локомотив - Главная
паравоз - Газотурбовозы
 

Газотурбовоз - автономный локомотив, на котором в качестве основного (первичного) двигателя использован тепловой -газотурбинный - двигатель.

  газотурбовоз серии г1-01  

"Опытный газотурбовоз Г1-01"

Еще до Июльского (1955 г.) Пленума ЦК КПСС, указавшего на необходимость развернуть в широких масштабах научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию высокопроизводительных и экономичных машин, в том числе газотурбовозов, тепловозов и электровозов, на Коломенском паровозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева проводилось начатое в 1954 г. эскизное проектирование односекционного восьмиосного газотурбовоза с полезной мощностью газовой турбины 4500 л. с. Однако во второй половине 1955 г. эта работа была прекращена, и началось проектирование под руководством главного конструктора завода Л. С. Лебедянского и ведущего конструктора Р. И. Шарговского двухсекционного газотурбовоза с газотурбинными установками мощностью по 3500 л. с. В этой работе принял активное участие заведующий кафедрой турбостроения Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана проф. В. В. Уваров, включенный в состав членов Научно-технического совета МПС. К концу года был закончен технический проект, а в середине 1956 г. началось изготовление газотурбинной установки, которая была готова в декабре 1957 г. Эта установка (ГТУ № 1) имела подшипники скольжения.

Одновременно с проектированием газотурбовоза и изготовлением для него отдельных частей в период 1956—1957 гг. на Коломенском заводе, который стал уже называться тепловозостроительным, создавались экспериментальные цеха и новые лаборатории для исследований газотурбинных установок и их элементов (камер сгорания, вспомогательного оборудования). О большом объеме экспериментально-конструкторских работ при создании газотурбинной установки свидетельствует такой пример: только для получения расчетного режима компрессора были проведены доводочные работы, в которых опробовались 15 вариантов углов установки его направляющего аппарата.

В ноябре 1958 г. началось испытание второй газотурбинной установки (ГТУ № 2), которая была разработана с учетом опыта работы первой установки и, в частности, имела подшипники качения. После получения изготовленных харьковским заводом "Электротяжмаш" генераторов эта установка с июля 1959 г. испытывалась под нагрузкой. Испытания выявили ряд недостатков установки, и ее конструкция вновь подверглась переработке - появилась ГТУ № 3. газотурбовоз серии г1-01

В конце 1959 г. завод построил одну секцию грузового газотурбовоза Г1-01.

Этот локомотив имел кузов с несущей рамой. С одного торца кузова располагалась кабина машиниста. Соединения элементов кузова были выполнены сваркой. Несколько необычно был сделан вход в газотурбовоз: верхняя часть лестницы прикрывалась дверью. Кузов опирался на две трехосные тележки, выполненные по типу тележек тепловоза ТЭ50-0001. Диаметр колес равнялся 1050 мм. Буксы были челюстные с цилиндрическими роликовыми подшипниками. Тяговые электродвигатели имели опорно-осевое подвешивание. Редуктор был односторонний, прямозубый с передаточным числом 75:17 = 4,41.

На газотурбовозе была применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 с открытым циклом без регенерации мощностью 3500 л. с. Она состояла из двенадцатиступенчатого компрессора, шести прямоточных камер сгорания, четырехступенчатой турбины. Частота вращения роторов была 8500 об/мин, удельный расход топлива равнялся 327 г/(э.л.с. • ч), расход воздуха при расчетном режиме — 23,6 кг/с. Масса газотурбинной установки составляла 7670 кг, расчетный коэффициент полезного действия на валу турбины при номинальной мощности достигал 20,8 %.

Атмосферный воздух сжимался в компрессоре до давления 5,5—6 кгс/см и поступал в камеру сгорания. При сгорании топлива воздух нагревался до температуры 727 °С, и рабочая смесь поступала в газовую турбину. Примерно 2/3 мощности турбины затрачивалось на вращение компрессора, остальная часть шла на вращение трех тяговых генераторов постоянного тока МПТ-74/23 (электрическая схема по чертежу Г1.70.00.005.СХЭ). Передаточное число редуктора между газовой турбиной и генераторами равнялось 185:39 = 4,74.

Тяговые генераторы были скомпонованы в две группы: первая группа (двухмашинный агрегат) состояла из двух тяговых генераторов МПТ-74/23, вторая группа (трехмашинный агрегат) — 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 якоря 1800 об/мин (напряжение 470/700 В, ток 1660 А). Машины были выполнены восьмиполюсными с независимым возбуждением и самовентиляцией. Возбудитель имел мощность 15 кВт (115 В, 130 А); вспомогательный генератор — 80 кВт (115 В, 695 А); обе эти машины имели независимое возбуждение и самовентиляцию. Масса двухмашинного агрегата составляла 5150 кг, трехмашинного — 4200 кг.

Обмотки возбуждения трех тяговых генераторов были соединены последовательно и питались от возбудителя ВТ-275/120А. Этот возбудитель имел шесть полюсов; на двух насыщенных полюсах располагались шунтовая (параллельная) и дифференциальная обмотки. Через последнюю проходил суммарный ток трех тяговых генераторов. На четырех ненасыщенных полюсах располагались три обмотки, по одной из которых проходил ток от тахогенератора. Такая схема позволяла наиболее полно использовать мощность газотурбинной установки в широком диапазоне скоростей движения локомотива.

Газотурбинная установка с редуктором, генераторами и элементами вспомогательного оборудования была смонтирована на отдельной раме, размещенной в средней части кузова.

Каждый тяговый генератор питал два параллельно включенных тяговых электродвигателя ЭДТ-340 номинальной мощностью по 340 кВт при напряжении 545 В и токе 670 А; при этом частота вращения якорей электродвигателей равнялась 710 об/мин. Максимальное напряжение на зажимах электродвигателя было 820 В, наибольший ток равнялся 1100 А, допустимая частота вращения якоря составляла 2200 об/мин, масса тягового электродвигателя — 2800 кг. Обмотка якоря была петлевая с уравнительными соединениями; применялась кремнийорганическая изоляция. Указанные электродвигатели были спроектированы специально для газотурбовоза, но устанавливались также на первых тепловозах серии ТЭ10 (см. § 4.3). Для увеличения диапазона скоростей, при которых мощность турбины могла использоваться полностью, тяговые электродвигатели имели две ступени ослабленного возбуждения — 55 и 35 %. Впоследствии вторая ступень была доведена до 29,5 %.

Источником электроэнергии при одиночном следовании локомотива служила вспомогательная силовая установка, состоявшая из шестицилиндрового дизеля 1Д6 мощностью 150 л. с. и двухмашинного агрегата. Дизель имел цилиндры диаметром 150 мм, ход поршней составлял 180 мм, номинальная частота вращения вала равнялась 1500 об/мин, масса дизеля — 1335 кг. Двухмашинный агрегат состоял из маневрового генератора МПТ-49/16 мощностью 100 кВт (230 В, 434 А, 1500 об/мин) для питания двух тяговых электродвигателей и вспомогательного генератора ВГГ-275/80 мощностью 20 кВт (115 В, 174 А, 1500 об/мин) для собственных нужд и подзарядки аккумуляторной батареи при неработающей газотурбинной установке.

На газотурбовозе имелся холодильник для охлаждения масла газотурбинной установки и дизеля и воды дизеля, осевой вентилятор холодильника и два центробежных вентилятора тяговых электродвигателей.

В заднем помещении кузова, где находилась вспомогательная силовая установка, был расположен котел для подогрева топлива, масла и обогрева кабины машиниста в зимнее время, а также мотор-компрессор (электродвигатель постоянного тока напряжением 110 В и компрессор КТ-6).

При постройке на газотурбовоз была поставлена щелочная аккумуляторная батарея ГТЖН-250, состоявшая из 64 элементов емкостью 250 А • ч. После окончания срока ее работы она была заменена свинцово-кислотной батареей ЗСТ-135, состоявшей из 32 элементов емкостью 270 А • ч.

Газотурбовоз имел запас тяжелого топлива 9000 кг, дизельного топлива — 1500 кг, масла — 600 кг, воды — 110 кг и песка — 700 кг. Масса газотурбовоза в служебном состоянии равнялась 140 т (нагрузка от колесной пары на рельсы 23,3 тс).

При длительном режиме газотурбовоз развивал силу тяги 23500 кгс и скорость 23,3 км/ч. Конструкционная скорость его была 100 км/ч.

Свои первые поездки газотурбовоз совершил 24—25 декабря 1959 г. на участке Голутвин—Ряжск. В этих поездках работали только два тяговых генератора (один был выключен). газотурбовоз серии г1-01

В течение 1960—1961 гг. газотурбовоз проходил реостатные доводочные испытания, совершил ряд поездок на участке Голутвин — Ряжск и по экспериментальному кольцу ВНИИЖТа. В первой половине 1961 г. на экспериментальном кольце были проведены предварительные тягово-энергетические испытания газотурбовоза, при которых были почти достигнуты расчетные показатели газотурбинной установки: расход воздуха 25,4 кг/с, степень повышения давления в компрессоре 6,14, мощность на зажимах генераторов 2200—2300 кВт, коэффициент полезного действия на валу турбины — 17,5—18,5%. Было установлено, что у газотурбинной установки ГТ-3,5 резко увеличивается удельный расход топлива при уменьшении нагрузки. В октябре 1961 г. газотурбинная установка № 3 была заменена на газотурбовозе установкой № 4. Одним из недостатков ГТУ № 1—3 было быстрое нарастание вибраций ротора.

С января 1962 г. локомотив находился в эксплуатации в депо Кочетовка Юго-Восточной дороги и сделал пробег с поездами свыше 60000 км; при этом оценивалась надежность работы отдельных его частей и устанавливались эксплуатационные характеристики газотурбовоза. На участке Кочетовка — Рыбное газотурбовоз водил поезда массой до 2800 т со средней технической скоростью 50—70 км/ч, расходуя при полновесных составах около 90 кг условного топлива на 10000 т • км брутто. Для газотурбовоза использовалось тяжелое топливо, (дистилляты замедленного коксования).

При работе газотурбовоза на участке Кочетовка — Рыбное и экспериментальном кольце в 1962 г. наблюдалось повышение температуры засасываемого компрессором воздуха на 10—12°С, что происходило за счет заброса выпускных газов турбины в компрессор из-за неудачного размещения всасывающего устройства: оно располагалось на крыше позади выпускного патрубка. Это приводило к снижению мощности газотурбинной установки. После конструктивных изменений всасывающих устройств описанное явление прекратилось.

В 1965 г. газотурбовоз подвергся отдельным конструктивным улучшениям. В частности, вспомогательная установка была заменена более мощной: 12-цилиндровым дизелем 1Д12, развивавшим мощность 300 л. с. при частоте вращения вала 1500 об/мин, маневровым генератором МПТ-49/25-3 мощностью 195 кВт при частоте вращения вала 1500 об/мин и номинальном напряжении 450 В и вспомогательным генератором П-91 мощностью 35 кВт (1450 об/мин, 110 В). Это позволило увеличить скорость одиночно следовавшего локомотива до. 40 км/ч и осуществлять более уверенный пуск газотурбинной установки. В том же году были завершены испытания новой газотурбинной установки — ГТУ № 5.

В конце 1965 г. газотурбовоз поступил для эксплуатации на Московскую дорогу в депо Льгов, куда в то время прибыли два пассажирский газотурбовоза серии ГП1

 

газотурбовоз серии г1-01

Расположение оборудования на опытной секции газотурбовоза Г1-01:
1 — вентилятор холодильника;
2 — компрессор;
3 — камеры сгорания;
4 — газовая турбина;
5 — редуктор;
6 — тяговый генератор

 

газотурбовоз серии г1-01

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

   

"Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1956-1966 гг" Раков В.А.