Изобретение относится к железнодорожному транспорту, конкретно к силовым установкам локомотива, выполненным на базе газотурбинного двигателя (турбопоезда или газотурбовоза), который в качестве топлива использует сжиженный природный газ – СПГ. Работы по созданию газотурбовоза проведены в СССР и за рубежом. В Западной Европе наиболее интенсивные работы по газотурбовозам впервые были развернуты во Франции и привели к созданию газотурбовоза.

Газотурбовоз 1 (рис. 1…5) содержит корпус 2, состоящий из боковых стенок 3 и крыши  4.

Корпус 2 установлен на платформе 5. К боковым стенкам 3 корпуса 2 прикреплены два аэродинамических крыла 6, к которым прикреплены мотогондолы 7, в которых установлены газотурбинные двигатели 8. Внутри корпуса 2 установлен вспомогательный дизель 9, соединенные между собой через управляемую муфту 10 соединительным валом 11 с раздаточная коробка (редуктор) 12. Тяговый (тяговые) привод (ы) 13 при помощи силовых валов 14 соединен (ы) с колесными парами 15. Силовые валы 14 также имеют управляемые муфты 10. На крыше 4 в задней части корпуса 2 установлен вертикальный аэродинамический руль 16, соединенный с приводом 17.

Платформа 5 при помощи колесных пар 15  установлено на рельсах 18.

Газотурбинные двигатели 8 ( рис. 3) содержат входное устройство 19 и два турбокомпрессора первый — 20 и второй -21, выполненных по биротативной схеме, т. е. без сопловых и направляющих аппаратов, с возможностью вращения в противоположные стороны. Турбокомпрессор 20, содержащий компрессор низкого давления 22 и турбину низкого давления 23. Компрессор низкого давления 22 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо компрессора 24. Турбина низкого давления 23 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо турбины 25. Рабочие колеса компрессора 24 и рабочее колесо (колеса) турбины 25 соединены внутренним валом 26 первого турбокомпрессора 20. Второй турбокомпрессор 21 содержит компрессор высокого давления 27 и турбину высокого давления 28. Компрессор высокого давления 27 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо компрессора 24, а турбина высокого давления 27 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо турбины 25. Рабочее колесо (колеса) компрессора 24 компрессора высокого давления 27 и рабочее колесо (колеса) 25 турбины высокого давления 28 соединены внешним валом 29.  Валы 26 и 29 установлены на подшипниках 39. Двигатель имеет внешний корпус 31, к которому крепится камера сгорания 32 с форсунками 33, к внешнему корпусу 31 также крепятся входное устройство 19 при помощи ребер 34 и реактивное сопло 35 при помощи ребер 36. Перед камерой сгорания 32 установлен спрямляющий направляющий аппарат 37, а за камерой сгорания 32 – сопловой аппарат 38.

Топливная система основной силовой установки 6 содержит топливопровод 39, в котором установлен топливный насос 40, соединенный с приводом 41. Основная силовая установка 6 установлена вертикально в центре корпуса 2 газотурбовоза (локомотива) 1 (рис. 1 и 2). Газотурбовоз оборудован блоком управления 42 и двумя датчиками боковых усилий 43а и 43в, установленными на передней колесной паре 17, соответственно на левом и правом колеса. Датчики боковых усилий 43а и 43б соединены с блоком управления 42. К блоку управления 42 также подключены приводы 41 а и 41 в топливных насосов 40а и 40в левой и правой основных силовых установок 8.

При работе (рис.1) сначала запускают вспомогательный дизель 9, потом обе основных силовых установки 8 по очереди при помощи вспомогательного дизеля 9, выполняющего функцию стартера раскручивают один из турбокомпрессоров 20 или 21, запускают привод 41, который раскручивает топливный насос 40, топливо (сжиженный природный газ – СПГ)  по топливопроводу 39 подается в форсунки 33 камеры сгорания 32, где воспламеняется при помощи пирозапальника или электрозапальника (на рис. 1…5 не показан). Продукты сгорания проходят через турбину высокого давления 27 и турбину низкого давления 28. Мощность с турбин 27 и 28 передается на компрессоры 22 и 27, которые сжимают воздух, идущий в камеру сгорания 32. Значительная честь мощности (70…80 %) подается на тяговый привод 13 и на колесные пары 15 и создают тягу газотурбовоза (локомотива) 1 . Кроме того, две основные силовые установки 8, выполненные в виде газотурбинных двигателей,  создают дополнительно реактивную тягу 20…30 % от общего тягового усилия.

При отказе одной из силовых установок 8 она отключается при помощи управляемой муфты 10 и газотурбовоз 1 продолжает движение не снижая скорости за счет форсирования второй силовой установки. Возникшее при этом боковое усилие, компенсируется при помощи вертикального аэродинамического руля 16, которым управляет привод руля 17. Одновременно режим работы основных силовых установок 8 регулируется топливными насосами 40. Управление осуществляет блок управления 42 по показаниям датчиков боковых усилий 43а и 43в, при этом основная силовая установка 8, находящаяся на той стороне, на которой показания датчика бокового усилия 43а или 43 в увеличивается переводится на пониженный режим работы или отключается, одновременно привод 17 поворачиват вертикальный аэродинамический руль до выравнивания боковых усилий:

                                                            Рправ= Рлев.

Останов основных силовых установок 8 осуществляется прекращением подачи топлива. Реверсирование при помощи  раздаточной коробки 12 или применением реверса на основных силовых установках 8 (детально это устройство в материалах заявки не приведено). Аварийный останов осуществляется выключением основных силовых установок 8 и торможением колесных пар 15, а маневрирование использованием вспомогательного дизеля 9.

Применение изобретения позволило:

1. Улучшит и полностью автоматизировать управление газотурбовозом за счет применения блоков управления, датчиков, управляемых муфт и верикального аэродинамического руля.
2. Повысить надежность газотурбовоза (локомотива) за счет связи при помощи трансмиссии двух двигательных установок: основной силовой и вспомогательного дизеля и возможности продолжения полета при отказе одного из них.
3. Обеспечить маневрирование газотурбовоза с применением вспомогательного дизеля.
4. Повысить КПД всех двигательных силовых установок за счет более рациональной компоновки всех силовых установок, наличия двух каскадов компрессора и турбины у всех силовых установок и регенерации тепла на входе в основную силовую установку. Особенно значительно улучшены тяговые и весовые характеристики и уменьшен осевой габарит основной силовой установки локомотива счет применения биротативной схемы.
5. Облегчить запуск за счет раскрутки только одного ротора основной силовой установки без раскручивания другого ротора.
6. Облегчить условия работы роторов основных силовых установок за счет возможности их взаимного проскальзывания одного из двух роторов и их работы на различающихся частотах вращения.
7. Уменьшить вес и габариты основной силовой установки, особенно осевой габарит, что важно для газотурбовоза при вертикальном расположении основной силовой установки за счет применения биротативной схемы.
8. Обеспечить противоположное вращение ступеней роторов основной силовой установки без применения редуктора.

 Автор статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович