Газотурбовози. Принцип дії та загальний пристрій

Рекомендована література:

1. Третьяков А.П. Подвижной состав и тяговое хозяйство железных дорог.–-М., Транспорт, 1971.

2. Бартош Е.Т. Газотурбовозы и турбопоезда. – М., Транспорт, 1978.

Газотурбовоз – це автономний локомотив, але, на відміну від тепловоза у нього первинним джерелом енергії є не дизель, а газотурбінний двигун.

Історична довідка:

Перший газотурбовоз був створений у США в 1948 році. На початку 50-х там вже працювали 25 локомотивів з одновальними двигунами потужністю 3300 кВт. Перший досвідчений зразок газотурбовоза в СРСР був створений у 1965р. і почав експлуатуватися на Московській залізниці. Згодом Коломенським тепловозобудівним заводом були побудовані один пасажирський (ГП-1) і два вантажних газотурбовоза (Г-1 і ГТ-1). Луганські тепловозобудівники в 1957 р. побудували газотурбовоз ГТ101 потужністю 2206 кВт, але він у серію не пішов. Під час інтенсивного впровадження тепловозної тяги газотурбінні двигуни не могли конкурувати за економічністью, тому газотурбінна тяга не одержала достатнього розвитку. Однак можливість роботи на низькосортному паливі, дуже мала витрата змащення в порівнянні з дизелем, ефективність роботи при низьких температурах, велика питома потужність газотурбінних двигунів визначає перспективу розвитку газотурбовозобудівництва. Газотурбінні установки широко застосовуються за кордоном у швидкісному та високошвидкісному русі. Вони встановлюються на турбопоїздах і забезпечують рух зі швидкостями понад 300 км/год.

У силову установку газотурбовоза з електричною передачею входять газотурбінна установка, генератори, з'єднані з валом турбіни через редуктор, і тягові електродвигуни (Рис. 12).

Екіпажна частина газотурбовоза схожа на тепловозну, але газотурбовозу не потрібна шахта холодильника, та системи які обслуговують дизель. У кузові газотурбовоза встановлена турбіна 3 з газовою камерою згоряння 4 і компресором 5. Від валу турбіни через редуктор 2 отримуе обертання головний генератор постійного струму, який подає напругу на тягові двигуни постійного струму, зв’язані зубчастою передачею з колісними парами. У кузові ще розташовується дизель-генераторна установка 6 для живлення обладнання газотурбовоза і зарядки акумуляторної батареї.

Газотурбінна установка – це теплосилова установка, в якій відбувається стискання газу в компресорі, спалах у камері згоряння і розширення газу зі здійсненням корисної роботи газової турбіни.

Принцип роботи найпростішої установки можна розібрати на рис. 13.

Повітря всмоктується і стискається компресором 1 до тиску 4–6 атм. і надходить у теплообмінник 2, де підігрівається газами, що виходять з газової турбіни 3. Стиснуте і підігріте повітря надходить у камеру згоряння 4, в яку насосом 5 через форсунку 6 впорскується рідке паливо. Після камери згоряння гази з температурою 800–850 С⁰ надходять у газову турбіну 3, що знаходиться на одному валу з компресором. При розширенні газів у турбіні теплова енергія газів перетворюється в кінетичну і далі, в механічну енергію обертання валу турбіни. Завдяки високої температурі газів, робота починається при їх розширенні в турбіні. Значна частина цієї роботи (30-40 %) відбирається компресором на стиск повітря. Ця різниця й утворює корисну енергію, яка характеризує к.к.д. двигуна. Підігрів повітря в теплообміннику 2 за допомогою продуктів згоряння називається регенерацією. Регенерація дозволяє підвищити к.к.д. установки на 20– 25 %.

Розглянута вище установка має істотний недолік – при нерухомому валі турбокомпресора обертаючий момент на турбіні відсутній, тому що компресор не подає газ.

Цей недолік вдалося усунути створенням двовальних і трьохвальних установок. Виділення в таких установках на незалежному валу вільної тягової турбіни дозволяє одержати тягову характеристику, що забезпечує роботу газотурбовоза як з електричною (б), так і з механічною (а) передачею (див. рис. 14).

На рис.14 з двовальним двигуном видно, що робоче тіло після здійснення роботи в першій турбіні (1) не викидається, а бере участь у наступному циклі (3, 4), тобто утворює замкнений цикл.

Рис. 14

Коломенський газотурбовоз Г-1 потужністю 3500 к.с. має одновальну газотурбінну установку й електричну передачу. Для підвищення тиску в камері згоряння в установці використаний дванадцятиступінчастий компресор. На газотурбовозі встановлений дизель-генератор, призначений для живлення допоміжних електричних машин і кола керування. Запуск турбодвигуна здійснюється від головного генератора, що працює при пуску в режимі електродвигуна. Маневрові пересування газотурбовоза виробляються без запуску газотурбінної установки, за допомогою одного тягового двигуна, який одержує живлення при цьому від дизель-генераторної установки.

Два пасажирських газотурбовози ГП-1 потужністю 3000 к.с. були побудовані на базі екіпажа тепловоза ТЕП60 і газотурбінної установки газотурбовоза Г-1. Незважаючи на ряд переваг газотурбовозів, викладених вище, вони не одержали поширення у експлуатації через порівняно низький к.к.д.

Контрольні запитання:

1. Будова та принцип дії газотурбовоза.

2. Розміщення обладнання на газотурбовозі та його призначення.

3. Принцип роботи газотурбінної установки.

4. Поясніть процеси, які відбуваються при роботі газової турбіни.

5. Принципи роботи одновальної та двовальної турбіни.

6. Поясніть переваги багатовальних турбінних установок.

7. Наведіть приклади типів газотурбовозів.

Тема 5