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美国为什么用内燃机,不用电力机车?

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2025-01-27 21:15

正文

美国有222,000公里的铁路,但是电气化线路只有1600公里。美国如果把所有的铁路都换成电气化线路,就跟抢银行一样,面临着不可控的后果。

这个不可控的后果来自于恶劣的天气,从理论上说,飞机运输、汽车运输以及铁路运输三种运输方式中,铁路运输是最能抵抗恶劣天气的,但是一种天气除外,那就是冻雨。

▍什么是冻雨?

冻雨是一种雨滴,但是这颗雨滴的温度比水结冰的温度还要低。水结冰的温度是0度,冻雨的温度是摄氏-1度到摄氏-4度。

冻雨在天上的时候是液态,一旦碰到物体立刻就会冻结成冰。

冻雨最大的问题就是会一层一层的糊在接触的物体上。

▍冻雨对铁路的影响。

冻雨如果在铁轨上形成比较薄的冰层,不会对列车运行产生影响。

再稍微厚一点的冰层可以通过向铁轨上喷沙子的办法,增加车轮的摩擦。

但是冰层比较厚的话,沙子也没有用,列车仍会打滑,很可能会出轨。这个时候就要动用人力、机械清除。

2008年1月25日,从石家庄开往广州的T89次列车,1月26日在白龙马车站遭遇冻雨,尽管列车上的砂管不停的向铁轨上喷沙子,但是车轮仍然打滑。列车1月27日再次遭遇冻雨,导致列车晚点40多个小时。

现在中国火车很多都采用电力机车,因为电动机牵引力大、加速性好,比内燃机结构简单、故障少,经济效益更好,对比内燃机有很大的优势。

中国铁路电气化里程有8.7万公里,占全部铁路运营里程的68.2%。

内燃机车遭遇冻雨,只需要铲除铁轨上的冰就可以了,但是电力机车还需要除去输电线路上的冰。

▍冻雨对电气化铁路输电线路影响严重。

雪是一种松散的结构,每一个雪花都是独立的,堆在电线上到一定的高度,自动就会滑下去。所以,下雪很少把输电线路压垮。

冻雨接触输电线路上,立刻就会结冰,这些冰会累积重量,如果不及时去除,不仅会把电缆给拉断,还会把输电铁塔压垮。

2008年1月25号,湖南郴州白石渡下了2天冻雨和雪,输电铁塔上结的冰厚将近20公分。冰的重量压垮了铁塔,10万伏的高压线搭载了下方2.5万伏的铁路输电网上,导致京广线小水铺至马田墟区间的配电所跳闸。

京广线上几乎全是电力机车,多辆列车失去电力,紧急刹车停在了铁道中央。有的车上乘客断粮近20个小时,求助附近的农民搬来了大米,才解决了部分食物问题。

铁路部门为了把列车拖出停电路段,专门调集了150辆内燃机车。

而且,抢修线路还牺牲了三名电力职工。

▍输电线路除冰很麻烦

铁路输电网电力通过机车上受电弓传到车辆里,受电弓主要成分是石墨、铝,因为石墨有一定的润滑作用。

如果电线覆盖了冰,就要换用铜合金做的电弹弓除冰。

如果冰层特别厚,靠列车自己没有办法刮掉,就必须人工除冰。

人工除冰需要先关闭全路线上的电流,工人坐在火车顶上,一人手里拿个棒子,列车缓慢的前行,用棒子一段一段的敲。

▍美国使用电力机车会发生什么后果?

输电线路覆冰会引起导线晃动,支撑杆件倾斜断裂,造成断线,以及绝缘子闪络等问题。

输电设备纵横交错,形状复杂,很难用机械化去除,全部都是需要用人工去撬除。我国建设电力机车线路的时候,要避开冻雨严重地带。

中国有1/3的省份会下冻雨,所以只有2/3的电力机车线路。

但是美国就不一样了,几乎全国每个州都会下冻雨。

因为中国的山是从东到西横着长的,美国的山从南到北竖着长的,从加拿大来的寒流可以一夜之间横扫美国全境。

中国的冻雨包在输电线路上面,有两个指头那么粗,美国的冻雨包在电线上,有小腿那么粗。

也就是说,如果美国全境都采用电力机车,输电线路只要一天就可以被冻雨全部摧毁。

好在美国铁路运输大部分是货运,停在铁路中间还可以忍一忍。但是客车如果停在铁路中间,简直就是不能忍,没电没水、没吃的,旅行变成了荒野求生。

所以,1600公里的电气化铁路,是美国能够承受冻雨伤害的极限。用内燃机车运输,至少铁轨不会被冻雨给压垮。

▍美国为什么不能建高铁?

我们知道,全世界的高铁都是用电力机车牵引。

高铁的牵引动力有两种,一种是集中式,一种是分布式。分布式就是每一节车厢上面都有电动机提供动力,在高速行驶的时候这是最合理的动力输出方式,是高铁的发展方向。

因为美国大部分地区不适合建设电力线路,如果要建高铁,只能建比较短的距离,对美国来说意义不大。

如果要建设跨全国的高速铁路网,像中国那样,美国的高铁就必须使用燃油动力机车。

内燃机的输出密度不高,最合理的方案是用燃气轮机带动发电机,再向每个车厢的电机供电。

美国必须抛弃全世界的高铁标准,从零开始,单独搞一套自己的标准,所以成本会极高。

这不仅是一个亏损严重的项目,而且是一个耗时极长的项目。

如果采购中国的动车在美国国内建设高铁,最合理的就是建设在地下,做成全封闭式的。

这个费用美国政府仍然承担不起。

美国国内的运输目前是铁路、航空和公路三条腿,这是最适合美国国情的。