Газотурбовозы

Поезда - Экспериментальные типы локомотивов

Успехи применения газовых турбин на самолетах, а также использование их в качестве двигателей теплосиловых установок на судах и в стационарной энергетике послужили основанием для создания автономного локомотива, у которого первичным двигателем является газовая турбина. Такие локомотивы получили наименование газотурбовозов.

Газотурбовозы по сравнению с тепловозами, относящимися в отличие от электровозов также к автономным локомотивам, имеют ряд технико-экономических преимуществ: газотурбинная установка может использовать более низкосортное жидкое топливо, чем топливо, необходимое для дизеля, Эта установка не нуждается в водяном охлаждении; вес ее ниже веса дизеля, такой же мощности, что позволяет легче получить большую мощность локомотива в одной секции; расход масла газовой турбины в несколько раз меньший, чем у дизеля, который имеет больше, чем у турбины, подшипников, и полностью отсутствуют у турбин поршни.

По сравнению с дизелем газотурбинные установки применительно к локомотивам имеют и недостатки: более низкий коэффициент полезного действия из-за ограничения температуры газов перед турбиной по условию жаростойкости материала лопаток турбины, а также более резкое увеличение расхода топлива на единицу полезной работы при неполной загрузке двигателя. Высокие технико-экономические показатели газотурбинной установки в условиях авиационной службы определяются длительностью ее работы с постоянной практически полной нагрузкой и низкой температурой окружающего воздуха (-40 - 50С).На судах газотурбинные установки также длительно работают с полной нагрузкой, а возможность оборудования установки относительно громоздкими теплообменниками позволяет иметь достаточно высокий коэффициент полезного действия независимо от температуры окружающего воздуха. Так как локомотивы обычно работают с резко переменной нагрузкой и при широких колебаниях температуры окружающего воздуха (от - 50 до +40С) и так как установить на них регенерационное оборудование (теплообменники) затруднительно из-за стесненных габаритных размеров и ограничений по весу, то получить от газотурбинной установки газотурбовоза такой же эффект, как на самолетах или судах, практически невозможно. Чтобы повысить коэффициент полезного действия газотурбинной установки, работающей на локомотиве, имеется ряд средств, из котоых наиболее эффективным является повышение температуры рабочего тела (смеси воздуха и газов - продуктов сгорания топлива) перед турбиной. Еще можно использовать двойную тягу путем сцепки газотурбовоза и тепловоза, как это применила одна из железных дорог США. Повышение температуры рабочего тела требует более дорогих жаропрочных материалов и уменьшает срок службы деталей, подвергающихся воздействию высоких температур. Работа газотурбовоза с тепловозом хотя и ведет к поддержанию более стабильной нагрузки газотурбовоза путем регулирования мощности сцепленных локомотивов в основном только на тепловозе, но снижает общую эффективность такого вида тяги за счет содержания в депо двух разнородных локомотивов.

С повышением окружающей температуры мощность газотурбовоза заметно падает. Так называемые одновальные газотурбинные установки, у которых газовая турбина и компрессор расположены на одном валу, не могут развивать вращающего момента при нулевой скорости и требуют электрической или гидравлической передачи к движущим колесным парам, как и на тепловозах. При многовальных установках, у которых тяговая газовая турбина механически не связана с компрессором и приводящей его в движение турбиной, возможно применение чисто механической передачи к движущим колесным парам.

Первые разработки газотурбовозов конструкторскими организациями локомотивостроительных заводов относятся еще к 1954 г., когда на Коломенском паровозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева и Харьковском заводе транспортного машиностроения им. В. А. Малышева началось эскизное проектирование новых локомотивов.

Работники заводов и Научно-технический совет Министерства путей сообщения, рассматривавший в мае 1955 г. эти проекты, рекомендовали вести дальнейшую разработку технического проекта и изготовление отдельных элементов газотурбовоза в двухсекционном исполнении с газовыми турбинами полезной мощностью 3000-3500 л.с., работающих на жидком топливе (мазуте). При создании газотурбовоза было рекомендовано применение на установках открытого цикла без регенерации с минимальным числом ступеней газовой турбины и осевого компрессора. Одновременно было признано необходимым проведение конструкторских и научно-исследовательских работ по созданию газотурбинной установки, работающей на пылеугольном топливе, с безвальным генератором газов и с газификацией угля под давлением.

Проектирование, испытание отдельных узлов газотурбовозов, работающих на жидком топливе, в дальнейшем проводилось двумя тепловозостроительными заводами: Коломенским, построившим газотурбовозы с открытым циклом, и Луганским, построившим газотурбовоз с безвальным генератором газа.