Турбина на колесах

Человек, создав новый, более совершенный двигатель, тут же задавался целью поставить его на колеса. Сначала он проделал это с паровым котлом и появился паровоз. Позже колеса получают электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, и паровозы уступают свое место в поездах электровозам и тепловозам - локомотивам более надежным и мощным.

Не обошел своим вниманием человек и паровую турбину. Привлекали простота конструкции, возможность получить большую мощность, а главное высокая экономичность. Но увы! Паровая турбина, прекрасно работающая в стационарных условиях, становиться на колеса не хотела. Попытки создать паротурбовоз закончились неудачей. Правда, он был построен, но получился очень громоздким, сложным и к тому же менее экономичным, чем паровоз.

Спрашивается: кому нужен такой локомотив? Но неудача не заставила человека отказаться от желания поставить турбину на колеса, отказаться от поисков решения этой задачи.

1912 год. Студент Московского высшего технического училища А. Н. Шелест, ставший позже крупным ученым, разработал проект необычного локомотива. Рядом с турбиной автор проекта предлагал поставить двигатель внутреннего сгорания и энергию газов, полученных в его цилиндрах, использовать для вращения турбины. Назван был этот локомотив газотурбовозом. Студент училища как бы заглянул в будущее и подсказал, что именно газовая турбина - тот двигатель, который встанет на колеса. Но пройдут годы, прежде чем она появится на свет - более экономичная, значительно мощнее и меньше по размерам по сравнению с паровой. Знаменательно, что у истоков создания газовой турбины стояли выдающиеся теплотехники Л. К. Размин, Н. Р. Бриллинг, В. И. Гриневецкий, Л. П. Смирнов - работники того же училища, где родилась идея создания газотурбовоза.

Первая высокотемпературная охлаждаемая газовая турбина была построена в 30-х годах на Коломенском тепловозостроительном заводе. Именно на этом заводе в 1959 году был построен первый отечественный локомотив с газотурбинным двигателем, сердцем которого стала газовая турбина. Позже на этом же заводе построили и опытный пассажирский газотурбовоз. Он водил поезда массой до 1050 тонн.

Рис. 54. Локомотив с газовой турбиной

Что же представляет собой эта машина и как она работает?

А работает она так. Компрессор, насаженный на вал турбины, всасывает и сжимает воздух до 200000 Па. Сжатый и горячий (от сжатия) он по воздухопроводу поступает в камеру сгорания. Сюда же через форсунку подается и горючее, которое, соприкасаясь с воздухом, мгновенно сгорает. Образовавшиеся при этом газы температурой 500 - 600°С направляются на лопатки турбины и приводят ее в движение - турбина работает. Примерно около 2/3 работы затрачивается на сжатие воздуха, а 1/3 передается потребителю - электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает электрический ток, который по проводам подводится к тяговым электродвигателям. Расположены они у колесных осей, по одному у каждой оси. Электрическая энергия вращает якори электродвигателей. Это вращение с помощью зубчатых шестерен передается колесам локомотива.

Громоздкую и сложную механическую передачу заменила более компактная и надежная - электрическая. Человек установил на газотурбовозе генератор электрического тока, соединил с турбиной и заставил вырабатывать электрический ток, который и приводит локомотив в движение.

Чтобы турбина начала работать, ее надо завести. Это делает пусковой двигатель, он разгоняет ротор турбины до нужных оборотов в минуту, чтобы компрессор мог сжать первые порции воздуха и подать их в камеру сгорания.

Итак, на газотурбовозе происходит то же самое, что и на тепловозе: тепловая энергия превращается в механическую, механическая - в электрическую, а последняя - в механическую. Уже сегодня стали явью газовые турбины, которые почти в 2 раза мощнее своих предшественниц: 4500 киловатт вместо 2630 киловатт и коэффициент полезного действия 34 процента вместо 19 процентов. С такой турбиной газотурбовоз по экономичности уже не уступит тепловозу.

Тепловозу нужно дорогостоящее дизельное топливо, запасы которого на земле с каждым днем становятся все меньше, а газотурбовоз работает на дешевом топливе -нефтяных остатках, мазуте. Кроме того, газовая турбина обладает высокой надежностью и позволяет получить большую мощность, чем дизель тех же размеров. Так, газотурбовоз мощностью 4500 киловатт будет в 1,5 раза короче тепловоза такой же мощности. Вот почему газовая турбина, мгновенно покорившая авиацию, накрепко вошедшая в речные и морские суда, сегодня стучится и в двери локомотивов. И кто знает, может, кто-то из вас, юный читатель, откроет ей эту дверь!