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

"Опытный газотурбовоз ГТ101"

На протяжении многих лет профессор А. Н. Шелест занимался созданием тепловоза с газовой передачей. В 1954 г. по заданию Харьковского завода транспортного машиностроения им. В. А. Малышева в Московском высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана под руководством профессора А. Н. Шелеста был разработан проект газотурбовоза с механическим генератором газов и комбинированной теплосиловой установкой, состоящей из газовой турбины и свободнопоршневых генераторов газов (СПГГ). Такую комбинацию машин можно рассматривать как дальнейшее развитие дизеля с газотурбинным наддувом, у которого вся мощность используется для привода турбины, являющейся источником механической энергии. При этом сам дизель превращается в более простую машину, у которой отсутствует шатунно-кривошипный механизм и.имеются только поршни, двигающиеся навстречу друг другу или друг от друга. Впервые СПГГ были применены на газотурбовозе, построенном на французском заводе Рено в 1952 г.

В соответствии с проектом, разработанным МВТУ, каждый СПГГ должен был иметь две пары поршней: два большего диаметра и два меньшего. Поршни большего диаметра соединены с поршнями меньшего диаметра. Поршни меньшего диаметра обращены друг к другу и могут передвигаться во внутреннем (малом) цилиндре, имеющем продувочные окна и форсунку для подачи жидкого топлива. Поршни большего диаметра помещены в компрессорные цилиндры. Пуск СПГГ намечалось осуществлять подачей сжатого воздуха в крайние полости компрессорных цилиндров. При этом малые поршни идут навстречу друг другу, происходит сжатие воздуха в полости между малыми поршнями. В конце хода поршней в эту полость подается топливо, оно воспламеняется, давление в малом цилиндре резко возрастает и поршни расходятся, открываются продувочные окна, и сжатый во внутренних компрессорных полостях воздух продувает среднюю полость. Так как при расхождении поршней во внешних компрессорных полостях воздух сжимается, то создаются воздушные буфера (подушки), останавливающие расходящиеся поршни, а затем заставляющие их опять сходиться. Далее процесс повторяется. Описанный СПГГ — двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Продукты сгорания из него поступают в ресивер, а оттуда к газовой турбине.

Так как температура смеси продуктов сгорания и воздуха при расширении ее падает, то при одной и той же температуре смеси, подводимой к лопаткам турбины, в СПГГ возможно иметь более высокую температуру сгорания топлива, чем в камерах сгорания, из которых смесь поступает непосредственно к лопаткам турбины. Это обстоятельство позволяет за счет подвода тепла от нагретого в компрессоре воздуха осуществить более экономичный процесс сжигания топлива в цилиндрах СПГГ, чем в камерах сгорания обычных газотурбовозов.

Преимуществом системы СПГГ над системой газотурбинной установки с камерой сгорания является также отсутствие компрессора, роль которого выполняют поршни большего диаметра СПГГ, и возможность снижения расхода топлива при холостой работе турбины за счет остановки части СПГГ. Число циклов СПГГ регулируется количеством подаваемого топлива. Газотурбовоз с СПГГ можно отнести к классу тепловозов, у которых газовая турбина играет роль газовой передачи.

В 1956 г. Луганский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции разработал технический проект двухсекционного двенадцатиосного газотурбовоза с СПГГ и электрической передачей постоянного тока. Нагрузка от колесной пары на рельсы получилась равной 23 тс. Чтобы уменьшить нагрузку на рельсы, завод в 1958—1959 гг. несколько переработал проект, применив вместо электрической передачи гидравлическую; механическая передача для спроектированной газовой турбины была непригодна, так как машина рассчитывалась на работу в относительно узком интервале частот вращения ротора. Проектная масса шестиосной секции газотурбовоза с гидравлической передачей составила 126 т. На газотурбовозе предусматривалась установка четырех СПГГ-95 около боковых стенок кузова и газовой турбины в центре кузова. СПГГ были выполнены с диаметром цилиндров дизельной полости 280 мм, компрессорной полости — 750 мм и ходом поршней при номинальном режиме 2 х 375 мм. При 714 циклах в минуту производительность одного СПГГ составляла 8280 кг/ч, температура газов — 515 °С, давление — 4,5 кгс/см , адиабатическая мощность — 870 л. с. Поршни СПГГ были связаны между собой синхронизирующим механизмом, использовавшимся также для установки поршней в крайние положения при воздушном пуске от баллонов. Масса одного СПГГ равнялась 5500 кг.

Пятиступенчатую газовую турбину с двусторонним отбором энергии изготовил Брянский машиностроительный завод. Она была рассчитана на мощность 3000 л. с. при частоте вращения ротора 8500 об/мин и температуре подводимого к ней газа 500—520 "С, максимальная частота вращения ротора турбины была 9500 об/мин.

Вращающий момент от турбины через понижающие редукторы передавался к гидромеханическим коробкам, установленным на тележках, от коробок при помощи карданных валов — к осевым редукторам, а от них через полые карданные валы, расположенные вокруг осей колесных пар, — к колесным парам. В гидромеханических коробках были размещены гидротрансформаторы ГТК-НТ, применявшиеся на тепловозах серии ТГ102. Передаточное число редуктора между турбиной и коробкой равнялось 3,64, осевого редуктора — 4,31, общее передаточное число от турбины к движущимся колесам — 17,25. Осевые редукторы были подвешены к раме тележки. Диаметр движущих колес составлял 1050 мм. Над каждой парой СПГГ и над вспомогательным дизелем помещались съемные холодильные камеры.

На газотурбовозе была предусмотрена установка двух кислотных аккумуляторных батарей 6СТЭ-128 общей емкостью 256 А • ч, тормозного компрессора ВП-3/9, пускового компрессора, пусковых баллонов и другого вспомогательного оборудования.

Вспомогательный дизель 1Д6 мощностью 150 л. с. служил для привода генератора переменного тока, питавшего электродвигатели насосов, вентиляторов и тормозного компрессора, а также через клино-ременную передачу вентиляторов холодильника, охлаждавшего масло турбины и гидропередач.

Управление силовой установкой газотурбовоза машинист осуществлял с помощью контроллера, имевшего 16 рабочих позиций, из которых на первых четырех менялось количество включенных вентилей, регулирующих подачу газа, а на остальных позициях менялось давление газа у турбины от 0 до 4,25 кгс/см2. Это производилось за счет изменения количества подаваемого топлива в цилиндры генераторов газа. Цепи системы управления работали на постоянном токе с номинальным напряжением 75 В.

Расчетная сила тяги газотурбовоза составляла 23000 кгс при скорости 22 км/ч, максимальная скорость — 100 км/ч, расчетный коэффициент полезного действия в диапазоне скоростей 20—40 км/ч равнялся 24—27 %.

В 1960 г. Луганский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции построил экспериментальную секцию газотурбовоза, получившую обозначение ГТ101-001. Первый рейс газотурбовоз совершил в июле 1961 г. В октябре 1961 г. он демонстрировался на выставке локомотивов на Рижском вокзале в Москве. При испытаниях на путях МПС газотурбовоз не развивал полную мощность (3000 л. с), затруднена была также регулировка мощности — работа СПГГ с малой подачей топлива и переход на режим с выключением отдельных генераторов газа. В связи с этим завод изготовил новые СПГГ типа ОР-95 с такими же диаметрами цилиндров и ходом поршней, как и у первых СПГГ, и в период 1962—1965 гг. проводил стендовые и наладочные работы. В конце 1965 г. газотурбовоз начал совершать опытные поездки с составами, но не был передан МПС для регулярной эксплуатации, так как требовал продолжения доводочных работ.

Расположение оборудования на экспериментальном газотурбовозе ГТ101-001:
1 — пульт управления;
2 — главный резервуар;
3 — сво-боднопоршневой генератор газов (СПГГ);
4 — карданный вал между понижающим редуктором и гидротрансформатором;
5 — понижающий редуктор;
6 — тяговая турбина;
7 — вентилятор холодильника;
8 — топливный бак;
9 — гидротрансформатор и редуктор

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