Газотурбовоз



Материал из Энциклопедия нашего транспорта
Перейти к навигации Перейти к поиску
Газотурбовоз схема 1.jpg
Газотурбовоз схема 2.jpg
Газотурбовоз схема 3.jpg
Размещение оборудования на газотурбовозе Г1-01 (общий вид и план): 1 — отсек с кабиной машиниста и высоковольтной камерой, 2 — отсек для газотурбинного двигателя, редуктора и тяговых генераторов постоянного тока, 3 — отсек для вспомогательного оборудования
Пассажирский газотурбовоз ГП-0002
Газотурбовоз ГТ1
Газотурбовоз ГТ1 плакат.jpg

Газотурбовоз — автономный локомотив, у которого основным двигателем, определяющим мощностные, тяговые и энергетические показатели, служит газотурбинный двигатель (ГТД).

Реализованная на большинстве газотурбовозов схема силовой установки — комбинация одновального ГТД с электрической передачей постоянного тока тепловозного типа (рис. 1).

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 (рис. 2), 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.

Для реализации больших тяговых усилий в грузовых газотурбовозах используют турбины со специально спрофилированной проточной частью (например, атакоустойчивый профиль), что приближает закон изменения тяговой характеристики турбины к гиперболическому.

Газотурбовозы имеют обычно механическую либо электрическую силовую передачу, но принципиально возможно включение в кинематическую цепь гидротрансформатора, то есть применение гидромеханической передачи.

Хорошие экономические и тяговые показатели в широком диапазоне реализуемых в эксплуатации мощностей и скоростей даёт использование силовой установки, состоящей из трёхвального двигателя, и применение теплотехнических мероприятий (регенерация, охлаждение в рабочем режиме и подогрев перед пуском) в сочетании с силовой перечадей переменно-переменного тока (рис. 3). В этой схеме свободная газовая турбина в рабочем диапазоне частоты вращения создаёт необходимую тяговую характеристику, что позволяет осуществить частотное регулирование тяговых двигателей. Регулирование напряжения синхронного генератора выполняет возбудитель, отбирающий мощность от одного из компрессоров. Связь характеристик возбуждения с частотой вращения вала тяговой турбины достигается тем, что одна из обмоток возбудителя, включённая навстречу обмотке независимого возбуждения, питается от синхронного генератора, жёстко связанного с валом турбины.

Для улучшения тяговых свойств локомотива в ряде случаев применяется переключение пар полюсов генератора, что даёт такой же эффект, как и переключение скорости при механической передаче.

Электрическая передача переменного тока имеет важные преимущества перед передачей постоянного тока: высокооборотные двигатели переменного тока более лёгкие и требуют меньшего расхода цветных металлов; бесколлекторные генераторы и короткозамкнутые тяговые двигатели значительно надёжнее и удобнее в эксплуатации, чем коллекторные.

Первый газотурбовоз создан в 1948 году в США. В 50-е годы отдельные образцы газотурбовозов изготовлены в Великобритании, Швеции, Швейцарии, Чехословакии.

Наибольший опыт эксплуатации газотурбовозов принадлежит дороге Юнион-Пасифик в США, где с начала 50-х годов успешно работали 25 локомотивов с одновальными двигателями мощностью 3300 кВт, а затем 30 — мощностью 6250 кВт.

Первый опытный образец отечественного газотурбовоза (ГТ-01) создан и начал эксплуатироваться в 1965 году в депо Льгов Московской железной дороги. Один грузовой и два пассажирских газотурбовоза (ГП-0001) построены Коломенским тепловозостроительным заводом. Силовая установка этих локомотивов состоит из одновального ГТД и электрической передачи постоянного тока.

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.

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.

Газотурбовозы СССР и Российской Федерации

В приведенной ниже таблице содержится информация о сериях газотурбозов, произведенных или эксплуатировавшихся в СССР, а затем в Российской Федерации.

Значительная часть информации взята с сайта railtrain.pro [1]

Серия Назначение Передача Годы выпуска Выпущено Страна производства Осевая характеристика Ширина колеи, мм Конструкционная скорость, км/ч Количество секций
Г1 грузовой электрическая 1969 1 СССР (Россия) 3о-3о 1524 100 2
ГП1 пассажирский электрическая 1964 2 СССР (Россия) 3о-3о 1524 160 1

Источник:

  • «Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.