Газотурбово́з — локомотив с газотурбинным двигателем (ГТД). На газотурбовозах практически всегда используется электрическая передача: газотурбинный двигатель соединён с генератором, а вырабатываемый таким образом ток подаётся на электродвигатели, которые и приводят локомотив в движение.

Распространено заблуждение о том, что горючим для газотурбовоза обязательно является природный газ. На самом же деле ГТД может работать и на жидком топливе.

Первый газотурбовоз был построен швейцарской фирмой Brown, Boveri & Cie в 1938 году.

По другим данным первый газотурбовоз был создан в США в 1948 году^[1]

Отечественные газотурбовозы

В СССР работы над созданием газотурбовоза начались в 1954 году. Были разработаны несколько моделей локомотивов и выпущены опытные экземпляры, проходившие испытания.

В 1970-х проекты по созданию газотурбовозов были прекращены, так как они не могли конкурировать с электровозами.

Г1

В 1959 году на Коломенском заводе был построен единственный экземпляр секции двухсекционного грузового газотурбовоза Г1^[2] (3500 л. с., с электрической передачей). На газотурбовозе была применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 мощностью 3500 л. с. От ГТУ приводилось во вращение две группы генераторов: первая группа из двух тяговых генераторов МПТ-74/23, вторая группа из тягового генератора МПТ-74/23, возбудителя ВТ-275/120А и вспомогательного генератора ВГГ-49/14. Каждый тяговый генератор был рассчитан на номинальную мощность 733 кВт при частоте вращения 1800 об/мин. Каждый тяговый генератор питал два параллельно подключенных тяговых электродвигателя ЭДТ-340 мощностью по 340 кВт. Газотурбинная установка использовалась только при следовании под нагрузкой. Для маневровых передвижений и следования резервом служила вспомогательная силовая установка: дизель 1Д6 и маневровый генератор МПТ-49/16. Основным недостатком созданной модели был большой расход топлива и сложность конструкции.

ГП1

Затем там же был построены два пассажирских газотурбовоза ГП1^[3]. На газотурбовозе применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 мощностью 3500 л.с. От ГТУ приводилось во вращение три тяговых генератора МПТ-74/23Б. Для маневровых передвижений служила вспомогательная силовая установка: дизель 1Д12 Барнаульского завода и маневровый генератор МПТ-49/25-3К мощностью 195 кВт.

В начале 1965 года ГП1-0002 испытывался на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. В конце 1965 года оба локомотива поступили в депо Льгов. Если газотурбовоз Г1-01 работал с грузовыми поездами эпизодически, то пассажирские газотурбовозы эксплуатировались регулярно, наравне с приписанными к депо тепловозами ТЭП60, в результате пробег у ГП1-0001 и ГП1-0002 оказался в 3–4 раза выше, чем у Г1-01. Газотурбовозы имели недостатки: большой расход топлива, высокий уровень шума.

ГТ101

Опытный газотурбовоз ГТ101 Еще в 1954 г. по заданию Харьковского завода транспортного машиностроения им. В.Л. Малышева в Московском Высшем техническом училище им. Н.Э. Баумана под руководством профессора А.Н. Шелеста был разработан проект газотурбовоза с механическим генератором газов с комбинированной теплосиловой установкой, состоящей из газовой турбины и свободнопоршневых генераторов газов (сокращено СПГГ). Такую комбинацию машин можно рассматривать как дальнейшее развитие дизеля с газотурбинным наддувом, у которого вся мощность используется для привода турбины, являющейся источником механической энергии. При этом сам дизель из обычной поршневой машины с шатунно-кривошипным механизмом превращается в более простую машину, у которой имеются только поршни, двигающиеся навстречу друг другу или друг от друга. Каждый СПГГ имеет две пары поршней: два большего диаметра и два меньшего диаметра. Поршни большего диаметра соединены с поршнями меньшего диаметра. Поршни меньшего диаметра обращены друг к другу и могут передвигаться по внутреннему цилиндру, имеющий продувочные окна и форсунку для подачи жидкого топлива. Поршни большего диаметра помещены в компрессорные цилиндры. Пуск СПГГ осуществляется подачей сжатого воздуха в крайние полости компрессорных цилиндров. При этом поршни идут навстречу друг другу, происходит сжатие воздуха в полости между малыми цилиндрами. В конце хода поршней подается топливо, оно воспламеняется, давление в малом цилиндре резко возрастает и поршни расходятся, открываются продувочные окна, и сжатый во внутренних компрессорных полостях воздух продувает среднюю полость. Так как во внешних компрессорных полостях находившийся там воздух сжимается, то создаются воздушные буфера (подушки), останавливающие расходящееся движение поршней, а затем заставляющие поршни опять сходиться. Далее процесс повторяется. Процесс двигателя внутреннего сгорания в СПГГ - двухтактный. Продукты сгорания из него поступают в рессивер, а оттуда к газовой турбине. Так как температура смеси продуктов сгорания и воздуха при расширении их падает, то при одной и той же температуре смеси, подводимой к лопаткам турбины в СПГГ, возможно иметь более высокую температуру при сгорании топлива, чем в камерах сгорания, из которых смесь поступает непосредственно к лопаткам турбины. Это обстоятельство позволяет за счет подвода тепла в виде нагретого компрессором воздуха осуществить более экономичный процесс сжигания топлива в цилиндрах СПГГ, чем в камерах сгорания обычных газотурбовозов. Преимуществом системы СПГГ над системой газотурбинной установки с камерой сгорания является также отсутствие компрессора, роль которого выполняют поршни большего диаметра СПГГ, и возможность получения малого расхода топлива на холостой работе турбины за счет остановки части СПГГ. Число циклов СПГГ регулируется количеством подаваемого топлива.

Строго говоря, газотурбовоз с СПГГ можно отнести к классу тепловозов, у которых газовая турбина играет роль газовой передачи.

В 1956 г. Луганский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции разработал технический проект двухсекционного двенадцатиосного газотурбовоза с СПГГ и электрической передачей постоянного тока. Нагрузка от колесной пары на рельсы получилась равной 23 т. Чтобы уменьшить нагрузку на рельсы, завод в 1958-1959 гг. несколько переработал проект, применив вместо электрической передачи - гидравлическую; механическая передача для спроектированной газовой турбины была непригодна, так как машина рассчитывалась на работу в относительно узком интервале скорости вращения ротора. Проектный вес шестиосной секции газотурбовоза с гидравлической передачей составил 126 т. На газотурбовозе запроектирована установка четырех СПГГ-95 около боковых стенок кузова и газовой турбины, расположенной в центре кузова. СПГГ выполнены с диаметром цилиндров дизельной полости 280 мм, компрессорной полости 750 мм и ходом поршней при номинальном режиме 2х375 мм. При 714 циклах в минуту производительность одного СПГГ 8280 кг/ч, температура газов - 515С, давление 4,5 кГ/см2, адиабатическая мощность - 870 л. с. Поршни СПГГ связаны между собой синхронизирующим механизмом, используемым также для установки поршней в крайние положения при воздушном пуске от баллонов. Вес одного СПГГ - 5500 кг.

Газовая турбина рассчитана на мощность 3000 л.с. при скорости вращения ротора 8500 об/мин и температуре подводимого к ней газа 500-520С, максимальная скорость вращения ротора турбины - 9500 об/мин.

Вращающий момент от турбины через понижающие редукторы передается к гидромеханическим коробкам, установленным на тележках, от коробок при помощи карданных валов - к осевым редукторам, а от них через полые карданные валы, расположенные вокруг осей колесных пар, - к колесным парам. В гидромеханических коробках размещены гидротрансформаторы ГТК-ПТ, применяемые на тепловозах ТГ102. Передаточное отношение понижающего редуктора между турбиной и коробкой - 1:3,64, осевого редуктора - 1:4,31, общее передаточное отношение от турбины к движущим колесам 1:17,25. Осевые редукторы подвешены к раме тележки. Диаметр движущих колес - 1050 мм. Над каждой парой СПГГ и над вспомогательным дизелем установлены съемные холодильные камеры.

На газотурбовозе предусмотрена установка двух кислотных аккумуляторных батарей 6СТЭ-128 общей емкостью 256 ач, тормозного компрессора типа ВП-3/9, пускового компрессора, пусковых баллонов и другого оборудования.

В 1960 г. Луганский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции построил экспериментальную секцию газотурбовоза ТГ101-001. Газовую турбину для газотурбовоза изготовил Брянский машиностроительный завод. Первый рейс газотурбовоз совершил в июле 1961 г.

Вспомогательный дизель 1Д6 мощностью 150 л. с. служит для приведения в движение генератора переменного тока, питающего электродвигатели насосов, вентиляторов и компрессора ВП-3/9, а также для привода через клиноременную передачу вентиляторов холодильника, охлаждающего масло турбины и гидропередач.

Расчетная сила тяги газотурбовоза 23000 кГ при скорости 22 км/ч, максимальная скорость - 100 км/ч, расчетный коэффициент полезного действия в диапазоне скорости 20-40 км/ч - 24-27%.

Газотурбовоз в октябре 1961 г. демонстрировался на выставке локомотивов на Рижском вокзале в Москве. При испытаниях на путях МПС газотурбовоз не развивал полную мощность (3000 л. с.), затруднена была также регулировка мощности - работа СПГТ с малой подачей топлива и переход на режим с выключением отдельных генераторов газа. В связи с этим завод изготовил новые СПГГ типа ОР-95 с такими же диаметрами цилиндров и ходом поршней, как и у первых СПГГ, и в период 1962-1965 гг. проводил стендовые и наладочные работы. В конце 1965 г. газотурбовоз начал совершать опытные поездки с составами.газотурбовоз ГТ101^[4]

ГТ1

В 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» изготовлен опытный газотурбовоз ГТ1-001 на базе электровоза ВЛ15-008. Турбины изготовлены в Самаре ^[5], сборка локомотива осуществлена на Воронежском тепловозоремонтном заводе имени Ф. Э. Дзержинского.

4 июля 2008 года ГТ1 впервые провел грузовой состав. Вес состава был равен 3 тыс. т, а испытание проходили на участке «Кинель-Жигулевское море» Куйбышевской железной дороги.^[6].

РЖД приводит следующие характеристики испытанной модели: скорость до 100 км/ч, мощность 8300 кВт, одной заправки хватает на 750 км, топливо — сжиженный природный газ. Газотурбовоз был продемонстрирован на выставке «Иннотранс-2008» в Берлине.^[7] Предполагается, что он будет использоваться в Сибири, богатой запасами природного газа.

7 сентября 2011 года газотурбовоз ГТ1-001 установил мировой рекорд массы грузового состава — 16000 тонн^[8].

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом газотурбинных двигателей является возможность развивать большую мощность при относительно небольших размерах и массе. Преимуществом является также возможность работы на более дешёвом топливе и существенно меньший расход смазочного масла, а кроме того большая экологичность по сравнению с тепловозами. ^{[источник не указан 568 дней]}

Недостатком же является повышенный, по сравнению с дизелем, расход топлива, а также резкое снижение КПД при неполной нагрузке и высокий расход топлива на холостом ходу, что вызывает необходимость иметь вспомогательную энергетическую установку на локомотиве. ^{[источник не указан 568 дней]}

Кроме газотурбовозов, создавался и моторвагонный подвижной состав с газовыми турбинами (турбопоезда и турбомотрисы) для скоростных пассажирских перевозок.

См. также

TGV

Примечания