Создание национального двигателестроительного кластера и внедрение суверенных технологий позволили ТМХ приступить к реализации проекта магистрального газодизельного тепловоза 3ТЭ30, сборка которого идет на Брянском машиностроительном заводе (БМЗ). Трехсекционный локомотив, объединяющий работу на сжиженном природном газе (СПГ) и дизельном топливе с применением асинхронного тягового привода, призван обеспечить новый уровень безотказности магистральных перевозок тяжеловесных составов на неэлектрифицированных участках железных дорог в условиях сурового климата Дальнего Востока.
Стратегический контекст и унифицированная платформа
Предпосылками для разработки газодизельного локомотива стали требования Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2030 года. Документ предусматривает замещение 25% потребляемого железнодорожным транспортом дизельного топлива альтернативными источниками энергии в целях снижения эксплуатационных затрат и уменьшения выбросов вредных веществ. Одновременно с этим перед конструкторами стояла задача обеспечить стабильное вождение тяжеловесных поездов массой до 7 100 тонн на участках сети со сложным рельефом. Основным полигоном эксплуатации нового тепловоза выбран участок Байкало-Амурской магистрали (БАМ) от станции Таксимо до Комсомольска-на-Амуре, протяженность которого составляет 2 343 км.
В рамках модульного подхода к проектированию платформа тепловоза 3ТЭ30 будет максимально унифицирована с перспективным электровозом переменного тока 2ЭС9, который будет выпускаться на Новочеркасском электровозостроительном заводе (входит в ТМХ). Такой подход позволяет получить компетенции для ускоренного и экономически эффективного создания следующих серий тягового подвижного состава.
Архитектура тепловоза 3ТЭ30 представляет собой трехсекционную компоновку общей длиной по осям автосцепок 58 метров. Две головные секции имеют традиционное для БМЗ шестиосное исполнение с осевой формулой 30-30, тогда как промежуточная бустерная секция выполнена в четырехосном варианте (20-20). В бустерной секции размещена криогенная емкость, обеспечивающая хранение и подачу газа для силовой установки. Экипировочный запас локомотива составляет 17 тонн СПГ и 8 тонн дизельного топлива. По совместным оценкам специалистов АО «ТМХ» и ОАО «РЖД», данные экипировочные запасы позволят тепловозу выполнять работу по перевозке тяжелых составов на выбранном полигоне при двух пунктах экипировки.
Инновационная экипажная часть: ставка на силу тяги
Ключевым фактором, обеспечивающим способность 3ТЭ30 водить тяжеловесные составы, стала кардинально переработанная экипажная часть с применением асинхронного тягового двигателя. Инновационные решения позволили существенно повысить тяговые свойства подвижного состава: расчетная касательная сила тяги локомотива достигает 1 008 кН при скорости длительного режима 218,3 км/ч. Базой для головных секций газотепловоза выбрана трехосная тележка с короткой базой, конструкция которой значимо отличается от применяемых сегодня в серийных моделях.
Инженерам ТМХ удалось увеличить возможность реализации силы тяги каждой оси сразу на 56% — до 63,8 кН, а коэффициент использования тяги довести до 0,275. Такой результат обеспечен применением колесно-моторного блока, ранее испытанного на современных электровозах, и установкой редуктора с увеличенным до 6,72 передаточным отношением. Важную роль играют и колеса диаметром 1 250 мм. Увеличенный диаметр формирует большее пятно контакта с рельсом, что не только улучшает сцепление, но и позволяет примерно в 1,5 раза повысить ресурс бандажа, пропорционально увеличивая пробег между обточками колесных пар.
Особое внимание при проектировании ходовой части было уделено снижению будущих затрат на техническое обслуживание. В частности, сочетание наклонных тяг, одно- поводковых букс и пружин типа «Флексикойл» позволило отказаться от сложной в обслуживании и требующей регулярной регулировки радиальной установки колесных пар. Сами наклонные тяги при этом позволяют реализовывать максимальный коэффициент использования сцепного веса без необходимости монтажа догружающих устройств. Завершают перечень инноваций ходовой части современные тормозные блоки с безгребневыми колодками: они снижают общую массу тележки, обеспечивают более равномерное распределение тормозного усилия и минимизируют износ гребня колеса.
Силовая установка: суверенные энергетические решения
Локомотив 3ТЭ30 получит инновационную силовую установку, созданную специалистами Инжинирингового центра двигателестроения, — 16-цилиндровый V-образный газодизель-генератор 16ГДГ номинальной мощностью 3 300 кВт. Его производством занимается Коломенский завод.
Мультитопливная архитектура позволяет локомотиву функционировать в двух режимах: в газодизельном цикле (на смеси дизельного топлива и сжиженного природного газа) или исключительно на дизельном топливе при отсутствии СПГ. Целевой расход дизеля на номинальной мощности составляет 214+10,7 г/кВт·ч, а потребление газа заявлено на уровне 522 кг/ч. По оценкам разработчиков, применение СПГ обеспечит не только снижение эксплуатационных затрат на топливо, но и существенное уменьшение углеродного следа от железнодорожных перевозок.
«У газа есть свои недостатки. Переводя двигатель внутреннего сгорания с дизельного топлива на газ, мы автоматически теряем до 20% мощности, которая важна прежде всего в момент начала движения поезда, особенно тяжеловесного, — поясняет замгендиректора «Трансмашхолдинга» по техническому развитию Михаил Рожков. — Поэтому для магистральных локомотивов оптимальным является газодизельный цикл: разгон на дизельном топливе, поддержание крейсерской скорости на газе. Таким и будет 3ТЭ30».
В связке с двигателем работает тяговый синхронный генератор ГТСН-3150, опытные образцы которого изготовило предприятие «ТМХ-Электротех». Новая модель отличается увеличенной мощностью и предназначена для энергообеспечения всех систем локомотива, включая питание тяговых двигателей и инверторный запуск дизеля. Инженеры впервые внедрили в конструкцию генератора датчик температуры подшипникового узла: при превышении допустимых значений система управления автоматически останавливает дизель, предотвращая критические повреждения агрегата. Преобразование энергии для тяговых электродвигателей, созданных ООО «ТМХ-Инжиниринг», обеспечивает тяговый преобразователь производства предприятия ООО «КСК СП».
Философия надежности: беспрецедентная живучесть
Ключевым технологическим прорывом проекта 3ТЭ30 стал принципиально новый подход к обеспечению живучести машины на инфраструктуре. Инженеры ТМХ впервые в отечественной практике реализовали резервирование главной силовой установки. Две головные секции тепловоза объединены в единый электрический промежуточный контур. Это технологическое ноу-хау гарантирует, что при отказе одного из дизелей локомотив продолжит движение на втором агрегате и гарантированно доведет состав до пункта назначения, исключая остановку на перегоне и блокировку магистрали.
Дополнительную страховку от нештатных ситуаций дает внушительный запас по тяге: для проводки тяжеловесного поезда массой 7 100 тонн требуется усилие на уровне 85 тс, тогда как в конструкцию заложена сила тяги длительного режима в 100 тс. Даже при выходе из строя одной оси тепловоз сохранит способность вытянуть состав за счет этого резерва. Безотказность оборудования подкрепляется внедрением предиктивной диагностики. Система управления фиксирует десятки тысяч параметров работы оборудования, которые расшифровываются с применением искусственного интеллекта и нейромоделирования.
«В данном случае потери мощности и снижение веса поезда могут быть компенсированы безотказностью в работе», — подчеркивает Михаил Рожков.
Своевременная оценка поступающих данных позволяет заблаговременно прогнозировать возможные отказы. Комплекс этих решений, наряду с применением асинхронного привода, позволил кратно увеличить межсервисные интервалы локомотива. Техническое обслуживание будет производиться раз в 30 суток. Текущий ремонт в объеме ТР-1 будет проводиться только после пробега в 100 тыс. км, ТР-2 — после 300 тыс. км, а ТР-3 — после 600 тыс. км.
Производство и перспективы эксплуатации
Дорожная карта реализации проекта 3ТЭ30 имеет четко определенные временные рамки. Сборку опытного образца тепловоза на газомоторном топливе на БМЗ планируют завершить в 2027 году. Следующим шагом станет процедура подтверждения соответствия требованиям безопасности — получение сертификата ожидается во втором квартале 2028 года. Поставка первой опытной партии газодизельных машин на сеть РЖД запланирована на второе полугодие 2028 года.
В перспективе оснащение этих тепловозов современными цифровыми системами автоведения и технологией виртуальной сцепки позволит дополнительно оптимизировать перевозочный процесс, увеличив количество пропускаемых пар поездов на лимитирующих участках БАМа.
Локомотив создается с прицелом на работу в суровых климатических условиях. Как отмечает Михаил Рожков, газовое исполнение имеет преимущества в холодных регионах, так как это топливо не меняет своих свойств на морозе, как дизельное: «Мы обсуждаем возможность производства газового тепловоза не только с РЖД, но и с Железными дорогами Якутии».
По мнению генерального директора ТМХ Кирилла Липы, газовая тяга для Якутии предпочтительнее электрической по целому ряду причин: «Минус электрификации применительно к локомотиву в первую очередь в большом количестве электрического оборудования, которое существенно страдает от низких температур. А вторая история — это очень высокая стоимость производства, выработки и транспортировки электроэнергии. Там не хватает генерации, нет генерирующих мощностей».
По словам главы ТМХ, хотя планы по строительству генерации в регионе существуют, сроки их реализации уходят далеко за горизонт: «Даже если соберутся там что-то строить, это все равно десятилетия».
Решением становится местная сырьевая база. «В Якутии есть собственные газовые месторождения, там сейчас ездят на газомоторном топливе, — резюмирует Кирилл Липа. — Поэтому наши планы — сделать тепловоз, который будет работать на газомоторном топливе, и считаем, что это перспективное направление».
Опубликовано в журнале ©Техника железных дорог