Газотурбовозы – автономные локомотивы, на которых в качестве основной энергетической установки используется газотурбинный двигатель (ГТД). Принцип работы газотурбинной установки заключается в следующем. Топливо непрерывно сжигается в камерах сгорания (огневых коробках), полученные газы с высокой температурой устремляются на выход в атмосферу. На пути потока газов установлена газовая турбина, приводимая во вращение этим потоком газов. Часть полученной механической энергии от вала турбины передается компрессору, который для поддержания горения топлива, а так же для снижения температуры газов, ибо температура газов достигает 2000 0С и выдержать такую температуру металл не может. Свободная мощность с вала газовой турбины отбирается на привод якоря генератора, вырабатывающего электрическую энергию для тяговых электродвигателей газотурбвоза.
Газотурбинные двигатели могут быть одновальными, двухвальными и одновальными с регенерацией (использованием) тепла отходящих газов.
В одновальном двигателе привод компрессора и генератора осуществляет одновременно одна турбина. В двухвальном двигателе имеются две турбины – компрессорная, жестко связанная с валом компрессора и обеспечивающая подвод к нему мощности для сжатия воздуха и тяговая для привода генератора.
Чтобы повысить КПД газотурбинных двигателей воздух перед поступлением в каждую камеру сгорания подогревается в регенераторе за счет тепла отработавших газов. Тем самым часть тепла отработавших газов используется для совершенной полезной работы в турбине.
Применение газотурбинной тяги на транспорте сдерживалось созданием экономичного газотурбинного двигателя. Получение в металлургии жаропрочных сплавов, выдерживающих температуру до 850-900% 0С, создание многоступенчатых осевых компрессоров с КПД до 85 % способствовало началу развития газотурбовозостроения. Первые образцы грузовых Г1 мощностью 5200 кВт (1000 лс), пассажирских ГП1 (№1) мощностью по 2580 кВт были созданы на Коломенском тепловозостроительном заводе в 1959 и в 1964 годах. Эксплуатация этих газотурбовозов в депо Льгов Московской ж.д. показала, что эксплуатационный к.п.д. их не превышал 15%. В качестве топлива на этих газотурбовозах использовалась нефть. В последние годы снова вернулись к вопросу газотурбовозостроения с использованием современных технологий и новых технологических решений с использованием в качестве топлива природного газа появилась возможность создать газотурбовоз с к.п.д. выше к.п.д. современных тепловозов. Делаются попытки создания локомотивов газотурбинных двигателей с регенераторов газов с КПД 42 %. Первые образцы более совершенных газотурбовозов изготовлены Воронежским тепловозоремонтным заводом.
Газотурбовоз ГТ-1 состоит из двух взаимозаменяемых секций –тяговой и бустерной, каждая с кабиной управления. На тяговой секции располагается силовой блок, включающий газотурбинный двигатель, тяговый и вспомогательный генераторы, систему подготовки газа, компрессорные агрегаты, систему вентиляции тягового и вспомогательного электрооборудования, аппаратные камеры.
На бустерной секции находятся криогенная емкость, вспомогательный дизель-генератор, винтовой компрессор, система вентиляции тягового и вспомогательного электрооборудования, аппаратные камеры. Вспомогательный дизель-генератор применяется для приведения систем газотурбовоза в рабочее состояние, совершения маневров в районе депо или станции и для запуска газотурбинного двигателя, после чего он выключается. На газотурбовозе установлен специально доработанный газотурбинный двигатель НК-361 производства ОАО «СНТК им.Н.Д. Кузнецова» мощностью 8300 кВт с KПД 30 %. Специальные тяговый и вспомогательный генераторы разработаны ОАО «Привод» Частота вращения валов генераторов 6000 об/мин (100 Гц).
Рис. 4.7. Схема расположения основного оборудования на газотурбовозе ГТ-1: 1-кабина машиниста с микропроцессорной системой управления; 2- осевой вентилятор системы охлаждения электрических машин; 3-криогенная емкость; 4-газотурбинный двигатель;
5-компрессорный агрегат; 6-тележка.
Партия таких газотурбовозов в недалеком будущем появится на железных дорогах России.
