Лабораторная работа №5

Тема. Общее устройство газотурбовоза.

Цель работы. Ознакомиться с особенностями конструкции газотурбовоза.

Краткие теоретические сведения.

Устройство газотурбовоза показано на рис. 1, а. Топливо (напри­мер, мазут или сжиженный природный газ) подается насосами из топ­ливного бака в камеры сгорания 1 газовой турбины 2. В эти же камеры подается воздух, сжатый осевым компрессором 3, который в момент пуска газотурбинной установки приводится в движение от небольшого вспомогательного дизеля. В результате горения топлива образуются газы с температурой до 1800 °С. Температура продуктов сгорания может достигать уровня 2000 К. Такую температуру не выдерживают даже жаропрочные конструкцион­ные стали. Во всех современных газотурбинных двигателях и сейчас для обеспечения их необходимой долговечности приходится снижать тем­пературу газов до значительно более низкой (600—800 °С), существен­но увеличивая против необходимого для сгорания топлива избыток воз­духа и, следовательно, затраты энергии на его сжатие и подачу. Также необходимо создать высокоэффективные компрес­соры для сжатия значительно увеличенных по сравнению с дизелями объемов воздуха. Величина КПД компрессора по сути и определяет эффективность всей газотурбинной установки.

Однако надежная работа стальных лопаток газовой турбины может быть обеспечена при температуре газов не свы­ше 750-800 °С. Поэтому газ перед поступлением на лопатки газовой турбины 2 «разбавляется» сжатым воздухом от компрессора, на подачу и сжатие которого затрачивается до 75 % мощности газовой турбины.

Рис. 1. Общее устройство газотурбовоза:

а – схема общего устройства; б – структура цепи преобразования энергии; 1 – камера сгорания топлива; 2 – газовая турбина; 3 – воздушный компрессор; 4А – тяговый генератор; 4В – тяговые электродвигатели; 5 – ведущие колесные пары локомотива

Смесь газов с воздухом (температура 750-800 °С) поступает на лопатки турбины 2 и вращает ее ротор. От газовой турбины также приводятся в движение якорь генератора 4Л. и ротор осевого компрессора 3.

На газотурбовозах камеры сгорания, газовую турбину, состоящую из нескольких ступеней, и многоступенчатый осевой компрессор объединяют в общий корпус и называют локомотивной газотурбинной уста­новкой. КПД газотурбинной установки η_ГТУ = 18-20 %.

Генератор 4А. и тяговые электродвигатели 4Б, как и на тепловозе, выполняют функции электрической передачи. КПД η_пер составляет 75-80 %. Следовательно, максимальный КПД газотурбовоза может быть равным лишь 16-18 %, что значительно ниже, чем у тепловозов. К недостаткам газотурбовозов также следует отнести большой расход топлива, особенно на частичных режимах.

К достоинствам газотурбовозов можно отнести малые удельный вес и габариты (приходящиеся на 1 кВт мощности) газотурбинного двига­теля и возможность постройки мощных автономных локомотивов сек­ционной мощностью порядка 10 000 кВт и более, готовность к работе в сложных климатических условиях (низкие температуры) из-за отсут­ствия систем водяного охлаждения (которые необходимы для дизеля), возможность в перспективе использования любых видов топлива.

Порядок выполнения работы.

1. Описать назначение основных частей газотурбовоза.

2. Изобразить схему расположения основного оборудования на газотурбовозе.