RU2308383C1 - Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine - Google Patents
Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308383C1 RU2308383C1 RU2006104538/11A RU2006104538A RU2308383C1 RU 2308383 C1 RU2308383 C1 RU 2308383C1 RU 2006104538/11 A RU2006104538/11 A RU 2006104538/11A RU 2006104538 A RU2006104538 A RU 2006104538A RU 2308383 C1 RU2308383 C1 RU 2308383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- turbine engine
- free
- gas
- power plant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к железнодорожному транспорту.The invention relates to railway transport.
Известна силовая установка по патенту РФ на изобретению №2137617, эта установка имеет жидкостную систему охлаждения и вентилятор для создания потока охлаждающего воздуха.Known power plant according to the patent of the Russian Federation on the invention No. 2137617, this installation has a liquid cooling system and a fan to create a flow of cooling air.
Известна силовая установка по патенту РФ №2172418, 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.A known power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2172418, which contains a gas turbine engine, a gas path connecting this gas turbine engine with a power turbine and a bypass channel that connects the gas path between the turbines and in front of the free turbine.
Недостаток этой силовой установки - плохие характеристики его запуска, конкретно большое время запуска. Это связано с тем, что газодинамическое сопротивление свободной турбины имеет значительную величину и мощности стартера недостаточно для одновременной рескрутки нескольких газотурбинных двигателей и свободной турбины, с которой отбирается мощность на трансмиссиию.The disadvantage of this power plant is the poor performance of its launch, specifically the long launch time. This is due to the fact that the gas-dynamic resistance of a free turbine is significant and the starter power is not enough for the simultaneous re-spin of several gas turbine engines and a free turbine, from which power is taken to the transmission.
Задача создания изобретения - улучшение запуска силовой установки локомотива и повышение ее экономичности.The objective of the invention is to improve the launch of the locomotive power plant and increase its efficiency.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что силовая установка локомотива на базе двухвального газотурбинного двигателя, содержащая двухвальный газотурбинный двигатель с компрессорами первого и второго каскадов и две ступени турбины, соединенный газовым трактом со свободной турбиной, отличающаяся тем, что система содержит обводной газоход высокого давления с клапаном, соединяющий выход из первой ступени турбины с выходом из свободной турбины, и обводной газоход низкого давления, соединяющий выход из второй ступени турбины с выходом из свободной турбины. Двухвальный газотурбинный двигатель оборудован стартером и имеет датчик оборотов одного из валов газотурбинных двигателей, соединенные электрическими связями с системой управления силовой установки. Свободная турбина имеет регулируемый сопловой аппарат с приводом соплового аппарата свободной турбины, соединенным электрической связью с системой управления. Двухвальный газотурбинный двигатель и/или свободная турбина оборудованы системой охлаждения, совмещенной с системами регулирования радиальных зазоров. Системы охлаждения двухвального газотурбинного двигателя и свободной турбины соединены последовательно. Система охлаждения газотурбинного двигателя содержат систему охлаждения масла.The solution to this problem was achieved due to the fact that the locomotive’s power plant based on a twin-shaft gas turbine engine, containing a twin-shaft gas turbine engine with compressors of the first and second stages and two turbine stages connected by a gas path to a free turbine, characterized in that the system contains a high pressure bypass duct with a valve connecting the outlet from the first stage of the turbine to the exit of the free turbine, and a low pressure bypass duct connecting the outlet of the second stage of the turbine with exit from a free turbine. The twin-shaft gas turbine engine is equipped with a starter and has a speed sensor of one of the shafts of gas turbine engines, connected by electrical connections to the control system of the power plant. A free turbine has an adjustable nozzle apparatus with a nozzle apparatus drive of a free turbine, which is electrically connected to a control system. The twin-shaft gas turbine engine and / or free turbine are equipped with a cooling system combined with radial clearance control systems. The cooling systems of a twin-shaft gas turbine engine and a free turbine are connected in series. The gas turbine engine cooling system comprises an oil cooling system.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, что подтверждается проведенными патентными исследованиями. Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, as evidenced by patent research. To implement the invention, it is sufficient to use the known components and parts previously developed and implemented in the design of gas turbine engines and in mechanical engineering.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2, гдеThe invention is illustrated in figures 1 and 2, where
- на фиг.1 приведена схема силовой установки локомотива,- figure 1 shows a diagram of the power plant of the locomotive,
- на фиг.2 приведена схема охлаждения корпуса и масла и регулирования радиальных зазоров в компрессоре 5.- figure 2 shows a diagram of the cooling of the housing and oil and the regulation of radial clearances in the
Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит двухвальный газотурбинный двигатель ГТД 1 и свободную турбину 2, соединенные между собой газодинамическим трактом 3, который соединяет полость на выходе ГТД 1 «А» и полость на входе в свободную турбину «Б».The proposed technical solution (figure 1) contains a twin-shaft gas turbine engine GTE 1 and a free turbine 2, interconnected by a gas-dynamic path 3, which connects the cavity at the exit of the turbine engine 1 "A" and the cavity at the entrance to the free turbine "B".
Газотурбинный двигатель 1 содержит входное устройство 4, первый каскад компрессора 5, второй каскад компрессора 6, камеру сгорания 7, первую ступень турбины 8, вторую ступень турбины 9, внутренний вал 10 и внешний вал 11, систему топливоподачи 12 с топливным насосом 13.The gas turbine engine 1 comprises an input device 4, a first stage of the
Первая ступень турбины 8 содержит сопловой аппарат первой ступени турбины 14, рабочее колесо первой ступени турбины 15. Вторая ступень турбины 9 содержит сопловой аппарат второй ступени турбины 16 и рабочее колесо второй ступени турбины 17.The first stage of the
Свободная турбина 2 содержит регулируемый сопловой аппарат свободной турбины 18 с приводом 19, рабочее колесо свободной турбины 20 и реактивное сопло 21. На входе в свободную турбину 2 выполнена полость «Б», а на выходе из свободной турбины - полость «В». Газовый тракт 3 соединяет выход из газотурбинного двигателя 1, т.е полость «А», со входом в свободную турбину 2, конкретно с полостью «Б» на входе в свободную турбину 2.The free turbine 2 contains an adjustable nozzle apparatus of the free turbine 18 with the drive 19, the impeller of the free turbine 20 and the jet nozzle 21. At the entrance to the free turbine 2 there is a cavity “B”, and at the exit of the free turbine there is a cavity “B”. The gas path 3 connects the outlet of the gas turbine engine 1, ie, the cavity "A", with the entrance to the free turbine 2, specifically with the cavity "B" at the entrance to the free turbine 2.
Система содержит два перепускных газовода 22 и 23. Перепускной газовод низкого давления 22 соединяет выход из второй ступени турбины, полость «А», с выходом из свободной турбины 2, т.е. с полостью «В». Перепускной газовод высокого давления 23 соединяет выход из первой ступени турбины, полость «Г», с выходом их свободной турбины 2, полость «В». В перепускном газоводе низкого давления 22 установлен клапан 24 с приводом 25. В линии перепускного газовода высокого давления 23 установлен клапан 26 с приводом 27. Приводы 25 и 27 соединены электрическими связями с системой управления силовой установки 28. Газотурбинный двигатель 1 оборудован стартером 29 и датчиком оборотов ГТД 30. Датчик оборотов 30 соединен электрическими связями с системой управления силовой установки 28. Мощность с силовой установки снимается на вал 31 и далее на реверсивное устройство 32, промежуточный вал 33, редуктор 34 и на привод локомотива 35. Привод 35 может быть выполнен электрическим, например в виде генератора и электродвигателей, подключенных к нему силовыми кабелями, валы которых кинематически соединены с приводными колесными парами локомотива.The system contains two bypass gas ducts 22 and 23. A low-pressure bypass duct 22 connects the outlet from the second stage of the turbine, cavity “A”, with the outlet from the free turbine 2, i.e. with cavity "B". The high-pressure bypass gas duct 23 connects the outlet from the first stage of the turbine, cavity “G”, with the outlet of their free turbine 2, cavity “B”. A valve 24 with an actuator 25 is installed in the bypass low pressure gas duct 22. A valve 26 with an actuator 27 is installed in the high pressure bypass duct 23. The actuators 25 and 27 are electrically connected to the power plant control system 28. The gas turbine engine 1 is equipped with a starter 29 and a speed sensor GTE 30. The speed sensor 30 is electrically connected to the control system of the power plant 28. The power from the power plant is removed to the shaft 31 and then to the reversing device 32, the intermediate shaft 33, the gearbox 34 and od locomotive 35. The drive 35 can be made electric, for example in the form of a generator and electric motors connected to it by power cables, the shafts of which are kinematically connected to the drive wheel pairs of the locomotive.
Силовая установка локомотива оборудована системой воздушного охлаждения, которая в свою очередь состоит из систем охлаждения корпуса газотурбинного двигателя 1 и системы охлаждения масла.The locomotive's power plant is equipped with an air cooling system, which in turn consists of cooling systems for the body of the gas turbine engine 1 and an oil cooling system.
Система охлаждения масла (Фиг.1 и 2) содержит магистраль подвода масла 36, магистраль отвода масла 37 с теплообменником 38 и маслонасосом 39. На выходе из системы охлаждения масла установлен датчик температуры масла 40, который соединен электрическими связями с системой управления силовой установки 28.The oil cooling system (Figs. 1 and 2) contains an
Система охлаждения корпуса газотурбинного двигателя 41 (фиг.2) содержит наружный кожух 42, установленный концентрично ему, с образование зазора для прохода охлаждающего воздуха. Система содержит линию подачи воздуха 43 с регулятором расхода 44, имеющим привод 45. Линия подачи воздуха 43 подключена входом к полости «Д», расположенной между первым и вторым каскадами компрессора, соответственно поз.5 и 6.The cooling system of the casing of the gas turbine engine 41 (figure 2) contains an
Система охлаждения корпуса ГТД также уменьшает радиальные зазоры в компрессоре, турбине, позволяет их регулировать регулятором расхода 44 и повышает КПД силовой установки, в результате чего снижается расход топлива.The cooling system of the casing of the gas turbine engine also reduces radial clearances in the compressor and turbine, allows them to be regulated by the
При запуске силовой установки электрический сигнал подается с системы управления 28 на стартер 29 и топливный насос 13. Стартер 29 раскручивает ротор, т.е внешний вал 2 с компрессором второго каскада 6 и первой ступенью турбины 8. В исходном положении клапаны 24 и 26 открыты и максимальное количество продуктов сгорания перепускается мимо свободной турбины 2. Мощность стартера 29 тратится на раскрутку только одного ротора ГТД 1. Когда осуществится запуск газотурбинного двигателя ГТД 1, его обороты достанут рабочих, что контролируют датчики оборотов 30, система управления 28 подает сигнал на приводы 25 и 27 и клапаны 24 и 26 закрываются. Раскручивается ротор на основе внутреннего вала 10, содержащий первый каскад компрессора 5 и вторую ступень турбины 9. Весь расход выхлопных газов из полостей «А» поступает в полость «Б» перед свободной турбиной и далее на сопловой аппарат свободной турбины 18, и рабочее колесо 20 свободной турбины раскручивается. В результате этого ГТД 1 запускается значительно быстрее, т.к. мощность стартера 29 не затрачивается на раскрутку внешнего ротора на основе вала 11 и на раскрутку ротора свободной турбины 2.When starting the power plant, an electric signal is supplied from the control system 28 to the starter 29 and the fuel pump 13. The starter 29 spins the rotor, i.e., the outer shaft 2 with the compressor of the
Датчики температуры 45 контролируют температуру воды на выходе из систем охлаждения и передают эти данные в систему управления 28. При превышении температуры охлаждающей воды, например, более 95°С система управления подает сигнал на приводы 43 для открытия регуляторов 42 и 51. При температуре ниже 80°С подается сигнал на прикрытие регуляторов 42 и 51. Это позволяет поддерживать минимальный радиальный зазор между рабочими лопатками и статорами компрессоров, турбин и свободной турбины. КПД силовой установки вследствие этого возрастет на 2...4%, а расход топлива соответственно уменьшится.
При этом локомотив имеет возможность при движении использовать мощность одного, двух или нескольких ГТД 1 и 2, в зависимости от потребности и комплектации локомотива двумя или более ГТД и от того, сколько ГТД одновременно задействовал машинист локомотива.At the same time, the locomotive has the ability to use the power of one, two or several gas turbine engines 1 and 2 during movement, depending on the needs and equipment of the locomotive with two or more gas turbine engines and on how many gas turbine engines the locomotive driver has simultaneously engaged.
Регулирование радиального зазора осуществляется за счет охлаждения корпусов компрессора, турбины и свободной турбины 2, при этом диаметр статора D2 уменьшается и зазор δ тоже уменьшается (это видно на примере регулирования радиального зазора в компрессоре, фиг.2).The regulation of the radial clearance is carried out by cooling the compressor, turbine and free turbine 2 casings, while the diameter of the stator D 2 decreases and the clearance δ also decreases (this is illustrated by the regulation of the radial clearance in the compressor, Fig. 2).
Аналогично осуществляется регулирование радиальных зазоров в турбине и в свободной турбине 2. Контроль процесса охлаждения основных узлов ГТД и свободной турбины осуществляется датчиками температуры 45, а управление - регуляторами 42 и 51, имеющими приводы 43 и 52.Similarly, the radial clearances are regulated in the turbine and in the free turbine 2. The cooling process of the main components of the gas turbine engine and the free turbine are monitored by
Применение изобретения позволило облегчить (ускорить) запуск силовой установки локомотива, повысило надежность силовой установки и улучшило его экономичность.The application of the invention allowed to facilitate (accelerate) the launch of the locomotive power plant, increased the reliability of the power plant and improved its efficiency.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104538/11A RU2308383C1 (en) | 2006-02-13 | 2006-02-13 | Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006104538/11A RU2308383C1 (en) | 2006-02-13 | 2006-02-13 | Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2308383C1 true RU2308383C1 (en) | 2007-10-20 |
Family
ID=38925251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006104538/11A RU2308383C1 (en) | 2006-02-13 | 2006-02-13 | Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2308383C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7643928B2 (en) * | 2004-01-05 | 2010-01-05 | Bombardier Transportation Gmbh | System and method for controlling the speed of a gas turbine engine |
WO2013006083A1 (en) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Gas turbine arrangement for a locomotive |
-
2006
- 2006-02-13 RU RU2006104538/11A patent/RU2308383C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7643928B2 (en) * | 2004-01-05 | 2010-01-05 | Bombardier Transportation Gmbh | System and method for controlling the speed of a gas turbine engine |
WO2013006083A1 (en) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Gas turbine arrangement for a locomotive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3318743B1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
US10794290B2 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
EP3228836A1 (en) | Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine | |
EP3318742B1 (en) | Intercooled cooling air heat exchanger arrangement | |
GB720436A (en) | Improvements in gas turbines, especially for vehicles | |
RU2308383C1 (en) | Locomotive power unit on base of two-shaft gas-turbine engine | |
RU2323344C1 (en) | Turbogenerator | |
RU2322588C1 (en) | Gas-turbine engine | |
RU2312239C1 (en) | Power plant of gas-turbine locomotive | |
RU2523084C1 (en) | Method and device for micro gas turbine starting and cooling by starting compressor with air valve | |
US20220397062A1 (en) | Gas turbine engine with electrically driven compressor | |
RU2319024C1 (en) | Gas turbine locomotive | |
RU2431753C1 (en) | Gas turbine plant control method | |
EP3483418B1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
RU2324064C1 (en) | Energy gas-turbine power plant | |
RU2392465C2 (en) | Cooling method of gas turbine engines at emergency (abrupt) shutdown of power plants | |
US9086019B2 (en) | Turbomachine thermal energy exchange | |
EP3557030A1 (en) | Intercooled cooling air with advanced cooling system | |
RU2358120C1 (en) | Turbopropeller gas-turbine engine | |
RU2007141862A (en) | METHOD FOR STARTING A GAS-TURBINE INSTALLATION | |
RU2359132C1 (en) | Turboprop gas turbine engine | |
KR101204078B1 (en) | Cooling apparatus of variable turbine vane driving system | |
RU2821280C1 (en) | Gas turbine engine compressor fuel supply and mechanization system | |
RU2779814C1 (en) | Gas turbine unit of gas pumping unit with anti-iced device | |
RU2422657C1 (en) | Gas turbine electric power station control method |