Выпуск 1 (44). Газотурбовозы Г1-01, ГП1
Г1-01 - первый советский газотурбовоз, построенный Коломенским тепловозостроительным заводом в 1959 г.
Ещё до Июльского Пленума ЦК КПСС, указавшего на необходимость развернуть научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию экономичных локомотивов, на Коломенском паровозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева проводилось начатое в 1954 г. эскизное проектирование односекционного восьмиосного газотурбовоза с полезной мощностью газовой турбины 4500 л.с.
Однако во второй половине 1955 г. эта работа была прекращена, и началось проектирование (под руководством главного конструктора завода Л. С. Лебедянского и ведущего конструктора Р. И. Шарговского) двухсекционного газотурбовоза с газотурбинными установками мощностью по 3500 л.с. К концу года был закончен технический проект, а в середине 1956 г. началось изготовление газотурбинной установки, которая была готова в декабре 1957 г. Эта установка имела подшипники скольжения. Одновременно с проектированием газотурбовоза и изготовлением для него отдельных частей в период 1956-57 гг. на Коломенском заводе, который стал тогда называться тепловозостроительным, создавались экспериментальные цеха и новые лаборатории для исследований газотурбинных установок и их элементов. В ноябре 1958 г. началось испытание второй газотурбинной установки, которая была разработана с учетом опыта работы первой установки и, в частности, имела подшипники качения. После получения изготовленных харьковским заводом «Электротяжмаш» генераторов эта установка с июля 1959 г. испытывалась под нагрузкой. Испытания выявили ряд недостатков установки, и её конструкция вновь подверглась переработке; появилась ГТУ № 3. В конце 1959 г. завод построил одну секцию грузового газотурбовоза Г1-01.
Газотурбовоз имел кузов с несущей рамой, все элементы которого были соединены сваркой. С одного торца кузова располагалась кабина машиниста. Несколько необычно был сделан вход в локомотив: дверь находилась под боковыми окнами кабины. Вследствие этого места машиниста и его помощника находились относительно далеко от лобовых окон кабины. Кузов опирался на две трёхосные тележки, выполненные по типу тележек опытного тепловоза ТЭ50-0001. Диаметр колёс равнялся 1050 мм. Буксы были челюстные с цилиндрическими роликовыми подшипниками. Тяговые электродвигатели имели опорно-осевое подвешивание.
На газотурбовозе была применена одновальная газотурбинная установка ГТ-3,5 с открытым циклом без регенерации мощностью 3500 л. с. Она состояла из 12-ти ступенчатого компрессора, шести прямоточных камер сгорания и 4-х ступенчатой турбины. Атмосферный воздух сжимался в компрессоре до давления 5,5-6 атм и поступал в камеру сгорания. При сгорании топлива воздух нагревался до температуры 727 °С, и рабочая смесь поступала в газовую турбину. Примерно 2/3 мощности турбины затрачивалось на вращение компрессора, остальная часть шла на вращение трёх тяговых генераторов постоянного тока. Тяговые генераторы были скомпонованы в две группы: первая группа (двухмашинный агрегат) состояла из двух тяговых генераторов МПТ-74/23, вторая группа (трёхмашинный агрегат) - из тягового генератора МПТ-74/2З, возбудителя ВТ-275/120А и вспомогательного генератора ВГГ-49/14. Тяговые генераторы имели мощность 733 кВт, возбудитель - 15 кВт, вспомогательный генератор - 80 кВт. Обмотки возбуждения трёх тяговых генераторов были соединены последовательно и питались от возбудителя. Газотурбинная установка с редуктором, генераторами и элементами вспомогательного оборудования была смонтирована на отдельной раме, размещенной в средней части кузова. Каждый тяговый генератор питал два параллельно включенных тяговых электродвигателя ЭДТ-340 мощностью по 340 кВт. Источником электроэнергии при одиночном следовании локомотива служила вспомогательная силовая установка, состоявшая из 6-ти цилиндрового дизеля 1Д6 мощностью 150 л.с. и двухмашинного агрегата. Двухмашинный агрегат состоял из маневрового генератора МПТ-49/16 мощностью 100 кВт для питания двух тяговых электродвигателей и вспомогательного генератора ВГГ-275/80 мощностью 20 кВт для собственных нужд и подзарядки аккумуляторной батареи при неработающей газотурбинной установке. На газотурбовозе имелся холодильник для охлаждения масла газотурбинной установки и дизеля и воды дизеля, осевой вентилятор холодильника и два центробежных вентилятора тяговых электродвигателей. В заднем помещении кузова, где находилась вспомогательная силовая установка, был расположен котёл для подогрева топлива, масла и обогрева кабины машиниста в зимнее время, а также мотор-компрессор.
24 декабря 1959 года газотурбовоз Г1-01 прошёл обкатку. В ходе продолжительных тягово-теплотехнических испытаний локомотив показал хорошие тяговые характеристики и был направлен на эксплуатационные испытания в локомотивное депо Кочетовка Юго-Восточной железной дороги для работы в грузовых поездах. В опытной эксплуатации газотурбовоз Г1-01 оказался машиной весьма капризной и менее экономичной по сравнению с магистральным тепловозом ТЭ-3. В апреле 1963 года на выставке новейших советских локомотивов, газотурбовоз Г1-01 представлял лично главный конструктор Коломенского завода - Л. С. Лебедянский. Н. С. Хрущёву газотурбовоз понравился и он обратился с вопросом к Лебедянскому о достоинствах этого локомотива. Отвечая на вопрос, Лев Сергеевич сообщил, что на данный момент коэффициент полезного действия газотурбовоза ниже чем у тепловоза. Хрущёв не стал обсуждать с главным конструктором технические характеристики локомотива и покинул выставку. В конце 1965 года все три газотурбовоза: Г1-01, ГП1-001 и ГП1-002 были переданы для опытной эксплуатации в депо Льгов. Газотурбовоз Г1-01 работал в грузовых поездах, в основном на участках: Льгов - Брянск, Льгов - Готня, Льгов - Курск и Льгов - Ворожба (99 км), с низкой интенсивностью.
ГП1 - серия опытных советских газотурбинных тепловозов с электрической передачей, выпущенных в 1964 году Коломенским тепловозостроительным заводом в количестве 2 единиц. Газотурбовоз был спроектирован на основе пассажирского тепловоза ТЭП60.
В 1959 г. на Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева была построена опытная секция грузового газотурбовоза Г1, и вскоре на заседании Комитета Научно-технического совета МПС было решено построить еще два пассажирских газотурбовоза для более быстрого накопления опыта эксплуатации таких локомотивов. Однако их проектирование и изготовление начались лишь в 1963 г. Причин такой паузы было несколько: разный взгляд на экономическую эффективность газотурбовозов по сравнению с тепловозами у специалистов, от которых в той или иной степени зависело решение вопроса о начале работ по новым газотурбовозам; весьма ограниченный опыт эксплуатации газотурбовоза Г1-01; прекращение заказов газотурбовозов железными дорогами США; сокращение участков железнодорожной сети СССР, обслуживаемых паровозами и более подходящих для введения газотурбовозов, чем участки с тепловозной и тем более электрической тягой. При создании новых локомотивов за основу было решено использовать кузов и электрооборудование тепловоза ТЭП60, а вместо дизеля установить газотурбинную силовую установку, аналогичную установке газотурбовоза Г1. В конце 1964 г. завод закончил изготовление двух пассажирских газотурбовозов, получивших обозначения ГП1-0001 и ГП1-0002. Работы по созданию газотурбовозов начались в период освоения производства тепловозов серии ТЭЗ, когда еще не было тепловозов с дизелями мощностью 3000 л.с. в одной секции. В то время предполагалось, что удастся спроектировать и построить газотурбовозы с техническими характеристиками, позволяющими эксплуатировать их с большим экономическим эффектом, нежели тепловозы. Однако созданные к 1965 г. газотурбовозы в этом отношении уступали уже имевшимся тепловозам серий ТЭ10 и ТЭП60 с дизелями мощностью по 3000 л.с.
В начале 1965 г. газотурбовоз ГП1-0002 поступил для испытаний на экспериментальное кольцо ВНИИЖТа. В конце 1965 года оба локомотива были переданы для опытной эксплуатации в депо Льгов вместе с газотурбовозом Г1-01. Также для сравнения показателей трех опытных газотурбовозов с показателями дизельных локомотивов при работе в одинаковых условиях в депо Льгов были направлены тепловозы серии ТЭП60. Газотурбовозы ГП1 первоначально водили пассажирские поезда на участке Льгов - Киев (395 км), но после завершения электрификации в 1967 г. участка Киев - Конотоп - Хутор Михайловский они стали ходить с поездами только до Конотопа (174 км). Также пассажирские газотурбовозы обслуживали участки Льгов - Брянск (208 км), Льгов - Готня (122 км), Льгов - Курск (78 км), а также водили пригородные поезда, в частности, на участке Льгов - Рыльск (64 км). Одновременно газотурбовоз Г1-01 работал с грузовыми поездами в основном на участке Льгов - Брянск, а также Льгов - Готня, Льгов - Курск и Льгов - Ворожба (99 км). Однако, в то время как грузовой газотурбовоз водил поезда достаточно редко (3-4 поездки в месяц), пассажирские эксплуатировались регулярно, наравне с приписанными к депо тепловозами серии ТЭП60. В результате пробег у газотурбовозов ГП1 оказался в 3-4 раза выше, чем у Г1-01. К недостаткам газотурбовозов по сравнению с тепловозами относились, прежде всего, больший расход топлива и высокий уровень внешнего шума (в кабинах машиниста шум был в пределах нормы благодаря наличию звукоизоляции). К тому же мощность газотурбовозов в процессе эксплуатации использовалась не полностью, особенно при работе с пригородными поездами. Указанные недостатки, а также утрата у завода-изготовителя интереса к газотурбовозам и, как следствие, ухудшение снабжения депо запасными частями привели к тому, что опытные локомотивы в начале 70-х годов были отстранены от поездной работы, а через несколько лет исключены из инвентаря. Одновременно с прекращением эксплуатации опытных газотурбовозов, приписанных к депо Льгов, МПС, выполняя поручение Совета Министров, рассмотрело вопросы, связанные с применением газотурбинных двигателей для тяги поездов. В докладе Совету Министров от 22 апреля 1971 г. за подписью министра путей сообщения Б.П.Бещева было сказано, что использование газовой турбины в качестве первичного двигателя на автономном локомотиве целесообразно при условии, если газотурбинная установка будет иметь коэффициент полезного действия на номинальном режиме около 32 % и приемлемый расход топлива на холостом ходу или частичных нагрузках. Выпускавшиеся в то время газотурбинные двигатели этим требованиям не удовлетворяли, поэтому решение проблемы зависело от создания транспортной газотурбинной установки. Так как пути создания газотурбинной установки с необходимыми для газотурбовозов параметрами найти не удалось, то дальнейшие работы по этому виду локомотивов были прекращены. После списания газотурбовозы были разукомплектованы и длительное время находились в депо Льгов, и к началу 90-х годов они находились в достаточно плачевном состоянии. Вскоре они были разрезаны на металлолом и в настоящее время не сохранились.
Газотурбовозы ГП1 имели кузова (с незначительными конструктивными изменениями), тележки, тяговые электродвигатели ЭД-105А и редукторы пассажирских тепловозов серии ТЭП60. В результате около 43 % деталей этих локомотивов оказались одинаковыми с деталями ТЭП60. В качестве первичного двигателя на локомотивах были установлены одновальные газотурбинные установки ГП-3,5 открытого цикла без регенерации номинальной мощностью 3500 л.с., такие же, как последние установки газотурбовоза Г1-01. Передача энергии от газотурбинного двигателя к колесным парам была выполнена электрической, для чего на каждом газотурбовозе были установлены три тяговых генератора постоянного тока МПТ-74/23Б с независимым возбуждением и самовентиляцией номинальной мощностью 667 кВт (частота вращения якоря 1800 об/мин, напряжение при длительном режиме 470 В, максимальное 700 В, ток 1420 А). Генераторы соединялись с валом газотурбинного двигателя через редукторы с передаточным числом 185:39 = 4,74. Два генератора с общим валом составляли двухмашинный агрегат, третий генератор представлял собой отдельную электрическую машину. От его вала приводился возбудитель ВТ127/120А, отличавшийся по конструкции от возбудителя ВТ275/120А газотурбовоза Г1-01, но имевший с ним одинаковые электрические параметры. К каждому тяговому генератору присоединялись два тяговых электродвигателя, включенных параллельно. Кроме полного возбуждения, можно было получить две ступени ослабленного - 45-48 % и 67-71 %. Для маневров без пуска газотурбинной установки на локомотивах имелся четырехтактный V-образный 12-цилиндровый дизель 1Д12 Барнаульского завода. Диаметр цилиндров дизеля равнялся 150 мм, ход поршней - 180 и 186,7 мм. При частоте вращения вала 1500 об/мин дизель развивал мощность 300 л. с. Он приводил во вращение якорь маневрового генератора МПТ-49/25-ЗК мощностью 195 кВт (450 В, 434 А) и вспомогательный генератор П-82 мощностью 24,5 кВт (110 В, 222 А). Все электрические машины были изготовлены харьковским заводом “Электротяжмаш”. На газотурбовозах были установлены кислотная аккумуляторная батарея ЗСТ-135 емкостью 270 А.ч и напряжением 96 В, холодильник для охлаждения масла газотурбинного двигателя, воды и масла дизеля, а также масла вспомогательного редуктора. Холодильник обдувался воздухом, прогонявшимся двумя вентиляторами с механическим приводом. Вентиляторы для охлаждения тяговых электродвигателей также имели механический привод. На газотурбовозах был установлен компрессор ПК-35 Первомайского тормозного завода, приводившийся от дизеля. При работе газотурбинной установки частота вращения валов дизеля и компрессора составляла 1100 об/мин. Локомотивы были оборудованы электропневматическим и пневматическим тормозами с двусторонним нажатием тормозных колодок. При длительном режиме газотурбовозы развивали силу тяги 12500 кгс и скорость 50 км/ч. Конструкционная скорость газотурбовозов равнялась 160 км/ч, сила тяги при этой скорости - 4000 кгс. Запас тяжелого топлива на локомотивах равнялся 8500 кг, дизельного топлива - 850 кг, масла - 700 кг, воды - 170 кг и песка - 600 кг. Рабочая масса газотурбовозов составляла 129 т.
