RU2251505C1 - Jet gas-turbine locomotive - Google Patents

Jet gas-turbine locomotive Download PDF

Info

Publication number
RU2251505C1
RU2251505C1 RU2003133359/11A RU2003133359A RU2251505C1 RU 2251505 C1 RU2251505 C1 RU 2251505C1 RU 2003133359/11 A RU2003133359/11 A RU 2003133359/11A RU 2003133359 A RU2003133359 A RU 2003133359A RU 2251505 C1 RU2251505 C1 RU 2251505C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
brake
jet
engine
locomotive
Prior art date
Application number
RU2003133359/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.Д. Фишбейн (RU)
Б.Д. Фишбейн
Original Assignee
Самарская государственная академия путей сообщения (СамГАПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарская государственная академия путей сообщения (СамГАПС) filed Critical Самарская государственная академия путей сообщения (СамГАПС)
Priority to RU2003133359/11A priority Critical patent/RU2251505C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2251505C1 publication Critical patent/RU2251505C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/02Adaptations for driving vehicles, e.g. locomotives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18Lubricating arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/20Adaptations of gas-turbine plants for driving vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • F02C7/224Heating fuel before feeding to the burner

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: railway transport; locomotives.
SUBSTANCE: proposed locomotive contains body, running gear, brake system, jet gas-turbine engine with air intake, air cleaner, starting system, system to supply fuel into dual combustion chamber, noise dampers, engine compressor air intake system, outlet device with flat jet nozzle, ejector and flap thrust reverser. Proposed jet gas-turbine engine is of by-pass design. Brake system consists of reactive part formed by thrust reverser and air reverser and air reservoirs, and shoe-type parking part. Thrust reverser flaps in nonworking position are installed behind outer surface of ejector, and axle of reverser flap turning into working position is square to axis of engine in vertical plane. Air reservoir are connected with engine compressor air intake system and are furnished with working valves and brake jet nozzles. Brake system pipeline can be connected to air main line of train brake system.
EFFECT: simplified design of traction and brake systems of locomotive and improved reliability.
3 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в пассажирских и грузовых поездах.The invention relates to railway transport and can be used in passenger and freight trains.

Известно устройство газотурбинного локомотива, в котором тяговая система включает газотурбинный двигатель, снабженный входным и выходным устройствами, системами запуска и автоматического регулирования, соединенный через редуктор с тяговыми генераторами, а крутящий момент для создания силы тяги при взаимодействии колес с рельсами передается на ведущие оси тележек от тяговых электродвигателей. Тормозная система колодочного типа подключена к воздушному компрессору как источнику сжатого воздуха, причем привод этого компрессора от электродвигателя. Тормозная сила создается взаимодействием тормозных колодок с поверхностью катания колес [1].A device for a gas turbine locomotive is known, in which the traction system includes a gas turbine engine equipped with input and output devices, starting and automatic control systems, connected through a gearbox to the traction generators, and the torque for generating traction when the wheels interact with the rails is transmitted to the driving axles of the bogies from traction electric motors. The brake system of the block type is connected to the air compressor as a source of compressed air, and the compressor is driven by an electric motor. Braking force is created by the interaction of brake pads with the wheel surface [1].

К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции и недостаточная надежность тяговой системы, сложность конструкции тормозной системы колодочного типа и низкая надежность тормозной системы.The disadvantages of the known device include the complexity of the design and the lack of reliability of the traction system, the complexity of the design of the brake system shoe type and low reliability of the brake system.

Известно устройство газотурбинного локомотива, в котором тяговая система включает газотурбинный двигатель с механической или электрической передачей мощности на оси ведущих колес для создания силы тяги путем взаимодействия колес и рельсов. Тормозная система локомотива колодочного типа создает тормозную силу взаимодействием тормозных колодок и колес по поверхности катания [2].A device for a gas turbine locomotive is known, in which the traction system includes a gas turbine engine with mechanical or electric power transmission on the axis of the drive wheels to create traction by interacting wheels and rails. The brake system of a block-type locomotive creates a braking force by the interaction of brake pads and wheels on the skating surface [2].

К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции и недостаточная надежность тяговой системы и тормозной системы вследствие необходимости взаимодействия колес и рельсов, тормозных колодок и колес для создания силы тяги и тормозной силы.The disadvantages of the known device include the complexity of the design and the lack of reliability of the traction system and the brake system due to the need for interaction of wheels and rails, brake pads and wheels to create traction and braking force.

Известно устройство реактивного газотурбинного локомотива, в котором тяговая система включает два газотурбинных турбореактивных двигателя, установленных на крыше кузова для создания силы тяги. Кузов установлен на тележки, оснащенные элементами тормозной системы колодочного типа [3].A device for a jet gas turbine locomotive is known, in which the traction system includes two gas turbine turbojet engines mounted on the roof of the body to create traction. The body is mounted on carts equipped with elements of the brake system of the block type [3].

К недостаткам известного устройства относится большой шум вследствие большой скорости истечения реактивной струи из реактивного сопла, сложность конструкции и недостаточная надежность тормозной системы колодочного типа. Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.The disadvantages of the known device include high noise due to the high velocity of the jet stream from the jet nozzle, the complexity of the design and the lack of reliability of the brake system shoe type. This technical solution is selected by the author as a prototype.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и одновременно повышение надежности тяговой и тормозной систем благодаря исключению контактного силового взаимодействия колес с рельсами, тормозных колодок с колесами, исключению рычагов и агрегатов тормозного оборудования, снижению шума благодаря уменьшению скорости истечения реактивной струи и применению элементов шумоглушения.The technical result of the invention is to simplify the design and at the same time increase the reliability of the traction and brake systems due to the exclusion of contact force interaction of wheels with rails, brake pads with wheels, the exclusion of levers and assemblies of brake equipment, noise reduction due to a decrease in the velocity of the jet stream and the use of noise attenuation elements.

Технический результат достигается тем, что установленный на локомотиве газотурбинный двигатель выполнен двухконтурным турбореактивным с высоким значением степени двухконтурности (отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур двигателя) в диапазоне 5... 10. Это позволяет при работе на керосине или дизельном топливе уменьшить удельный расход топливаThe technical result is achieved by the fact that the gas turbine engine mounted on the locomotive is made of a double-circuit turbojet with a high bypass ratio (the ratio of air flow through the external circuit to the air flow through the internal circuit of the engine) in the range of 5 ... 10. This allows for operation on kerosene or diesel fuel reduce specific fuel consumption

Figure 00000002
Figure 00000002

вместоinstead

Figure 00000003
Figure 00000003

у турбореактивных двигателей. При силе тяги R, необходимой для движения, уменьшается часовой расход топлива, равный произведению Суд· R, и, следовательно, расход топлива на 1 км пути. Газотурбинный двигатель позволяет работать как на обычном жидком углеводородном топливе (керосин, дизельное топливо), так и на газовом топливе (пропан, природный газ) одновременно или раздельно, что обеспечивает двухтопливная система подачи топлива в двухтопливную камеру сгорания и агрегаты системы регулирования двигателя. При работе на сжиженном природном газе, что предпочтительнее, чем на пропане, ввиду широкой распространенности природного газа и больших его природных запасов, дополнительное уменьшение расхода топлива составляет, с учетом потерь энергии на его газификацию пред подачей в камеру сгорания, еще 13... 14%. Сжиженный природный газ является криогенным веществом (температура кипения равна - 161° С), и емкости для его хранения на борту локомотива имеют специальную термоизолированную конструкцию. В связи с этим, для обеспечения их сохранности и повышения безопасности движения, указанные емкости (баки) установлены внутри кузова либо на крыше локомотива.turbojet engines. When the traction force R necessary for movement, the hourly fuel consumption decreases, equal to the product C beats · R, and, consequently, fuel consumption per 1 km of track. The gas turbine engine allows you to work both on ordinary liquid hydrocarbon fuel (kerosene, diesel fuel) and gas fuel (propane, natural gas) simultaneously or separately, which provides a dual-fuel system for supplying fuel to the dual-fuel combustion chamber and units of the engine control system. When working on liquefied natural gas, which is preferable than on propane, due to the widespread prevalence of natural gas and its large natural reserves, an additional reduction in fuel consumption is, taking into account the energy losses for its gasification before being fed into the combustion chamber, 13 ... 14 % Liquefied natural gas is a cryogenic substance (boiling point is –161 ° С), and the containers for its storage on board the locomotive have a special thermally insulated design. In this regard, to ensure their safety and improve traffic safety, these containers (tanks) are installed inside the body or on the roof of the locomotive.

Высокое значение степени двухконтурности газотурбинного двигателя позволяет уменьшить скорость истечения газовоздушной струи из реактивного сопла, что уменьшает шум, излучаемый в окружающую среду. Дополнительное уменьшение шума достигнуто выполнением в выходном устройстве плоского реактивного сопла, у которого в сечении среза отношение ширины “В” к высоте “Н” составляет В/Н≤ 0,25... 0,55. Такое сопло, у которого высота существенно больше ширины, снижает шум, излучаемый в направлении, перпендикулярном боковым стенкам сопла, т.е. в обе стороны от локомотива, а также в кабину машиниста (сопло аналогично соплу типа вертикальный “рыбий хвост”). Применение в выходном устройстве эжектора вокруг плоского сопла, учитывая невысокую степень эжекции воздуха из-за малой величины полного давления на срезе реактивного сопла (1,2... 1,5 кгс/см2), позволяет только на 3... 5% увеличить расход рабочего тела и эквивалентно этой величине повысить тягу и снизить шум благодаря некоторому дополнительному снижению скорости струи на срезе эжектора. Прирост обратной тяги также обеспечен работой эжектора при установке створок реверсора тяги в рабочее положение, когда струя за срезом эжектора повернута и направлена вперед. Поэтому в нерабочем положении створки реверсора тяги установлены за наружной поверхностью эжектора, а ось поворота створок в рабочее положение перпендикулярна оси газотурбинного двигателя в вертикальной плоскости.The high value of the bypass ratio of a gas turbine engine allows to reduce the rate of outflow of a gas-air jet from a jet nozzle, which reduces the noise emitted into the environment. An additional noise reduction was achieved by performing a flat jet nozzle in the output device, in which the ratio of the width “B” to the height “H” in the cross section is B / H ≤ 0.25 ... 0.55. Such a nozzle, whose height is substantially greater than the width, reduces the noise emitted in the direction perpendicular to the side walls of the nozzle, i.e. to both sides of the locomotive, as well as to the driver’s cab (nozzle similar to a vertical fishtail nozzle). The use of an ejector in the output device around a flat nozzle, taking into account the low degree of air ejection due to the small total pressure at the jet nozzle exit (1.2 ... 1.5 kgf / cm 2 ), allows only 3 ... 5% increase the flow rate of the working fluid and, equivalently to this value, increase traction and reduce noise due to some additional decrease in jet velocity at the ejector section. The increase in reverse thrust is also ensured by the operation of the ejector when the thrust reverser flaps are installed in the working position, when the jet behind the ejector cut is turned and directed forward. Therefore, in the idle position, the thrust reverser flaps are installed behind the outer surface of the ejector, and the axis of rotation of the flaps in the working position is perpendicular to the axis of the gas turbine engine in the vertical plane.

Смешение потоков воздуха наружного контура и газа внутреннего контура перед выходным устройством уменьшает температуру реактивной струи на срезе реактивного сопла до 55° С... 75° С, а эжектор дополнительно понижает ее до 45° C... 65° C. Система отбора воздуха высокого давления из компрессора двигателя соединена с тормозной системой, которая состоит из реактивной части колодочного типа. Реактивная часть образована реверсором тяги и воздушными резервуарами, соединенными с системой отбора воздуха и снабженными тормозными реактивными соплами. Из тормозных реактивных сопел, например, с плоским сечением на срезе струя истекает вперед, создавая тормозную силу.Mixing the air flows of the external circuit and the gas of the internal circuit in front of the output device reduces the temperature of the jet at the jet nozzle exit to 55 ° C ... 75 ° C, and the ejector further reduces it to 45 ° C ... 65 ° C. high pressure from the engine compressor is connected to the brake system, which consists of the reactive part of the block type. The reactive part is formed by a thrust reverser and air reservoirs connected to an air extraction system and provided with brake jet nozzles. From the brake jet nozzles, for example, with a flat section at the cut, the jet flows forward, creating a braking force.

Реактивная часть тормозной системы обеспечивает полную остановку локомотива от реализуемой скорости движения, а стояночная часть обеспечивает удержание его на месте. Такое торможение исключает необходимость взаимодействия тормозных колодок и колес для создания тормозной силы, устраняет возможность возникновения неисправностей колес, тормозного оборудования и рельсового пути.The reactive part of the brake system provides a complete stop of the locomotive from the actual speed, and the parking part ensures that it is held in place. Such braking eliminates the need for interaction between brake pads and wheels to create braking force, eliminates the possibility of malfunctions of the wheels, brake equipment and rail track.

На фиг.1 - общий вид реактивного газотурбинного локомотива; на фиг.2 - схематический продольный разрез двухвального двухконтурного турбореактивного газотурбинного двигателя, установленного на раме; на фиг.3 - плоское реактивное сопло выходного устройства с эжектором и створками реверсора тяги, установленными в рабочее положение для создания обратной тяги (пунктиром - створки реверсора тяги в нерабочем положении).Figure 1 is a General view of a jet gas turbine locomotive; figure 2 is a schematic longitudinal section of a twin-shaft double-circuit turbojet gas turbine engine mounted on the frame; figure 3 is a flat jet nozzle of the output device with an ejector and thrust reverser flaps installed in the working position to create reverse thrust (dashed - thrust reverser flaps in the idle position).

Локомотив имеет раму 1 с кузовом 2, тележки 3, стояночные колодочные тормоза 4, двухконтурный турбореактивный газотурбинный двигатель 5 на раме 6, керосиновый топливный бак 7 с системой подачи 8, воздушные резервуары 9 с тормозными реактивными соплами 10 и рабочими клапанами 11, топливные баки 12 для сжиженного природного газа с системой подачи 13 газового топлива, входной канал 14 с воздухозаборником 15 и воздухоочистительное устройство 16, элементы шумоглушения 17, выходное устройство 18 с плоским реактивным соплом 19, реверсором тяги 20, эжектором 21, систему 22 отбора воздуха из компрессора с обратными клапанами 23 и трубопроводом 24, аэродинамический обтекатель 25.The locomotive has a frame 1 with a body 2, trolleys 3, parking brake pad 4, a dual-circuit turbojet gas turbine engine 5 on the frame 6, a kerosene fuel tank 7 with a feed system 8, air tanks 9 with brake jet nozzles 10 and operating valves 11, fuel tanks 12 for liquefied natural gas with a gas fuel supply system 13, an inlet channel 14 with an air intake 15 and an air purification device 16, sound attenuation elements 17, an output device 18 with a flat jet nozzle 19, a thrust reverser 20, an ejector 21, s Stem 22 bleed air from the compressor with check valve 23 and conduit 24, 25 an aerodynamic fairing.

Двухконтурный турбореактивный газотурбинный двигатель содержит малошумный вентилятор 26, канал наружного контура 27, компрессор внутреннего контура 28, двухтопливную камеру сгорания 29, турбину 30, теплообменник-газификатор 31 сжиженного природного газа, смеситель 32, агрегаты системы подачи газового топлива 33, агрегаты системы запуска 34, агрегаты системы автоматического регулирования 35, опоры 36 и 37, узлы крепления 38, рычаги 39, цапфы 40, створки 41.A double-circuit turbojet gas turbine engine contains a low-noise fan 26, an external circuit channel 27, an internal circuit compressor 28, a dual-fuel combustion chamber 29, a turbine 30, a liquefied natural gas heat exchanger-gasifier 31, a mixer 32, gas fuel supply system units 33, start-up system units 34, units of the automatic control system 35, supports 36 and 37, attachment points 38, levers 39, trunnion 40, sash 41.

Движение локомотива, работа двигателя и тормозной системы происходят следующим образом.The movement of the locomotive, the engine and brake system are as follows.

Воздух из атмосферы (фиг.1) поступает в воздухозаборник 15 и входной канал 14, где очищается от пыли и мелких посторонних предметов воздухоочистительным устройством 16, причем шум, генерируемый движением воздуха в канале 14, поглощается элементами 17 в виде звукопоглощающих конструкций (панелей). Далее воздух (фиг.1, продолжение 1) поступает в двигатель 5, который запускается с помощью агрегатов 34 системы запуска. Малошумный вентилятор 26 при вращении (фиг.2) повышает полное давление воздушного потока. За вентилятором 26 поток воздуха разделяется на две части. Одна часть поступает в канал 27 наружного контура с элементами шумоглушения 17, а вторая часть поступает в компрессор 28 внутреннего контура, где происходит дальнейшее повышение полного давления этой части воздуха. Отношение расходов воздуха наружного и внутреннего контуров представляет собой степень двухконтурности двигателя, например, в диапазоне 5... 10. Из компрессора 28 воздух поступает в двухтопливную камеру сгорания 29, а также в систему 22 отбора воздуха из компрессора 28 в тормозную систему. В двухтопливную камеру сгорания 29 системой подачи 8 подается керосин или дизельное топливо из керосинового бака 7. Одновременно система подачи 13 обеспечивает через агрегаты 33 подачу сжиженного природного газа из баков 12 через теплообменник-газификатор 31 в камеру сгорания 29 (подача керосина затем может быть выключена). При сгорании топлива образуются продукты сгорания с высокой температурой, которые поступают в турбину 30, приводящую во вращение вентилятор 26 и компрессор 28. Горячий газ из турбины 30 обтекает поверхность теплообменника-газификатора 31, благодаря чему сжиженный природный газ газифицируется. После этого поток рабочего тела из внутреннего контура смешивается с воздухом из канала 27 наружного контура смесителем 32, и общий поток выхлопных газов (фиг.1, продолжение 2) поступает выходное устройство 18 с элементами шумоглушения 17 и далее в плоское реактивное сопло 19. Такое сопло, у которого отношение ширины к высоте не более 0,25... 0,55, уменьшает шум, излучаемый по обе стороны от локомотива. Истечение струи из сопла 19 создает реактивную силу тяги, которая воспринимается деталями двигателя 5 и через опоры 36 и 37, раму 6 двигателя 5, узлы 38 крепления рамы 6 к раме 1 и раму 1 локомотива передается на оси колесных пар тележек 3. В результате происходит качение колес по рельсам и движение локомотива вперед. Колеса и рельсы воспринимают силу веса локомотива и момент силы тяги относительно центра тяжести, а их силовое взаимодействие через силу трения в контакте для создания силы тяги оказывается исключенным. Агрегаты 35 системы автоматического регулирования позволяют увеличить или уменьшить подачу топлива в камеру сгорания 29 и, тем самым, изменить частоты вращения вентилятора 26 и компрессора 28, изменить расход воздуха через двигатель 5 и изменить силу тяги. При увеличении расхода топлива и росте силы тяги происходит увеличение скорости движения локомотива вперед. При этом (фиг.3) створки 41 реверсора тяги 20 рычагами 39 повернуты вокруг цапф 40 и находятся в нерабочем положении за наружной поверхностью эжектора 21, через который подсасывается некоторое количество воздуха из атмосферы, что снижает шум струи и увеличивает силу тяги. Установка аэродинамического обтекателя 25 уменьшает сопротивление движению и потребную для движения силу тяги, а также защищает бак 12 сжиженного природного газа, размещенный на крыше кузова 2, от возможных повреждений.Air from the atmosphere (Fig. 1) enters the air intake 15 and the inlet channel 14, where it is cleaned of dust and small foreign objects by an air-cleaning device 16, and the noise generated by the movement of air in the channel 14 is absorbed by the elements 17 in the form of sound-absorbing structures (panels). Next, the air (figure 1, continued 1) enters the engine 5, which is started using the units 34 of the start system. Silent fan 26 during rotation (figure 2) increases the total pressure of the air flow. Behind the fan 26, the air flow is divided into two parts. One part enters the channel 27 of the external circuit with sound attenuation elements 17, and the second part enters the compressor 28 of the internal circuit, where there is a further increase in the total pressure of this part of the air. The ratio of the air flow rates of the external and internal circuits represents the engine bypass ratio, for example, in the range of 5 ... 10. From the compressor 28, air enters the dual-fuel combustion chamber 29, as well as into the air intake system 22 from the compressor 28 to the brake system. In the dual-fuel combustion chamber 29, the supply system 8 delivers kerosene or diesel fuel from the kerosene tank 7. At the same time, the supply system 13 provides, through the units 33, the supply of liquefied natural gas from the tanks 12 through the heat exchanger-gasifier 31 to the combustion chamber 29 (the supply of kerosene can then be turned off) . When the fuel is burned, high temperature combustion products are formed, which enter the turbine 30, which rotates the fan 26 and the compressor 28. The hot gas from the turbine 30 flows around the surface of the heat exchanger-gasifier 31, due to which the liquefied natural gas is gasified. After that, the flow of the working fluid from the internal circuit is mixed with air from the channel 27 of the external circuit by the mixer 32, and the total exhaust stream (Fig. 1, continued 2) enters the output device 18 with sound attenuation elements 17 and then into a flat jet nozzle 19. Such a nozzle , in which the ratio of width to height is not more than 0.25 ... 0.55, reduces the noise emitted on both sides of the locomotive. The outflow of the jet from the nozzle 19 creates a reactive thrust, which is perceived by the engine parts 5 and through the bearings 36 and 37, the frame 6 of the engine 5, the nodes 38 of the fastening of the frame 6 to the frame 1 and the locomotive frame 1 is transmitted on the axis of the wheelsets of the bogies 3. As a result, wheels rolling on rails and locomotive moving forward. Wheels and rails perceive the locomotive weight force and the moment of traction relative to the center of gravity, and their force interaction through the friction force in contact to create traction is excluded. Units 35 of the automatic control system allow you to increase or decrease the fuel supply to the combustion chamber 29 and, thereby, change the speed of the fan 26 and compressor 28, change the air flow through the engine 5 and change the traction force. With an increase in fuel consumption and an increase in traction, an increase in the locomotive forward speed occurs. At the same time (Fig. 3), the valves 41 of the thrust reverser 20 are turned around the pins 40 by levers 39 and are in an inoperative position behind the outer surface of the ejector 21, through which a certain amount of air from the atmosphere is sucked in, which reduces the jet noise and increases the thrust force. The installation of the aerodynamic fairing 25 reduces the resistance to movement and the required traction force for movement, and also protects the tank 12 of liquefied natural gas, located on the roof of the body 2, from possible damage.

Для торможения локомотива от реализуемой скорости V до полной остановки (V=0) створки 41 реверсора тяги 20 рычагами 39 переводятся в рабочее положение под углом β к оси струи из сопла 19. Поток выхлопных газов оказывается повернутым и направленным вперед практически под углом β , что позволяет получить обратную силу тяги, равнуюFor braking the locomotive from the realized speed V to a complete stop (V = 0), the flaps 41 of the thrust reverser 20 by levers 39 are moved to the working position at an angle β to the axis of the jet from the nozzle 19. The exhaust gas stream is turned and directed forward almost at an angle β, which allows to obtain a reverse traction force equal to

Rобр=-Rпрям· cos β ,R arr = -R straight cos β

где Rпрям - сила тяги двигателя в режиме “прямой тяги”.where R is direct - the engine thrust in the “direct thrust” mode.

Величина Rпрям определяется выражениемThe value of R is directly determined by the expression

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- секундные расходы воздуха через наружный и внутренний контуры двигателя, кг/сек;Where
Figure 00000005
- second consumption of air through the external and internal circuits of the engine, kg / s;

Figure 00000006
- секундный расход топлива через камеру сгорания, кг/сек;
Figure 00000006
- second fuel consumption through the combustion chamber, kg / s;

Figure 00000007
- секундный отбор воздуха из компрессора, кг/сек;
Figure 00000007
- second air sampling from the compressor, kg / s;

Wс - скорость истечения струи из реактивного сопла, м/с;W with - the velocity of the jet from the jet nozzle, m / s;

V - скорость движения локомотива, м/с;V - locomotive speed, m / s;

g=9,81 м/сек2 - ускорение силы тяжести.g = 9.81 m / s 2 - acceleration of gravity.

В результате основная часть тормозной силы равнаAs a result, the main part of the braking force is

Хосн=Rобр+Xаэр. сопр., кгс,X DOS = R arr. + X aer. comp. kgf

где Хаэр. сопр. - сила аэродинамического сопротивления.where is X aer. comp. - aerodynamic drag force.

Для создания дополнительной тормозной силы Хдоп из компрессора 28 системой 22 отбирается воздух в количестве Δ GВ отб и через обратные клапаны 23 подается в воздушные резервуары 9, откуда он истекает через открытые рабочие клапаны 11 и тормозные реактивные сопла 10.To create an additional braking force X of extra compressor 28, the system 22 shown in air in an amount in the Δ G sel and through check valve 23 is fed into the air tank 9, where it ends open through the service valves 11 and brake jet nozzle 10.

Figure 00000008
Figure 00000008

где Wтрс - скорость истечения воздуха из тормозных реактивных сопел, м/с.where W trc is the velocity of air flow from the brake jet nozzles, m / s.

Общая тормозная сила локомотива равнаThe total braking force of the locomotive is

Figure 00000009
Figure 00000009

Удержание локомотива на месте после полной остановки обеспечивают стояночные тормоза 4 колодочного типа.Holding the locomotive in place after a complete stop is provided by the parking brake 4 shoe type.

Задний ход локомотива после остановки обеспечивают реверсор тяги 20 и тормозные реактивные сопла 10.The reverse of the locomotive after stopping is provided by a thrust reverser 20 and brake jet nozzles 10.

Применение реактивного газотурбинного локомотива, с учетом потерь энергии на входе и выходе из двигателя, позволяет в 2,2... 2,3 раза уменьшить расход топлива, снизить уровень шума, исключить взаимодействие колес, рельсов и тормозного оборудования при создании силы тяги и тормозной силы, что повышает безопасность движения.The use of a jet gas turbine locomotive, taking into account energy losses at the inlet and outlet of the engine, allows to reduce fuel consumption by 2.2 ... 2.3 times, reduce noise, eliminate the interaction of wheels, rails and brake equipment when creating traction and braking power strength, which improves traffic safety.

Источники информацииSources of information

1. Шнеэ Я.И. Газовые турбины. - М.: Машгиз, 1960. – 506 с. (на с.496-503).1. Schnee J.I. Gas turbines. - M .: Mashgiz, 1960 .-- 506 p. (on p. 496-503).

2. Фельдман Э.Д. Сравнительная технико-экономическая эффективность автономных видов тяги / Труды ВНИИЖТ, вып.333. - М.: Транспорт, 1967. – 179 с.2. Feldman ED Comparative technical and economic efficiency of autonomous types of traction / Transactions of VNIIZhT, issue 333. - M.: Transport, 1967. - 179 p.

3. Ермишкин И.С., Юхневский А.А. Создание вагонов для скоростных поездов // Железнодорожный транспорт. - 2002. - №7. - С.59-63 (прототип).3. Ermishkin I.S., Yukhnevsky A.A. The creation of wagons for high-speed trains // Railway transport. - 2002. - No. 7. - S. 59-63 (prototype).

Claims (1)

Реактивный газотурбинный локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, емкости для сжиженного природного газа, емкость для керосина, тормозную систему с источником сжатого воздуха, воздушными резервуарами, трубопроводами, обратными клапанами, тормозными колодками, а также тяговую систему, включающую в себя не менее чем один реактивный газотурбинный двигатель с воздухозаборником, воздухоочистителем, системой запуска, системой автоматического регулирования, системой подачи топлива в двухтопливную камеру сгорания, элементами шумоглушения, системой отбора воздуха из компрессора двигателя, выходным устройством с плоским реактивным соплом, эжектором и створчатым реверсом тяги, отличающийся тем, что реактивный газотурбинный двигатель выполнен двухконтурным турбореактивным со степенью двухконтурности в диапазоне 5...10, сечение среза его плоского сопла выполнено с отношением ширины к высоте не более 0,25...0,55, емкости для сжиженного природного газа установлены внутри или снаружи кузова локомотива, тормозная система состоит из реактивной части, образованной реверсом тяги и воздушными резервуарами, и стояночной части колодочного типа, створки реверсора тяги в нерабочем положении установлены за наружной поверхностью эжектора, а ось поворота створок реверсора в рабочее положение перпендикулярна оси двигателя в вертикальной плоскости, воздушные резервуары соединены с системой отбора воздуха из компрессора двигателя, снабжены рабочими клапанами и тормозными реактивными соплами, а трубопровод тормозной системы выполнен с возможностью подсоединения к воздушной магистрали тормозной системы поезда.A gas turbine locomotive containing a body, chassis, liquefied natural gas tanks, a kerosene tank, a brake system with a compressed air source, air tanks, pipelines, check valves, brake shoes, and a traction system that includes at least one jet gas turbine engine with air intake, air purifier, start-up system, automatic control system, fuel supply system to the dual-fuel combustion chamber, noise suppression elements I, by a system for extracting air from the engine compressor, an output device with a flat jet nozzle, an ejector and a flapper reverse thrust, characterized in that the jet gas turbine engine is double-turbojet with a bypass ratio in the range of 5 ... 10, a cut-off section of its flat nozzle is made with the ratio of width to height is not more than 0.25 ... 0.55, tanks for liquefied natural gas are installed inside or outside the body of the locomotive, the brake system consists of a reactive part formed by reverse thrust and stuffy tanks, and the parking part of the shoe type, the thrust reverser flaps in the idle position are installed behind the outer surface of the ejector, and the axis of rotation of the reverser flaps in the working position is perpendicular to the engine axis in the vertical plane, the air reservoirs are connected to the air intake system from the engine compressor, equipped with operating valves and brake jet nozzles, and the brake pipe is configured to connect to the air line of the brake system of the train.
RU2003133359/11A 2003-11-17 2003-11-17 Jet gas-turbine locomotive RU2251505C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003133359/11A RU2251505C1 (en) 2003-11-17 2003-11-17 Jet gas-turbine locomotive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003133359/11A RU2251505C1 (en) 2003-11-17 2003-11-17 Jet gas-turbine locomotive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2251505C1 true RU2251505C1 (en) 2005-05-10

Family

ID=35746874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003133359/11A RU2251505C1 (en) 2003-11-17 2003-11-17 Jet gas-turbine locomotive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2251505C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009031945A2 (en) 2007-09-06 2009-03-12 Open Joint Stock Company 'russian Railways' Gas turbine plant
CN103231713A (en) * 2013-05-13 2013-08-07 唐山轨道客车有限责任公司 Natural gas internal combustion powered tractor and railway vehicle
WO2014026696A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Two-section gas-turbine locomotive
RU2571841C1 (en) * 2014-09-24 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Aerodynamic brake for high-speed rolling stock

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕРМИШКИН И.С. и др. Создание вагонов для скоростных поездов // Железнодорожный транспорт, №7, 2002, с.59-63. Экспериментальный турбореактивный вагон. (Форум "Что-то давно ничего не отгадывали.."). [он-лайн], 16.02.2001. [найдено 16.09.2004]. Найдено из Интернет: <URL: http://forums.airbase.ru/lofiversion/index.php/t5834.html>. РАКОВ В.А. "Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железнодорожных дорог Советского Союза, 1966-1975". - М.: Транспорт, 1979 [найдено 16.09.2004]. Найдено из Интернет: <URL: http://members.tripod.com/~ivan1950/jet.html>. *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009031945A2 (en) 2007-09-06 2009-03-12 Open Joint Stock Company 'russian Railways' Gas turbine plant
WO2009031945A3 (en) * 2007-09-06 2009-05-14 Open Joint Stock Company Russi Gas turbine plant
EP2136050A2 (en) * 2007-09-06 2009-12-23 Open Joint Stock Company "Russian Railways" Gas turbine plant
EP2136050A4 (en) * 2007-09-06 2010-09-22 Open Joint Stock Company Russi Gas turbine plant
EA015281B1 (en) * 2007-09-06 2011-06-30 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Gas turbine plant
US8276359B2 (en) 2007-09-06 2012-10-02 Open Joint Stock Company “Russian Railways” Gas turbine plant
CN101675225B (en) * 2007-09-06 2012-10-10 俄罗斯铁路开放式股份公司 Gas turbine plant
WO2014026696A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Two-section gas-turbine locomotive
CN103231713A (en) * 2013-05-13 2013-08-07 唐山轨道客车有限责任公司 Natural gas internal combustion powered tractor and railway vehicle
CN103231713B (en) * 2013-05-13 2015-11-25 唐山轨道客车有限责任公司 Natural fuels combustion power tractor truck and guideway vehicle
RU2571841C1 (en) * 2014-09-24 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Aerodynamic brake for high-speed rolling stock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3886870A (en) Gas turbine and electric drive locomotive
US9097162B2 (en) Locomotive and transit system efficiency and emissions improvements
MX2009001587A (en) A combined wind and gas engine.
US8820060B2 (en) Mobile diesel power system with separated engine and exhaust
US8684299B2 (en) Ancillary device with an air turbine for taxiing an aircraft on the ground
EP1816348A1 (en) Wind-air engine, namely engine using wind and air pressure as energy ot replace fuel
CN103112592A (en) Aircraft versatile power system
CN102164812A (en) Land vehicle provided with an internal air flow propulsion system
US3213802A (en) Transportation means and method
RU2251505C1 (en) Jet gas-turbine locomotive
US6397759B1 (en) Non-electric locomotive and enclosure for a turbine engine for a non-electric locomotive
US3868908A (en) Gas turbine railway car
US20070119146A1 (en) Retarding and filter cleaning method and system
US3703146A (en) Gas turbine locomotive
CN201410952Y (en) Accelerating engine unit for motor car
US1902124A (en) Air driven automobile
RU2255015C1 (en) Locomotive
RU2290333C1 (en) Reactive locomotive
CN110682895A (en) Braking device for recycling and reusing braking energy of wheel-rail train
US8485298B2 (en) Distributed power generation system for surface transport
CN101434241B (en) Hydraulic transmission type anti-explosion diesel engine steel wheel standard rail diesel locomotive
RU2314220C1 (en) Railway train
EP1095692B1 (en) Process and installation for purification of exhaust gases from internal combustion engines
CN201362252Y (en) Fluid drive diesel railcar with explosion-proof diesel engine, steel wheel and ordinary track, and hydraulic torque converter thereof
RU2380250C2 (en) Gas turbine locomotive

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071118