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.
A gas turbine locomotive is a type of railway locomotive in which the prime mover is a gas turbine. Several types of gas turbine locomotive have been developed, differing mainly in the means by which mechanical power is conveyed to the driving wheels (drivers). A gas turbine train typically consists of two power cars (one at each end of the train), and one or more intermediate passenger cars. A gas turbine offers some advantages over a piston engine. There are few moving parts, decreasing the need for lubrication and potentially reducing maintenance costs, and the power to weight ratio is much higher. A turbine of a given power output is also physically smaller than an equally powerful piston engine, so that a locomotive can be extremely powerful without needing to be inordinately large. However, a gas turbine's power output and efficiency both drop dramatically with rotational speed, unlike a piston engine, which has a comparatively flat power curve. This makes GTEL systems useful primarily for long distance high speed runs. Additional problems with gas turbine electric locomotives include the fact that they are very noisy and produce such extremely hot exhaust gasses that, if the locomotive were parked under an overpass paved with asphalt, it could melt the asphalt.
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 .
In 2006, Russian Railways introduced the GEM 10 switcher GTEL. The turbine runs on liquefied natural gas (LNG) and has a maximum power output of The GEM 10 has a C C wheel arrangement. The TGEM10 0001, which uses the same turbine and fuel as the GEM 10, is a two unit (cow calf) switcher GTEL with a B B+B B wheel arrangement. The slave unit of this locomotive is used as a fuel tender with compressed natural gas (CNG) and does not have a prime mover, so its traction motors are powered by the main section. The turbine of this locomotive also has a maximum power output of
The GT1 001 freight GTEL, remade from an VL15 electric locomotive in 2006 and introduced in 2007, runs on LNG and has a maximum power output of One section carries the LNG tank and the other houses the turbine with electric power generation, and both section have the traction motors and cabs. The locomotive has a B B B+B B B wheel arrangement, and up to three GT1 locomotives can be coupled together. On 23 January 2009, the GT1 001 conducted a test run with a 159 car train weighing ; further heavy haul tests were carried out in December 2010. In a test run conducted in September 2011, the locomotive pulled 170 freight cars weighing In 2012, the helper diesel engine that used for shunting operations was replaced with an accumulator, and the locomotive was renamed to GT1h (where 'h' stands for hybrid). The GT1h 001 remained a prototype and never went into production. The successor to the GT1h 001 is the GT1h 002. Despite the same type designation, this locomotive has a fundamentally different design with a (B B) (B B)+(B B) (B B) wheel arrangement, derived from the TEM7 diesel shunting locomotive, and the new body with open LNG tank, derived from the body of the 2ES6 electric locomotive. This serial type has a maximum power output of .
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.