Изобретение относится к энергетике и к железнодорожному транспорту и может применяться для выработки электроэнергии, газоперекачивающих станции и в качестве силовой установки газотурбовоза. Газотурбовоз 1 (рис. 1) содержит корпус 2 с боковыми стенками 3 и крышей 4. Внутри корпуса 2 установлена силовая установка 5, которая размещена в контейнере 6. Контейнер 6 закреплен на опорах 7 на платформе 8. Платформа 8 установлена на колесных парах 9, имеющих силовые привода 10 (рис. 2), в качестве которых используют электродвигатели.

Колесные пары 9 установлены на рельсах 11. В верхней части корпуса 1 закреплен П-образный воздухозаборник 12 с воздушными фильтрами 13. На крыше 4 установлена выхлопная труба 15.  В воздухозаборнике 12 установлен охладитель воздуха 16, а в выхлопном устройстве 15 установлен теплообменник-утилизатор 17.

Силовая установка 5 валом 18 соединена с электрогенератором 19. Полость контейнера 6 «В» соединена трубопроводом 20 с выхлопным устройством 15, для сброса воздуха, продувающего контейнер 6. Гибкий топливный трубопровод от криогенной емкости со сжиженным природным газом СПГ подходит к теплообменнику газификатору 22 и далее отходит по двум топливным магистралям, работающим параллельно. Первая топливная магистраль содержит трубопровод 23,  вход которого соединен с теплообменником-газификатором 22, а выход — с ресивером 24, выход из ресивера 24 трубопроводом 25соединен с кольцевым коллектором 26, который соединен с камерой сгорания 27, установленной между компрессором 28 и турбиной 29. Вторая топливная магистраль содержит трубопровод 30, который соединяет второй выход из теплообменника-газификатора 22 с регенеративным теплообменником 17, выход из регенеративного теплообменника 17 соединен трубопроводом 31 с теплообменником-охладителем 16, выход из которого соединен трубопроводом 32 с кольцевым коллектором 26.  Силовая установка газотурбовоза 5 содержит систему предотвращения обмерзания охладителя воздуха, которая выполнена в виде трубопровода отбора сжатого воздуха 33, подсоединенного к выходу из компрессора 28, клапан 34 и перфорированный коллектор 35, установленный перед воздушными фильтрами 13.

Предложенная силовая установка 5 (рис. 1 и 3) выполнена в виде двухвального газотурбинного двигателя ГТД  и содержит компрессор 28, камеру сгорания 27 и турбину 29, а также вал 18 и внешний вал 36.

Электрогенератор 19 (рис. 3) электрическими связями 37 через коммутатор 38 соединен с силовым приводом 10 колесных пар 9. На валу 18 установлен датчик частоты вращения 39, который электрическими связями 37 соединен с блоком управления 40. Вспомогательный дизель 41 через вал 42 и управляемую муфту 43 соединен с внешним валом 36. Вспомогательный дизель 41 предназначен для запуска силовой установки 5 и для маневрирования газотурбовоза 1. К вспомогательному дизелю 41, конкретно к его выходному валу 44 через управляемую муфту 45 подключен вспомогательный электрогенератор 46, предназначенный для маневрирования газотурбовоза 1 и питания вспомогательных потребителей электроэнергии, когда энергетическая газотурбинная силовая установка не работает.

Силовая установка 5 имеет наружный корпус 47, температура которого может достигать 100…130 ⁰С, что небезопасно при обслуживании. Кроме того, на поверхности наружного корпуса 47 размещены агрегаты управления и регулирования, доступ к которым без крайней необходимости нежелателен. Также при транспортировке силовой установки с завода-изготовителя к заказчику эти агрегаты могут быть повреждены. Для устранения этих недостатков силовая установка установлена в контейнер 6. Для обслуживания агрегатов предусмотрены закрывающиеся люки 48. Силовая установка в контейнере 6 установлена на опорах 7.

Внутренняя полость «Б» контейнера 6 при помощи трубопровода 20 сообщается с выхлопным устройством 15.

Система подачи охлаждающего воздуха 49, содержит кольцевой коллектор отбора воздуха 50, установленный на корпусе 44 силовой установки 5, полость которого при помощи отверстий «Г» (рис. 4) сообщается с полостью за первой ступенью компрессора. На нем установлен клапан отбора 51, имеющий привод клапана  52, к выходу клапана отбора подсоединен кольцевой коллектор подачи воздуха 53. Кольцевой коллектор подачи воздуха 53 установлен в полости контейнера «Б». К теплообменнику газификатору 22 подсоединены трубки подвода и отвода масла, соответственно 54 и 55.

Контейнер 6 (рис. 5 и 6) предпочтительно выполнить из двух частей: верхней 56 и нижней 57 со стыком 58.

Силовая установка 5 работает следующим образом.

Для запуска силовой установки 5 электрический сигнал подается с блока управления 40 на вспомогательный дизель 41, выполняющий функцию стартера (рис. 1) и на топливный насос 9. Вспомогательный дизель 41 раскручивает ротор каскада компрессора высокого давления  и турбину низкого давления  29.  Мощность вспомогательного дизеля 41 тратится на раскрутку только одного из двух валов, а именно внешнего вала 36, это облегчает и ускоряет запуск. Раскручиваются один ротор газотурбинного двигателя из двух.

Когда осуществится запуск газотурбинного двигателя ГТД 1, его обороты достигнут рабочих, что контролируют датчик частоты вращения 39, блок управления 40 подает сигнал на ограничение подачи топлива (топливный насос на рис. 1…6 не показан). Топливо – СПГ в жидкой фазе по гибкому трубопроводу 21 поступает в теплообменник-газикатор 23, где подогревается, потом топливо по трубопроводу 23 поступает в ресивер 24, из которого по трубопроводу 25 поступает в кольцевой коллектор 26 и далее в камеру сгорания 27, где воспламеняется, а продукты сгорания приводят во вращение турбину 29, которая через валы 18 и 36 вращает компрессор 28.

 Далее с блока управления 40 подается сигнал на привод клапана 52, который открывает клапан отбора 51. Воздух через отверстия «Е» поступает внутрь контейнера в полость «В». Наружная поверхность контейнера будет иметь температуру не более 40 ⁰С, что обеспечит безопасность обслуживания.

При этом газотурбовоз 1 (локомотив) имеет возможность при движении использовать мощность ГТД 1 в диапазоне от 6 до 40 МВт, по сравнению с максимальной мощностью локомотивов, используемых в РФ 1800 Квт, что позволит достичь скорости 500 км/час и более.

При обмерзании охладителя воздуха 16 включают антиобледенительную систему, для этого открывают управляемый клапан 35 и сжатый горячий воздух по трубопроводу отбора 33 подается в перфорированные коллектор 34, образовавшаяся ледяная корка на поверхности охладителя воздуха оттаивает. После этого антиобледенительная система отключается.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить безопасность работы с установкой за счет:

• устранения системы впрыска горючего в силовую установку,
• охлаждения внешнего корпуса силовой установки,
• применения антиобледенительной системы охлаждающего теплообменника.

2. Облегчить (ускорить) запуск силовой установки энергетической газотурбинной транспортируемой силовой установки.
3. Повысить надежность силовой установки за счет предотвращения образования взрывоопасной смеси внутри силовой установки 5.
4. Улучшить экономичность установки за счет регенгерации тепла на входе и на выходе..
5. Облегчить сборку за счет модульной конструкции установки.
6. Создать условия для транспортировки.
7. Обеспечить ремонтопригодность установки.

Автор статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович