Газотурбовоз – это 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.
Газотурбовоз в несколько раз дороже тепловоза или электровоза из-за высокой цены турбины и сопутствующего оборудования. Чтобы такой проект окупил себя, стоимость эксплуатационных материалов, в частности топлива, должна составлять максимум 50-55% от стоимости дизеля. Как только цена на расходные материалы растет – машина становится неконкурентоспособной. В старых проектах в качестве топлива использовались нефтяные дистилляты, которые по стоимости были немногим дешевле ДТ.
Преимущества Газотурбовоза.
Железнодорожный транспорт — один из крупнейших потребителей нефтепродуктов в России. Доля потребления дизельного топлива составляет около 9% от общего потребления в стране. Поэтому железнодорожники поставили задачу замещения к 2030 году 30% расходуемого автономными локомотивами дизельного топлива природным газом.
ОАО «РЖД» уже ведет работы по использованию сжатого газа в качестве моторного топлива для маневровых локомотивов. В них реализуется газодизельный цикл с замещением газом до 40% от общего количества потребляемого дизельного топлива. Реализуется также проект по совместному с ФГУП «Салют» созданию новой транспортной газовой турбины мощностью 1,0 МВт с повышенным до 40% КПД.
Но основной плюс газотурбовозов относительно других типов локомотивов – это возможность развивать огромную мощность при сравнительно небольших размерах и массе. Преимущества использования сжиженного природного газа перед сжатым газом – значительно меньший объем, занимаемый топливом на борту, меньшая степень опасности и более высокая теплотворность, чем у пропан-бутановых смесей. Помимо того, при своих небольших размерах ГТ1 – один из самых мощных существующих локомотивов, способный заменить пять тепловозов. А примененная в нем система управления тормозами по радиосвязи открывает возможности для создания интеллектуальных тяжеловесных поездов.
Полевые испытания ГТ1.
Свой первый грузовой состав массой 3000 т ГТ1-001 провел еще в 2008 году. Машину строили на свой страх и риск — опыт в конструировании газотурбовозов минимален не только в России, но и в мире. По мере совершенствования конструкции и проведения новых испытаний нагрузку на локомотив увеличивали, и в январе 2009 года ГТ1-001 поставил рекорд, официально занесенный в Книгу рекордов Гиннесса — он провел по экспериментальному кольцу ВНИИЖТ в Щербинке поезд общей массой 15000 т, то есть 159 вагонов!
Процесс перевозки на автономной тяге всегда требовал мощного локомотива. Проблема состояла в том, что дизельный двигатель с мощностью выше 3500 кВт был бы слишком тяжелым, поэтому такой тепловоз превысил бы допустимые нагрузки на ось и попросту не вошел бы в требуемые габариты. Выходом стало применение достаточно легкой и компактной энергетической установки – газовой турбины. Мощность газотурбовоза — 8300 кВт. Это втрое больше, чем у стандартных тепловозов, используемых сегодня. Для того чтобы провести тот самый рекордный поезд массой 15000 т, пришлось бы соединить не менее пяти секций магистральных тепловозов. Конечно, это не значит, что ГТ1 будет водить только сверхтяжелые поезда. РЖД собираются использовать его в сибирской части России, где довольно много неэлектрифицированных веток и даже легкие составы требуют экономичных и мощных локомотивов.
Испытания показали, что даже при полной проектной нагрузке газотурбовоз может развивать скорость до 100 км/ч. А 17-тонная емкость для сжиженного природного газа обеспечивает локомотиву 750 км пробега между заправками.
Важнейшие элементы газотурбовоза.
У газотурбовоза несколько сердец. Наряду с криогенной емкостью и газовой турбиной к ним относится и помещение высокого напряжения, откуда осуществляются контроль и настройка электродвигателей.
В тяговой секции ГТ1 помещены тяговый и вспомогательный электрические генераторы, а также силовой блок с газотурбинным двигателем. В ускорительной секции находится криогенная емкость с запасом сжиженного природного газа. При работе газотурбинного двигателя сжиженный природный газ, хранящийся под давлением до 6 атм., подается в тяговую секцию через гибкое соединение с помощью криогенного насоса высокого давления. Там он проходит через теплообменник и газовый ресивер и попадает в камеру сгорания, которая и обеспечивает работу двигателя. Процесс полностью автоматизирован: контроль и управление системами хранения, регазификации, подачи газа, газовой турбиной и электрооборудованием во всех режимах работы локомотива осуществляют микропроцессорные системы.
Газотурбинный двигатель НК-361 мощностью 8300 кВт для ГТ1-001 изготовил СНТК им. Н.Д. Кузнецова. Его КПД – порядка 30%. Для нового двигателя была найдена довольно эффективная схема регазификации, при которой сжиженный газ превращается в газообразное состояние в теплообменнике, установленном непосредственно в выхлопном патрубке турбины, без использования промежуточных теплоносителей. В принципе КПД газовой турбины при использовании современных материалов и наработок можно довести примерно до 40% – но это пока что работа на будущее. Конечно, колеса приводятся не напрямую от газовой турбины (слишком высока инерционность такого двигателя), а через электродвигатели, ток для которых вырабатывается за счет энергии ГТД. Это стандартная схема, которая применяется на всех газотурбовозах . Базой для газотурбовоза послужил серийный электровоз ВЛ15 – от него взяты рама и тележки.
По материалам РЖД.
