ГТ1 (позднее ГТ1h — газотурбовоз, 1-й тип, hybrid) — российский магистральный двухсекционный газотурбовоз (локомотив с газотурбинным двигателем), самый мощный газотурбовоз в мире. На локомотиве используется электрическая передача переменно-постоянного тока: газотурбинный двигатель, работающий на сжиженном природном газе, соединён с генератором переменного тока, а вырабатываемый последним ток выпрямляется в постоянный и подаётся на тяговые электродвигатели, которые и приводят локомотив в движение. Особенностью конструкции локомотива является размещение одиночной газотурбинной установки только на одной из его секций, а топливного отсека — на другой, при этом обе секции являются тяговыми.
Всего было создано два принципиально разных конструктивных исполнения данной серии, в каждом из которых выпущено по одному локомотиву. Первый локомотив модернизирован в году на Воронежском тепловозоремонтном заводе из электровоза ВЛ15 с шестиосными секциями, а второй — построен на Людиновском тепловозостроительном заводе на базе ходовой части, аналогичной восьмиосным тепловозам ТЭМ7 и ТЭ8 и кузова, частично унифицированного по конструкции с тепловозом ТЭ8 и электровозом 2ЭС6. Оба локомотива после прохождения испытаний поступили для эксплуатации в депо на Свердловскую железную дорогу и водят грузовые поезда на участке — .
История создания Предыстория В период с 1940-х по 1970-е годы в ряде стран мира активно велись работы по созданию газотурбовозов в качестве альтернативы дизельным тепловозам. В СССР в конце 1950-х были разработаны несколько моделей газотурбовозов и построены опытные экземпляры: по одной секции грузовых двухсекционных Г1 и ГТ101 и два пассажирских односекционных ГП1. Однако опытная эксплуатация этих локомотивов показала, что по расходу топлива они более чем в два раза превосходили тепловозы аналогичной мощности. КПД выпускаемых в то время газотурбинных двигателей был низким (около 15%), в результате чего стоимость потребляемого ими топлива была сопоставима с тепловозами, но запас топлива расходовался быстрее. При этом газовые турбины были значительно дороже дизельных двигателей в производстве, а из-за использования низкокачественного топлива быстро загрязнялись и требовали частого ремонта. К этому времени уже было освоено производство достаточно мощных дизельных двигателей, поэтому в дальнейшем газотурбовозы в СССР не выпускались и работы по их созданию были прекращены.
В XXI веке стоимость производства газотурбинных двигателей снизилась благодаря их широкомасштабному серийному выпуску для реактивных самолётов, газоперекачивающих агрегатов и газотурбинных электростанций. При этом их эффективность повысилась благодаря усовершенствованию конструкции и применению более термостойких материалов, позволяющих увеличить температуру сгорания газов и тем самым повысить КПД двигателя до 30%. Это возродило интерес к использованию таких двигателей на железнодорожном транспорте благодаря их большей удельной мощности в сравнении с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, возможности использования более дешёвого низкосортного топлива, увеличенного срока службы вследствие меньшего количества трущихся деталей и намного меньшего образования нагара.
Одной из причин, возродивших интерес к созданию газотурбовозов в России, стало увеличение объёма грузоперевозок на российских железных дорогах, что привело к необходимости увеличения длины и массы либо количества грузовых составов, а также их скоростей движения. Для вождения составов повышенной массы требовалось либо использование большего числа секций локомотивов в составе, либо создание локомотивов с силовыми установками более высокой мощности. Однако возможность создания мощных тепловозов была сильно ограничена по сравнению с электровозами из-за необходимости размещения на них первичной силовой установки с системой охлаждения и топливного резервуара большего размера и массы. Это приводило к необходимости переформирования тяжёлых грузовых составов на стыке электрифицированных и неэлектрифицированных участков дорог, увеличивая время их простоя на станциях, либо использование нескольких тепловозов в одном составе, что требовало увеличение парка локомотивов и эксплуатационных расходов по их обслуживанию и ремонту. Использование газовой турбины вместо дизеля позволяло создать автономный локомотив, схожий по массе с серийными тепловозами, но при этом значительно превосходящий их по мощности, которая была сопоставима с магистральными электровозами.
Другой причиной стала проблема истощения мировых запасов нефти и повышения цен на дизельное топливо, что привело к повышению затрат на грузовые перевозки на неэлектрифицированных участках железных дорог, а также проблема загрязнения окружающей среды продуктами сгорания от жидких углеводородов. В связи с этим в ОАО «РЖД» стал рассматриваться вопрос о создании тепловозов, использующих более дешёвые и экологически чистые виды топлива. В энергетической стратегии ОАО «РЖД» было решено постепенно переводить часть парка тепловозов на природный газ (метан), который имеется в больших количествах в месторождениях России. Основным недостатком данного вида топлива является его низкая плотность, и для хранения достаточного количества газа на борту локомотива требуется либо его сжатие до очень высокого давления (до 200 атмосфер), что требует применения тяжёлых толстостенных резервуаров и потому не подходит для магистральных локомотивов, либо его сжижение путём охлаждения до температуры ниже -161 °С, что позволяет добиться уменьшения объёма газа примерно в 600 раз. При этом стоимость производства даже сжиженного природного газа (СПГ) почти вдвое дешевле, чем дизельного топлива, что позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Однако сжиженный природный газ (СПГ) занимает вдвое больший объём, чем дизельное топливо той же массы, и требует для своего хранения специальную теплоизолированную криогенную ёмкость, которая должна превышать по объёму стандартные топливные баки более чем в два раза для хранения достаточного количества топлива на борту локомотива. Из-за большого объёма топливная ёмкость с СПГ не может быть размещена на той же секции магистрального локомотива, что и силовые агрегаты, и требует дополнительной тендерной секции. Для возможности размещения на этой секции тяговых электродвигателей в целях более эффективного использования сцепной массы локомотива первичная силовая установка на другой секции должна обеспечивать высокую мощность, которой возможно добиться при использовании газовой турбины вместо газопоршневого или газодизельного двигателя. Кроме того, использование газового мотора, в особенности газовой турбины, позволяет добиться снижения количества вредных выбросов в атмосферу по сравнению с дизелем.
В связи с этим руководством ОАО «РЖД» было принято целесообразным создание магистрального газотурбовоза, способного водить составы той же массы, что и серийные магистральные электровозы, и работающих на сжиженном природном газе.
Первый газотурбовоз В начале 2005 года по заказу ОАО «РЖД» Всероссийский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт (ВНИКТИ) в Коломне начал разработку магистрального двухсекционного грузового газотурбовоза ГТ1 с электрической передачей, имеющего номинальную мощность газотурбинного двигателя 8300 кВт и использующего в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ), регазифицируемый перед подачей в газовую турбину. Для размещения криогенного резервуара с СПГ требовался значительный объём, поэтому было решено разместить его и силовую установку на разных секциях, что упрощало их обслуживание. Такое размещение ранее использовалось у опытных советских тепловозов 2ТЭ10Г и 2ТЭ116Г, между основными секциями которого вцеплялась тендерная секция с криогенным резервуаром без тяговых электродвигателей, а также грузовых газотурбовозов США, к котором сзади прицеплялась тендерная секция в виде цистерны с мазутом. Отличием нового газотурбовоза от указанных локомотивов было то, что тяговые электродвигатели на нём размещались также и на тендерной секции с топливной ёмкостью, в результате чего она становилось бустерной. Кроме того, на этой секции должен был размещаться вспомогательный дизель-генератор, используемый для запуска газовой турбины и для движения локомотива без нагрузки в целях экономии топлива.
С целью ускорения процесса создания нового газотурбовоза было решено использовать кузов и экипажную часть существующего локомотива. В роли последнего был выбран грузовой двухсекционный двенадцатиосный электровоз серии ВЛ15, который имел достаточную длину секции для размещения газотурбинной силовой установки и подходящую суммарную мощность тяговых электродвигателей. Эти электровозы производились во второй половине 1980-х годов Тбилисским электровозостроительным заводом, при этом их кузов и тележки производил Новочеркасский электровозостроительный завод. В январе 2005 года Челябинский электровозоремонтный завод начал подготовку к модернизации электровоза ВЛ15-008, выпущенного в 1987 году и ранее эксплуатировавшегося на Октябрьской железной дороге, демонтировав из кузова и с крыши всё основное электрооборудование. В июне того же года разукомплектованный электровоз был отправлен для дальнейшего переоборудования в газотурбовоз на Воронежский тепловозоремонтный завод.
Одновременно с марта 2005 года начались работы по выбору комплектующих для будущего газотурбовоза. В работе по созданию газотурбовоза и его оборудования было задействовано 54 промышленных предприятия, 90% которых составляли компании из России. ВНИКТИ стал головным разработчиком проектной и технической документации на локомотив и координировал работы по его сборке и изготовлению комплектующих, а также создал микропроцессорную систему управления и программное обеспечение. Модернизацию локомотива, монтаж оборудования и изготовление ряда новых узлов механической части выполнил Воронежский тепловозоремонтный завод. Газотурбинный двигатель изготовил Самарский научно-технический комплекс имени Н. Д. Кузнецова, тяговый и вспомогательный генераторы — ООО «Электротяжмаш-Привод» (г. Лысьва), криогенную ёмкость — ОАО «Уралкриомаш» (г. Нижний Тагил), новую кабину управления — НПП «Полёт» (г. Обнинск). В процессе создания газотурбовоза предприятиями был выполнен комплекс сложных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию работающей на метане газовой турбины и приводимого ей без редуктора высокооборотного тягового генератора, системы подачи и газификации топлива с минимальным временем подготовки к работе, микропроцессорной системы управления и диагностики, а также компоновке оборудования.
Поскольку расчётная выходная мощность тяговых двигателей газотурбовоза была ниже, чем у исходного электровоза, была предпринята попытка замены оригинальных тяговых электродвигателей локомотива ТЛ-3Б на более лёгкие и менее мощные электродвигатели НБ-420Б от электровозов ВЛ82. Но запасных двигателей не нашлось, и их было решено демонтировать с двух электровозов ВЛ82, находившихся в относительно хорошем техническом состоянии. В процессе переоборудования выяснилось, что эти двигатели не подходят, и в итоге на газотурбовозе были оставлены двигатели исходного типа. При этом использованные в качестве временных доноров для двигателей электровозы ВЛ82 по неизвестной причине было решено отправить на порезку.