Особенности газотурбовоза

 

По теме "газотурбовоз"

Cпециальные проекты

Реклама

Партнеры и спонсоры

Что еще?

Отличия, достоинства и недостатки газотурбовозов

Человек, создав новый, более совершенный двигатель тут же задавался целью поста вить его на колеса. Сначала он проделал это с паровым котлом и появился паровоз. Позже колеса получают электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, и паровозы уступают свое место в поездах электровозам и тепловозам — локомотивам более надежным и мощным.
Не обошел своим вниманием человек и паровую турбину. Привлекали простота конструкции, возможность получить большую мощность, а главное высокая экономичность. Но увы! Паровая турбина, прекрасно работающая в стационарных условиях, становиться на колеса не хотела. Попытки создать паротурбовоз закончились неудачей. Правда, он был построен, но получился очень громоздким, сложным и к тому же менее экономичным, чем паровоз. Спрашивается: кому нужен такой локомотив? Но неудача не заставила человека отказаться от желания поставить турбину на колеса, отказаться от поисков решения этой задачи.
Успехи применения газовых турбин на самолетах, а также использование их в качестве двигателей теплосиловых установок на судах и в стационарной энергетике послужили основанием для создания автономного локомотива, у которого первичным двигателем является газовая турбина. Такие локомотивы получили наименование газотурбовозов.
Что же представляет собой эта машина и как она работает?

Основные части газотурбовоза
А работает она так. Компрессор, насаженный на вал турбины, всасывает и сжимает воздух до 200000 Па. Сжатый и горячий (от сжатия) он по воздухопроводу поступает в камеру сгорания. Сюда же через форсунку подается и горючее, которое, соприкасаясь с воздухом, мгновенно сгорает. Образовавшиеся при этом газы температурой 500—600° С направляются на лопатки турбины и приводят ее в движение — турбина работает. Примерно около 2/3 работы затрачивается на сжатие воздуха, а 1/3 передается потребителю — электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает электрический ток, который по проводам подводится к тяговым электродвигателям, расположены они у колесных осей, по одному у каждой оси. Электрическая энергия вращает якоря электродвигателей. Это вращение с помощью зубчатых шестерен передается колесам локомотива.
Газотурбовозы по сравнению с тепловозами, относящимися в отличие от электровозов также к автономным локомотивам, имеют ряд технико-экономических преимуществ: газотурбинная установка может использовать более низкосортное жидкое топливо, чем топливо, необходимое для дизеля. Эта установка не нуждается в водяном охлаждении; вес ее ниже веса дизеля такой же мощности, что позволяет легче получить большую мощность локомотива в одной секции; расход масла газовой турбины в несколько раз меньший, чем у дизеля, который имеет больше, чем у турбины, подшипников, и полностью отсутствуют у турбины поршни.
По сравнению с дизелем газотурбинные установки применительно к локомотивам имеют и недостатки: более низкий коэффициент полезного действия из-за ограничения температуры газов перед турбиной по условию жаростойкости материала лопаток турбины, а также более резкое увеличение расхода топлива на единицу полезной работы при неполной загрузке двигателя. Высокие технико-экономические показатели газотурбинной установки в условиях авиационной службы определяются длительностью ее работы с постоянной практически полной нагрузкой и низкой температурой окружающего воздуха (—40—50°С). На судах газотурбинные установки также длительно работают с полной нагрузкой, а возможность оборудования установки относительно громоздкими теплообменниками позволяет иметь достаточно высокий коэффициент полезного действия независимо от температуры окружающего воздуха. Так как локомотивы обычно работают с резко переменной нагрузкой и при широких колебаниях температуры окружающего воздуха (от — 50 до + 40°С) и так как установить на них регенерационное оборудование (теплообменники) затруднительно из-за стесненных габаритных размеров и ограничений по весу, то получить от газотурбинной установки газотурбовоза такой же эффект, как на самолетах или судах, практически невозможно. Чтобы повысить коэффициент полезного действия газотурбинной установки, работающей на локомотиве, имеется ряд средств, из которых наиболее эффективным является повышение температуры рабочего тела (смеси воздуха и газов — продуктов сгорания топлива) перед турбиной. Еще можно использовать двойную тягу путем сцепки газотурбовоза и тепловоза, как это применила одна из железных дорог США. Повышение температуры рабочего тела требует более дорогих жаропрочных материалов и уменьшает срок службы деталей, подвергающихся воздействию высоких температур. Работа газотурбовоза с тепловозом хотя и ведет к поддержанию более стабильной нагрузки газотурбовоза путем регулирования мощности сцепленных локомотивов в основном только на тепловозе, но снижает общую эффективность такого вида тяги за счет содержания в депо двух разнородных локомотивов.
С повышением окружающей температуры мощность газотурбовоза заметно падает. Так называемые одновальные газотурбинные установки, у которых газовая турбина и компрессор расположены на одном валу, не могут развивать вращающего момента при нулевой скорости и требуют электрической или гидравлической передачи к движущим колесным парам, как и на тепловозах. При многовальных установках, у которых тяговая газовая турбина механически не связана с компрессором и приводящей его в движение турбиной, возможно применение чисто механической передачи к движущим колесным парам.
Первая высокотемпературная охлаждаемая газовая турбина была построена в 30-х годах на Коломенском тепловозостроительном заводе. Именно на этом заводе в 1959 году был построен первый отечественный локомотив с газотурбинным двигателем, сердцем которого стала газовая турбина. Позже на этом же заводе построили и опытный пассажирский газотурбовоз. Он водил поезда массой до 1050 тонн.
1912 год. Студент Московского высшего технического училища А. Н. Шелест, ставший позже крупным ученым, разработал проект необычного локомотива. Рядом с турбиной автор проекта предлагал поставить двигатель внутреннего сгорания и энергию газов, полученных в его цилиндрах, использовать для вращения турбины. Назван был этот локомотив газотурбовозом. Студент училища как бы заглянул в будущее и подсказал, что именно газовая турбина — тот двигатель, который встанет на колеса. Но пройдут годы, прежде чем она появится на свет — более экономичная, значительно мощнее и меньше по размерам по сравнению с паровой. Знаменательно, что у истоков создания газовой турбины стояли выдающиеся теплотехники Л. К. Размин, Н. Р. Бриллинг, В. И. Гриневецкий, Л. П. Смирнов — работники того же училища, где родилась идея создания газотурбовоза.
Первые разработки газотурбовозов конструкторскими организациями локомотивостроительных заводов относятся к 1954 г., когда на Коломенском паровозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева и Харьковском заводе транспортного машиностроения им. В. А. Малышева началось эскизное проектирование новых локомотивов.
Работники заводов и Научно-технический совет Министерства путей сообщения, рассматривавший в мае 1955 г. эти проекты, рекомендовали вести дальнейшую разработку технического проекта и изготовление отдельных элементов газотурбовоза в двухсекционном исполнении с газовыми турбинами полезной мощностью 3 000—-3 500 л. с, работающих на жидком топливе (мазуте). При создании газотурбовоза было рекомендовано применение на установках открытого цикла без регенерации с минимальным числом ступеней газовой турбины и осевого компрессора. Одновременно было признано необходимым проведение конструкторских и научно-исследовательских работ по созданию газотурбинной установки, работающей на пылеугольном топливе, с безвальным генератором газов и с газификацией угля под давлением.
Проектирование, испытание отдельных узлов газотурбовозов, работающих на жидком топливе, в дальнейшем проводилось двумя тепловозостроительными заводами: Коломенским, построившим газотурбовозы с открытым циклом, и Луганским, построившим газотурбовоз с безвальным генератором газа.
ЦНИИ МПС в 1955—1956 гг. разработал по схеме, предложенной проф. Н. И. Белоконь, эскизный проект газотурбовоза с двухступенчатым сжиганием топлива: в первой ступени—в воздушном котле с обычной топкой должно сжигаться любое промышленное топливо; во второй ступени — камере сгорания, куда поступает нагретый воздух, — низкосортное жидкое топливо.
Громоздкую и сложную механическую передачу заменила более компактная и надежная — электрическая. Человек установил на газотурбовозе генератор электрического тока, соединил с турбиной и заставил вырабатывать электрический ток, который и приводит локомотив в движение.
Чтобы турбина начала работать, ее надо завести. Это делает пусковой двигатель, он разгоняет ротор турбины до нужных оборотов в минуту, чтобы компрессор мог сжать первые порции воздуха и подать их в камеру сгорания.
Итак, на газотурбовозе происходит то же самое, что и на тепловозе: тепловая энергия превращается в механическую, механическая — в электрическую, а последняя — в механическую. Уже сегодня стали явью газовые турбины, которые почти в 2 раза мощнее своих предшественниц: 4500 киловатт вместо 2630 киловатт и коэффициент полезного действия 34 процента вместо 19 процентов. С такой турбиной газотурбовоз по экономичности уже не уступит тепловозу.
Тепловозу нужно дорогостоящее дизельное топливо, запасы которого на земле с каждым днем становятся все меньше, а газотурбовоз работает на дешевом топливе — нефтяных остатках, мазуте. Кроме того, газовая турбина обладает высокой надежностью и позволяет получить большую мощность, чем дизель тех же размеров. Так, газотурбовоз мощностью 4500 киловатт будет в 1,5 раза короче тепловоза такой же мощности. Вот почему газовая турбина, мгновенно покорившая авиацию, накрепко вошедшая в речные и морские суда, сегодня стучится и в двери локомотивов.

Рекомендовать эту статью

Термины, пояснения и исторические справки

Новости из интернета

  

Места на карте, упоминающиеся на сайте 1520mm.ru

Будьте в курсе наших новостей


© 2002—2017 Nicos
Страница сгенерирована за 0,0049 сек.
Rambler's Top100 Яндекс.Метрика