Ülkemizde halen Eskişehir Demiryolu Fabrikalarında % 85’i yerli olmak üzere dizel-elektrik lokomotifleri imal edilmektedir. Ayrıca Adapazarı Demiryolu Fabrikalarında ise tamamen yerli olmak üzere elektrikli banliyö trenleri imal edilmektedir.
Trenin Tarihçesi ve Hızlı Trenler
Trenin İcadı ve İcat Edilen Lokomotifler adlı konumuza son verirken, trenlerin icadı ile alakalı başka videolar izlemek isterseniz, buraya tıklayarak youtube üzerinden izleyebilirsiniz.
