двухсекционный газотурбовоз

область техники

изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции локомотивов, в частности, газотурбовозов. предшествующий уровень техники

известна секция двухсекционного грузового газотурбовоза п.

в средней части кузова на раме секции смонтирован газотурбинный двигатель (гтд). осевой компрессор гтд всасывает наружный воздух через фильтры и направляет в камеры сгорания, в которые подаётся подогретое тяжёлое жидкое нефтяное топливо. газы, выходящие из камеры сгорания, вращают турбину, которая через редуктор передаёт вращение двум тяговым генераторам, питающим тяговые электродвигатели. отработавшие газы гтд выбрасываются через выхлопной патрубок, в котором расположен подогреватель тяжёлого жидкого топлива (теплообменник).

в секции установлен вспомогательный дизель-генератор, обеспечивающий пуск гтд, электропривод тормозного компрессора и одиночное перемещение газотурбовоза. после запуска гтд вспомогательный дизель-генератор останавливается. предусмотрен запуск гтд на жидком дизельном топливе с последующим переходом на тяжёлое жидкое нефтяное топливо. (статья «гaзoтypбиннaя тяга: история и перспективы)), журнал «лoкoмoтив)> N°4, 2005 г., стр.37, 38).

недостатками известного газотурбовоза являются: - низкий коэффициент полезного действия (кпд); - применение тяжёлого нефтяного топлива, ухудшающего экологические показатели газотурбовоза;

- наличие в каждой секции газотурбовоза вспомогательного дизель- генератора и ёмкости для топлива газотурбинного двигателя, что удорожает, усложняет конструкцию и не позволяет устанавливать достаточные ёмкости сжиженного газа. известен газотурбинный локомотив, газотурбинный двигатель которого работает на сжатом природном газе. баллоны со сжатым газом размещены на раме локомотива, занимают около половины его длины и имеют значительную массу. (US, патент N° 5129328, мпк B61 C5/00, 1992 г.). недостатками известного газотурбовоза являются:

- невысокая секционная мощность, связанная с загромождением секции баллонами со сжатым газом;

- недостаточный запас горючего газа при большом весе баллонов;

- повышенная взрывоопасность из-за высокого давления сжатого газа в баллонах.

известен двухсекционный газотурбовоз с тендером для тяжёлого жидкого нефтяного топлива, представляющим собой отдельный вагон - цистерну.

рама каждой из двух тяговых секций опирается на две трёхосные тележки с колёсными парами и тяговыми электродвигателями (тэд) с воздушным охлаждением, патрубками подвода и выхода охлаждающего воздуха.

в одной секции размещён силовой блок (газотурбинная установка), включающий газотурбинный двигатель (гтд) с , осевым компрессором, камерами сгорания, устройствами воздухоподготовки и шумоглушения. гтд соединён через редуктор с тяговым и вспомогательным генераторами.

топливная система гтд включает топливный насос, подающий

топливо из топливной ёмкости тендера в камеры сгорания гтд.

во второй секции расположены кабина машиниста и вспомогательное оборудование: вспомогательный дизель-генератор, бак дизельного топлива, система охлаждения дизеля и смазочного масла подшипников гтд и электрогенераторов, тяговые электродвигатели, вентилятор охлаждения тэд, тормозные компрессоры, аккумуляторная батарея, аппаратура управления.

тяжёлое топливо заливается в ёмкость тендера при температуре о

93 с. для поддержания топлива в нагретом состоянии стенки ёмкости снабжены термоизоляцией.

секции соединены силовыми кабелями, кабелями управления, двумя рукавами для охлаждающей воды, трубопроводом дизельного топлива для запуска гтд, тормозными рукавами. (статья «гaзoтypбиннaя тяга: история и перспективы)), журнал «лoкoмoтив» N°3, 2005 г., стр. 41). недостатками известного двухсекционного газотурбовоза с тендером являются: - наличие одной кабины управления; применение тяжёлого подогреваемого нефтяного топлива, ухудшающего экологические показатели газотурбовоза; - наличие отдельного тендера с запасом тяжёлого жидкого топлива, что увеличило массу, размеры и снизило эффективность газотурбовоза.

известен реактивный газотурбинный локомотив (газотурбовоз), содержащий турбореактивный газотурбинный двигатель, компрессор этого двигателя с входным каналом (патрубком) с воздухозаборником, двухтопливную камеру сгорания, теплообменник - газификатор (подогреватель топлива) сжиженного газа, обогреваемый за счет тепла горячего газа из газотурбинного двигателя, ёмкости (баки) для топлива, которые выполнены криогенными с термоизолированной конструкцией

(тепловой изоляцией) для хранения сжиженного газа на борту локомотива внутри кузова либо на крыше локомотива, трубопровод топлива (RU, патент Jчь2251O5 Cl, кл. B61C 11/06, 2005г.).

недостатками известного локомотива являются: - невысокая секционная мощность, связанная с размещением на газотурбовозе газотурбинного двигателя силового блока и ёмкостей (баков) для топлива;

- повышенная взрывоопасность, так как ёмкости для топлива и газотурбинный двигатель не отделены от кабины управления; - наличие нескольких ёмкостей топлива, расположенных внутри кузова либо на крыше локомотива, в разных местах не обеспечивает равномерную осевую нагрузку колесных пар газотурбовоза.

раскрытие изобретения техническим результатом изобретения является повышение эффективности газотурбовоза за счёт улучшения экономических и экологических показателей, снижения металлоёмкости, повышение тяговых свойств, а также повышение уровня безопасности и защищённости ёмкости для хранения топлива и силового блока локомотива в случае нештатных ситуаций. указанный технический результат достигается тем, что в двухсекционном газотурбовозе, содержащем две тяговые секции, которые снабжены кузовами с рамой и кабиной управления, тележками с обмоторенными колёсными парами, силовой блок, включающий газотурбинный двигатель, приводящий во вращение тяговый и вспомогательный генераторы, блок воздухоподготовки газотурбинного двигателя и ёмкость для хранения сжиженного криогенного газового топлива для газотурбинного двигателя, вспомогательный дизель- генератор, вспомогательное оборудование, топливный трубопровод с

межсекционным соединением, силовой блок размещен в кузове одной тяговой секции, а ёмкость для хранения сжиженного криогенного газового топлива размещена в другой тяговой секции и установлена на раме в кузове так, что вертикальная проекция центра тяжести этой ёмкости совмещена с центром тяжести остальной массы секции, причем ёмкость для хранения сжиженного криогенного газового топлива и силовой блок отделены от соответствующих кабин управления и задних стенок кузовов секций изолированными и запирающимися от них при работе газотурбинного двигателя отсеками с размещенными в них вспомогательным оборудованием и вспомогательным дизель- генератором для повышения технической безопасности.

кроме того, ёмкость для хранения сжиженного криогенного газового топлива выполнена в виде криогенной цистерны с максимальным заполнением объёма кузова секции, а топливные трубопроводы секций выполнены криогенными для передачи криогенного топлива из ёмкости для хранения сжиженного криогенного газового топлива в одной секции в газотурбинный двигатель, размещенный в другой секции, и соединены между собой гибким межсекционным соединением, расположенным в зоне минимальных взаимных перемещений двух секций. внутренняя полость ёмкости для хранения сжиженного газового топлива соединена с криогенным топливным трубопроводом непосредственно через насос для подачи сжиженного газа или через промежуточную аккумулирующую ёкость с теплоизолированными стенками, устанавливаемую на этой же секции насосом подачи сжиженного газа, патрубки выхода воздуха из охлаждаемых полостей электромашин силового блока газотурбовоза соединены с крышевым блоком воздухоподготовки газотурбинного двигателя для исключения обледенения направляющего аппарата

газотурбинного двигателя в зимний период.

краткое описание фигур чертежей

на фиг. l схематично изображен общий вид первой секции газотурбовоза, вид сбоку. на фиг.2 схематично изображен общий вид второй секции газотурбовоза, вид сбоку.

лучший вариант осуществления изобретения

газотурбовоз двухсекционный содержит две тяговые секции 1 и 2

(фиг. 1 , 2), которые снабжены кузовами 3 с рамами 4 и кабинами управления 5, размещенными на противолежащих торцах газотурбовоза.

рамы 4 секций 1 и 2 установлены на тележки 6 с обмоторенными колёсными парами 7 тяговыми электродвигателями 8.

в кузове 3 секции 1 размещены силовой блок 9, включающий газотурбинный двигатель (гтд) 10, приводящий во вращение тяговый 11 и вспомогательный 12 генераторы, крышевой блок воздухоподготовки 13 гтд 10.

в секции 1 установлено вспомогательное оборудование 14 газотурбовоза: выпрямительные установки 15, тормозной компрессорный агрегат 16, центральная система воздухоснабжения электромашин с вентилятором 17 воздухоснабжения. силовой блок 9 для повышения технической безопасности отделен от кабины управления 5 и задней стенки 18 кузова секции 1 изолированными и запирающимися от него при работе гтд 10 отсеками 19, 20 с размещенным в них вспомогательным оборудованием 14. секция 1 снабжена также аккумуляторной батареей 21 , питающей электростартёр 22 при запуске гтд 10. патрубки 23 выхода воздуха из охлаждаемых полостей электромашин силового блока 9 газотурбовоза соединены с крышевым блоком воздухоподготовки 13 гтд 10 для

исключения обледенения направляющего аппарата гтд 10 в зимний период. к гтд 10 в секции 1 проложен топливный трубопровод 24.

в секции 2 размещены ёмкость 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива для гтд 10, другое вспомогательное оборудование 26 газотурбовоза: вспомогательный дизель-генератор 27 с баком 28 дизельного топлива, вентилятор 29 воздухоснабжения тяговых электродвигателей 8.

ёмкость 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива выполнена в виде криогенной цистерны с теплоизолированными стенками и герметизированной внутренней полостью, с максимальным заполнением объёма кузова 3 секции 2 и установлена на раме 4 в кузове 3 секции 2 так, что вертикальная проекция центра тяжести этой ёмкости совмещена с центром тяжести остальной массы секции 2.

ёмкость 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива для повышения технической безопасности отделена от кабины управления 5 и задней стенки 30 кузова 3 секции 2 изолированными и запирающимися от нее при работе гтд 10 отсеками 31 и 32 с размещенным в них вспомогательным оборудованием 26. так, например, в отсеке 31 между ёмкостью 25 и кабиной управления 5, размещен вентилятор 29 воздухоснабжения тяговых электродвигателей 8, а в отсеке 32 между ёмкостью 25 и задней стенкой 30 кузова 3 размещен вспомогательный дизель-генератор 27. внутренняя полость ёмкости 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива соединена с топливным трубопроводом 33 секции 2 непосредственно через насос 34 подачи сжиженного газа, или через промежуточную аккумулирующую ёмкость 35 с теплоизолированными стенками, установленную на этой же секции вместе с насосом 34 подачи сжиженного газа.

топливные трубопроводы 24 и 33 секций 1 и 2 выполнены

криогенными для передачи сжиженного криогенного газового топлива из ёмкости 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива в секции 2 в гтд 10, размещенный в секции 1 , и соединены между собой гибким межсекционным соединением 36, расположенным в зоне минимальных взаимных перемещений двух этих секций. газотурбовоз работает следующим образом.

ёмкость 25 заполняют сжиженным газовым топливом. сжиженное газовое топливо из ёмкости 25 подают непосредственно насосом 34 или через проiмежуточную аккумулирующую ёмкость 35 по топливному трубопроводу 33, межсекционному соединению 36 в секцию 1 и по топливному трубопроводу 24 к гтд 10 силового блока 9. гтд 10 запускают электростартером 22 от аккумуляторной батареи 21. гтд 10 приводит во вращение тяговый генератор 1 1 , от которого питают через выпрямительные установки 15 тяговые электродвигатели 8, и вспомогательный генератор 12.

размещение силового блока 9 и ёмкости 25 в различных тяговых секциях 1 и 2 газотурбовоза позволит выполнить ёмкость 25 достаточного объема для продолжительной работы газотурбовоза. кроме этого, такое размещение позволяет повысить техническую безопасность газотурбовоза за счет изолированных и запирающихся от блока 9 и ёмкости 25 при работе гтд 10 отсеков 19, 20, 31 и 32 с размещенными в них вспомогательного оборудования 14, 26 и вспомогательного дизель- генератора 27. при этом ёмкость 25 установлена на раме 4 в кузове 3 так, что вертикальная проекция центра тяжести этой ёмкости совмещена с центром тяжести остальной массы секции 2, что обеспечивает сохранение общего центра тяжести секции 2 при расходе сжиженного газового топлива и постоянно сохраняет равномерные осевые нагрузки на колесные пары 7.

благодаря выполнению ёмкости 25 сжиженного газового топлива в виде криогенной цистерны с теплоизолированными стенками и герметизированной внутренней полостью обеспечивается хранение криогенного топлива без доступа тепла из окружающей среды и минимальная металлоемкость.

гибкое межсекционное соединение 36 расположено в зоне минимальных взаимных перемещений секций 1 и 2, что повышает надёжность работы этого соединения. внутренняя полость ёмкости 25 для хранения сжиженного криогенного газового топлива может быть соединена с насосом 34 для подачи сжиженного газа через промежуточную аккумулирующую ёмкость 35, что позволит повысить устойчивость работы гтд 10.

соединение патрубков 23 выхода воздуха, охлаждающего электрические машины силового блока 9 газотурбовоза, с входом воздуха в крышевой блок воздухоподготовки 13 выполнено для исключения обледенения направляющего аппарата гтд 10 при работе в зимний период.

промышленная применимость изобретенный газотурбовоз предназначен для вождения тяжелых грузовых железнодорожных составов.