Сегодня наша команда хочет познакомить Вас с самым необычным тяговым подвижным составом в России! Что примечательно, этот состав полностью был творением рук наших инженеров, аналогов на момент выпуска он не имел. Знакомьтесь, газотурбовоз!
Несмотря на общую электрификацию железной дороги, остаются неохваченные участки, подлежащие обслуживанию только для тепловозов. Сложность современного тепловозостроения заключается в полном износе старого запаса единиц техники и в необходимости замены всего парка.
В вопросе грузоперевозок, российские конструкторы создали пробную версию гибридного транспорта –газотурбовоза. Опытные устройства показали эффективность, превышающую показатели на 60% по сравнению с существующей техникой.
Первым в своем роде стал газотурбовоз ГТ1. Особенность заключается в одновременном использовании газотурбинного двигателя с электрической передачей. Ток вырабатывается и поступает на электродвигатели, после чего локомотив приходит в движение.
Газотурбовоз — автономный локомотив, у которого основным двигателем, определяющим мощностные, тяговые и энергетические показатели, служит газотурбинный двигатель (ГТД).
Матчасть
Реализованная на большинстве газотурбовозов схема силовой установки — комбинация одновального ГТД с электрической передачей постоянного тока тепловозного типа.
Одновальный ГТД имеет неудовлетворительные тяговые качества: при неподвижном вале турбокомпрессора крутящий момент отсутствует. Использование передачи постоянного тока позволяет полностью обеспечить необходимые тяговые характеристики локомотива.
Выделение в ГТД на независимом валу свободной тяговой (силовой) турбины, обладающей удовлетворительными транспортными тяговыми качествами (максимальный крутящий момент развивается при трогании с места), как это сделано в установках с двухвальным ГТД, значительно расширяет возможности реализации различных силовых схем, в частности, так называемых жёстких передач, копирующих тяговые свойства первичного двигателя. Такая силовая установка конструктивно достаточно проста и обеспечивает минимальные потери при передаче мощности движущим осям локомотива, но она даёт большие потери мощности по скоростной характеристике, связанные с параболическим законом изменения КПД свободной турбины (линейное изменение крутящего момента). Поэтому подобные схемы целесообразны лишь для пассажирских газотурбовозов.
Создание отечественных и зарубежных газотурбовозов совпало с началом развития и совершенствования ГТД, когда экономичность их силовых установок не могла конкурировать с дизелями, внедряемыми на тепловозах,, поэтому газотурбинная тяга не получила достаточного развития. Накопленный в этой области опыт показал следующие перспективы применения ГТД на локомотивах:
- возможность получения высокой единичной мощности, приближающей её вплотную к электрической;
- целесообразность эксплуатации газотурбовозов на грузонапряжённых линиях в северных и восточных районах, с тем чтобы максимально использовать их мощностные возможности и экономичную работу при низких температурах.
Кроме того, ГТД удобны в эксплуатации, могут работать на низкосортных высокосернистых жидких топливах, расходуют в 5—7 раз меньше смазки, чем дизели.
Создание новых газотурбовозов связано с совершенствованием ГТД, в частности с решением проблемы применения металлокерамических сплавов в проточной части газовых турбин. Повышение температуры газов перед лопатками турбины позволит ГТД по экономичности превзойти тепловозные дизели.
Газотурбовоз сегодня
В 2007 году на Куйбышевскую дорогу прибыл принципиально новый для наших дорог локомотив — газотурбовоз ГТ1. Его проект разработали специалисты коломенского ВНИКТИ, Самарского научно-технического комплекса имени Н.Д. Кузнецова (газотурбинный двигатель НК-361), Лысьвенского электротехнического завода (генераторы). Нижнетагильского «Уралкриогенмаша» (криогенный блок), ряда других организаций. Опытный образец газотурбовоза был собран на Воронежском тепловозоремонтном заводе. Локомотив состоит из двух секций: тяговой и бустерной, каждая с кабиной управления. В тяговой секции расположены силовой блок, включающий газотурбинный двигатель, тяговый и вспомогательный генераторы, систему подготовки газов, винтовой тормозной компрессор, систему вентиляции электрических машин, аппаратные шкафы.
На бустерной секции находятся криогенная ёмкость с запасом топлива массой 17 т, обеспечивающая пробег до 1000 км, вспомогательный дизель-генератор, система вентиляции электрических машин, аппаратные шкафы. Вспомогательный дизель-генератор применяется для приведения систем газотурбовоза в рабочее состояние, совершения манёвров и для запуска газотурбинного двигателя, после чего он выключается.
Уровень шума работающего газотурбовоза не превышает 80 дБ. Локомотив оснащён современными микропроцессорными системами управления, диагностики, контроля безопасности движения. Дисплей на пульте машиниста отображает всю важнейшую информацию о режимах работы узлов. Имеется система видеонаблюдения за газотурбинным и дизельным отсеками, подвижными гибкими трубопроводами криогенного топлива между секциями газотурбовоза, за кабинами машиниста. Но обеих кабинах смонтированы системы обозрения пути.
Характеристики
По мощности газотурбовоз превосходит все имеющиеся в мире локомотивы и составляет 11300 лошадиных сил. Одна заправка топлива рассчитана на 750 км при скорости движения – 100 км/ч. Сила тяги составляет 980 кН (при трогании) и 775 (в длительном режиме работы).
Как любое новое устройство на железной дороге, ГТ1 прошел детальные испытания на различных участках дорог. История локомотива началась в 2006 году, когда было подписано соглашение о производстве устройства с Самарским комплексом науки.
Первый опытный экземпляр был построен в 2007 году на базе другого устройства – электровоза ВЛ15.
В 2008 году газотурбовоз первый раз перевез грузовой состав массой 3 тысячи тонн. Планировалось использовать локомотив для работы в Сибири, где есть большие запасы газа. В том же году ГТ1 начал перевозить сначала составы в 10 тыс. тонн, потом в 15.
В 2009 году локомотив попал в Книгу рекордов Гиннесса как единственный в своем роде газотурбовоз такой мощности.
В 2011 году ГТ1 перевез 170 вагонов общей массой 16 тысяч тонн.
В 2012 году ГТ1 подвергся модернизации, дизельный двигатель применяемый для маневровой работы был заменен отсеком аккумуляторных батарей и получил префикс «h», что означает гибрид, в котором запас горючего составил 20 тонн, а общая служебная масса – 360 тонн.
ГТ1h с номером 002 получил название «Андрей Первозванный». Длинна локомотива была уменьшена с 45 до 43 метров с целью увеличения эргономичности и маневренности при движении. Ходовая часть была взята с ТЭМ7а.
В новом локомотиве изменен общий вид кузова. В кабине машиниста установлено лобовое стекло и большим обзором, строение сужено снизу, в отличие от 001, в котором экипажная часть взята с ВЛ15.
Эстетичный внешний вид в сочетании с небывалой мощностью получил признание еще на выставке в Берлине в 2008 году. Использование частей от других современных устройств в том сочетании, в котором они функционируют в ГТ1 является оптимальным на настоящее время.
Конструкция
Газотурбовозы семейства ГТ1 состоят из двух головных моторных секций — тягово-энергетической, на которой размещена турбогенераторная силовая установка, и бустерной, на которой размещена криогенная топливная ёмкость. Секции унифицированы по конструкции экипажной части, кабины машиниста и частично кузова и имеют одинаковую длину, габариты и служебную массу. Однако из-за разделения топливной ёмкости и силовой установки на разные секции они не могут работать в одиночку и не являются взаимозаменяемыми, в отличие от дизельных тепловозов, имеющих индивидуальные двигатели и топливные баки. Механическая часть газотурбовозов первого и второго типов серьёзно отличается между собой, различаются также электрические машины и аппараты, в то время как общая компоновка оборудования, топливная система и газотурбинный двигатель имеют схожую конструкцию.