【科普】“自行式热得快”——瑞士联邦铁路E 3/3型电力蒸汽机车

文章作者:Forever Changzhensky(AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵称:宁柳跨越)
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“六轮”者,蒸汽机车轮式也,其由三动轮轴六动轮而成。本文提及的瑞士联邦铁路E 3/3型电力蒸汽机车为0-6-0轮式。
瑞士联邦铁路在文中简称“SBB-CFF-FFS”⑴,瑞士苏尔塞—特里恩根铁路公司简称“ST”⑵;瑞士机车和机器制造厂简称“SLM”⑶,布朗-博韦里股份公司简称“BBC”⑷。
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资料参考来源
《Elektrische Rangierlokomotiven, Teil 9: Die E(e) 3/3 8521 und 8522》,丹尼尔·安曼 著,《Semaphor》2019年第61期
《Schweiz - Reihe E 3/3》:http://www.manfred-kopka.de/europa/schweiz/e33.htm
《Rangierlokomotive Baureihe E 3/3, Serie 8451-8533》:http://voisin.ch/c_5-6_2978/e_3-3_tigerli_d.html
《The Swiss Electric-Steam Locomotives.........Lasik》:http://www.douglas-self.com/MUSEUM/LOCOLOCO/swisselec/swisselc.htm
《E-Dampf》:https://www.lokifahrer.ch/Lokomotiven/Loks-SBB/E_3-3/e-dampf.htm
概述
我们都知道,蒸汽机车主要有燃煤和燃油两种形式,但你可曾听说过电力蒸汽机车吗?
“自行式热得快”E 3/3型电力蒸汽机车是SBB-CFF-FFS在第二次世界大战期间为应对煤炭短缺,通过在现有的蒸汽机车上加装电气设备而得的这样一种蒸汽机车。

背景
出于战术上的考量,德国领导人阿道夫·希特勒曾在第二次世界大战爆发前再三保证德国将会于未来的欧洲军事冲突中尊重瑞士的永久中立性。但这些言论仅是德国政府的政治斡旋之词,目的是要让瑞士政府放松警惕,以便德军入侵。德国计划于击败欧洲大陆上的所有主要对手后便入侵瑞士,终结其独立。
瑞士政府亦察觉到了欧洲大陆上的诡谲气氛,因而提高了国防预算。1939年8月30日,瑞士联邦议会以204票赞成、23票反对(总票数227票),通过授予亨利·吉桑⑸上将军衔⑹并统领瑞士联邦武装力量的议案。
德意志国防军于2日后入侵波兰,并促使英国向德国宣战。亨利·吉桑下令进行总动员,并发布了作战指挥一号令;这号命令后来与其他命令形成了一系列的防卫作战计划。

1940年6月25日,也就是法国投降当日,德国开始制订入侵瑞士的作战计划。与此同时,德国向瑞士提供的煤炭比以前少得多,无疑是对瑞士施加压力。1940年8月9日,瑞士与德国签署了经济协议。其中,德国获得了贷款、外汇和军备,而瑞士获得了煤炭,和令瑞士经济持续发展的生产订单(其中一些是有利可图的)。
到10月时,德军第12集团军呈交了该部队的第四版入侵瑞士的计划,也就是今日称为“圣诞树行动”的版本。然而,阿道夫·希特勒却从未批准执行圣诞树行动。
战争导致煤炭短缺,价格上涨。另一方面,瑞士在山区利用水力发电,拥有丰富的电力资源;而SBB-CFF-FFS在大战爆发时,拥有2191 km的电气化铁路(占铁路网的73.6%)。这样一来,SBB-CFF-FFS开始考虑抽调2台由SLM于1902年到1915年期间制造E 3/3型蒸汽机车,使其改造为电力蒸汽机车。
技术设计
按照SBB-CFF-FFS的设定,E 3/3型蒸汽机车是一种标准轨距的水柜式调车蒸汽机车,其由SLM于1896年到1915年期间制造。机车全长为8715 mm,动轮直径为1040 mm,整备重量为33.5 t。两个气缸放置在车架外部,直径与行程为360 mm×500 mm,汽门为华氏汽门。
机车锅炉火箱面积为2.2 ㎡,全加热面积为63.1 ㎡,压力为12.39 kgf/c㎡;煤仓可装1.7 t煤,水箱容积为4200 L。

改造情况
SBB-CFF-FFS选择了2台由SLM于1902年到1915年期间制造的E 3/3-8521号和E 3/3-8522号机车,在伊韦尔东车间安装了由BBC提供的电气设备。每台机车的改造成本约为100000瑞士法郎。
每台机车的司机室顶部放置了一个受电弓,然后通过放置走廊两侧的两台总功率为480 kVA的变压器,为蒸发器(由两个串联电阻组成)提供12000 A大电流。此外,每台机车还装有整流柜,整流后的电压送至电池,为水循环泵、控制电路和照明电路供电。水循环泵循环从锅炉内最低点流出的锅炉水,让蒸发器以12 par的压力以及流速为5 L/s的速度,产生流量为300 kg/h的蒸汽,流入汽包。
整个电气系统重达7 t,因此机车的板簧悬挂有必要加强。不过,这些独特的“自行式热得快”还保留了以常规方式用煤燃烧的能力,因此机车在没有接触网的股道也可以运行20 min以上。——如同注汽式蒸汽机车或曰无火式蒸汽机车一样。尽管如此,机车每天节煤700~1200 kg,或每年约300 t——对应战时价格约为36000瑞士法郎。“自行式热得快”的另一个特点是,机车在1 h内即可加热完成。

结局
E 3/3-8521号机车部署于伯恩州措利科芬,而E 3/3-8522号机车则部署于瓦莱州布里格。不过,随着SBB-CFF-FFS逐步淘汰蒸汽机车,两台“自行式热得快”的电气设备在1951年左右被拆除。虽然E 3/3-8521号机车在1963年退役后被拆解,但E 3/3-8522号机车于196*4年被ST购置,至今仍保存至今。

后记
虽然说2台“自行式热得快”是SBB-CFF-FFS对蒸汽机车动力源的一种探索,但要知道,这2台“自行式热得快”的研制,更多的是SBB-CFF-FFS对外部局势的无奈。所幸,一切都随着德国于1945年5月宣布无条件投降而告终,也庆幸“自行式热得快”并没有全面推广。

注释
⑴德语:Schweizerische Bundesbahnen;法语:Chemins de Fer Fédéraux suisses;意大利语:Ferrovie Federali Svizzere。
⑵德语:Sursee-Triengen-Bahn AG。
⑶德语:Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik;法语:Société suisse de construction de locomotives et de machines。
⑷德语:Brown, Boveri & Cie.。
⑸法语:Henri Guisan(1874~1960),瑞士联邦武装力量上将。他因有效动员瑞士武装力量和瑞士人民以准备抵抗德国在1940年的入侵而备受赞誉。
⑹德语:General;法语:Général;意大利语:Generale。和平时期,瑞士国内不会有军衔高于Korpskommandant——即中将的常设军官。然而,战争时期或“有必要时”,瑞士联邦议会会任命一名上将统领陆军及空军。