Ryszard PiechLokomotywa RŻD z gazową turbiną(2009-01-27)
Po latach zastojów również rosyjski przemysł budowy pojazdów szynowych zaczyna ożywać, czego efektem jest lokomotywa z turbiną gazową oznaczona jako ГT1-001 (GT1-001). Unikatowy charakter tego pojazdu sprawia, że warto przyjrzeć się mu bliżej pomimo faktu, że lokomotywa ta ma służyć ciągnięciu pociągów towarowych.
Geneza problemuRosja to bardzo rozległy kraj, bogaty w szereg złóż naturalnych w tym i ropy naftowej oraz gazu. W związku z tym ceny paliw były zawsze na niskim poziomie, co sprawiało, że elektryfikacja szlaków kolejowych miała sens jedynie na głównych ciągach. Jednak poza nimi istnieje szereg linii pozbawionych sieci trakcyjnej, które jednocześnie są obciążone dużą ilością transportowanych towarów. Dlatego też w Rosji (dawnym ZSRR) bardzo szybko pojawiły się lokomotywy spalinowe o dużych mocach, pozwalając na zwiększenie wydajności transportu w stosunku do pociągów prowadzonych wcześniej parowozami. Jednak wraz z rozwojem trakcji elektrycznej pojawiły się lokomotywy wieloczłonowe o mocy 8-9 MW i mogących uciągnąć pociąg złożony z 120 wagonów o łącznej masie 8000 ton. Dzięki temu efektywność przewozów na głównych szlakach znacznie wzrosła, niestety nie było to możliwe na trasach niezelektryfikowanych, gdzie taki pociąg musi być dzielony na dwa. W związku z tym RŻD poszukiwało rozwiązania tego problemu, które doprowadziły do stwierdzenia, iż zbudowanie lokomotywy spalinowej o mocy powyżej 4,4 MW jest technicznie niemożliwe, natomiast w założeniach miał powstać pojazd o mocy 8 MW. Efektem tego stało się poszukiwanie alternatywnego napędu pozwalającego osiągnąć zakładane parametry bez elektryfikacji szlaków. Takim rozwiązaniem okazała się koncepcja lokomotywy z turbiną gazową.
Lokomotywa z turbinąSam pomysł lokomotyw o takim napędzie nie jest nowy, ponieważ w latach 1938 –1972 testowano szereg różnego typu rozwiązań w Szwajcarii, Francji (RTG i prototyp TGV), USA oraz ZSRR. Jednak pomimo osiągnięcia zmniejszonego o 30-50% zużycia paliwa oraz sześciokrotnie mniejszego zużycia olejów smarnych przez te pojazdy nigdzie nie zdecydowano się na ich masową produkcję. Turbiny znalazły zastosowanie jedynie w serii szybkich wagonów RTG kolei SNCF oraz pociągów TurboTrain w USA i Kanadzie. W 2002 roku Bombardier ogłosił projekt pociągów dużej prędkości JetTrain, które bazowały na składach Acela, z tą różnicą, że aparaturę elektryczną zastąpiła turbina gazowa. Niestety i ten projekt pozostał bez echa w postaci zamówień. Jednak z drugiej strony oceanu Rosja od lat 1980-tych prowadziła prace badawcze nad turbinami gazowymi, początkowo małej mocy. To pozwoliło w 1998 roku zabudować turbinę o mocy 882kW w lokomotywie TEM19G. Dzięki tym doświadczeniom oraz zbudowaniu jeszcze dwóch prototypów zyskano odpowiednie doświadczenie do konstrukcji turbiny o dużej wydajności. Centrum Naukowo Techniczne Kuzniecowa w Samarze opracowało projekt turbiny gazowej o mocy do 8,3 MW, która była napędzana płynnym gazem ziemnym (LNG). Decyzja o zastosowaniu gazu płynnego, zamiast sprężonego wynikała z dokonanych kalkulacji według których lokomotywa o pożądanej mocy przy zasilaniu CNG musiałaby ważyć 800 t podczas gdy technologia LNG pozwala na osiągnięcie masy 300 t.
Prototypowa lokomotywa Đ“T1-001 (GT1-001)Po wybraniu wĹ‚aĹ›ciwej turbiny przystÄ…piono do prac konstrukcyjnych pierwszej lokomotywy Đ“T1-001 (GT1-001), ktĂłra powstawaĹ‚a pod auspicjami Centralnego Rosyjskiego Instytutu pojazdĂłw kolejowych VNIKTI w mieĹ›cie KoĹ‚omna pod MoskwÄ…. Dla celĂłw przyspieszenia prac zdecydowano siÄ™ zabudować turbinÄ™ na ramie i wĂłzkach lokomotywy elektrycznej WĹ15. Bazowy dwusekcyjny pojazd cechuje siÄ™ duĹĽÄ… mocÄ… zainstalowanych silnikĂłw i ukĹ‚adem osi Bo’Bo’Bo’+ Bo’Bo’Bo’, tak wiÄ™c przy zakĹ‚adanej masie 300t pozwala na osiÄ…gniÄ™cie nacisku na oĹ› rzÄ™du 25t. VNIKTI opracowaĹ‚o i dokonaĹ‚o stacjonarnych testĂłw urzÄ…dzeĹ„ pokĹ‚adowych dla nowej lokomotywy, a nastÄ™pnie nadzorowali montaĹĽ tych urzÄ…dzeĹ„ na pokĹ‚adzie. Đ“T1-001 (GT1-001) skĹ‚ada siÄ™ z dwĂłch sekcji, gdzie w jednej zainstalowano turbinÄ™ gazowÄ… wraz z podĹ‚Ä…czonym do niej alternatorem oraz urzÄ…dzeniami trakcyjnymi, natomiast drugi czĹ‚on jest w zasadzie olbrzymim zbiornikiem pĹ‚ynnego gazu. Zbiornik ten mieĹ›ci 17 t gazu pozwalajÄ…cego na pokonanie 1000 km. W pozostaĹ‚ej wolnej przestrzeni zostaĹ‚ zabudowany ukĹ‚ad utrzymujÄ…cy odpowiedniÄ… temperaturÄ™ gazu oraz pomocniczy agregat spalinowy o mocy 400kW do prowadzenia prac manewrowych. Na jednym koĹ„cu kaĹĽdej sekcji znajduje siÄ™ nieprzechodnia kabina maszynisty wyposaĹĽona w komputerowe urzÄ…dzenia monitorujÄ…ce pracÄ™ maszyny, a dla uĹ‚atwienia prac manewrowych zabudowano na czoĹ‚ach kamery wideo pokazujÄ…ce obraz sprzed pojazdu. Oba czĹ‚ony sÄ… spiÄ™te na staĹ‚e i wyposaĹĽone w przejĹ›cie miÄ™dzy nimi. Z racji zastosowania turbiny o duĹĽej mocy oraz duĹĽego zbiornika gazu pojazd zostaĹ‚ wyposaĹĽony w system czujnikĂłw gazu.
Jazdy testoweTesty statyczne lokomotywy rozpoczęły sie w 2006 roku i wymagały wprowadzenia szeregu regulacji w tym i opracowania praktycznie od podstaw układu dostarczającego paliwo. Dopiero w maju 2008 roku lokomotywa opuściła bramy zakładu napraw lokomotyw spalinowych w Samarze i wyruszyła na testy. W dniu 20 grudnia 2008 roku ГT1-001 (GT1-001) uciągnęła pociąg o masie 10000 ton złożony ze 116 wagonów. Dzięki temu o krok bliżej jest seryjna produkcja tych lokomotyw, które mają przynieść oszczędności dla RŻD z racji niższej ceny gazu od oleju napędowego. Oszczędności te są rocznie szacowane na 230000 €dla jednej lokomotywy ciągnącej pociąg o masie 6500 t lub 320000 €dla pociągu o masie 8000 t. Dodatkowo lokomotywa emituje zaledwie 1/20 zanieczyszczeń w porównaniu z tradycyjnymi spalinowymi. Według wyliczeń RŻD przeprowadzonych w 2006 roku 34250 km z 84707 km niezelektryfikowanych szlaków nadaje się do wprowadzenia na nich lokomotyw z turbinami gazowymi. Według planów RŻD do 2030 roku 30% obecnego zużycia oleju napędowego ma zostać zastąpione poprzez pojazdy o napędzie gazowym.
Czas pokaże, czy lokomotywy z turbinami gazowymi przyjmą się na kolejach rosyjskich. Przeprowadzone przez ekspertów obliczenia oraz wyniki eksploatacyjne zdają się potwierdzać zasadność zastosowania właśnie tego typu napędu do najcięższych pociągów towarowych na niezelektryfikowanych liniach. Doświadczenia te pokazują również jak dużym upośledzeniem dla kolei jest stosowanie silników spalinowych, które są głównym ogranicznikiem osiągów pojazdów spalinowych. Jak widać zastąpienie silnika spalinowego poprzez turbinę gazową pozwala na osiągnięcie parametrów lokomotyw elektrycznych. Niestety technologia ta w obecnych realiach (zwłaszcza w Europie) może natrafić na blokadę w postaci problemów z dużym poziomem emitowanego hałasu wynoszącym 120dB, który można przyrównać do startującego samolotu, gdyż turbina działa na podobnej zasadzie. Jednak na bezludnych obszarach Syberii i Uralu, gdzie te maszyny mają w głównej mierze służyć, takie mankamenty zdają się schodzić na drugi plan.