万般抱憾,没能走完的长征路,长征1/2型大功率燃气轮机车的故事

万般抱憾,没能走完的长征路,长征1/2型大功率燃气轮机车的故事
2024年11月18日 00:00 顾氏造船厂厂长297

这是本厂长给大家的福利

1958年到1961年,由于政策失误,中国经历了在一代国人心目中刻骨铭心的“三年困难时期”,随后国民经济进入恢复期,对各种能源的需求激增。加上铁道部已经开启了中国机车“内燃化”的进程,而与此同时依旧保有数量巨大的蒸汽机车,这就意味着中国铁路不论对煤炭燃料还是石油燃料都有巨大的需求。

煤炭还好说,毕竟中国在当时还算是个产煤大国,国内不缺出产优质煤炭的煤矿,但是石油在当时的中国可就不宽裕了,内燃机车都是要烧油的,这么一群油老虎每天要“喝”掉多少燃油对于铁道部分管燃料的后勤部门领导来说就是个令他一个头三个大的难题。所以,铁道部组织专业技术人员对机车动力系统的经济性进行研究。研究认为电力机车最为“环保”,但以当时中国铁路那点可怜的电气化普及度,电力机车的好处只能是“如有”式的空中楼阁,节省这一项还得从燃油动力上来解决。

有人提出,要不试试燃气轮机?

燃气轮机让众人眼前一亮,因为在同样驱动发电机的情况下,相比柴油机,车用燃气轮机有如下好处:

1、燃气轮机高温高压燃气旋转涡轮进行发电,能够达到较高的效率,且能耗较少‌。

2、燃气轮机没有柴油机需要预热的过程,启动速度较快‌。

3、燃气轮机在相同功率下比柴油机更轻便,占用空间更小‌。

4、燃气轮机在低温下启动性和加速性良好,起动后立即可投入全负荷工作‌。

5、燃气轮机结构紧凑,传动机构较少。

6、燃气轮机工作平稳,噪音较小。

7、燃气轮机工作可靠性高,故障较少发生,拆卸、维修、安装都较方便‌。

另外还有一个“刚需”。

1962年中印边境自卫反击战后,中央对此战的得失进行了检讨,我军指战员在作战中发扬“一不怕苦、二不怕死”(著名的阳廷安烈士在全班的请战书上首次提出这一口号,自卫反击战结束后这句口号成为全军的“顶流”)的作战精神,在正面战场给予印军沉重打击。但此战暴露出来的最大问题就是因为西藏地区恶劣的交通给我军后勤造成的极大困扰。因此,中央重新拿起了铁道部第一勘测设计院在1956年完成的对从兰州到拉萨的2000多公里线路的全面勘测设计报告,将进藏铁路的建设提上了议事日程。

鉴于入藏铁路的青藏段地处高原,蒸汽机车因为锅炉水的沸点问题已经绝了上高原的可能性,而现有的柴油机电传动内燃机车在高原上功率也会有严重的衰减,而燃气轮机因为有在低温下启动性和加速性好的优点,高原使用效率要大大优于柴油机。在当时的技术条件下,要上高原就用燃气轮机似乎成了一个非常不错的选择。

有那么多的好处在眼前外加对规划中的青藏铁路高原机车的性能需求,铁道部在1964年指示哈尔滨汽轮机厂、湘潭电机厂、大同机车工厂联袂开展燃气轮机机车的研究和试制。由哈尔滨汽轮机厂负责车载燃气轮机,湘潭电机厂负责电传动系统,大同机车工厂负责机车的总体设计。

虽然为了节约成本,燃气轮机车的研发和试制中采用了大量同期研发的东风4型内燃机车的技术和成品(比如燃气轮机车的电传动系统就基本“移植”自东风4型内燃机车)但还是遇到了巨大的技术困难(主要困难集中在燃气轮机方面),导致第一台燃气轮机车直到1969年12月26日才试制成功并出厂,新机车被命名为“长征”型干线货运用交—直流电传动燃气轮机车,编号RD001(“R”代表燃气轮机,“D”代表电传动)。因为后面还有长征2型燃气轮机机车,所以本文将RD001号车称为长征1型燃气轮机车。

大同机车工厂生产线上的东风4型内燃机车

在大同机车工厂试制成功并出厂的长征RD001号车

RD001号车出厂留档照

长征1型燃气轮机车主体采用全钢焊接的框架式侧墙承载结构车体,两端设有同等功能的司机室,可双向操纵机车。动力装置为一台65-2·2B-1型单轴开口式简单循环的燃气轮机,额定功率为3000马力,额定转速为每分钟6700转。传动系统采用交—直流电传动式,燃气轮机通过减速齿轮箱驱动一台TQFR-3000型三相交流同步牵引发电机,经硅整流机组整流后供给六台并联的ZQDR-305型四极串励直流牵引电动机通过牵引齿轮带动车轮,制动系统采用采用EL-14型空气制动机。

长征1型燃气轮机车总布置图
65-2·2B-1型燃气轮机剖面图

长征1型燃气轮机车还配有由一台300马力柴油机和一台200千瓦交流辅助发电机组成的辅助动力机组,可用于启动燃气轮机的同时为油泵、水泵、空气压缩机、通风机等全部辅助传动装置提供电源。

长征1型燃气轮机车的行走机构采用两台无导框三轴转向架,轴箱采用拉杆式定位。一系悬挂为轴箱两侧螺旋弹簧,并带有液压减震器;机车车体重量通过八个滚动式旁承支承在两台转向架上。每个轮对上均装有闸瓦间隙自动调节装置的基础制动装置。上述配置让长征1型燃气轮内燃机车可以达到每小时100公里的结构时速。

长征1型燃气轮机车RD001号车出厂后,于1970年6月1日至10月19日在哈尔滨铁路局管内的拉滨线、哈长线以及哈绥线等铁路线上进行了38次重载运行试验(机车在牵引试验过程中辅机和牵引电机发生过一些问题,但是经过乘务人员的积极抢修,没有影响到测试的进行),既牵引过普通货物列车,也牵引过被称为“油龙”的油罐列车,同时也牵引过哈局管内的85次直达旅客列车,其表现还是令人满意的。

在牵引货车时,其最大牵引力超过了当时国内牵引力最大的“反帝”型蒸汽机车所规定的最大牵引吨位数(反帝型蒸汽机、也是后来的前进型蒸汽机车的功率也是3000马力)。

在牵引85次直快列车时,相比用东风型内燃机车双机牵引时每次都能提前15到20分钟到站。在行驶测试中,RD001号机车在牵引85次旅客列车时跑出过每小时103公里的时速,在牵引重载货车时,也能跑出每小时70公里的时速,这使得长征1型燃气轮机车在哈尔滨铁路局小有名气。

完成第一次运行测试后的RD001号机车和参与测试的技术人员合影

牵引货物列车进行测试的RD001号机车

完成东北地区的测试后,RD001号机车于十月下旬开进哈尔滨汽轮机厂,将燃气轮机从车体内拆出后进行全部解体,经过细致检查和分析未发现任何异常现象。特别是压气机、透平的全部叶片,机组全部轴瓦及传动齿轮等一整套运动件状态良好,完整无损。

随后,长征1型RD001号车先后在中国的西北的黄土高原、西南地区的云贵高原进行高原试验,牵引客、货列车,表现也比较稳定。但由于65-2·2B-1型燃气轮机在停车空转时耗油量太多,不利于推广应用,最终没有量产。RD001号车在哈尔滨铁路局一直运行到上世纪80年代停用,随后下落不明,推测被拆毁。

RD001号车的最后一张照片

时间再回到1970年,也就是长征1型燃气轮机车刚刚完成在东北地区的测试时,针对该型车暴露出来的一系列问题,交通部(此时铁道部已经被并入交通部并进行了军管)决定在长征1型3000马力燃气轮电传动机车的基础上研发新的4000马力燃气轮电传动机车。并在1971年正式给哈尔滨汽轮机厂、铁道科学研究院、哈尔滨铁路局、清华大学、哈尔滨工业大学、北方交通大学、同济大学、戚墅堰工艺研究所、大同机车工厂等单位下达了合作研制能满足满足高原、寒冷、缺水和长大坡道铁路牵引重载列车需要的4000马力大功率燃气轮机车,为青藏铁路开通做好牵引动力准备。

1973年11月26日,中国国家建委在北京召开了青藏线协作会议,周恩来总理代表毛泽东主席在会上做出指示:要尽快完成青藏线西宁至格尔木段的工程准备工作,争取提前开工,提前完成。1973年12月9日,毛泽东在会见来访的尼泊尔国王比兰德拉·比尔·比克拉姆·沙阿和王后艾什瓦尔雅时表示,要加快修建青藏铁路,这样更加方便中尼两国人民的交流。1974年,铁道兵正式开始青藏铁路西宁至格尔木段的铺设工程。随着青藏铁路的正式开工,高原用内燃机车的需求又迫切了起来。

1973年12月9日会见比兰德拉国王和艾什瓦尔雅往后的毛泽东主席

但是,即便在尽量采用东风4型内燃机车成熟部件以降低技术难度、节约试制成本的情况下,4000马力燃气轮机车的研发工作依然很不顺利,直到1977年11月试制的准备工作才告完成,12月26日,首台4000马力燃气轮机车在大同机车工厂试制成功并在隆重的剪彩仪式后被推出厂房,被命名为长征2型燃气轮机车,车号RD2-001。

试制完成的长征2型燃气轮机车

出厂后的长征2号RD2-001号车

RD2-001号车正脸照

长征2型燃气轮机车采用全钢焊接的框架式侧墙承载结构车体,双端司机室,动力装置为一台型号不明的单轴开口式简单循环的燃气轮机,额定功率为4500马力,额定转速为每分钟7900转(但受机车电传动装置的限制,机组装车功率为4000马力)。传动系统采用交—直流电传动式,燃气轮机通过减速齿轮箱驱动一台TQFR-3000型三相交流同步牵引发电机,经硅整流机组整流后供给六台并联的ZQDR-410型四极串励直流牵引电动机通过牵引齿轮带动车轮,制动系统采用采用EL-14型空气制动机。

长征2型燃气轮机总布置图

长征2型燃气轮机车的辅助动力机组由一台380马力柴油机和一台200千瓦交流辅助发电机组成,用于启动燃气轮机的同时为油泵、水泵、空气压缩机、通风机等全部辅助传动装置提供电源。机车的行走机构和长征1型燃气轮机车的行走机构大同小异,结构时速也是每小时100公里。

和长征1型燃气轮机车相比,长征2型燃气轮机车在一开始设计的时候就准备用作青藏铁路拉萨至格尔木段的主力牵引机车,着重提高了在高寒地区的运行能力。在随后的高寒地区铁路正线试运行测试中,长征2型RD2-001号车表现出色,性能完全达到设计要求。在1978年3月18日召开的全国科技大会上,长征2型燃气轮机车获得中华人民共和国科技成果奖。

牵引货物列车进行测试的RD2-001号车

可是,由于当时文革刚刚结束,国家百废待兴,各项经费都很吃紧,已经开工的青藏铁路西宁至格尔木段建设进度缓慢,而青藏铁路拉格段的上马更是遥遥无期,所以长征2型燃气轮机车就算性能再优秀,也注定没了用武之地,再加上燃气轮机空转耗油的问题依旧没能解决,因此原本以节能增效为初衷搞出来的燃气轮反而成了真正的“油老虎”,所以长征2型燃气轮机车迅速“失宠”,没有获准批量生产。

上世纪80年代初,在RD2-001号车在焦柳线的一次试验期间意外起火,虽然奋力扑救,但依然无力回天,导致RD2-001号车整车烧毁。

至此,燃气轮机车在中国的发展画上了一个遗憾的休止符,“长征路”万般抱憾地没能走完。

本厂长绘制的长征1型燃气轮机车二视图

长征1型燃气轮机车性能数据

轮式:0-6-6-0

轴式:CO-CO

轨距:1.435米

轮径:1.05米

轴重:22.5吨

轴距:15.7米

通过最小曲线半径:145米

机车长度:20.15米(车钩中心距)

机车宽度:3.104米

机车高度:4.627米

整备重量:113吨

燃气轮机型号:65-2·2B-1型

标定功率:3000马力

传动方式:TQFR-3000型发电机+ZQDR-305型牵引电动机

燃油储备量:10000公斤(重油)/1000公斤(柴油)

机油储备量:800公斤

储水量:750公斤

储砂量:650公斤

最高速度:100公里/小时

持续速度:22.9公里/小时(夏季)32.4公里/小时(冬季)

牵引力:350.84千牛(起动)、280.25千牛(持续)

制动方式:空气制动

本厂长绘制的长征2型燃气轮机车二视图

长征2型燃气轮机车性能数据

轮式:0-6-6-0

轴式:CO-CO

轨距:1.435米

轮径:1.05米

轴重:23吨

轴距:15.7米

通过最小曲线半径:145米

机车长度:21.236米(车钩中心距)

机车宽度:3.105米

机车高度:4.7米

整备重量:138吨

燃气轮机型号:65-2·2B-1型

标定功率:4500马力

传动方式:TQFR-3000型发电机+ZQDR-305型牵引电动机

燃油储备量:9000公斤(重油)/1000公斤(柴油)

机油储备量:800公斤

储水量:800公斤

储砂量:600公斤

最高速度:100公里/小时

持续速度:27公里/小时

牵引力:426.6千牛(起动)、321千牛(持续)

制动方式:空气制动

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