Введение

Тип железнодорожного локомотива Газотурбинный локомотив - это тип железнодорожного локомотива, в котором основным двигателем является газотурбина. Разработано несколько типов газотурбинных локомотивов, отличающихся главным образом способом передачи механической мощности на приводы (двигатели). Поезд с газовой турбиной обычно состоит из двух силовых вагонов (по одному на каждом конце поезда) и одного или нескольких промежуточных пассажирских вагонов. Газовая турбина имеет некоторые преимущества перед поршневым двигателем. В нем мало движущихся частей, что уменьшает потребность в смазке и потенциально снижает затраты на обслуживание, а соотношение мощности и веса намного выше. Турбина с заданной мощностью также физически меньше, чем столь же мощный поршневый двигатель, так что локомотив может быть чрезвычайно мощным, не нуждаясь в чрезмерно больших размерах. Однако мощность газовой турбины и ее эффективность резко снижаются с скоростью вращения, в отличие от поршневого двигателя, который имеет сравнительно плоскую кривую мощности. Это делает системы GTEL полезными в первую очередь для дальних скоростных переходов. Дополнительные проблемы с газотурбинными электрическими локомотивами включают в себя тот факт, что они очень шумные и производят такие чрезвычайно горячие выхлопные газы, что, если локомотив был припаркован под эстакадой, вымощенной асфальтом, он мог бы расплавить асфальт.

Ранние события

Газотурбинный локомотив был запатентован в 1861 году Марком Антуаном Франсуа Менноном (британский патент No. 1633); На чертежах в патенте Мэннонов изображен локомотив с колесной конструкцией 0 4 2 с цилиндрическим корпусом, напоминающим котел. В передней части корпуса находится компрессор, который менноны называют вентилятором. Это обеспечивает воздухом котельную, а горячие газы из котельницы приводят в движение турбину на задней части корпуса. Выхлопные газы из турбины затем движутся вперед через каналы, чтобы предварительно нагреть входящий воздух. Турбина приводит компрессор в движение через передачу и внешний вал. Дополнительная передача на вал приводят колеса через боковые стержни. Топливо твердое (предположительно уголь, кокс или древесина), а в задней части находится топливный бункер. Нет никаких доказательств того, что локомотив был фактически построен, но конструкция включает в себя основные особенности газотурбинных локомотивов, построенных в 20-м веке, включая компрессор, камеру сгорания, турбину и воздушный предварительный нагреватель. Работа, ведущая к появлению газотурбинного локомотива, началась во Франции и Швеции в 1920-х годах, но первый локомотив появился только в 1940-х годах. Высокое потребление топлива было основным фактором упадка обычных газотурбинных локомотивов, и использование поршневого двигателя в качестве газогенератора, вероятно, дало бы лучшую экономию топлива, чем компрессор турбинного типа, особенно при работе при меньшей, чем полной нагрузке. Один из вариантов - двухволочная машина с отдельными турбинами для привода компрессора и выходной валы. Другой вариант - использовать отдельный газогенератор, который может быть ротационного или поршневого типа.

Механические газотурбинные

Механические локомотивы с газовой турбиной используют механическую трансмиссию для доставки мощности газовых турбин на колеса. Из-за разницы в скоростях это технически сложно, поэтому механическая коробка передач появилась только через десять лет после первых электрических коробк передач.

Франция

Первый в мире газотурбинный механический локомотив класса 040 GA 1 мощностью 1000 л.с. был построен компанией Renault в 1952 году и имел свободный поршневый двигатель Pescara в качестве газогенератора. За ним последовали два других локомотива, класс 060 GA 1 мощностью 2400 л.с. в 1959-61 годах. Газогенератор Pescara в 040 GA 1 состоял из горизонтального одноцилиндрового двуххтактного дизельного двигателя с противоположными поршнями. У него не было коленчатого вала, а поршни возвращались после каждого силового хода путем сжатия и расширения воздуха в отдельном цилиндре. Выхлопные газы от дизельного двигателя питали газовую турбину, которая проводила колеса через двухскоростную коробку передач и винтовые валы. Свободный поршневый двигатель был запатентован в 1934 году Раулем Патерас Пескара. Несколько подобных локомотивов были построены в СССР на Харьковском локомотивном заводе. Третий локомотив, GT3, был построен в 1961 году. Хотя построенный английской электрической, который был пионером электрической передачи с локомотивов LMS 10000 , это использовал турбинную механическую передачу. Британские железные дороги APT E, прототип передового пассажирского поезда, был турбинным. Как и французский TGV, более поздние модели использовали альтернативный электрический силовой агрегат. Этот выбор был сделан, потому что British Leyland, поставщик турбин, прекратил производство модели, используемой в APT E, потеряв интерес к технологии газовых турбин после нефтяного кризиса 1970-х годов.

Соединенные Штаты

ALCO GE построила прототип газотурбинного электровоза с нефтяным двигателем в 1948 году с колесной конструкцией B B B B. После демонстрационных поездок он был приобретен компанией Union Pacific, которая искала более мощную альтернативу дизельному топливу для трансконтинентальных поездов. В начале 1950-х годов UP управлял парком из 55 грузовых локомотивов с турбинным двигателем, все из которых производились компанией Alco GE. Версии первого и второго поколений имели одинаковую расположение колес, как и прототип; версия третьего поколения была типами C C. Все они широко использовались на дальних маршрутах и были экономичными, несмотря на их низкую экономичность топлива, из-за использования "остатков" топлива из нефтяной промышленности. По оценкам железной дороги, в их пик они обеспечивали энергией около 10% грузовых поездов Union Pacific, что намного больше, чем любое другое устройство этого класса. Поскольку для этих более тяжелых нефтепродуктов были найдены другие виды использования, в частности, для пластмасс, стоимость топлива для бункера С увеличилась, пока агрегаты не стали слишком дорогими в эксплуатации, и они были выведены из эксплуатации к 1969 году. В апреле 1950 года Болдуин и Вестингхаус завершили экспериментальный турбинный локомотив, #4000, известный как Blue Goose, также использующий колесное устройство B B B B. Локомотив использовал два турбинных двигателя, был оснащен парогенератором для отопления пассажирских поездов, который использовал отработанное тепло от выхлопных газов правой турбины, и был приспособлен для. Хотя он был успешно продемонстрирован как в грузовых, так и пассажирских перевозках на PRR, MKT и CNW, никаких производственных заказов не последовало, и он был снят с производства в 1953 году. В 1960-х годах United Aircraft построила пассажирский поезд Turbo, который был протестирован Пенсильванской железной дорогой, а позже использовался Amtrak и Via Rail. Via оставалась в эксплуатации в 1980-х годах и имела отличные показатели технического обслуживания в течение этого периода, но в конечном итоге была заменена LRC в 1982 году. Amtrak приобрела два различных типа турбопоездов, которые оба назывались Turboliners. По внешнему виду комплекты первого типа были похожи на турбопоезд T 2000 SNCF, хотя соблюдение правил безопасности FRA сделало их тяжелее и медленнее, чем французские поезда. Ни один из турболайнеров первого типа не остался в эксплуатации. Amtrak также добавил ряд аналогично названных Rohr Turboliners (или RTL) в свой список. Были планы перестроить их в RTL III, но эта программа была отменена. Поезда, принадлежащие штату Нью-Йорк, были проданы на металлолом, а три оставшихся RTL-поезда хранятся в Норт-Брансуике, Нью-Джерси и Нью-Хейвене, Коннектикут. В 1966 году Long Island Rail Road испытывала экспериментальный газотурбинный вагон (номер GT 1), работающий на двух турбинных двигателях Гарретта. Этот автомобиль был основан на конструкции Budd Pioneer III, с трансмиссиями, похожими на RDCs 1950-х годов. Позже автомобиль был модифицирован (как GT 2), чтобы добавить возможность работать на электрической третьей рельсе. В 1977 году LIRR провела испытания еще восьми газотурбинных электрических / электрических двухмодовых вагонов в эксперименте, спонсируемом USDOT. Четыре из этих автомобилей имели силовые агрегаты, разработанные GE, в то время как остальные четыре имели силовые агрегаты, разработанные Гарретом (четыре других автомобиля были заказаны с силовыми агрегатами GM / Allison, но были отменены). Эти вагоны были похожи на автомобили LIRR M1 EMU по внешнему виду, с добавлением ступенчатых скважин для загрузки с платформ низкого уровня. Автомобили испытывали проблемы с топливом и механическими проблемами, и были выведены из эксплуатации через короткий промежуток времени. Четыре машины с двигателями GE были переоборудованы на M1 EMU, а машины Garrett были сброшены. В 1997 году Федеральное управление железных дорог (FRA) запросило предложения по разработке высокоскоростных локомотивов для маршрутов за пределами Северо-Восточного коридора, где электрификация не была экономичной. Bombardier Ltd, на заводе в Платсбурге, штат Нью-Йорк, где производился Acela, разработала прототип (JetTrain), который объединил газовую турбину Pratt & Whitney Canada PW100 и дизельный двигатель с одной коробкой передач, питающей четыре тяговых двигателя, идентичных двигателям Acela. Дизель обеспечивал мощность головки и тягу на низкой скорости, при этом турбина не запускалась до выхода из станций. Прототип был завершен в июне 2000 года, а испытания безопасности был...

Россия

Два типа газотурбинных электрических локомотивов прошли испытания в Советском Союзе. Испытательная программа началась в 1959 году и продолжалась до начала 1970-х годов. Грузовой ГТЭЛ G1 01, произведенный Коломенским локомотивным заводом, должен был состоять из двух локомотивов колесной конструкции C C, но была построена только одна секция. Пассажирский локомотив GP1 был аналогичной конструкцией с кузовом дизельного локомотива TEP60, также с колесной конструкцией C C, введенной в тестовую программу в 1964 году. Два агрегата были построены на Коломнских заводах, GP1 0001 и GP1 0002, которые также использовались в регулярных пассажирских поездах. В 2006 году в РЖД был представлен коммутатор GEM 10 GTEL. Турбина работает на сжиженном природном газе (СПГ) и имеет максимальную мощность GEM 10 имеет колесное устройство C C. TGEM10 0001, использующий ту же турбину и топливо, что и GEM 10, представляет собой двухкомпонентный (коровьи телята) коммутатор GTEL с колесной схемой B B + B B. Служебный агрегат этого локомотива используется в качестве топливного тендера с помощью сжатого природного газа (СПГ) и не имеет двигателя, поэтому его тяговые двигатели питаются от основной секции. Турбина этого локомотива также имеет максимальную мощность GT1 001 грузовой GTEL, переделанный из электрического локомотива VL15 в 2006 году и введенный в 2007 году, работает на СПГ и имеет максимальную мощность в размере одной секции, которая несет резервуар СПГ, а другая - турбина с генерацией электрической энергии, и обе секции имеют тяговые двигатели и кабины. Локомотив имеет колесное расположение B B B + B B B, и до трех локомотивов GT1 могут быть соединены вместе. 23 января 2009 года GT1 001 прошел испытательный пробег с 159 вагонами; дальнейшие испытания на тяжелые грузы были проведены в декабре 2010 года. В ходе испытаний, проведенных в сентябре 2011 года, локомотив тянул 170 грузовых вагонов весом в 2012 году вспомогательный дизельный двигатель, используемый для маневровых операций, был заменен на аккумулятор, и локомотив был переименован в GT1h (где "h" означает гибрид). GT1h 001 оставался прототипом и никогда не был запущен в производство. Преемником GT1h 001 является GT1h 002. Несмотря на то, что этот паровоз имеет одинаковое обозначение типа, он имеет принципиально другую конструкцию с колесным расположением (B B) (B B) + ((B B) (B B), полученным из дизельного маневрового паровоза TEM7, и новым кузовом с открытым резервуаром СПГ, полученным из кузова электрического паровоза 2ES6. Этот серийный тип имеет максимальную мощность выхода .

Канада

Канадские национальные железные дороги (CN) были одним из операторов "Турбо", которые были переданы Via Rail. Они работали на крупном маршруте Торонто-Монреаль в период с 1968 по 1982 год, когда они были заменены LRC. В 2002 году Bombardier Transportation объявила о запуске JetTrain, высокоскоростного поезда, состоящего из наклоняющихся вагонов и локомотива, работающего на турбоволочном двигателе Pratt & Whitney. Были предложения использовать поезда для Квебек-Сити, Виндзора, Орландо, Майами, а также в Альберте, Техасе, Неваде и Великобритании. Был построен и протестирован один прототип, но пока не продано ни одного JetTrains для обслуживания. Однако ни одно из этих предложений так и не сбылось, и JetTrain практически исчез, его заменила линия Bombardier Zefiro, состоящая из высокоскоростных и очень высокоскоростных поездов с обычным двигателем. JetTrain больше не появляется на любых текущих веб-сайтах Bombardier или рекламных материалах, хотя его все еще можно найти на старых веб-сайтах с логотипами Canadair.

Франция

Первый прототип TGV, TGV 001, был приводим в действие газовой турбиной, но высокие цены на нефть побудили перейти на надземные электрические линии для подачи электроэнергии. Однако два больших класса междугородных вагонов с газовой турбиной были построены в начале 1970-х годов (ETG и RTG) и широко использовались примерно до 2000 года. SNCF (Французские национальные железные дороги) использовали ряд газотурбинных поездов, называемых Turbotrain, на неэлектрифицированной территории. Они обычно состояли из двух машин с тремя машинами между ними. Турбопоезд использовался до 2005 года. После выхода на пенсию четыре комплекта были проданы для дальнейшего использования в Иране.

Уголь

В 1940-х и 1950-х годах в США и Великобритании проводились исследования, направленные на создание газотурбинных локомотивов, которые могли бы работать на распыленном угле. Основная проблема заключалась в том, чтобы избежать эрозии лопастей турбины частицами пепла. Известно, что был произведен только один рабочий образец, и он был списан как неисправность после испытаний. Источники следующей информации - Робертсон и Сэмпсон. Детали исследования были переданы британской железной дороге Лондон, Мидленд и Шотландия. После роста цен на топливо, которое делало их нефтяные ГТЭЛЭ неэкономичными, UP экспериментально возродила идею газовой турбины на угле в начале 1960-х годов, произведя один прототип угольного ГТЭЛ в октябре 1962 года. Проблемы с загрязнением лезвия и эрозией были серьезными. Проект был объявлен провалом после 20 месяцев, за это время локомотив проехал менее 10 000 миль.