Газотурбовоз

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Газотурбовоз Union Pacific 18

Газотурбово́з — локомотив з газотурбінним двигуном (ГТД). На газотурбовозах зазвичай завжди використовується електрична передача: газотурбінний двигун з"єднаний з генератором. Вироблений генератором електричний струм подається на електродвигуни, які приводять локомотив в рух.

Поширена хибна думка, що паливом для газотурбовоза обов'язково повинен бути природний газ. Але газотурбінний двигун може працювати і на рідкому паливі.

Перший газотурбовоз побудувала швейцарська фірма Brown, Boveri & Cie в 1938 році.

За іншими даними перший газотурбовоз створили в США в 1948 році.[1]

Радянські газотурбовози[ред.ред. код]

В СРСР роботи над створенням газотурбовоза розпочались в 1954 році. Тоді розробили декілька моделей локомотивів і виготовили декілька дослідних екземплярів які проходили випробування.

В 1970-х проекти по створенню газотурбовозів припинили реалізовувати, оскільки вони так і не змогли конкурувати з електровозами.

Г1[ред.ред. код]

Газотурбовоз Г1-01 на території Коломенського завода

В 1959 році на Коломенському заводі побудували єдиний екземпляр секції двохсекійного вантажного газотурбовоза Г1[2] (3500 к. с., з електричною передачею). На газотурбовозі застосували газотурбінну одновальну установку ГТ-3,5 потужністю 3500 к. с. Від ГТУ оберталися дві групи генераторів: перша група з двох тягових генераторів МПТ-74/23, друга група з тягового генератора МПТ-74/23, збуджувачі ВТ-275/120А і допоміжного генератора ВГГ-49/14. Кожний тяговий генератор був розрахований на номінальну потужність 733 кВт при частоті обертання 1800 об/хв та живив два паралельно підключених тягових електродвигунів ЭДТ-340 потужністю по 340 кВт кожний. Газотурбінна установка використовувалася тільки під час слідування під навантаженням. Під час маневрових пересувань і слідуванням резервом пересуватися докомотиву допомагала допоміжна силова установка: дизель 1Д6 і маневровий генератор МПТ-49/16. Основними недоліками створеної моделі були великі витрати палива і складність конструкції.

ГП1[ред.ред. код]

Газотурбовоз ГП1-0001 на території Коломенського завода

Згодом побудували два пасажирських газотурбовоза ГП1[3]. На газотурбовозі застосували газотурбінну одновальну установку ГТ-3,5 потужністю 3500 к.с. Від ГТУ в задіювалися до руху три тягових генератора МПТ-74/23Б. При маневрах пересуватися локомотиву, допомагала допоміжна силова установка: дизель 1Д12 Барнаульского завода і маневровий генератор МПТ-49/25-3К потужністю 195 кВт.

На початку 1965 року ГП1-0002 випробовувався на експериментальному кільці ВНДІЗТа. В кінці 1965 року обидва локомотиви надійшли в депо Льгов. Якщо газотурбовоз Г1-01 працював з вантажними поїздами епізодично, то пасажирскі газотурбовози експлуатувалися регулярно, в результаті пробіг у ГП1-0001 і ГП1-0002 виявився в 3–4 раза вище, ніж в Г1-01. Газотурбовози мали недоліки: велику витрату пального, високий рівень шуму.

ГТ101[ред.ред. код]

Газотурбовоз ГТ101-001 на території Луганського завода
Модель дослідного газотурбовоза ГТ101

Дослідний газотурбовоз ГТ101 ще в 1954 р. був розроблений проект газотурбовоза з механічним генераторм газів з комбінованою теплосиловою установкою, яка складалася з газової турбіни і вільнопоршневих генераторів газів (скорочено ВПГГ). Таку комбінацію машин можна розглядати як подальший розвиток дизеля з газотурбінним наддувом, в якого вся потужність використовується для приводу турбіни. При цьому сам дизель з звичайної поршневої машини з шатунно-кривошипним механізмом перетворюється в простішу машину, яка має лише поршні, що рухаються на зустріч один одному або рухаються в зворотному порядку. Кожний ВПГГ має дві пари поршнів: два великого діаметра і два меншого діаметра. Поршні великого діаметру з"єднані з поршнями меншого діаметру. Поршні меншого діаметра обернені один до одного і можуть пересуватися по внутрішньому циліндру, який має продувочні вікна і форсунку для подачі рідкого палива. Поршні більшого діаметра розміщені в компресорних циліндрах. Запуск ВПГГ здійснюється за допомогою подачі стиснутого повітря в крайні порожнини компресорних циліндрів. При цьому поршні ідуть назустріч один одному, повітря стискується в порожнинах між малими циліндрами. В кінці ходу поршнів подається паливо, воно загорається, тиск в малому циліндрі різко збільшується і поршні розходяться, відкриваються продувочні вікна, і стиснене в внутрішніх компресорних порожнинах повітря продуває середню порожнину. Оскільки в зовнішніх компресорних порожнинах повітря стискується, то створюються повітряні буфера (подушки), які зупиняють різносторонній хід поршнів, потім поршні знову сходяться. Надалі процес повторюється. Процес двигуна внутрішнього згорання в ВПГГ - двохтактний. Продукти згорання з нього надходять до ресиверу, а звідти до газової турбіни. Оскільки температура суміші продуктів згорання і повітря при їхньому розширенні падає, то при одній і тій же температурі суміші, яка підводиться до лопаток турбіни в ВПГГ, можна отримати більш високу температуру при згоранні палива, ніж в камерах згорання, з яких суміш надходить безпосередньо до лопаток турбіни. За рахунок підводу тепла у вигляді нагрітого компресором повітря здійснюється більш економічний процес зпалювання палива в циліндрах ВПГГ, ніж в камерах згорання звичайних газотурбовозів. Перевагою системи ВПГГ над системою газотурбінної установки з камерою згорання є також відсутність компресора, роль якого виконують поршні великого діаметра ВПГГ, і можливість отримання меншої витрати пального під час холостої роботи турбіни за рахунок зупинки частини ВПГГ. Число циклів ВПГГ регулюється кількістю подачі палива.

Газотурбовоз з ВПГГ можна класифікувати як тепловоз, в якого газова турбіна відіграє роль газової передачі.

В 1956 р. Луганський тепловозобудівний завод розробив технічний проект двохсекційного дванадцятивісного газотурбовоза з ВПГГ і електричною передачею постійного струму. Навантаження від однієї колісної пари на рейки становило 23 т. Щоб зменшити навантаження на рейки, завод в 1958-1959 рр. переробив проект, застосувавши замість електричної передачі - гідравлічну; механічна передача для спроектованої газової турбіни була непридатна, оскільки машина розраховувалася на работу в відносно вузькому інтервалі швидкості обертання ротора. Проектна маса шестивісної секції газотурбовоза з гідравлічною передачею склала 126 т. На газотурбовозі проектувалося встановлення чотирьох ВПГГ-95 біля бокових стінок кузова і газової турбіни, розташованої в центрі кузова. ВПГГ мають діаметр циліндрів дизельної порожнини 280 мм, компресорної порожнини 750 мм і ходом поршнів при номінальному режимі 2х375 мм. При 714 циклах за хвилину продуктивність одного ВПГГ 8280 кг/год, температура газів - 515С, тиск 4,5 кГ/см2, адіабатична потужність - 870 к. с. Поршні ВПГГ зв"язані між собою синхронізуючим механізмом, який використовують для встановлення поршнів в крайнє положення під час повітряного запуску від балонів. Вага одного ВПГГ - 5500 кг.

Газова турбіна розрахована на потужність 3000 к.с. при швидкості обертання ротора 8500 об/хв і температурі газу який підводиться до неї 500-520С, максимальна швидкість обертання ротора турбіни - 9500 об/хв.

Обертальний момент від турбіни через понижуючі редукторы передається до гідромеханічних коробок, встановлених на візках, від коробок за допомогою карданних валів - до вісьових редукторів, а від них через порожнисті карданні вали, розташовані навколо вісей колісних пар, - до колісних пар. В гідромеханічних коробках розміщені гідротрансформатори ГТК-ПТ, які застосовувалися на тепловозах ТГ102. Передаточне відношення понижуючого редуктора між турбіною і коробкою - 1:3,64, вісьового редуктора - 1:4,31, загальне передаточне відношення від турбіни до рухомих коліс 1:17,25. Вісьові редуктори підвішені до рами візка. Діаметр рухомих коліс - 1050 мм. Над кожною парою ВПГГ і над допоміжним дизелем встановлені з"ємні холодильні камери.

На газотурбовозі передбачена установка двох кислотних акумуляторних батарей 6СТЕ-128 загальною ємністю 256 ач, гальмівного компресора типу ВП-3/9, пускового компресора, пускових балонів та іншого обладнання.

В 1960 р. Луганський тепловозобудівний завод побудував експерементальну секцію газотурбовоза ТГ101-001. Газову турбіну для газотурбовоза виготовив Брянський машинобудівний завод. Перший рейс газотурбовоз здійснив в липні 1961 р.

Допоміжний дизель 1Д6 потужністю 150 к. с. слугував для задіяння в рух генератора змінного струму, який живив електродвигуни насосів, вентиляторів і компресора ВП-3/9, а також для приводу через клиноременну передачу вентиляторів холодильника, який охолоджував мастило турбіни і гідропередач.

Розрахункова сила тяги газотурбовоза 23000 кГ при швидкості 22 км/год, максимальна швидкість - 100 км/год, розрахунковий ККД в діапазоні швидкості 20-40 км/год - 24-27%.

Газотурбовоз в жовтні 1961 р. демонструвався на виставці локомотивів на Рижзькому вокзалі в Москві. Під час випробувань газотурбовоз не зміг розвинути повну потужність (3000 к. с.), затрудненим було також регулювання потужності - робота ВПГТ з малою подачею палива і перехід на режим з вимкненням окремих генераторів газа. У зв'язку з цим завод виготовив нові ВПГГ типу ОР-95 з такими ж діаметрами циліндрів і ходом поршнів, як в перших ВПГГ, і в період 1962-1965 рр. проводив стендові і налаштувальні роботи. В кінці 1965 р. газотурбовоз почав здійснювати дослідні поїздки.Газотурбовоз ГТ101[4]

ГТ1[ред.ред. код]

Докладніше у статті ГТ1

У 2007 році по ініціативі ВАТ «РЖД» виготовлений дослідний газотурбовоз ГТ1-001 на базі електровоза ВЛ15-008. Турбіни виготовлені в Самарі [5], збирали локомотив на Воронежзькому тепловозоремонтному заводі.

4 липня 2008 року ГТ1 вперше провів вантажний поїзд. Вага поїзда склала 3 тис. т. Випробування проходили на ділянці «Кінель-Жигулівське море» Куйбишевської залізниці.[6].

Характеристики випробуваної моделі: швидкість до 100 км/год, потужність 8300 кВт, однієї заправки вистачає на 750 км, паливо — зріджений природний газ. Газотурбовоз продемонстрували на виставці «Іннотранс-2008» в Берліні.[7] Передбачається, що його будуть використовувати в Сибірі, який багатий запасами природного газа.

7 вересня 2011 року газотурбовоз ГТ1-001 встановив світовий рекорд маси вантажного поїзда — 16000 тонн[8].

Переваги та недоліки[ред.ред. код]

Головною перевагою газотурбінних двигунів є можливість, розвивати велику потужність при відносно не великих розмірах і масі. Також до переваг можна віднести можливість роботи на більш дешевому паливі і суттєво меншу витрату змащувального мастила, крім того гозотурбовоз є більш екологічним в порівнянні з тепловозом.

Недоліком є підвищена, в порівнянні з дизелем, витрата палива, а також різке зниження ККД при неповному навантаженні і висока витрата палива на холостому ходу. Це зумовлює необхідність наявності допоміжної енергетичної установки на локомотиві.

Окрім газотурбовозів, створювався і моторвагонний рухомий склад з газовими турбінами (турбопоїзди і турбомотриси) для швидкісних пасажирських перевезень.

Примітки[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]