железнодорожный состав

Формула изобретения

1. Железнодорожный состав, содержащий локомотив с энергетической газотурбинной силовой установкой на базе газотурбинного двигателя и вагоны, отличающийся тем, что между локомотивом и вагонами установлена цистерна, заправленная сжиженным природным газом, которая соединена гибким трубопроводом с топливной системой газотурбинного двигателя, при этом энергетическая газотурбинная силовая установка установлена под углом или вдоль продольной оси локомотива, оборудована выхлопным устройством, на выходе которого установлено реактивное сопло, со стороны входа в энергетическую газотурбинную установку установлен электрогенератор, который через редуктор соединен с вспомогательной дизельной силовой установкой.

2. Железнодорожный состав по п.1, отличающийся тем, что на локомотиве установлен вспомогательный дизель, вал которого соединен с одной стороны через отключаемую муфту с энергетической газотурбинной силовой установкой, а с другой стороны через муфту - с вспомогательным генератором, который через коммутатор электрически соединен с приводными электродвигателями.

3. Железнодорожный состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что в передней части цистерны, заправленной сжиженным природным газом, установлен защитный щиток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может применяться для силовой установки газотурбовоза, т.е. локомотива, работающего на сжиженном природном газе - СПГ.

Известна силовая установка по патенту РФ на изобретение №2137617, эта установка имеет жидкостную систему охлаждения и вентилятор для создания потока охлаждающего воздуха и может применяться как силовая установка для локомотива, но имеет низкий КПД.

Известна силовая установка по патенту РФ на изобретение №212418, которая содержит газотурбинный двигатель, газовый тракт, соединяющий этот газотурбинный двигатель с силовой турбиной и обводной канал, который соединяет газовый тракт между турбинами и перед свободной турбиной.

Недостатком этой силовой установки является низкая экономичность, почти в 2 раза меньшая, чем у дизеля, плохие характеристики ее запуска, конкретно большое время запуска. Это связано с тем, что газодинамическое сопротивление свободной турбины имеет значительную величину и мощности стартера недостаточно для одновременной раскрутки нескольких газотурбинных двигателей и свободной турбины, с которой отбирается мощность на трансмиссиию.

Известна энергетическая газотурбинная транспортируемая силовая установка по патенту РФ №2189477, которая содержит модули газогенератора, газотурбинного привода и выхлопа, соединенные между собой.

Недостаток прототипа - отсутствие мер обеспечения безопасности и эргономических свойств для обслуживающего персонала, а именно: шумоглушения, теплоизоляции, противопожарной системы.

Известен железнодорожный состав, содержащий локомотив и вагоны по патенту РФ №2222445, МПК 7 В61С 3/00, опубл. 27.01.2004 г., прототип.

Недостатки: низкая экономичность, обусловленная тем, что газотурбинный двигатель без генерации тепла имеет КПД в 1,5...2,0 раза меньше, чем дизель, также не предусмотрены меры противопожарной безопасности.

Задача создания изобретения - повышение экономичности энергетической газотурбинной силовой установки и обеспечение безопасности эксплуатации железнодорожного состава.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что железнодорожный состав, содержащий локомотив с энергетической газотурбинной силовой установкой на базе газотурбинного двигателя и вагоны, отличается тем, что между локомотивом и вагонами установлена цистерна, заправленная сжиженным природным газом, которая соединена гибким трубопроводом с топливной системой газотурбинного двигателя. Энергетическая газотурбинная силовая установка установлена под углом или вдоль продольной оси локомотива. На конце выхлопного устройства может быть установлено реактивное сопло. Со стороны входа в энергетическую газотурбинную установку установлен электрогенератор, который через редуктор соединен с вспомогательной дизельной силовой установкой. На локомотиве установлена вспомогательная дизельная силовая установка, вал которой соединен с одной стороны через отключаемую муфту с энергетической газотурбинной силовой установкой, а с другой стороны через муфту - с вспомогательным генератором, который через коммутатор электрически соединен с приводными электродвигателями. Передняя часть цистерны, заправленной сжиженным природным газом, защищена противопожарным щитком.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень тем, что новая совокупность существенных признаков позволила получить новый технический эффект, а именно значительное повышение экономичности и безопасности железнодорожного состава. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения не требуется создания новых неизвестных из уровня техники деталей и узлов и новых технологий.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1...4, где:

на фиг.1 приведена схема железнодорожного состава с энергетической газотурбинной силовой установкой, установленной под углом,

на фиг.2 приведен вид спереди,

на фиг.3 приведена схема железнодорожного состава с энергетической газотурбинной силовой установкой, установленной горизонтально,

на фиг.4 приведена схема силовой энергетической газотурбинной установки железнодорожного состава.

Железнодорожный состав (фиг.1) содержит локомотив 1 (фиг.2), вагоны 2, цистерну, заправленную сжиженным природным газом 3, установленную между локомотивом 1 и вагонами 2. В верхней части локомотива 1 выполнен воздухозаборник 4 «П»-образной формы на входе, подсоединенный к входу в ГТД под углом. На локомотиве 1 установлена энергетическая газотурбинная силовая установка 5, имеющая выхлопное устройство 6. Энергетическая газотурбинная силовая установка 5 может быть установлена под углом (фиг.1) или вдоль продольной оси локомотива 1 (фиг.2). Угол установки в вертикальной плоскости целесообразно выполнить в диапазоне от 0 до 90 град. В передней части энергетической газотурбинной силовой установки 5 установлен электрогенератор 7 и кинематически соединен с ней.

Вспомогательная дизельная силовая установка 8 через отключаемую муфту 9 и вал запуска ГТД 10 соединена с энергетической газотурбинной силовой установкой 5. К вспомогательной дизельной силовой установке 8 с другой стороны через муфту 11 подключен вспомогательный электрогенератор 12, который через коммутатор 13 электрическими связями подключен к приводным электродвигателям 14 (фиг.4).

Энергетическая газотурбинная силовая установка работает обязательно на сжиженном природном газе СПГ. С учетом того, что сжиженный природный газ стоит в 2 раза меньше, чем дизельное топливо, можно создать силовую установку локомотива более экономичную, чем самый современный дизель, а при использовании регенерации тепла экономичность созданной силовой установки получится в 2 раза выше. Топливная система газотурбинного двигателя 15, в которой установлен топливный насос 16 с приводом 17 и теплообменником-испарителем 18, соединяет цистерну, заполненную сжиженным природным газом 3 посредством гибкого трубопровода 19 с энергетической газотурбинной силовой установкой 5. Энергетическая газотурбинная силовая установка 5 состоит из газотурбинного двигателя ГТД 20 и свободной турбины 21, установленной на выходе ГТД 20.

Газотурбинный двигатель 20 (фиг.4) состоит, в свою очередь из компрессора 22, камеры сгорания 23 и турбины 24. Электрогенератор 7 подключен к свободной турбине 21 посредством вала свободной турбины 25 через редуктор 26. Вал запуска ГТД 10 соединен с валом ГТД 27 через редуктор 26. На выходе выхлопного устройства 6 может быть установлено реактивное сопло 28. Предпочтительно применить дозвуковое нерегулируемое реактивное сопло, которое имеет простую конструкцию и позволит дополнительно увеличить реактивную тягу выхлопного устройства.

В передней части цистерны, заправленной сжиженным природным газом 3, установлен защитный щиток 29 для предотвращения попадания выхлопных газов на ее поверхность.

Для запуска энергетической газотурбинной силовой установки 5 запускают вспомогательную дизельную силовую установку 8, включают отключаемую муфту 9 и передают крутящий момент через редуктор 26 на вал ГТД 27. Одновременно включают привод 17, который приводит в действие топливный насос 16 и в результате чего топливо из цистерны 3 по гибкому трубопроводу 19 через топливный насос 16, топливную систему газотурбинного двигателя 15 подается в камеру сгорания 23, где воспламеняется (запальные устройства на схеме не показаны). Продукты сгорания поступают сначала в турбину 24, потом в свободную турбину 21, раскручиваются валы 25 и 27 и крутящий момент через вал свободной турбины 25 передается на электрогенератор 7, который вырабатывает электрическую энергию. Электрический ток с электрогенератора 7 через коммутатор 13 подается на приводные двигатели 14. Установка энергетической газотурбинной силовой установки 5 или отдельно выхлопного устройства 6 под углом к продольной оси локомотива 1 позволяет одновременно решить четыре задачи:

- организовать выброс выхлопных газов вверх для обеспечения пожарной безопасности,

- предотвратить попадание выхлопных газов, содержащих частицы углерода, окислы углерода, азота и другие вредные вещества, внутрь пассажирских вагонов,

- использовать горизонтальную составляющую реактивной тяги выхлопного устройства для улучшения тяговых характеристик локомотива,

- использовать вертикальную составляющую реактивной тяги для улучшения сцепления колесных пар локомотива с рельсами.

Установка на выходе выхлопного устройства 6 реактивного сопла 28 позволит дополнительно увеличить реактивную тягу выхлопного устройства 6.

Для маневрирования локомотива отключают ГТД 20 и включают вспомогательную дизельную силовую установку 8, имеющую мощность в десятки раз меньше, чем мощность энергетической газотурбинной силовой установки. При этом крутящий момент через муфту 11 передается на вспомогательный электрогенератор 12, электрический ток из которого через коммутатор 13 подается на приводные электродвигатели 14. Это необходимо для маневрирования локомотива 1 с небольшой скоростью.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить движение пассажирских и грузовых поездов со скоростями от 500 до 700 км/ч.

2. Повысить экономичность энергетической газотурбинной силовой установки за счет использования горизонтальной составляющей реактивной тяги выхлопного устройства 6, установленного вместе с ГТД под углом к продольной оси локомотива, или за счет установки выхлопного устройства под углом к оси локомотива при установке газотурбинной силовой установки вдоль продольной оси локомотива. Кроме того, экономичность энергетической газотурбинной установки может быть значительно увеличена за счет применения реактивного сопла.

3. Обеспечить безопасность работы с установкой за счет применения защитного щита, предохраняющего цистерну, заправленную сжиженным природным газом от попадания на ее поверхность горячих выхлопных газов.

4. Облегчить (ускорить) запуск силовой установки энергетической газотурбинной транспортируемой силовой установки за счет применения в качестве стартера для запуска ГТД вспомогательной дизельной силовой установки.

5. Повысило надежность силовой установки за счет исключения прямого попадания посторонних предметов и пыли на вход в ГТД. Это достигнуто сложной формой воздухозаборника, имеющего несколько поворотов и подсоединенного к входу в ГТД под углом.

6. Облегчить сборку за счет модульной конструкции установки.

7. Улучшить ремонтопригодность установки.