Поддать газу: газотурбовоз
- Наиболее значимые элементы локомотива
У газотурбовоза пара сердец. Наровне с газовой турбиной и криогенной ёмкостью к ним относится и помещение большого напряжения, откуда осуществляются настройка и контроль электродвигателей. В высоковольтной камере ни за что нельзя находиться на ходу газотурбовоза: чересчур высока опасность поражения электрическим током.
- Дверь камеры снабжена датчиком: в случае если кто-то открывает ее при трудящихся электродвигателях, локомотив в тот же час всецело обесточивается
Пульт управления ГТ1−001 Пульт управления газотурбовозом — это торжество высоких разработок. Действительно, машинистам приходится проходить важную переподготовку, перед тем как сесть в сокровенное кресло
Вперед экологи!
ЖД транспорт — один из наибольших потребителей нефтепродуктов в Российской Федерации. Часть потребления ДТ образовывает около 9% от общего потребления в стране. Исходя из этого железнодорожники поставили задачу замещения к 2030 году 30% расходуемого независимыми локомотивами ДТ природным газом. ОАО «РЖД» ведет работы по применению сжатого газа в качестве моторного горючего для маневровых локомотивов.
В них реализуется газодизельный цикл с замещением газом до 40% от общего количества потребляемого ДТ. Реализуется кроме этого проект по совместному с ФГУП «Салют» созданию новой транспортной газовой турбины мощностью 1,0 МВт с повышенным КПД (до 40%).
Основной плюс газотурбовоза довольно других типов локомотивов — это возможность развивать огромную мощность при относительно массе и небольших размерах. Первые опытные образцы известного французского поезда TGV были, к слову, газотурбинными. Но французы отказались от аналогичной конструкции ввиду дешевизны электричества в Европе: газовая турбина оказалась многократно накладнее.
Однако в районах, не оснащенных регулярной электросетью, газотурбовозы имели возможность бы применяеться в качестве тяжелых грузовых локомотивов. Российская Федерация с данной точки зрения — совершенный плацдарм для применения таковой автомобили.
Газотурбовозы пробовали ввести в эксплуатацию много раз — в Швейцарии, Франции, США, Германии, кроме того в СССР. Большая часть проектов пришлось на 1960-е годы — и все они потерпели неудачу по экономическим обстоятельствам. Газотурбовоз многократно дороже тепловоза либо электровоза из-за большой цены турбины и сопутствующего оборудования.
Дабы таковой проект окупил себя, цена эксплуатационных материалов, в частности горючего, должна быть равна максимум 50−55% от цены дизеля. Когда цена на эксплуатационные материалы растет — машина делается неконкурентоспособной. В ветхих проектах в качестве горючего употреблялись нефтяные дистилляты, каковые по цене были немногим дешевле ДТ.
Итак, опробования газотурбовоза ГТ1−001 закончены. Это первый в мире турбовоз, трудящийся на сжиженном природном газе (СПГ). Запасов последнего в Российской Федерации большое количество, да и стоит он недорого — на этом и основана уверенность коломенцев в успехе предприятия. Преимущества применения сжиженного газа перед сжатым газом — намного меньший количество, занимаемый горючим на борту, меньшая степень опасности и более высокая теплотворность, чем у пропан-бутановых смесей.
Кроме того, при собственных маленьких размерах ГТ1 — один из самых замечательных существующих локомотивов, талантливый заменить пять тепловозов. А примененная в нем совокупность управления тормозами по связи открывает возможности для интеллектуальных тяжеловесных поездов.
Один за пятерых
Первый грузовой состав массой 3000 т ГТ1−001 совершил еще в 2008 году. Машину строили на риск и свой страх — опыт в конструировании газотурбовозов минимален не только в Российской Федерации, но и в мире. По проведения совершенствования новых и меря конструкции опробований нагрузку на локомотив увеличивали, и в январе 2009 года ГТ1−001 поставил рекорд, официально занесенный в Книгу рекордов Гиннесса: он совершил по экспериментальному кольцу ВНИИЖТ в Щербинке поезд неспециализированной массой 15 000 т, другими словами 159 вагонов.
Большое количество это либо мало? В случае если брать поезда, ведомые несколькими локомотивами, то мало. Рекорд самого тяжелого состава держится с 2001 года, в то время, когда австралийцы умудрились составить поезд из 682 вагонов, груженных металлической рудой (неспециализированная масса 82 000 т), и восьми локомотивов.
Но в случае если сказать об одном локомотиве — то это непременно рекорд. Вряд ли газотурбовозу нужно будет транспортировать подобные грузы в настоящих условиях, но он на это способен — доказано на практике. Действительно, начальник проекта, основной инженер Научно-исследовательского и конструкторско-технологического университета вагонов Владимир Руденко говорит, что это еще не предел. «Фактически, ГТ1 трудился на средней мощности, — говорит Руденко. — Он сможет совершить состав весом и в 20 000 т».
Перевозочный процесс на независимой тяге постоянно требовал замечательного локомотива. Неприятность пребывала в том, что дизельный двигатель с мощностью выше 3 500 кВт был бы через чур тяжелым, исходя из этого таковой тепловоз превысил бы допустимые нагрузки на ось и попросту не вошел бы в требуемые габариты. Выходом стало использование достаточно легкой и компактной энергетической установки — газовой турбины. Мощность газотурбовоза — 8300 кВт. Это в три раза больше, чем у стандартных тепловозов, применяемых сейчас.
Чтобы совершить тот самый рекордный поезд массой 15 000 т, было нужно бы соединить как минимум несколько секций магистральных тепловозов. Само собой разумеется, это не означает, что ГТ1 будет водить лишь сверхтяжелые поезда. РЖД планируют использовать его в сибирской части России, где много неэлектрифицированных веток а также легкие составы требуют экономичных и замечательных локомотивов.
Опробования продемонстрировали, что кроме того при полной нагрузке (не рекордной, само собой разумеется, а проектной) газотурбовоз может развивать скорость 100 км/ч. А 17-тонная емкость для сжиженного газа снабжает локомотиву 750 км пробега между заправками. «Он запланирован на эксплуатацию, например, на БАМе, где большое количество затяжных подъемов с громадным уклоном. на данный момент с целью проведения простого грузового поезда весом 6 000 т в том месте требуется три тепловоза, что достаточно некомфортно», — говорит Руденко.
Тут необходимо подчеркнуть, что мощность современных серийных электровозов возможно значительно выше, чем 8 300 кВт. Вопрос стоял как раз в постройке замечательного локомотива, свободного от электросети. Вследствие этого Руденко отметил и еще одно преимущество ГТ1: «По сути, мощность газотурбовоза стала такой же, как и у серийного грузового электровоза. Это разрешает железнодорожникам унифицировать вес поездов.
При передаче состава с электрифицированных участков пути его не нужно будет расформировывать под тепловозную тягу, как мы вынуждены делать на данный момент».
На гребне волны
Не смотря на то, что ГТ1−001 ценой 200 миллионов рублей. в два раза дороже любого тепловоза, его жизненный цикл на 20% дешевле, так что инвестиции окупятся приблизительно за девять лет. Во-первых, ДТ практически в два раза дороже газа кроме того с учетом его транспортировки и сжижения на громадные расстояния. Уже в этом отношении газотурбовоз выясняется на 30−40% экономичнее тепловозов. К тому же применять машину железнодорожники собираются по большей части в Сибири, где недорогого газа куры не клюют.
Газотурбинный двигатель трудится на более щадящих режимах и имеет меньше трущихся подробностей, что увеличивает его ресурс совершает газотурбовоз дешевле в обслуживании и ремонте.
«За последние 30 лет из-за старения техники трудоемкость обслуживания тепловозов возросла на 30−50%, — говорит Владимир Руденко. — В противовес этому надежность авиационных газотурбинных двигателей разрешает довести их наработку до 30 000 часов без разборки двигателя. А в локомотивном варианте ГТД эта величина возможно значительно большей. эксплуатации и Трудоёмкость обслуживания сводится к заправке горючим и диагностированию, поскольку турбины не подлежат ремонту в условиях депо».
Имеется и еще одна «политическая» обстоятельство, которая делает газотурбовоз перспективной разработкой. Это европейские экологические нормы. Да, электровозы неприятностей с экологией практически не имеют, а вот тепловозы Львиная часть вагонов РЖД в 2012 году прекратит соответствовать нормам, вводимым Европейским союзом.
А ГТ1 будет их опережать.
В тяговой секции ГТ1 помещены тяговый и вспомогательный электрические генераторы, и силовой блок с газотурбинным двигателем. В бустерной секции находится криогенная емкость с запасом сжиженного газа. При работе газотурбинного двигателя сжиженный газ, хранящийся под давлением до 6 атм, подается в тяговую секцию через эластичное соединение посредством криогенного насоса большого давления.
В том месте он проходит через газовый ресивер и теплообменник и попадает в камеру сгорания, которая и снабжает работу двигателя. Процесс всецело автоматизирован: управление и контроль совокупностями хранения, регазификации, подачи газа, газовой турбиной и электрооборудованием во всех режимах работы локомотива реализовывают микропроцессорные совокупности.
Газотурбинный двигатель НК-361 мощностью 8 300 кВт для ГТ1−001 изготовил СНТК им. Н.Д. Кузнецова.
Его КПД — порядка 30%. Для нового двигателя нашлась достаточно действенная схема регазификации, при которой сжиженный газ преобразовывается в газообразное состояние в теплообменнике, установленном конкретно в выхлопном патрубке турбины, без применения промежуточных теплоносителей. В принципе КПД газовой турбины при применении современных наработок и материалов возможно довести приблизительно до 40% — но это до тех пор пока что работа на будущее.
Само собой разумеется, колеса приводятся не напрямую от газовой турбины (через чур высока инерционность для того чтобы двигателя), а через электродвигатели, ток для которых вырабатывается за счет энергии ГТД. Это стандартная схема, которая используется на всех газотурбовозах. Базой для газотурбовоза послужил серийный электровоз ВЛ15 — от него забраны тележки и рама.
Новенького понемножку
ГТ1 оснащен устройствами безопасности и современными приборами управления перемещения. В кабине установлен контроллер, что регулирует скорость и мощность перемещения. На дисплеях отображается информация о работе двигателя, включая сведения о состоянии каждого узла.
Локомотив оснащен совокупностью видеонаблюдения,под контролем которой находиться состояние оборудования в кузовах секций, рабочее место машиниста и обстановку по ходу перемещения поезда.
До тех пор пока снимаемая совокупностью наблюдения «картина» транслируется лишь в кабину машиниста, но в возможности изображение будет передаваться в диспетчерский центр, эксперты которого смогут не только осуществлять контроль параметры работы локомотива, но и смотреть за физическим и эмоциональным состоянием машиниста. В чрезвычайной ситуации диспетчеры смогут дистанционно активировать совокупность экстренного торможения, которая машинально отключит тяговые двигатели.
Для работы на новом «металлическом коне» РЖД придется дополнительно готовить кадры. Все операции по управлению осуществляются посредством компьютера, так что для машинистов потребуется увеличение квалификации.
В ГТ1−001 применена новая совокупность дистанционного управления тормозами (СУПТ) при помощи связи. Она разрешает в скором времени поменять правила организации тяжеловесного перемещения, и создавать интеллектуальные грузовые поезда. Ранее в хвостовую часть длинносоставных поездов нужно было ставить дополнительный локомотив с машинистом для управления тормозами. В противном случае был риск происхождения продольных динамических сил, каковые имели возможность порвать состав.
Русские инженеры создали устройство, которое находится в последней трети состава и руководит тормозами по связи. Подобные разработки уже внедрены на железных дорогах США, они позволяют в полтора раза расширить скорость следования тяжеловесных составов и вдвое сократить длину их тормозного пути. За счет этого американские железнодорожники взяли важный экономический эффект.
Сейчас может измениться вся разработка организации перемещения тяжеловесных поездов. В случае если ранее употреблялась разработка распределенных составов (где локомотивы размешались в начале, в хвосте и, при необходимости, в середине поезда), то сейчас имеется возможность сосредоточиться на тяге. Помимо этого, внедрение СУТП разрешает создать интеллектуально управляемый грузовой поезд, где все процессы осуществляются «на автопилоте» с применением радиосигнала.
В подготовке статьи неоценимую помощь оказали основной инженер ОАО «ВНИКТИ» Владимир Федорович Руденко и заведующий сектором конструкторского отделения Андрей Геннадьевич Воронков
На Север!
К обслуживанию газотурбовозов подготавливается инфраструктура Свердловской железной дороги.
В Екатеринбурге завершается строительство комплекса по производству сжиженного газа на ГРС-4. По окончании ввода комплекса в эксплуатацию будет обеспечена заправка газотурбовоза ГТ1−001 и его работа на участке Свердловск-сортировочный — Верхний Уфалей. В будущем на Свердловской магистрали планируется организовать эксплуатацию 90 газотурбовозов на сжиженном природном газе.
На газ собираются переводить и маневровые локомотивы. До 2030 года будет организована эксплуатация газотурбовозов на объединенном полигоне Северной и Свердловской железных дорог.
ВНИКТИ проводит последние изготовление к серийному выпуску локомотива. Опробования распознали необходимость доработки криогенной совокупности подачи горючего, решения вопроса устранения примесей из газа и др. Но все эти неприятности решаемы.
Уже в 2010 году возможно решен вопрос о серийном производстве передового локомотива.
Серийный выпуск до 100 газотурбовозов в год РЖД рассчитывает начать с 2013 года, а умелая эксплуатация автомобили обязана закончиться в 2011-м.
Краткий курс истории газотурбовозостроения
Во второй половине 30-ых годов XX века швейцарская компания Brown, Boveri & Cie по заказу швейцарских федеральных железных дорог создала газотурбовоз, взявший наименование Am 4/6 1101.
Это первенствовала в мире подобная конструкция. Ее совершенствованию и полноценным испытаниям помешала война, не смотря на то, что Am 4/6 1101 водил составы вплоть до конца 1950-х. К тому времени газотурбовозы показались и в Соединенных Штатах, где в 1950—1960-х годах было создано пара десятков локомотивов с турбинами мощностью от 3300 до 6300 кВт.
Но во второй половине 60-ых годов двадцатого века все американские испытания с ГТД были свернуты по обстоятельству экономической неэффективности.
В 1955 году Коломенский тепловозо-строительный завод приступил к разработке первого советского газотурбовоза. Отдельное КБ было организовано из молодых энтузиастов, начальником стал конструктор Лев Лебедянский. Во второй половине 50-ых годов двадцатого века Коломенский завод выстроил первый газотурбовоз Г1−01 мощностью 3500 л.с., после этого этим предприятием было выпущено два пассажирских газотурбовоза серии ГП1.
Но невозможность (в то время) соперничать с электровозами свела на нет интерес управления к новому проекту.
Последним советским газотурбовозом стал умелый ГТ101, выстроенный в первой половине 60-ых годов двадцатого века в Луганске. Три коломенских газотурбинных локомотива поступили в депо Льгов, где трудились наравне с электровозами и тепловозами. По сей день ни один не сохранился.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№96, октябрь 2010).
<
h4>