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…3) содержит корпус 2, состоящий из боковых стенок 3 и крыши 4.
Корпус 2 установлен на платформе 5. К боковым стенкам 3 корпуса 2 в его задней части прикреплены два аэродинамических стабилизатора 6. Внутри корпуса 2 установлены силовая установка (газотурбинный двигатель) 7, вспомогательный дизель 8, раздаточная коробка 9 и электрогенератор 10, соединенные между собой через управляемые муф-ты 11 соединительными валами 12. Тяговый (тяговые) привод (ы) 13 при помощи силовых кабелей 14 соединен с электрогенератором 10. Тяговый привод (ы) 13 механически соединен с колесными парами 15. В передней части корпуса 2 установлен воздушный винт 16, соединенный силовым валом 17 с раздаточной коробкой 9. В передней части корпуса 2 установлено два воздухозаборника 18, а на крыше 4 установлено выхлопное устройство 19. Платформа 5 при помощи колесных пар 15 установлено на рельсах 20.

Силовая установка 7 ( рис. 4) содержат входное устройство 21 и два турбокомпрессора первый — 2 и второй -23, выполненных по биротативной схеме, т. е. без сопловых и направляющих аппаратов, с возможностью вращения в противоположные стороны. Турбокомпрессор 22, содержащий компрессор низкого давления 24 и турбину низкого давления 25. Компрессор низкого давления 24 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо компрессора 26. Турбина низкого давления 25 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо турбины 27. Рабочие колеса компрессора 26 и рабочее колесо (колеса) турбины 27 соединены внутренним валом 28 первого турбокомпрессора 22. Второй турбокомпрессор 23 содержит компрессор высокого давления 29 и турбину высокого давления 30. Компрессор высокого давления 29 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо компрессора 26, а турбина высокого давления 29 содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо турбины 27. Рабочее колесо (колеса) компрессора 26 компрессора высокого давления 29 и рабочее колесо (колеса) 27 турбины высокого давления 30 соединены внешним валом 31. Валы 28 и 31 установлены на подшипниках 32. Двигатель имеет внешний корпус 33, к которому крепится камера сгорания 34 с форсунками 35, к внешнему корпусу 33 также крепятся входное устройство 21 при помощи ребер 36 и реактивное сопло 37 при помощи ребер 38.Перед камерой сгорания 32 установлен спрямляющий направляющий аппарат 39 а за камерой сгорания 34– сопловой аппарат 40.

Топливная система силовой установки 7 содержит топливопровод 41, в котором установлен топливный насос 42, соединенный с приводом 43. На выходе из топливного насоса 42 установлен первый теплообменник-газификатор 44, который встроен в силовую установку 7 за турбиной низкого давления 25 для испарения сжиженного природного газа и утилизации тепла. К выходу из первого теплообменника-утилизатора 44 трубопроводом 45 подключен второй теплообменник-утилизатор 46, выход из которого трубопроводом 47 подключен к топливомаслянному теплообменнику 48, выход из которого трубопроводом 49 подключен к форсункам 35 камеры сгорания 34.
При работе сначала запускают вспомогательный дизель 8, потом силовую установку 7 при помощи вспомогательного дизеля 8, выполняющего функцию стартера раскручи-вают один из турбокомпрессоров 22 или 23, запускают привод 43, который раскручивает топливный насос 42, топливо (сжиженный природный газ – СПГ) по топливопроводу 41 подается в форсунки 35 камеры сгорания 34, где воспламеняется при помощи пирозапальника или электрозапальника (на фиг. 1…3 не показан). Продукты сгорания проходят через турбину высокого давления 29 и турбину низкого давления 30. Мощность с турбин 29 и 30 передается на компрессоры 24 и 29, которые сжимают воздух, идущий в камеру сгорания 32. Часть мощности подается на тяговый привод 13 и на колесные пары 15 и создают тягу газотурбовоза (локомотива) 1 . Кроме того, воздушный винт 16 создает дополнительно тягу, около 40…50 % от общего тягового усилия. Воздушный поток на выходе из воз-душного винта 16 попадает в воздухозаборники 18, это улучшает работу силовой установки 7, особенно при стоянке и движении с малой скоростью.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность газотурбовоза (локомотива) за счет:
— связи при помощи трансмиссии двух двигательных установок силовой и вспомогательного дизеля и возможности продолжения полета при отказе одного из них,
— одновременного использования для создания тягового усилия колесных пар и воз-душного винта,
— предотвращения обмерзания теплообменника на входе в силовую установку,
— отказа от пожаро и взрывоопасного впрыска топлива на вход в силовую установку.
2. Обеспечить маневрирование газотурбовоза и его аварийную эвакуацию с применением вспомогательного дизеля.
3. 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 в трех теплообменниках: первом теплооб-меннике-утилизаторе, во втором теплообменнике-утилизаторе и в топливо-маслянном те-плообменнике.
4. 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 размещении силовой установки в ограниченном пространстве, за счет применения биротативной схемы.
8. Обеспечить противоположное вращение ступеней роторов основной силовой установки без применения редуктора.

Авторы статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович, Носырев Д.Я.