она недостаточно экономична. Коэффициент полезного действия такого газотурбовоза получился бы ниже, чем у обыкновенного паровоза.
Есть, правда, путь к повышению эффективности установки – нагревать воздух в котле не на сотни, а на тысячи градусов. Но практически это осуществить очень трудно – слишком дорогой и ненадежной получится установка. Поэтому профессор Белоконь предложил более практичную систему.
Воздух нагнетается компрессором в котел. Затем он попадает в отдельную камеру сгорания, куда впрыскивается немного жидкого топлива. Оно воспламеняется, и давление газовоздушной смеси резко возрастает, а температура увеличивается до предела, который еще могут выдержать лопатки турбины. Раскаленная газовая смесь устремляется на лопатки с огромной скоростью. Турбина вращает генератор. Электрический ток из него питает тяговые моторы, а также и компрессор, подающий в котел для нагревания сжатый воздух.
Ныне разработаны еще более совершенные газовые турбины. По словам главного инженера ОАО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (ВНИКТИ), кандидата технических наук В.Ф. Руденко, создатели нового газотурбовоза ГТ1, двигатель которого впервые в мире начал работать на сжиженном природном газе, основан на аналогии с опробованным уже экспериментальным двигателем НК-88 разработки ОКБ Н.Д.Кузнецова, работающем на альтернативных видах топлива (сжиженных водороде и природном газе).
В процессе изготовления газотурбинного двигателя, который получил индекс НК-361, были проведены испытания ряда узлов, в том числе камеры сгорания для обеспечения запуска на холодном газе. В конце 2006 года силовая установка газотурбовоза была испытана с полной нагрузкой.
Во время испытаний было проведено 73 запуска газо-турбинного двигателя, которые подтвердили соответствие экспериментальных данных теоретическим расчетам. Также было определено, что выбросы оксидов азота, оксидов углерода и углеводородов значительно ниже допустимых по санитарным нормам значений.
После окончания сборки газотурбовоза в мае 2007 года он был установлен на реостатные испытания. По окончании их были проведены опытные поездки с поездами на железнодорожном полигоне ОАО «РЖД». Они показали, что затраты на топливо при применении газотурбинной тяги по сравнению с тепловозной могут быть снижены на треть.
В конце 2009 года намечено отправить газотурбовоз в эксплуатацию на Свердловскую железную дорогу на участке Свердловск-сортировочная – Полевской – Верхний Уфалей. Именно здесь он и должен проявить свои достоинства и недостатки в полной мере.
Атомное сердце локомотива
В СССР, кроме атомных подводных лодок и ледоколов, которые существуют и сегодня, проектировались и гигантские поезда, которые на многие тысячи километров потянет вдаль локомотив с атомным сердцем. Зачем он понадобился?
В середине прошлого века, когда пошли первые разговоры о строительстве БАМа – Байкало-Амурской магистрали – среди прочих рассматривался и проект строительства абсолютно новой дороги. Газета «Гудок» – печатный орган Министерства путей сообщения СССР – в 1956 году, в частности, писала:
«В условиях Севера, Дальнего Востока и пустынь Центральной Азии не всегда целесообразно злектрифицировать вновь строящиеся железнодорожные пинии. В этих условиях лучше: применять атомные локомотивы, которые могли бы работать без подвоза больших количеств топлива… »
В дальнейшем специалисты развили эту идею так. Ставить атомный котел на обычный паровоз или тепловоз посчитали не выгодным. Атомные локомотивы должны были двигать мегапоезда, состоящие из гигантских вагонов, поставленных на сверхширокую колею, которая в 2,5—3 раза превышала бы по ширине принятый в нашей стране стандарт – 1520 мм.
Колея в 3—4 м (а некоторые конструкторы предлагали даже делать ее шириной в 6—8 м) позволила бы уравнять товарные поезда по грузоподъемности с кораблями и барражами, а пассажирам в таких составах предоставлялись бы условия, сравнимые по комфорту с первоклассными океанскими лайнерами.
Причем для начала сверхширокие магистрали можно было построить с минимумом затрат – просто мегапоезд опирался бы на внешние рельсы двухпутной магистрали.
Однако когда такую идею стали рассматривать на практике, оказалось, что рельсы все равно придется перекладывать, поскольку на существующих магистралях ширина колеи строго выдерживается, а на каком расстоянии проложены друг от друга сами стальные магистрали, никто особо не следит.
Кроме того, для супертяжелого мегапоезда пришлось бы все равно менять шпалы, да и сами рельсы делать особой прочности. Вон ныне сколько мороки с прокладкой сверхскоростных магистралей на трассе Москва – Петербург и Москва – Нижний Новгород…
И это еще не все. Кроме магистрали пришлось бы заново создавать не только локомотивы, но и весь вагонный парк. А это потребовало бы таких расходов, что экономия на подвозе топлива и электрификации магистрали показалась бы просто копеечной.
Уже эти соображения заметно охладили пыл конструкторов атомных локомотивов. Да тут еще создатели ядерных реакторов для атомных подлодок стали рассказывать, насколько трудно втиснуть атомный котел в заранее заданные габариты, да еще при этом обеспечить надежную биологическую защиту от радиации как людей в самом транспортном средстве, так и окружающей среды вокруг него.
А сама по себе идея поезда с ядерным реактором проста, для ее реализации нет никаких препятствий фундаментального характера. Работают же ныне АЭС и ледоколы с атомными установками. Примерно ту же схему можно использовать и на атомном локомотиве. Тепло, образующееся в результате ядерной реакции, передается теплоносителю первичного контура. Он, в свою очередь, отдает тепло воде в парогенераторе. Образующийся пар поступает по трубам к электротурбине, та приводит во вращение вал электрогенератора, а выработанный ток идет для питания электромоторов, вращающих колеса.
Основная техническая сложность проекта заключалась в том, что атомный котел локомотива пришлось бы изолировать толстым слоем свинца или бетона, причем со всех сторон. Общий вес такой защиты составил бы сотни тонн, да и компактной ее никак не назовешь. А если учесть, что и первые ядерные реакторы, создававшиеся в середине прошлого столетия, сами по себе отличались большими габаритами, то размеры и вес атомного локомотива оказались бы просто титаническими.
А потому проект так и остался на бумаге.
Впрочем, не надо думать, что он забыт окончательно. В наши дни в разных странах мира конструкторы ведут разработки новых типов ядерных реакторов – компактных и более безопасных. Например, в ЮАР ведутся работы над так называемым модульным реактором с шариковой засыпкой (PBMR). Вместо привычных стержней с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами) в реакторе предполагается использовать шарики, состоящие из графита, включающего в себя микроскопические вкрапления оксида урана в капсулах из карбида кремния. Через шарики продувается инертный газ (лучше всего подходит гелий), который отводит тепло, возникающее в ходе реакции.
Другой проект компактного и не слишком дорогого ядерного реактора предложен учеными Федерального университета Рио-Гранде-ду-Сул (Бразилия). Он также использует топливо в виде шариков с вкраплениями оксида урана; только вместо газа тепло отводится с помощью жидкости.
Но будут ли на основе этих проектов созданы реальные
