55 lat lokomotyw dwutrakcyjnych w Nowym Jorku

Lokomotywy dwutrakcyjne obecnie stały się bardzo popularne lub wręcz „modne”, jednak pojazdy tego typu nie są specjalną nowością, gdyż już od 55 lat są powszechnie stosowane w Nowym Jorku i szeroko pojętych okolicach. W niniejszym artykule przybliżymy tą bardzo ciekawą tematykę.

W zasadzie od początków kolejnictwa Nowy Jork był ważnym celem dla większości spółek kolejowych. W 1840 roku miasto liczyło przeszło 300 tysięcy mieszkańców, natomiast w nowe millenium w 1900 roku weszło już z populacją prawie 3,5 miliona obywateli. Wyjątkowe położenie miasta na wyspie oddzielonej szerokimi rzekami było samo w sobie barierą dla budowy kolei nie wspominając o gęstej miejskiej zabudowie wśród której problematyczne było przeprowadzenie linii kolejowych. W zasadzie jedynie z północy warunki terenowe pozwoliły na bezpośrednie wprowadzenie kolei, z czego skorzystały trzy prywatne spółki kolejowe. Jednak wraz z dynamicznym rozwojem miasta postanowiły one utworzyć wspólną stację, która została otwarta w 1871 roku. Duży nawet jak na obecne warunki dworzec mógłby funkcjonować nadal, jednak dynamiczny rozwój miasta sprawił, że stacja stała się zbyt mała, tory poprowadzone na poziomie ulic generowały duże zatory drogowe, natomiast wartość gruntów wzrosła na tyle, że spółki postanowiły przebudować stację oraz trasy dojazdowe na podziemne co zaowocowało powstaniem w latach 1903-13 obecnego terminala Grand Central. Mniej więcej w tym samym okresie powstała Pennsylvania Station, która dawała bezpośrednie połączenia kolejowe na zachód oraz do wyspy Long Island. Oba te projekty zakładały powstanie w centrum miasta skomplikowanego układu tuneli oraz stacji podziemnych, które uniemożliwiały zastosowanie parowozów. Z racji pionierskiego charakteru i aktualnego na ówczesny okres stanu wiedzy obie konkurujące ze sobą spółki zdecydowały się na zasilanie z trzeciej szyny, jednak jak można było przewidzieć obie firmy zdecydowały się na inne rozwiązania –Pennsylvania Railroad (PRR) wybrała napięcie 650 V DC (później podniesione do 750 V DC) z górnym odbiorem, natomiast dla Grand Central zastosowano napięcie 660 V DC (później podniesione do 700 V DC) z dolnym odbiorem. Ponieważ zasilanie to nie obejmowało całości eksploatowanych systemów, więc parowozów nadal nie wyeliminowano z eksploatacji i konieczna była zmiana lokomotywy z parowej na elektryczną. W przypadku PRR było to stosunkowo proste rozwiązanie, ponieważ pociągi miały zmienianą lokomotywę w Newark (zelektryfikowano odcinek Newark –Penn Station –Jamaica oraz tory odstawcze) i były przeciągane przez linię średnicową podobnie do okresu międzywojennego w Warszawie.

W późniejszym okresie spółka znacznie rozszerzyła zasilanie za pomocą trzeciej szyny na Long Island, natomiast od 1915 roku rozpoczęto wprowadzanie zasilania prądem przemiennym 11 kV 25 Hz z sieci napowietrznej dla tras wybiegających na zachód od Nowego Jorku. To doprowadziło do momentu w którym zarówno Penn Station, jak i tunele na wschód mają zabudowaną trzecią szynę jak i sieć napowietrzną. Podobnie problem rozwiązano dla Grand Central. Z powodu problemów z przejazdami drogowymi już w latach 1872-76 wykonano obniżenia torów doprowadzających do stacji, choć naziemny kompleks i wyposażone w otwory wentylacyjne tory nadal umożliwiały stosowanie parowozów. Niestety dym z lokomotyw skutecznie wypełniał tunele i w wyniku tragicznego wypadku z 1902 roku spowodowanego niezauważeniem z powodu dymu przez maszynistę sygnału stój miasto nakazało wprowadzenie trakcji elektrycznej, którą powiązano z budową podziemnej stacji Grand Central. Rozwiązanie to było zasadne dla pociągów podmiejskich (włącznie z wprowadzeniem pociągów dwunapięciowych z New Haven wykorzystujących trzecią szynę i na dalszym odcinku wybudowaną w 1905 roku sieć napowietrzną), jednak dalekobieżne nadal korzystały z parowozów. Pierwotnie praktykowano zmiany lokomotyw w biegu pociągu, jednak ostatecznie wraz z rozwojem trakcji proces zmiany przesunięto na ostatnie zelektryfikowane stacje podczas postoju.

Przełom przyniosła dopiero zmiana trakcji parowej na spalinową, oczywiście pierwotnie lokomotywy zmieniano nadal według wypracowanego znacznie wcześniej schematu, jednak w 1956 roku EMD wyprodukowało pierwszą lokomotywę dwutrakcyjną FL9 z późniejszej serii liczącej łącznie 60 pojazdów. Były to lokomotywy wysokoprężne z przekładnią elektryczną i silnikami trakcyjnymi prądu stałego. Ponieważ silniki te pracowały przy podobnym napięciu do sieci zasilającej dodając niezbędną część wyposażenia elektrycznego udało się skonstruować udaną lokomotywę dwutrakcyjną. Maszyna miała silnik spalinowy o mocy 1,3 MW oraz prędkość maksymalną 112 km/h, jednak parametry maszyny były znacznie ograniczone podczas pracy przy zasilaniu z trzeciej szyny, niestety nie udało się ustalić o ile były one gorsze. Lokomotywa ta zrewolucjonizowała obsługę Grand Central, ponieważ pociągi dalekobieżne mogły być prowadzone w całej ich długości jedną maszyną co oszczędzało czas i koszty. Nawet część szlaków dotąd zelektryfikowanych została pozbawiona sieci trakcyjnej, choć akurat po latach ten krok oceniono za błędny. W tym samym okresie powstało również kilka innych prototypów budowanych z tym samym przeznaczeniem, jednak ich produkcja zakończyła się na pojedynczych egzemplarzach. Były to 4 lokomotywy Fairbahnks-Morse P-12-24, 3 lokomotywy Baldwin RP-210 oraz jeden sześciowagonowy zespół trakcyjny wyprodukowany przez Budd Company. Lokomotywy FL9 okazały się na tyle udane, że doczekały innego ważnego wydarzenia, kiedy w 1991 roku otwarto Empire Connection, które wprowadziło pociągi Amtrak z Empire Corridor do dworca Penn Station (wcześniej kończyły na Grand Central) co wymagało przebudowy sposobu odbioru z trzeciej szyny (z dolnego na górny), choć nieznaczna różnica w napięciu nie generowała żadnych różnic.

Z Nowym Jorkiem oraz pociągami dwutrakcyjnymi nieodłącznie wiąże się saga składów turbinowych. Dla obsługi połączenia Nowy Jork (z Grand Central) –Boston, obsługiwane jeszcze przez New Haven Railroad w 1968 roku spółka zamówiła pięć składów Turbo Train wyposażonych w turbinę gazową, która generowała wystarczającą moc aby skład osiągał prędkość maksymalną 160 km/h, jednocześnie aby wjeżdżać do Nowego Jorku skład musiał być wyposażony w zasilanie z trzeciej szyny. Wraz z utworzeniem w 1971 roku spółki Amtrak składy zostały przejęte przez tego przewoźnika i w 1972 wydłużone do 5 wagonów oraz przebudowane na odbiór z górnej szyny zasilającej, ponieważ Amtrak zmienił stację końcową / początkową w Nowym Jorku na Penn Station. Zespoły te w takim zestawieniu dotrwały do 1976 roku, kiedy zostały wycofane z eksploatacji. Ich miejsce zajęły składy Turboliner bazujące na francuskich składach RTG również wyposażonych w turbinę gazową. Pierwsze składy tego typu przybyły wprost z Europy i nawet miały europejskie urządzenia cięgłowo zderzne zastąpione później sprzęgami amerykańskimi. Amtrak zakupił w Europie łącznie siedem pięcioczłonowych składów RTG, z których pierwszy dotarł w 1973 roku do Chicago. Oryginalna seria obsługiwała trasy w okolicach tego miasta aż do 1981 roku, kiedy zostały odstawione. Równocześnie w latach 1977-78 Amtrak zamówił siedem podobnych składów oznaczonych jako RTL, które zostały zmontowane w USA i oprócz zastosowania typowych amerykańskich rozwiązań od pierwowzoru różniły się zastosowaniem odbieraka z trzeciej szyny z odbiorem dolnym, co pozwalało na ich eksploatację w okolicach Nowego Jorku do dworca Grand Central (Pociągi z Empire Corridor), w późniejszym okresie odbieraki przebudowano na odbiór górny umożliwiając obsługę Penn Station. Do tych siedmiu składów dołączyły również dwa oryginalne składy RTG (niedługo po ich odstawieniu w Chicago), które także wyposażono w odbieraki z trzeciej szyny. Jednak po latach eksploatacji pojazdy były już mocno wyeksploatowane i na początku lat 90. XX wieku pierwszy skład RTL został skierowany do modernizacji, jednak pogarszający się stan techniczny oraz dwa poważne pożary tych jednostek (w tym jeden na Penn Station) doprowadziły do zawieszenia w 1994 roku eksploatacji istniejących sześciu RTL i dwóch RTG. Dopiero w 1995 roku na trasy wyruszył zmodernizowany skład, który kursował aż do roku 2002, kiedy ostatecznie został odstawiony. W roku 2000 podjęto jeszcze próby ożywienia serii RTL poprzez kompleksowe modernizacje w tym najważniejsza wymiana turbiny gazowej. Pierwszy przebudowany skład w 2003 roku osiągnął prędkość 201 km/h i w krótkim czasie razem z drugim trafił do ruchu, jednak w 2004 roku z bliżej nieznanych przyczyn zostały one wycofane z eksploatacji, modernizację trzeciego składu wstrzymano a cała sprawa zakończyła się rozprawą sądową.

Lokomotywy FL9 zostały zastąpione dopiero przez nową serię maszyn P32AC-DM, które są częścią licznej rodziny maszyn spalinowych Genesis produkowanych w latach 1995-1998 przez GE. Lokomotywy dwutrakcyjne zostały zakupione w liczbie 18 sztuk przez Amtrak oraz 31 przez Metro North i w całości zastąpiły wiekowe (około 35-40 letnie) FL9. Maszyny P32AC-DM są w zasadzie lokomotywami spalinowymi o mocy 2,16 MW i prędkości maksymalnej 177 km/h. Wyposażenie elektryczne jest dodatkowe i bardzo ograniczone, lokomotywa zasilana z trzeciej szyny ma ograniczoną moc (nie udało się uzyskać danych o ile mniejszą) oraz prędkość maksymalną do 96 km/h. Aby nie było problemów z restartem silnika spalinowego obwód chłodzący i oleju silnikowego posiadają system podgrzewania, co ułatwia start. System zasilania z trzeciej szyny stwarza wiele problemów, zwłaszcza dla lokomotyw generujących duży pobór mocy za pomocą jednego odbieraka (duże natężenie prądu), dlatego zmiana zasilania z energii elektrycznej na silnik spalinowy następuje najwcześniej jak to tylko możliwe i w przypadku Metro North odbywa się mniej więcej przy opuszczaniu wyspy Manhattan, natomiast lokomotywy Amtrak startujące z Penn Station wykorzystują trzecią szynę jedynie na odcinku z torów odstawczych na Long Island przez tunele prowadzące do stacji a następnie do końca tunelu łączącego Penn Station z Empire Connector. Tuż za nim następuje włączenie silników spalinowych i skład jedzie już jako spalinowy. Ciekawostką jest fakt, że krótki podziemny łącznik Penn Station z Empire Connector został zelektryfikowany zarówno za pomocą trzeciej szyny jak i sieci napowietrznej, dzięki czemu wykorzystując zwykłą lokomotywę elektryczną można przeciągnąć skład z lokomotywą mającą uszkodzony obwód elektryczny lub (w sytuacjach wyjątkowych)  przeciągnięcie lokomotywy spalinowej nie posiadającej zasilania z trzeciej szyny. Rozwiązanie to pozwala również na „wypchnięcie”z Nowego Jorku składu, w tym przypadku lokomotywa elektryczna pełni rolę popychacza.

Nieznacznie później na wprowadzenie lokomotyw dwutrakcyjnych zdecydowało się LIRR, które zakupiło 23 lokomotywy DM30AC wyprodukowane w latach 1997-99 przez EMD. Maszyny te skonstruowano jako bardziej uniwersalne i osiągnięto w miarę podobne parametry –prędkość maksymalna 128 km/h, moc 2,237 MW osiągana przez silnik spalinowy oraz 2,15 MW przy zasilaniu z trzeciej szyny. Pamiętając, że część energii wytwarzanej przez silnik spalinowy jest zużywana na inne cele można ocenić, że maszyna ma tożsame parametry niezależnie od stosowanej trakcji. Jednak jak dotąd wszystkie pojazdy dwutrakcyjne wykorzystywały jedynie prostą korelację zasilania z trzeciej szyny, przynajmniej do czasu zamówienia przez NJ Transit 36 nowych lokomotyw ALP-45DP  wyposażonych w napęd spalinowy oraz elektryczny z sieci napowietrznej. Lokomotywy te zostały zamówione w celu obsługi bezpośrednich pociągów z linii niezelektryfikowanych do tuneli pod Manhattanem. Maszyny ALP-45DP jako pierwsze są w zasadzie pełnoprawnymi maszynami obu trakcji, dzięki czemu nie stanowią one „zawalidrogi”ani na trasach zelektryfikowanych ani poza nimi. Przy zasilaniu elektrycznym mają one 4 MW i prędkość maksymalną 200 km/h, natomiast przy napędzie spalinowym moc maleje do 3,134 MW a prędkość maksymalna do 160 km/h.  Można by rzec potrzeba matką wynalazku, zwłaszcza na tak mocno zróżnicowanej technicznie pochodzącej z początku XX wieku infrastrukturze w Nowym Jorku.