IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
ВНЕДРЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОКОМОТИВОВ В РОССИИ НА ПРИМЕРЕ ЛОКОМОТИВА ГТ1H.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В 2007 году, специалистами ОАО “РЖД” совместно с ведущими научно-техническими коллективами был создан опытный образец первого в мире газотурбовоза работающего на сжиженном природном газе. В качестве топлива используется метан.
Его разработка началась в декабре 2006 года после подписания соглашения между РЖД и Самарским научно-техническим комплексом имени Н. Д. Кузнецова, специалисты которого к тому времени создали действующий газотурбинный двигатель НК-361 на базе двигателя НК-32 и силовой блок тяговой секции газотурбовоза.
Используется газотурбинный двигатель НК-361, являющийся уникальной разработкой российских специалистов. Основой для локомотива послужил старый и проверенный локомотив ВЛ-15.
Первая серийная модель ГТ1h-002 поступила только в 2013 году. Серийная модель внешне сильно отличалась от прототипа. ГТ1h-002 выпускается на Людиновском тепловозостроительном заводе. По контракту до 2020 года будет выпускаться 40 моделей. Одним из главных отличий серийной модели была осевая формула, которая изменилась, с 12-ти осей на 16-ти осную. Вторым важным изменением стала криогенная цистерна, которую можно не только дозаправить, но и поменять полностью, что значительно упрощает процесс заправки. Для маневрирования и небольших перегонов стал использоваться блок аккумуляторных батарей, и это значительно экономило топливо, когда не было нужды в максимальной мощности.
Газотурбовоз ГТ1h с электрической передачей предназначен для эксплуатации на не электрифицированных участках железных дорог общего пользования в районах Сибири и крайнего Севера, для вождения грузовых поездов повышенной длины и массы. На локомотиве применяется электропередача переменно-постоянного тока с поосным регулированием тяги. Газотурбовоз состоит из двух секций: тяговой и бустерной. Каждая из секций имеет свою кабину управления. В тяговую секцию помещен энергосиловой блок, включающий газотурбинный двигатель и газовый электрический генератор. В бустерной секции находится блок криогенной емкости с запасом сжиженного природного газа и криогенный насос, обеспечивающий доставку газа к тяговой секции.
Сжиженный природный газ, необходимый для работы газотурбинного двигателя хранится в криогенной емкости под давлением от 3 до 6 атмосфер при температуре минус 161 градус цельсия. Заправка емкости с сжиженным природным газом происходит на специальных газозаправочных комплексах, а заправленная емкость может быть доставлена в любые регионы России где её установят на газотурбовоз.
Принцип действия:
Из криогенной емкости с помощью насоса высокого давления газ подается в тяговую секцию, он поступает в теплообменный контур, расположенный за силовой турбиной двигателя в выхлопном устройстве. Здесь происходит повышение температуры топлива и его регазификация. Для компенсации расширения топлива в результате регазификации применяется ресивер, откуда затем, он отправляется в газотурбинные установки. Для работы газотурбинного двигателя в его камеру сгорания должна поступить смесь газа и воздуха.Вращающиеся лопатки компрессора повышают давление воздуха, и он подается в камеру сгорания, где смешивается с поступающим из ресивера природным газом и воспламеняется. Струя продуктов сгорания вращает лопатки силовой турбины, которая передает вращающий момент компрессорам низкого и высокого давления и приводному валу генератора. Продукты сгорания выводятся через выхлопную систему, нагревая и регазифицируя топливо в теплообменнике.В результате вращения турбины и ротора тягового генератора, вырабатывается электрический ток, приводящий в действие тяговые электродвигатели, расположенные на каждой из 16 колесных пар.
Рабочее давление в криогенной ёмкости 5 атмосфер, обеспечиваемый пробег 1000 км. Служебная масса – 300тонн, запас топлива в криогенной емкости 20 тонн. В результате испытаний РЖД выявила, что испытанный прототип может достигать скорости до 100 км/ч, а одной полной заправки хватает на 750 км. Мощность ГТ1 - 8300 кВт (11284 л. с.), что делает его самым мощным газотурбовозом в мире. КПД газовой турбины -30%.
Преимущества такого локомотива – это развивать огромную мощность при сравнительно небольших размерах и массе. Также стоимость жизненного цикла локомотива с такой установкой на 20% ниже дизельной, так, как газотурбинный двигатель работает на более щадящих режимах и имеет меньше трущихся деталей, что увеличивает его ресурс и делает газотурбовоз дешевле в ремонте и обслуживании. Выбросы снижены более, чем 5 раз нормативных требований директивы ЕС2012 к дизельным установкам.
Однако, при небольших нагрузках, расход топлива становится слишком большим, и возить на нем небольшие составы совсем невыгодно. Данный факт является главным недостатком.
Интересные факты:
12 октября 2009 года он был занесен в книгу рекордов Гинесса, как мощнейший газотурбовоз в мире. Свой самый большой состав он провел на испытаниях два года спустя, когда он вез 170 вагонов общей массой 16000 тонн.Данный газотурбовоз был продемонстрирован на выставке “Иннотранс-2008” в Берлине.
В мае 2016 года ГТh1-002 успешно провел без дозаправки в пути следования поезд массой 9 000 тонн на участке Сургут – Войновка длиной почти 700 км. Всего по итогам тестов на Свердловской железной дороге новый газотурбовоз прошел более 20000 км и показал себя с лучшей стороны.
Словарь:
Ресивер(емкость в которую поступает газ из теплообменника)-технический сосуд под давлением, может принимать как жидкие, так и газообразные среды.
Регазификация- процесс преобразования СПГ из жидкого состояния в газообразное, после чего он становится пригодным для обычного использования.
Газотурбинный двигатель - тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.