Опытный газотурбовоз Г1
Опытный газотурбовоз Г1
Одновременное проектированием газотурбовоза и изготовлением для него отдельных частей в период 1956-1957 гг. на Коломенском тепловозостроительном заводе 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 может служить такой пример: только для получения расчетного режима компрессора произведены доводочные работы с 15-ю вариантами углов установки их направляющих аппаратов.
В ноябре 1958 г. началось испытание второй газотурбинной установки (ГТУ №2), в конструкции которой учтен опыт работы первой установки и, в частности, применены подшипники качения. После получения изготовленных Харьковским заводом "Электротяжмаш" генераторов эта установка с июля 1959 г. испытывалась под нагрузкой. Испытания выявили ряд недостатков установки, и она вновь была переработана; появилась ГТУ № 3.
В конце 1959 г. завод построил одну секцию грузового газотурбовоза Г1-01.
Этот локомотив имеет кузов с несущей рамой. С одной стороны кузова расположена кабина машиниста с выступающей передней частью. Соединения элементов кузова выполнены сваркой. Несколько необычно сделан вход в газотурбовоз: верхняя часть лестницы прикрыта дверью. Кузов опирается на две трехосные тележки, выполненные по типу тележек тепловоза ТЭ50-001. Диаметр колес 1050 мм. Буксы челюстные с цилиндрическими роликовыми подшипниками. Подвеска тяговых электродвигателей опорно-осевая. Редуктор односторонний прямозубый с передаточным отношением 17:75=1:4,41.
На газотурбовозе применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 с открытым циклом, без регенерации мощностью 3500 л. с. Она состоит из двенадцатиступенчатого компрессора, шести прямоточных камер сгорания, четырехступенчатой турбины. Скорость вращении роторов - 8500 об/мин, удельный расход топлива - 327 г/э. л. с. ч, расход воздуха при расчетном режиме 23,6 кг/сек. Вec газотурбинной установки 7670 кг, расчетный коэффициент полезного действия ее на валу турбины при номинальной мощности - 20,8%.
Атмосферный воздух сжимается в компрессоре до давления 5,5-6 кГ/см2 и поступает в камеру сгорания. При сгорании топлива воздух нагревается до температуры 727С и рабочая смесь поступает в газовую турбину. Примерно 2/3 мощности, развиваемой турбиной, идет на вращение компрессора, остальная часть - на вращение трех главных генераторов постоянного тока типа МПТ-74/23. Передаточное отношение редуктора между газовой турбиной и генераторами равно 39:185=1:4,74.
Конструктивно главные генераторы скомпонованы в две группы: первая группа (двухмашинный агрегат) состоит из двух главных генераторов МПТ-74/23 и вторая группа (трехмашинный агрегат) состоит из одного главного генератора МПТ-74/23, одного возбудителя ВТ-275/120А и вспомогательного генератора ВГГ-49/14.
Каждый главный генератор рассчитан на номинальную мощность 735 кВт при скорости вращения якоря 1800 об/мин (напряжение 545/820 в, ток 1340/900 а). Машины выполнены восьмиполюсными с независимым возбуждением и самовентиляцией. Возбудитель имеет мощность 15 кВт (115 в, 130 а); вспомогательный генератор - 80 кВт (115 в, 695 а); обе эти машины с независимым возбуждением и самовентиляцией. Вес двухмашинного агрегата - 5150 кг, трехмашинного - 4200 кг.
Обмотки возбуждения трех главных генераторов соединены последовательно и питаются от возбудителя ВТ-275/120А. Этот возбудитель имеет шесть полюсов; на двух насыщенных полюсах расположены шунтовая и дифференциальная обмотки. Через последнюю проходит суммарный ток трех главных генераторов. На четырех ненасыщенных полюсах расположено три обмотки, из которых по одной проходит ток от тахогенератора. Такая система позволяет наиболее полно использовать мощность газотурбинной установки в широком диапазоне скоростей движения локомотива.
Газотурбинная установка с редуктором, генераторами и элементами вспомогательного к ней оборудования смонтирована на отдельной раме, размещаемой в средней части кузова.
Каждый главный генератор питает два параллельно включенных тяговых электродвигателя ЭДТ-340 номинальной мощностью 340 кВт при напряжении 545 в и токе 670 а. При этом скорость вращения якоря равна 710 об/мин, максимальное напряжение на зажимах электродвигателя 820 в, наибольший ток - 1100 а, допустимая скорость вращения якоря - 2200 об/мин, вес тягового электродвигателя-2800 кг. Обмотка якоря петлевая с уравнительными соединениями. Изоляция кремнийорганическая. Эти электродвигатели спроектированы специально для газотурбовоза, но устанавливались также на первых тепловозах ТЭ10. Чтобы увеличить диапазон скоростей, при которых можно использовать полную мощность турбины, тяговые электродвигатели имеют две ступени "ослабления" поля - 55 и 35% возбуждения. Впоследствии вторая ступень была доведена до 29,5% возбуждения.
Источником электроэнергии при одиночном следовании локомотива служит вспомогательная силовая установка, состоящая из шестицилиндрового дизеля 1Д-6Н мощностью 150 л. с. и двухмашинного агрегата. Дизель имеет цилиндры диаметром 150 мм, ход поршня 180 мм, номинальную скорость вращения вала 1500 об/мин; вес его - 1335 кг. Двухмашинный агрегат состоит из маневрового генератора МПТ-49/16 мощностью 100 кВт (при напряжении 230 в, токе 434 a, 1500 об/мин) для питания двух тяговых электродвигателей и вспомогательного генератора ВГГ-275/80 мощностью 20 квт{прн напряжении 115 в, токе 174 а и 1500 об/мин) для собственных нужд и подзарядки аккумуляторной батареи при остановленной газотурбинной установке.
На газотурбовозе имеются холодильник для охлаждении масла газтурбинного двигателя и дизеля и воды дизеля, осевой вентилятор холодильника и два центробежных вентилятора тяговых электродвигателей.
В заднем помещении кузова, где находится вспомогательная силовая установка, расположен котел для подогрева топлива, масла и обогрева кабины машиниста в зимнее время и мотор-компрессор (электродвигатель постоянного тока напряжением 110 в и компрессор КТ-6).
При постройке на газотурбовозе поставлена щелочная аккумуляторная батарея ГТЖН-250, состоящая из 64 элементов емкостью 250 ач, затем после окончания срока ее работы - свинцово-кислотная батарея 3СТ-135, состоящая из 32 элементов емкостью 270 ач.
Газотурбовоз имеет запас тяжелого топлива 9000 кг, дизельного 1500 кг, масла 600 кг, воды 110 кг и песка 700 кг. Вес газотурбовоза в служебном состоянии - 140 т (23,3 т на ось).
При длительном режиме газотурбовоз развивает силу тяги 23500 кГ и скорость 23,3 км/ч. Конструктивная скорость тепловоза -100 км/ч.
24-25 декабря 1959 г. газотурбовоз совершил свои первые поездки на участке Голутвин - Ряжск, при которых работало два главных генератора (один был выключен).
В течение 1960 - 1961 гг. газотурбовоз проходил реостатные доводочные испытания, совершил ряд поездок на участке Голутвин - Ряжск и по экспериментальному кольцу ЦНИИ МПС. В первой половине 1961 г. на экспериментальном кольце произведены предварительные тягово-энергетические испытания газотурбовоза, при которых были почти достигнуты расчетные показатели газотурбинной установки: расход воздуха 25,4 кг/сек, степень повышения давления в компрессоре 6,14, мощность на зажимах генераторов 2200-2300 кВт, коэффициент полезного действия на валу турбины - 17,5-18,5%. Установлено также, что газотурбинный двигатель типа ГТ-3,5 резко увеличивает удельный расход топлива при уменьшении нагрузки. В октябре 1961 г. на газотурбовозе была заменена газотурбинная установка №3 и поставлена №4. Одним из недостатков ГТУ №1-3 было быстрое нарастание вибраций ротора.
С января 1962 г. локомотив находился в эксплуатации на Юго-Восточной дороге (в депо Кочетовка) и сделал пробег с поездами свыше 60000 км; при этом выявлялась надежность работы отдельных его частей и устанавливались эксплуатационные характеристики газотурбовоза. На участке Кочетовка-Рыбное газотурбовоз водил поезда весом до 2800 т со средней технической скоростью 50-70 км/ч, расходуя при полновесных составах около 90 кг условного топлива на 10000 ткм брутто. Для газотурбовоза использовалось тяжелое топливо (дисцилляты замедленного коксования).
При работе газотурбовоза на участке Кочетовка - Рыбное и экспериментальном кольце в 1962 г. наблюдалось повышение температуры засасываемого компрессором воздуха против окружающей на 10-12С, что происходило за счет заброса выпускных газов турбины в компрессор из-за неудачного размещения всасывающего устройства: оно расположено на крыше позади выпускного патрубка. Это приводило к снижению мощности газотурбинной установки. После конструктивных изменений всасывающих устройств описанное явление прекратилось.
В 1965 г. на газотурбовозе проводились отдельные конструктивные улучшения и, в частности, заменена вспомогательная установка более мощной: применен двенадцатицилиндровый дизель 1Д12, развивающий мощность 300 л. с. при скорости вращения вала 1500 об/мин, маневровый генератор МПТ-49/25-3 мощностью 195 кВт при скорости вращения 1500 об/мин и номинальном напряжении 450 в и вспомогательный генератор П91 мощностью 35 кВт при 1450 об/мин и напряжении 110 в. Это позволило увеличить скорость одиночно следующего локомотива до 40 км/ч и осуществить более уверенный пуск газотурбинной установки,
В конце 1965 г. газотурбовоз поступил для эксплуатации на Московскую дорогу (в депо Льгов).
Если к Вас есть еще какие-либо интересные сведения о этих локомотивах или их снимки, то присылайте их мне (Ивану Андрееву), а я постараюсь их поместить на страничку с указанием Вашего адреса.