Выперайленко С.А.

Восточноукраинский национальный университет имени В.Даля

ГАЗОТУРБОВОЗ – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВИД ТЯГИ

В XXI веке газотурбинная тяга снова появляется на железнодорожных линиях. Развитие на протяжении прошедшего столетия авиационных ГТД позволило буквально сделать революцию в самолетостроении. Менее активно внедрялись газотурбинные двигатели в наземном транспорте, в частности, железнодорожном.

Газотурбинный двигатель – тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс газотурбинного двигателя может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объеме.

Применение природного газа в качестве моторного топлива имеет весьма актуальное значение, поскольку затраты на дизельное топливо для тепловозов составляют около 20% общих эксплуатационных расходов и цена эквивалентного количества газа значительно (до 50 %) ниже, чем дизельного топлива. К тому же происходит: снижение вредных выбросов в атмосферу с выпускными газами дизелей, так как при работе на природном газе их токсичность значительно ниже, чем при работе на дизельном топливе и дымность (сажа) меньше на порядок; обеспечение устойчивого топливоснабжения тепловозов в перспективе с учетом динамики изменения добычи нефти и газа, их сравнительных запасов и прогнозов истощения месторождений.

Анализ показывает, что в настоящее время наиболее готовыми к применению на железнодорожном транспорте являются газотурбинные двигатели четвертого поколения, специально переработанные для нужд наземного транспорта. Не случайно в США в 2000 г. был выпущен на испытания пассажирский локомотив с газотурбинным двигателем.

Привлекают также низкие весовые и габаритные показатели ГТД, малая трудоемкость текущего обслуживания, отсутствие ряда вспомогательных систем, присущих дизельным установкам, возможность повышения эффективного К.П.Д. до 50% и более при применении регенерации тепла, возможность использования твердых топлив при переводе на цикл с внешним подводом тепла и др. Конечно, сдерживающим фактором является высокая цена таких двигателей. Однако по нашим расчетам стоимость жизненного цикла локомотива с ГТУ при применении природного газа или пропанобутановых смесей в 1,5-2,0 раза ниже_: чем стоимость жизненного цикла тепловоза, работающего на дизельном топливе. При расчетах не учитывался дополнительный эффект, связанный со снижением выбросов вредных веществ и платой за нарушение экологических требований

Впервые в мире локомотив с ГТД (газотурбовоз) № 1101 мощностью 1618 кВт (2200 л.с.) был построен в 1941 г. в Швейцарии фирмой «Браун-Бовери» для Швейцарских федеральных железных дорог (рис.1).

Рис.1. Газотурбинный двигатель газотурбовоза №1101

В настоящее время компания-оператор «Amtrak» в рамках реализуемой программы повышения скоростей движения пассажирских поездов осуществляет модернизацию принадлежащих ей семи пятивагонных турбопоездов «RTL-Turboliner». Первый был в опытном порядке модернизирован с установкой на моторных вагонах ГТД типа «Turbomeca TM-1600» компании «Makila Turbines». Усовершенствована также система управления силовым агрегатом, применена новая система подачи топлива, а также изменена компоновка оборудования пассажирских салонов. Эксплуатация этого турбопоезда в течение семи лет на маршруте Нью-Йорк — Олбани дала хорошие результаты. Однако при последующей модернизации, выполнявшейся заводом компании «Super Steei» в Скенектади (США), устанавливались новые турбины типа «Turbomeca» мощностью 1000 кВт, тяговые гидропередачи компании «Voith»и микропроцессорные системыу правления.

Первый модернизированный турбопоезд по данному проекту ввели в эксплуатацию на том же маршруте в апреле 2003 г. Вместе с тем, специалисты считают, что в дальнейшем целесообразно повысить мощность ГТД турбопоездов до 2940 кВт (использовать две установки) и применить электрическую передачу переменного тока, способную передавать мощность всем колесным парам моторных вагонов. Это позволит не только повысить на 15 — 20 % ускорение поезда, но и включить в поезд дополнительный вагон, увеличив тем самым число сидячих мест.

Газотурбовозы наиболее эффективны на следующих видах работы, по сравнению с тепловозами: проводка составов повышенной массы; работа на участках с тяжелым профилем пути; взаимодействие в сети путей сообщения с современными мощными электровозами без расформирования составов; ускоренная проводка литерных составов на большие расстояния до 2500 км без дозаправки топливом, а в тендерном исполнении до 10000 км. По сравнению с электровозами: высокая автономность и способность работы в любых метеоусловиях; эксплуатация в прибрежных районах с высокой вероятностью обледенения и обмерзания токопровода; снижение массы локомотива по сравнению с электровозом позволяющее осуществлять проводку пассажирских (скоростных) поездов по линейным грузовым магистралям; использование на новых скоростных магистралях, что обеспечивает удешевление и ускорение строительства и ускорение окупаемости дороги.