МІНІСТЕРСТВО ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ шляхів сполучення РФ (МІІТ)
ІНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЇ ТЕХНІКИ І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА
Кафедра: «Локомотиви і локомотивне господарство»
НАВЧАЛЬНО-ДОСЛІДНА РОБОТА
на тему:
«Газотурбовози - ПЕРСПЕКТИВНИЙ ВИД ТЯГИ»
Виконав: студент гр. ТЛТ-311
Лазарєв Г.М.
Перевірив: старший викладач Самоткань А.В.
доцент Міхаіліді К.Г.
2006
зміст
ВСТУП
1.Преімущества газотепловозной тяги
1.1. Економічні вигоди використання газотепловозной тяги
1.2. Недоліки дизелів
1.3. Переваги газотурбінних двигунів
2. Газотурбовози
2.1. Газотурбінний двигун
2.2. Сучасні газотурбовози
2.3. Альтернативні види палива
2.4. Область застосування газотурбовози
3. КОНСТРУКЦІЙНІ ОСОБЛИВОСТІ газотурбовози
3.1. Передача на газотурбовози
3.2. Конструкція газотурбовоза
3.3. Витрата палива
ВИСНОВОК
Список використаних джерел
ВСТУП
У XXI столітті газотурбінна тяга знову з'являється на залізничних лініях. Розвиток впродовж минулого століття авіаційних ГТД дозволило буквально зробити революцію в літакобудуванні. Менш активно впроваджувалися газотурбінні двигуни в наземному транспорті, зокрема, залізничному. Тут провідними при оцінці ефективності нового виду тяги були питання теплової економічності первинних двигунів, а також їх надійності. У ті роки на автономних локомотивах міцні позиції вже завоював дизель з газотурбінним наддувом, що має високий ККД (37 - 38%) і на ті часи цілком відповідає вимогам залізничного транспорту по агрегатної потужності в секції.
Цілком зрозуміло тому, що при створенні перших газотурбовози мова йшла, перш за все, про перевірку експлуатаційних якостей ВМД в умовах різко змінних режимів їх роботи. Безсумнівно, враховувалися також перспектива подальшого підвищення ккд газотурбінного двигуна, можливість створення автономних локомотивів великої потужності. За останні роки в області вітчизняного та зарубіжного дизелебудування досягли істотного зниження витрат на паливо і масло, підвищення ккд дизеля (до 42 - 44%).
У США дізелестроітельние фірми за останні 20 - 25 років значно знизили (до 25%) витрата палива на тягу, що дозволило заощадити сотні мільярдів доларів.
Щоб наздогнати США, буде потрібно 10 - 15 років, а чи варто витрачати час на ці роботи, а чи не краще спрямувати зусилля на застосування на автономному рухомому складі нових типів силових установок? Аналіз показує, що в даний час найбільш готовими до застосування на залізничному транспорті є газотурбінні двигуни четвертого покоління (створені для військово-промислового комплексу), спеціально перероблені для потреб наземного транспорту.
Роботи з використання природного газу як палива для газотепловозов проводяться у ВАТ "РЖД" починаючи з 1984 р. C урахуванням розмірів розвіданих запасів природного газу, що значно перевищують розвідані запаси нафти, створення перспективного рухомого складу залізниць буде орієнтовано на паливно-енергетичні ресурси, забезпечені в країні на тривалу перспективу. Природний газ належить до їх числа.
Ефективність газотепловозной тяги буде визначатися обсягами заміщення дорогого дизельного палива на значно більш дешеве газомоторне паливо (зріджений і стиснений природний газ), а також екологічними перевагами газового палива, що особливо важливо при експлуатації у великих транспортних вузлах.
За кордоном у практиці локомотивобудування останніх років для турбопоездов і швидкісних газотурбовози застосовують авіаційні двигуни, пристосовані до умов залізниць. Так як газотурбінного двигуна на локомотиві належить конкурувати з дизелем, то питання економічності, надійності і терміну служби - першорядні.
В даний час принциповим є вибір параметрів газотурбовоза і газотурбінного двигуна. Ряд спеціалізованих підприємств в Росії готові розробити, виготовити дослідні зразки і поставляти спеціальні ВМД для газотурбовози. Підготовлені технічні пропозиції як застосувати газотурбінні двигуни на рухомому складі. В основному вони виконані за одновальної схемою з регенератором. Робота ВМД передбачена на газі - може використовуватися як стиснений газ, так і зріджений.
Характеристики питомої витрати палива дизелем Д49 (1-9ДГ) потужністю 2206 кВт, заміряні на тепловозі, а також орієнтовні (розрахункові) газотурбінними двигунами № 1 і № 2 потужністю відповідно 4 і 6 тис. кВт (рис. 1). У зв'язку з відсутністю досвідчених зразків таких двигунів витрата палива на холостому ходу і потреба в олії не визначені.
Рис. 1. Характеристики питомої витрати палива в залежності від потужності
З огляду на особливості газотурбінного двигуна - велику потужність при малій вазі - можливе створення автономного локомотива з параметрами по тязі і швидкості, рівноцінного перспективному електровозу, і навіть перевершує його, що недоступно тепловозу.
1.Преімущества газотепловозной тяги
1.1 Економічні вигоди використання газотепловозной тяги
Застосування природного газу в якості моторного палива має для ВАТ "РЖД" вельми актуального значення. Витрати на дизельне паливо для тепловозів складають близько 20% загальних експлуатаційних витрат у локомотивному господарстві компанії. В умовах жорсткого тарифного регулювання ВАТ "РЖД" змушені шукати шляхи зниження собівартості перевезень з метою підвищення конкурентоспроможності на ринку транспортних послуг. Застосування природного газу в якості моторного палива при певних умовах може дати значну економію коштів спрямовуються на енергоносії.
Це переслідує кілька цілей: економію коштів на придбання палива, оскільки ціна еквівалентної кількості газу значно (до 50%) нижче, ніж дизельного палива; зниження шкідливих викидів в атмосферу з випускними газами дизелів, тому що при роботі на природному газі їх токсичність значно нижче, ніж при роботі на дизельному паливі, а димність (сажа) менше на порядок, забезпечення сталого паливопостачання тепловозів у перспективі з урахуванням динаміки зміни видобутку нафти і газу, їх порівняльних запасів і прогнозів виснаження родовищ.
Актуальність цієї проблеми визначено урядовими документами: федеральної цільової програмою «Паливо та енергія» та Концепцією енергетичної політики Росії в нових економічних умовах [1].
Розрахунки показують, що сумарне заміщення дизельного палива природним газом на залізничному транспорті може скласти близько 1 млн. т / рік, а потреба в природному газі - 1,2 млрд. м3/рік.
1.2 Недоліки дизелів
За останні 20 років промисловістю досягнуто значне поліпшення техніко-економічних показників дизельних силових установок.
Так, у сучасних дизелів максимальний тиск згорання сягає 18,0 ... 25,0 МПа, що дозволяє реалізувати індикаторний ККД на рівні 0,55. Це відповідає питомій індикаторному витраті палива 154 г / (кВт · год). З урахуванням максимально можливого механічного ККД дизеля 0,9 мінімальна питома витрата палива становить 170 г / (кВт-ч). Крім механічних втрат, існують витрати енергії на охолодження (4 ... 6%). Реально на локомотивах може бути реалізований максимальний ефективний ККД η е = 0,47 (179г / (кВт · год)).
Подальше збільшення параметрів циклу недоцільно через значні втрат, пов'язаних із властивостями реальних газів і зростанням впливу шкідливого простору камери згоряння на показники роботи двигуна. Крім того, зростають труднощі сумішоутворення і токсичність випускних газів. На тлі зростаючих вимог до зниження токсичності випуску, остання обставина є досить істотним. З'являється необхідність зниження економічності та встановлення систем очищення випуску з підігрівом випускних газів на режимах часткових навантажень. Це призведе до втрати економічності двигуна ще на 2 ... 3%. Таким чином, можна вважати, що в перспективі економічність дизельних двигунів не буде краще 175 г / (кВт · год). Питома вага дизелів може знизитися в 1,5 ... 2 рази за рахунок збільшення швидкохідності, проте завжди залишиться необхідність зміни форсунок і поршневих кілець. Витрати на обслуговування і ремонт дизелів складають більше 50% всіх витрат на обслуговування та ремонт тепловозів. Витрати пов'язані не тільки з придбанням запасних частин, але і з важкою фізичною працею, не піддається механізації і автоматизації.
1.3 Переваги газотурбінних двигунів
Названі недоліки дизелів змушували конструкторів і вчених шукати альтернативні варіанти силових установок для автономного рухомого складу.
Аналіз показує, що в даний час найбільш готовими до застосування на залізничному транспорті є газотурбінні двигуни четвертого покоління, спеціально перероблені для потреб наземного транспорту. Не випадково в США в 2000 р. був випущений на випробування пасажирський локомотив з газотурбінним двигуном.
Приваблюють низькі вагові та габаритні показники ВМД, конвертованість на природний газ, пропан-бутанової суміші і рідкі палива, отримані з природного газу, висока екологічна ефективність (викиди шкідливих речовин при роботі ГТУ в 15-20 разів нижче, ніж при роботі дизелів), мала трудомісткість поточного обслуговування, відсутність низки допоміжних систем, властивих дизельним установкам, можливість підвищення ефективного К.П.Д. до 50% і більше при застосуванні регенерації тепла, можливість використання твердих палив при перекладі на цикл із зовнішнім підведенням тепла і ін
Звичайно, стримуючим фактором є висока ціна таких двигунів. Проте за нашими розрахунками вартість життєвого циклу локомотива з ГТУ при застосуванні природного газу або пропанобутанової сумішей в 1,5-2,0 рази нижче: чим вартість життєвого циклу тепловоза, що працює на дизельному паливі. При розрахунках не враховувався додатковий ефект, пов'язаний із зниженням викидів шкідливих речовин і платою за порушення екологічних вимог [22].
Досягнутий в даний час ККД тепловоза не перевищує 32% (зазвичай 27 - 30%) і обмежується, головним чином, величиною ККД первинного двигуна, тобто дизеля. Можливості його вдосконалення в даний час вичерпано. Про це свідчить тенденція зміни характеристик дизелів: за останні 30 років середньому експлуатаційному ККД збільшився менше ніж на 3%.
Дизель (а також газодизель) - це тепловий двигун, і його ККД обмежений величиною ККД циклу Карно. Тому підвищення ККД збільшенням максимальної робочої температури циклу домогтися не вдається, так як починається термічна дисоціація молекул. Крім того, знижується міцність деталей і їх ресурс, що також накладає обмеження. Температура вихлопних газів визначається ступенем подальшого розширення, яка, у свою чергу, обмежена габаритами дизеля і рядом інших параметрів, що не дозволяють цю температуру істотно знизити.
Таким чином, єдина можливість значно поліпшити характеристики тепловоза - це відмова від теплового двигуна на користь хімічних джерел струму - паливних елементів (ПЕ), безпосередніх перетворювачів хімічної енергії палива в електричну. По суті, ТЕ відрізняються від звичайних гальванічних елементів лише безперервним підведенням речовин, що вступають в токообразующую реакцію, і таким же безперервним їх відведенням.
Слід зазначити, що паливні елементи не є тепловим двигуном, і їх ККД не обмежений циклом Карно, тобто він теоретично може досягати 100% (практично досягнуті значення - 60 - 80%). Більше того, специфіка токообразующіх реакцій така, що електрична робота може бути більше теплового ефекту реакції.
Побудовано і випробовуються дослідні зразки нової техніки. Відомі проекти застосування ПЕ на міському транспорті. Існують розробки стаціонарних теплоелектростанцій, у яких використання твердого палива забезпечується шляхом його газифікації в газогенераторах, суміщених з високотемпературними ТЕ. Цей же шлях (попередня газифікація) може бути використаний і на пересувних енергетичних установках [3].
Таким чином, перспективою на найближчі 5-10 років можуть стати газотепловози, а повсюдний перехід на газотурбінну тягу в світі відбудеться в 20-30-ті роки, яку потім замінять тепловози на ТЕ.
2. Газотурбовози
2.1 Газотурбінний двигун
Газотурбінний двигун - тепловий двигун, у якому газ стискається і нагрівається, а потім енергія стислого і нагрітого газу перетворюється в механічну роботу на валу газової турбіни. Робочий процес газотурбінного двигуна може здійснюватися з безперервним згорянням палива при постійному тиску або з переривчастим згорянням палива при постійному обсязі [4].
За своїм призначенням газотурбінний двигун (ВМД) - машина транспортна, тому при виборі типу силової установки для перших типів локомотивів йому було приділено достатньо багато уваги. Початок використання газотурбінних двигунів на залізничному транспорті практично збіглося з впровадженням їх у літакобудуванні. Якщо висока питома потужність такого типу двигунів забезпечувала їм перевагу перед поршневими в авіації, то в локомотивостроении вони в той час не могли конкурувати з високоекономічними тепловозними дизелями.
В останні роки теплова економічність газотурбінних двигунів значно підвищилася і вже впритул наблизилися до поршневих. Тому, природно, знову зростає інтерес до використання газотурбінної тяги на залізничному транспорті.
Вперше у світі локомотив з ВМД (газотурбовози) № 1101 потужністю 1618 кВт (2200 к.с.) був побудований в 1941 р. у Швейцарії фірмою «Браун-Бовері» для Швейцарських федеральних залізниць. Газотурбінний двигун (мал. 2) представляв собою одновальну силову установку з регенерацією тепла відхідних газів, змонтований на одній рамі з редуктором і генератором постійного струму. Рама також слугувала резервуаром для палива і масла. Технічні характеристики перших газотурбовози та їх газотурбінних двигунів (табл. 1).
Рис.2. Газотурбінний двигун газотурбовоза № 1101
Таблиця 1
Основні технічні дані газотурбовози, які були побудовані першими в різних країнах
Найменування парамет
СРСР
Швейцарія
ЧССР
Англія
США
Коломенський тепловозобудівний завод
Фірма «Браун-Бовері»
«Заводи імені Леніна» («Шкода»)
Фірма «Метрополь-тен-Віккерс»
Фірма «General Electric»
Г1
Г
110
180
ТЛ65900
18100
4500
8500
1
2
3
4
5
6
Рік випуску
1959
1964
1941
1949
1958 - 1960
1952
1948 - 1954
1358-1961
Осьова формула
Зо-Зо
Зо-Зо
1 + 1 0 +2 0 +1 0 +1
1 + 1 0 +2 0 +1 0 +1
3 +3
Зо-Зо
2о +2 0 -2 0 +2 0
2 (3 0 -3 0)
Рід служби
Вантажний
Пасажирський
Вантажопасажирський
Пасажирський
Вантажний
Число секцій
2
1
2
Загальна маса, т
140
129
92,1
118
123
132
235
408
Запас палива важкого
(Легені) кг
9500
(1500)
11000
(850)
4200
(1500)
6580
(1000}
3420
(162)
6600 (4060)
2450 (3400)
8600 (8500)
Навантаження від осі на рейки, тс
23,3
21,5
16,1
20,1
20,5
21,9
29,5
31,2
Конструкційна швидкість, км / год
100
160
113
145
85/125
145
105
Передача потужності
на колеса
Електрична постійного струму
Механічна, два ступені швидкості
Електрична постійного струму
Газотурбінний двигун, тип
Одновальний
Одновальний з регенератором
Двухвальний з регенератором
Одновальний
Потужність, кВт / л.с.
2574/3500
1618/2200
1838/2500
2265/3080
2206/3000
3309/4500
6250/8500
Число обертів на хвилину
8500
5200
5800
5550
7000
6900
4860
Питома витрата палива, г / кВт-год
327
376
380
-
328
380
_
Компресор, тип
Осьовий
Число ступенів
12
21
29 -
17
15
16
Витрата повітря, кг / с
26
28,1
28
29,7
22,6
41
72
Камера згоряння, тип
Прямоточна, секційна
Прямоточна
Прямоточна, секційна
Число камер згоряння
6
1
6
10
Ступенів турбіни
4
2 / 1
5
2
Температура газів перед турбіною, "З
727
650
700
790
Кількість побудованих локомотивів
1
2
1
2
1
25
30
2.2 Сучасні газотурбовози
В даний час компанія-оператор «Amtrak» в рамках реалізованої програми підвищення швидкостей руху пасажирських поїздів здійснює модернізацію належать їй семи п'ятивагонних турбопоездов «RTL - Turboliner». Перший був у дослідному порядку модернізований з установкою на моторних вагонах ВМД типу «Turbomeca TM -1600 »компанії« Makila Turbines ». Удосконалено також система управління силовим агрегатом, застосована нова система подачі палива, а також змінена компоновка обладнання пасажирських салонів. Експлуатація цього турбопоезда протягом семи років на маршруті Нью-Йорк - Олбані дала хороші результати.
Однак при подальшій модернізації, що виконувалася заводом компанії «Super Steei »в Скенектаді (США), встановлювалися нові турбіни типу« Turbomeca »потужністю 1000 кВт, тягові гідропередачі компанії« Voith »і мікропроцесорні сістемиу правління.
Перший модернізований турбопоезд за даним проектом ввели в експлуатацію на тому ж маршруті в квітні 2003 р. Разом з тим, фахівці вважають, що надалі доцільно підвищити потужність ВМД турбопоездов до 2940 кВт (використовувати дві установки) і застосувати електричну передачу змінного струму, здатну передавати потужність всім колісним парам моторних вагонів. Це дозволить не тільки підвищити на 15 - 20% прискорення поїзда, але і включити в поїзд додатковий вагон, збільшивши тим самим кількість сидячих місць.
В даний час за кордоном приймають різні заходи, щоб підвищити швидкості пасажирського руху, тому значно зріс інтерес до використання на залізничному транспорті. При збільшенні швидкостей руху поїздів до 200 - 250 км / год значно змінюються вимоги до рухомого складу, особливо коли вони освоюються на існуючому верхній будові шляху. У числі вирішальних чинників виявляються маса і габарити енергетичного обладнання.
На міжнародній виставці «Railtex -2000» в Бірмінгемі компанія «Bombardier Transportation »представила макет газотурбопоезда« Jetrain »з конструкційної швидкістю 250 км / год, двигун якого має працювати на дизельному паливі. Основою концепції тягового рухомого складу (рис.3) стали конструктивні рішення, що приймаються компанією «Aistom» при проектуванні моторних вагонів швидкісного електропоїзда.
Рис. 3. Турбопоезд "Jertain" (США)
Як силова установка застосований ВМД компанії «Pratt & Whitney» потужністю 3750 кВт з частотою обертання 16000 об / хв, який призводить через редуктор два головних тягових генератора змінного струму потужністю 1750 кВт. Однак фахівці американських залізниць та компанії «Bombardier» мають намір розглянути можливість встановлення на ньому одного генератора компанії «Allied Signal », котрий має високу частоту обертання.
На газотурбовози «Jetrain» застосовані чотири асинхронних тягових двигуна потужністю по 825 кВт з опорно-рамної підвіскою тягових редукторів. Електродвигуни отримують живлення від інверторів ONIX компанії «Aistom» з водяним охолодженням. Потужність для допоміжних споживачів близько 500 кВт відбирається від одного з тягових генераторів. Тривала дотична потужність складає 3140 кВт, сила тяги при рушанні - 220 кН.
У жовтні 2002 р. відбулася презентація локомотива. Фахівцями було відмічено, що в порівнянні з останніми моделями тепловозів США новий газотурбовози має більш високу швидкість, меншу на 20% масу тари. Він володіє в два рази більшим прискоренням, виділяє на 30% менше шкідливих викидів.
Нещодавно фахівцями ВНІКТІ підготовлений проект магістрального газотурбовоза ГТ1. В якості палива для нього передбачається використовувати зріджений природний газ, а в перспективі - водень [7].
Модель газотурбовоза з двох секцій - тягової і бустерної з кабінами управління. Потужність газотурбінного двигуна 8300-10500 кВт
2.3 Альтернативні види палива
Один із шляхів підвищення ефективності роботи газотурбінних двигунів на залізничному транспорті - застосування альтернативних палив. Газотурбінні двигуни ідеально підходять для використання в якості палива скрапленого або стисненого природного газу, а також метанолу. При цьому не потрібні будь-які переробки. У той час як для спалювання природного газу в циліндрах дизеля необхідно додавати певну кількість дизельного палива (до 15%), щоб суміш могла спалахнути. Але тоді збільшується виділення шкідливих вихлопів, ускладнюється паливна система дизеля.
У США провели дослідження по витраті палива турбопоездамі на швидкісній лінії протяжністю 370 км. Вони показали, що при експлуатації ВМД на зрідженому природному газі витрати його за поїздку складають 0,61 від вартості витрат у випадку роботи на дизельному паливі. Пробіг на останньому становить 0,9 при однаковій ємності паливного бака.
2.4 Область застосування газотурбовози
Газотурбовози найбільш ефективні на наступних видах роботи, в порівнянні з тепловозами:
проводка складів підвищеної маси;
робота на ділянках з важким профілем колії;
обслуговування північних залізничних магістралей, експлуатація на нових перспективних залізницях БАМ-Північ;
взаємодія в мережі шляхів сполучення з сучасними потужними електровозами без розформування складів;
прискорена проводка літерних складів на великі відстані до 2500 км без дозаправки паливом, а у тендерному виконанні до 10000 км. У порівнянні з електровозами;
висока автономність і здатність роботи в будь-яких метеоумовах;
експлуатація в прибережних районах з високою ймовірністю обмерзання і обмерзання струмопроводу (особливо Ленінградська область і Далекий Схід);
зниження маси локомотива в порівнянні з електровозом дозволяє здійснювати проводку пасажирських (швидкісних) поїздів по лінійним вантажним магістралей;
використання на нових швидкісних магістралях, що забезпечує здешевлення і прискорення будівництва і прискорення окупності дороги.
3. КОНСТРУКЦІЙНІ ОСОБЛИВОСТІ газотурбовози
3.1 Передача на газотурбовози
Інша принципово важливе завдання в проектуванні газотурбовоза - вибір типу передачі потужності від газотурбінного двигуна до колісних пар локомотива. Можливе застосування всіх типів передач - механічною безступінчатим, гідромеханічної та електричної: змінно-постійного, змінно-змінного струму з перетворювачем частоти і змінно-змінного (рис. 4).
Рис. 4. Схема ВМД з електричною передачею змінно-змінного струму
К - компресор; Per - регенератор; Кс - камера згоряння; Т - турбіна, Р - редуктор; СГ - синхронний тяговий генератор; ВГ - допоміжний генератор; Пр - перетворювач частот; 1 -6-асинхронні тягові двигуни
Використання механічної безступінчатим та електричної передач постійно-змінного струму вимагає, щоб у складі газотурбінного двигуна була застосована вільна тягова турбіна, тобто агрегат, пов'язаний з турбокомпресором лише газового зв'язком. Зміна крутного моменту на валу тягової турбіни повністю відповідає умовам тяги, що свого часу привернула увагу ряду фірм, які побудували газотурбовози з механічною безступінчатим передачею.
Впровадження електричної передачі змінно-змінного струму без перетворювачів частоти - завдання складне, тому що доведеться створювати спеціальний асинхронний тяговий двигун з більшим коефіцієнтом ковзання. Для цього треба буде проводити спеціальні теоретичні та стендові дослідження.
3.2 Конструкція газотурбовоза
На залізницях Росії є ряд ділянок, де стикується електрична і тепловоз тяга. Так як сучасні і перспективні тепловози мають потужність нижча, ніж у електровозів, то наведені електровозами склади доводиться розформовувати і вивозити тепловозами по частинах. Це економічно невигідно. Необхідний автономний локомотив, здатний прийняти складу масою 6 тис. т від електровоза і без переформування доставити його до місця призначення, що володіє параметрами по економічності і надійності, які не поступаються тепловозу.
Таким локомотивом може стати газотурбовози. Виготовляючи його, бажано застосувати обладнання вже експлуатованих локомотивів. У тому числі необхідно використовувати електричну передачу змінно-постійного струму, як найбільш освоєну вітчизняною промисловістю.
Фахівцями ВНІКТІ (м. Коломна) була перевірена можливість компонування обладнання газотурбовоза в кузовах електровозів: постійного струму ВЛ10 і ВЛ15, а також змінного ВЛ60К і ВЛ80. Довжина секції кузова електровозів ВЛ10 і ВЛ80 по автозчеплення складає 16400 мм і недостатня для розміщення всього обладнання, кузова ВЛ60К - 20800 мм, а секції ВЛ15 - 22500. Тягові двигуни електровоза ВЛ60К мають потужність в тривалому режимі 675 кВт, а ВЛ15 - 700. Найбільш підходящим є екіпаж локомотива ВЛ15.
На газотурбовози можна застосувати ряд вузлів тепловоза 2ТЕ25, який розробляється ВАТ «БМЗ» спільно з ВНІКТІ. Це наступне обладнання: кабіна управління з уніфікованим пультом і віброзащіщеннимі кріслами, мікропроцесорна система управління і діагностики, блоки реостатного і гальмівного обладнання, апаратні камери, допоміжні перетворювачі, блок гальмівного компресора, установки пожежогасіння, водомасляного теплообмінники, блоки фільтрації повітря, що надходить для охолодження тягових двигунів . Осьові мотор-вентилятори, нагнітають повітря для охолодження тягових двигунів, - з електровоза ЕП200, допоміжний дизель-генератор - заводу «Зірка». Тобто все обладнання, крім газотурбінного двигуна і тягового генераторного агрегату, буде перевірено на тепловозі, в даний час изготавливаемом ВАТ «БМЗ».
Може викликати сумнів необхідність установки допоміжного дизель-генератора. Досвід експлуатації вітчизняних газотурбовози показав необхідність наявності такої установки. Вона необхідна для виконання маневрових робіт і подачі локомотива під склад, а також для запуску газотурбінного двигуна.
Якщо двигун буде виконаний на підшипниках ковзання з масляним охолодженням, то після його виключення потрібно прокачування масла через підшипники і повільне прокручування ротора до повного охолодження силового устаткування. Цей процес може становити 1 - 1,5 год Технологія зупинки ВМД повинна бути перевірена експериментально. Застосування допоміжного дизель-генератора знизить витрату палива на газотурбінному двигуні, так як це дозволить відключати його при тривалих стоянках.
Складне технічне завдання - створення тягового і допоміжного генераторів, встановлених на одному валу. Крім того, слід розробити систему регазифікації (підготовки газу з температурою -162 ° С до необхідних плюсових температур і його тиску перед подачею в камеру згоряння).
Фахівцями ВНІКТІ визначені основні вимоги, які пред'являються до газотурбінного двигуна, що встановлюється на експериментальний газотурбовози: потужність-10000 кВт, ККД-40%, ресурс до капітального ремонту-100 тис. год, витрата палива без навантаження від витрати на повній потужності не більш-5 %. На першому дослідному зразку пропонується встановити освоєний промисловістю ВМД з ККД 26-27%.
3.3 Витрата палива
В якості палива для газотурбовоза передбачається застосувати природний зріджений або стиснений газ. Найбільш доцільно використовувати зріджений, так як в цьому випадку не доведеться розробляти спеціальний тендер, а використовувати цистерни, пристосовані під перевезення такого газу.
При цьому пробіг між заправками газотурбовоза буде в 2 рази більше пробігу тепловоза. Тільки в даному випадку всю необхідну апаратуру для підготовки газу перед подачею в ВМД необхідно буде розмістити на газотурбовози. Споруда пілотного зразка газотурбовоза дозволить отримати необхідні експлуатаційні дані і дати дорогу новому, більш досконалого увазі локомотива для залізниць Росії.
Що стосується витрати палива при проміжних режимах роботи тепловоза і газодизеля, то, як випливає з витратних характеристик (рис. 6), отриманих при роботі по дизельному і газодизельним циклів - питома витрата палива при роботі на природному газі з подачею запальної порції дизельного палива майже на всіх режимах нижче, ніж при роботі на дизельному паливі.
Питома витрата палива g e при роботі в дизельному (1) і газодизельному (2) циклах, приведений до умов ТЗ по ІСО 3046 / 1 - 86 у залежності від режиму роботи газодизеля (N e, n k)
Рис.5
Запас газу в тендерній секції складає 17 тонн, що забезпечує пробіги газотепловоза в 1,3-1,5 рази більше, ніж у серійних тепловозів.
З проблеми застосування природного газу на тепловозах реалізується програма доведення газових двигунів, газового обладнання та систем безпеку.
Предварітелние ТЕО впровадження газотепловозов на ряді залізниць Росії при обліку витрат і ціноутворення, які склалися для ринкової економіки, а також державне регулювання ціни на газомоторне паливо в межах 50% від вартості дизельного, говорять про можливість окупності витрат на цей захід протягом 3-6 років .
Програмою ВАТ «РЖД» передбачається розробка, створення й експлуатація в 2005 - 2007 роках дослідної партії маневрових газотепловозов серій ЧМЕЗГ.
ВИСНОВОК
Газифікація автономної тяги дозволить різко знизити річне споживання дизельного палива (практично на 25 - 30%, тобто на 0,9 млн. т) до 2020 р. за планомірної реалізації програми з використання скрапленого та стисненого природного газу в якості моторного палива для тепловозів, яка розробляється спільно ВАТ «РЖД», ВАТ «Газпром» та адміністрацією Свердловської області. Реалізація програми має бути розпочата з впровадження стисненого природного газу, так як при цьому менше витрати на інфраструктуру; потім у міру накопичення досвіду роботи з газомоторним паливом буде вирішено питання про широке застосування зрідженого газу. Характерно, що на сьогодні індекс енергоекономічний ефективності перевезень на газі навіть при передбачуваному двократне підвищення ціни на газ наближається до одиниці, тобто енергетична складова перевезень на газі буде майже такою ж, як на електричній тязі.
Застосування газотурбінної тяги дозволить вирішити проблему узгодження тягових характеристик автономного та електричного тягового складу по осьовій потужності, секційної потужності, швидкісним характеристикам і уніфікації екіпажу.
Зміниться характер обслуговування та ремонту. Модульність конструкції, малі габарити і вага ВМД, доступність для огляду, контролю та діагностики дозволяють експлуатувати двигун станом і скоротити експлуатаційні витрати.
Можливість заміни двигуна і його вузлів двома мотористами за 30 хв. підвищує експлуатаційну готовність і надійність локомотивів, скорочує терміни окупності локомотива, дозволяє проводити регламентні роботи на двигуні, як у складі локомотива, так і на стенді в депо.
Істотно поліпшується екологічна обстановка на лінії і особливо в районі станції, так як ВМД добре узгоджується з накопичувачами енергії, що дозволяє стабілізувати режим роботи двигуна в період відправлення і прибуття поїзда.
Безперервність газодинамічного процесу у ВМД дозволяє перейти до широкого використання твердих палив або водовугільних емульсій [2].
Список джерел
1. Фофанов Г.А., Природний газ - моторне паливо для тепловозів. Вісник ВНИИЖТ - 2002, № 4, стор 15 - 18
2. Косов Є.Є., Перець В.В., Перспективи застосування газотурбінних двигунів на тяговому рухомому складі. Вісник ВНИИЖТ - 2000, № 5, стор 16 - 19
3. Калугін С.П., Перспективи застосування на тепловозах альтернативних видів двигунів. Локомотив - 2000, № 5, стор 36 - 37
4. Бартош Є.Т., газотурбовози і турбопоезда. М., «Транспорт», 1978. 311 с.
5. Косов В.С., Нестеров Е.І., Газотурбінна тяга: історія та перспективи. Локомотив - 2005, № 3, стор 39-41
6. Косов В.С., Нестеров Е.І., Газотурбінна тяга: історія та перспективи. Локомотив - 2005, № 4, стор 37-40
7. Косов В.С., Нестеров Е.І., Газотурбінна тяга: історія та перспективи. Локомотив - 2005, № 5, стор 37-40
9. Сєдих А.Д., Роднянський В.М., Політика Газпрому в галузі використання природного газу в якості моторного палива. Газова промисловість - 1999, № 10, стор 8-9
10. Кирилов Н.Г., Зріджений природний газ - універсальний енергоносій XXI століття: нові технології виробництва. Індустрія - 2002, № 3 (29), стор. 113 - 118
11. Кирилов Н.Г., Зріджений природний газ: соціальні, екологічні та енергетичні аспекти застосування на транспорті. Індустрія - 2001, № 4 (26), стор 59-63
12. Косов Є.Є., Перспективи застосування газотурбінних двигунів з використанням альтернативних палив на залізничному транспорті. Конверсія в машинобудуванні - 2001, № 1, стор 43-46