Файл: Доклад по дисциплине Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава на тему Газотурбовозы Вариант 4 Проверил.pdf

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Уральский государственный университет путей сообщения
(ФГБОУ ВО УрГУПС) Кафедра Электрическая тяга Доклад по дисциплине Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава на тему «Газотурбовозы» Вариант 4 Проверил
К.т.н доцент
Мишин Я. А. Выполнил студент гр. ПСн-418
Солохин М.Р Екатеринбург
2022

История создания газотурбовозов Строительство первого газового турбовоза было осуществлено в двадцатом столетии в 1938 году. Но эта созданная машина не была востребована ни на Американском континенте, нив европейских странах. Несмотря на все эти сложности, в настоящее время Россия решается создавать подобные машины. На базе предприятия Открытого Акционерного Общества
«ВНИКТИ»» в Коломне появляется локомотив газотурбовоз, серии ГТ1–001. Пальма первенства создания первого газового турбовоза принадлежит швейцарской компании «Brown, Boveri & Cie» в 1938 году. Заказ осуществлялся по линии Швейцарской железной дороги. Проект газового турбовоза получил название «Am 4/6 1101». Необходимо заметить, что в данном случае, речь шла о совершенно новой технике, но осуществить её строительство в реальности, в масштабе серийного производства, не удалось по причине начала военных действий на территории государств европейской части. Несмотря на все происходившие в Европе военные коллизии, опытный образец газового турбовоза серии «Am
4/6 1101» продолжать водить поездные составы до конца пятидесятых годов, двадцатого столетия. В шестидесятых годах, двадцатого века на территории США было построено десятки тепловозов с наличием турбины, мощность которой варьировалась от трёх тысяч трёхсот до шести тысяч трёхсот киловатт-час. Данная работа по созданию нового локомотивного вида продолжалась в течение девяти лети в 1969 году её полностью свернули, Причиной стала банальная экономическая неэффективность проекта. Если первый образец газового турбовоза появился в 1959 году на Коломенском заводе, то спустя год, построили новый опытный локомотив серии «ГТ101», производителем стал луганский завод.

Принцип действия газотурбовозов Термин турбина происходит от латинских слов turbineus — вихреобразный, или turbo — волчок. Турбина и есть двигатель, у которого рабочие элементы вращаются с высокой скоростью под действием струи газа. Кинетическая энергия газовой струи является результатом преобразования потенциальной энергии рабочего тела — энергии сгоревшего топлива. Однако процесс, происходящий собственно в газовой турбине, не включает в себя все стадии преобразования энергии, присущие тепловому двигателю — от сгорания топлива дополучения механической работы. Если мы хотим непрерывно превращать тепло в работу, то должны наряду с расширением, непрерывно сжимать рабочее тело, причем работа сжатия должна быть меньше работы расширения. Итак, всякий тепловой двигатель (рис. 1) должен состоять из следующих четырех основных элементов нагревателя 1, расширительной машины 2, холодильника 3 и компрессионной машины 4. Рабочее тело должно совершать круговой процесс, или, как говорят, цикл (рис. 2), в котором непрерывно чередуются процессы нагревания, расширения, охлаждения и сжатия. Рисунок 1 – Принципиальная схема теплового двигателя

Важнейшей характеристикой теплового двигателя является его кпд.
η
дв
= Полученная полезная работа L Затраченное тепло Нетрудно видеть, что величина η
дв
, характеризующая степень совершенства двигателя, показывает, какая часть тепла, полученного в результате сгорания топлива, превращается в полезную работу. Если вспомнить, что полезная работа в двигателе получается за счет части теплового потока, те. численно равна разности между количеством тепла, взятым в нагревателе от топлива Q
1
и количеством тепла, отданным холодильнику Q
2
, то
η
дв
=
Q
1
− Q
2
= 1 − Термодинамика, изучающая закономерности взаимного превращения тепла и работы, доказывает, что для заданных условий подвода и отвода тепла максимально возможный кпд. тепловой двигатель может иметь только в том случае, если он будет работать по так называемому циклу Карно, кпд. которого
η
дв
= 1 −
T
2
, где T
1
и T
2
— абсолютные температуры нагревателя и холодильника. Из этого выражения вытекает интересный вывод. Кпд. теплового двигателя может быть равен единице (η
дв
=1) только в двух случаях когда T
1
=∞ бесконечно большая температура нагревателя) или T
2
=0 (абсолютный нуль. И то, и другое недостижимо, а следовательно, недостижимо и значение η
дв
=1. В этом заключается существо положения о невозможности создания вечного двигателя второго рода. Газовая турбина (рис. 2) состоит по меньшей мере из двухосновных элементов соплового аппарата 1 с направляющими лопатками,

образующими каналы для течения и расширения газа, и вращающегося рабочего колеса (ротора) 3 с рабочими лопатками 2, также образующими межлопаточные каналы. Сжатый и нагретый до высокой температуры газ, воздух или смесь воздуха и газа (продуктов сгорания топлива) поступают вначале в сопловой аппарат турбины. Межлопаточные сопловые каналы, или, каких просто называют, сопла, суживаются к выходу, значит, скорость газа при течении в них непрерывно повышается, а давление падает. На выходе из сопел газ имеет скорость несколько сотен метров в секунду. Далее, газовая струя попадает в межлопаточные каналы рабочего колеса. На рабочие лопатки газовая струя может воздействовать двояким образом, в соответствии с чем и турбины делятся на два класса активные и реактивные. Рисунок 2 – Модель газовой турбины
Газотурбовоз представляет из себя локомотив с газотурбинным двигателем. Газотурбинный двигатель, работающий на сжиженном природном газе, соединён с электрическим генератором. Вырабатываемый им электрический

ток подаётся на тяговые электродвигатели, которые и приводят локомотив в движение. Компрессор, насаженный навал 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 якори электродвигателей. Это вращение с помощью зубчатых шестерен передается колесам локомотива. Громоздкую и сложную механическую передачу заменила более компактная и надежная - электрическая. Установили 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 тоже самое, что и на тепловозе тепловая энергия превращается в механическую, механическая — в электрическую, а последняя — в механическую.

Особенности газотурбовозов
Газотурбовоз обладает основным преимуществом по отношению к другим типам тепловозов – это появление возможности добиться значительного увеличения локомотивной мощности, при этом, имея небольшие размеры и массу. Первый опытный французского производства, версии «TGV» являл газотурбинным. Правда, в процессе эксплуатации, французам пришлось отказаться от своих новых идей, поскольку электроэнергия оказалась дешевле, чем газовое топливо. Территория современной Российской федерации является идеальной площадкой для эксплуатации подобных машин. Попытки начала эксплуатации газовых турбовозов предпринимались Советским Союзом, Германией, США, Францией и Швейцарией неоднократно в середине двадцатого столетия, но все они потерпели фиаско по причине дороговизны всего дополнительного оборудования и самой турбины. Окупаемость подобного проекта стала бы возможной, если бы стоимость газового топлива по отношению к дизельному энергоресурсу составляла не выше пятидесяти процентов. Малейший рост цены и подобные локомотивные единицы не будут составлять конкуренцию своим собратьям, работающим на другом виде топлива. На первых тепловозах использовали нефтяной дистиллят, его стоимость в те времена была ниже, чем стоила дизельная продукция.

Современные аналоги
ГТ1 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 Магистральные газотурбовозы ГТ1 (ГТ1h) предназначены для вождения грузовых составов повышенной длины и массы или в условиях горной местности со сложным профилем на неэлектрифицированных участках железных дорог колеи 1520 мм. Они могут эксплуатироваться в условиях умеренного климата при температуре окружающего воздуха от -50 до +40 С, при этом по сравнению с дизельными тепловозами не требуют предварительного прогрева двигателя зимой и являются гораздо более экологичными по выбросам вредных веществ. Номинальный срок службы локомотива составляет 40 лет Современная модель ГТ1

По мощности двухсекционные газотурбовозы ГТ1h сопоставимы с тепловозами семейства 3ТЭ25К/3ТЭ25А в трёхсекционной компоновке или системой из двух двухсекционных магистральных тепловозов семейства 2ТЭ10 или 2ТЭ116 (в четырёхсекционной компоновке, что позволяет использовать их при смене рода тяги с электрической на автономную без переформирования грузовых составов на меньший весили использования двух локомотивов для их вождения. Так как мощность тепловозов в целом ниже, чему электровозов, грузовые составы при перегоне через неэлектрифицированные участки часто приходится рассоединять и вывозить по частям, в то время как газотурбовоз может перегонять составы целиком. При этом газотурбовозы имеют меньшую длину и массу, чем сдвоенные сцепы из трёх или четырёх тепловозных секций схожей суммарной мощности, и являются более дешёвыми в обслуживании.

Структурная схема развития локомотивов В 1959 году на Коломенском заводе был построен единственный экземпляр секции двухсекционного грузового газотурбовоза Гл. с, с электрической передачей. На газотурбовозе была применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 мощностью 3500 л. с. (2600 кВт. От ГТУ приводились во вращение две группы генераторов первая группа из двух тяговых генераторов МПТ-74/23, вторая группа из тягового генератора МПТ-

74/23, возбудителя ВТ-275/120А и вспомогательного генератора ВГГ-49/14. Каждый тяговый генератор был рассчитан на номинальную мощность 733 кВт при частоте вращения 1800 об/мин. Каждый тяговый генератор питал два параллельно подключённых тяговых электродвигателя ЭДТ-340 мощностью по 340 кВт. Газотурбинная установка использовалась только при следовании под нагрузкой. Для маневровых передвижений и следования резервом служила вспомогательная силовая установка дизель Д и маневровый генератор МПТ-49/16. Основными недостатками созданной модели был большой расход топлива и сложность конструкции. Затем там же были построены два пассажирских газотурбовоза ГП1
[3]
На газотурбовозе применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 мощностью 3500 л.с. От ГТУ приводилось во вращение три тяговых генератора МПТ-74/23Б. Для маневровых передвижений служила вспомогательная силовая установка дизель Д Барнаульского завода и маневровый генератор МПТ-49/25-3К мощностью 195 кВт. Вначале года
ГП1-0002 испытывался на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. В конце
1965 года оба локомотива поступили в депо Льгов. Если газотурбовоз Г работал с грузовыми поездами эпизодически, то пассажирские газотурбовозы эксплуатировались регулярно, наравне с приписанными к депо тепловозами ТЭП60, в результате пробегу ГП1-0001 и ГП1-0002 оказался в 3–4 раза выше, чему Г. Газотурбовозы имели недостатки большой расход топлива, высокий уровень шума. Опытный газотурбовоз ГТ101 был изготовлен с свободнопоршневыми генераторами газов (СПГГ), разработанными под руководством АН. Шелеста. Проектировался в двухсекционном варианте, нов году на Луганском тепловозостроительном заводе была выпущена лишь опытная секция (ГТ101-001). Из-за ряда технических недостатков, а также из-за сворачивания в стране работ по газотурбовозам, ГТ101 в нормальную эксплуатацию не поступил.

В 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» изготовлен опытный газотурбовоз ГТ1-001 на базе электровоза ВЛ15-008. Газотурбинные установки изготовлены в Самаре , сборка локомотива осуществлена на Воронежском тепловозоремонтном заводе имени Ф. Э. Дзержинского.
4 июля 2008 года ГТ1 впервые провёл грузовой состав. Масса состава была равна 3 тыс. та испытания проходили на участке Кинель —
Жигулёвское море Куйбышевской железной дороги.
РЖД приводит следующие характеристики испытанной модели скорость — до 100 км/ч, мощность — 8300 кВт, одной заправки хватает на 750 км, топливо — сжиженный природный газ. Газотурбовоз был продемонстрирован на выставке
«Иннотранс-2008» в Берлине. Предполагается, что он будет использоваться в Сибири, богатой запасами природного газа.
7 сентября 2011 года газотурбовоз ГТ1-001 провёл грузовой состав массой 16000 тонн.

Список использованных источников

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%
82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7

https://wiki.nashtransport.ru/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%
D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B
7

http://www.rzd- expo.ru/innovation/stock/locomotives_for_alternative_types_of_fuels/