ГАЗОВАЯ ТУРБИНА — АГРЕГАТ ДЛЯ СНЯТИЯ ПИКОВЫХ НАГРУЗОК ЛОКОМОТИВА
Известны преимущества газотурбинного двигателя, выполненного по простой схеме, в качестве агрегата для децентрализованного снятия пиковых нагрузок энергетической системы. Экономичность его в указанных условиях доказана опытом широкого применения газовых турбин разных единичных мощностей. Основанием для этого является небольшой коэффициент использования установленной мощности в пиковой установке, при котором составляющая стоимости топлива в себестоимости единицы энергии играет малую роль, а также небольшая стоимость оборудования при автоматическом управлении двигателем, быстрый запуск и хорошая приемистость в переходных режимах. Поэтому возникает, естественно, мысль об использовании ГТД небольшой мощности на локомотиве для снятия пиков нагрузки.
Эффективность такого варианта целесообразно определять для конкретных условий работы локомотива, соотношения ожидаемых мощностей главного и пикового двигателей, их расходных характеристик и др.
В варианте, когда главный двигатель локомотива — газовая турбина, предполагаемая экономия топлива вытекает из:
лучшего соответствия между установленной мощностью и требуемой нагрузкой локомотива, благодаря чему возможно выравнивание нагрузки главного двигателя и приближение ее к условиям экономического режима;
снижения раcхода топлива на холостом ходу главного двигателя благодаря уменьшению его номинальной мощности.
Такой вариант, кроме того, повышает надежность работы локомотива.
С другой стороны, экономия зависит от затрат на топливо в менее экономичном агрегате для снятия пиков.
Рис. 66. Мощностные характеристики тепловозного дизеля с гидропередачей:
1 — мощность, воспринимаемая приводом гидропередачи; 2 — мощность на валу дизеля в зимних условиях работы вспомогательных устройств (без отопления поезда); 3 — мощность на валу дизеля в летних условиях (без отопления); 4 — мощность на валу при максимальной отопительной нагрузке (500 л. с.); 5 — внешняя характеристика по упору; 6а — мощность на валу при холостом ходе дизеля и небольшой отопительной нагрузке (без расхода мощности на тягу); 6б — мощность на валу при холостом ходе дизеля и большой отопительной нагрузке (без расхода мощности на тягу)
В том случае, когда главный двигатель локомотива — дизель, а пиковый — газовая турбина, нельзя рассчитывать на получение экономии топлива. Ввиду низкого значения коэффициента холостого хода тепловозного дизеля и небольших отклонений к. п. д. при недогрузках от расчетного, улучшение его режимных условий работы приводит к небольшому выигрышу в расходе топлива. Вариант применения газовой турбины здесь может иметь место в том случае, когда недостающая мощность локомотива (при стремлении к повышению мощности в одной секции) не может быть покрыта дизелем ввиду ограниченных возможностей создания дизеля большой единичной мощности и неспособностью его к кратковременным перегрузкам. Применение газовой турбины на тепловозе особенно целесообразно при отборе мощности на нужды электрического отопления поезда.
Оригинальное решение сочетания тепловозного дизеля с газовой турбиной при электрическом отоплении поезда применено на турбодизельном локомотиве с гидропередачей V-169 (ФРГ) [21], где мощность дизеля расходуется на тягу поезда и привод электрического генератора отопления. Для покрытия недостающей тяговой нагрузки при ускорении, на подъемах и части мощности дизеля, расходуемой на отопление, служит газовая турбина, соединенная через редуктор с гидропередачей. Дизель мощностью 2300 л. с., с частотой вращения 1600 об/мин оборудован системой наддува с охлаждением воздуха. Газотурбинный двигатель двухвальный, мощностью 920 л. с.
Таблица 27
На рис. 66 показаны закономерности изменения мощности дизеля в зависимости от частоты вращения, а в табл. 27 — соответствующие величины регулируемой мощности на положениях 14 и 15 контроллера при режимах работы без отопления, со средней и полной отопительной нагрузкой.
Для повышения тепловой экономичности ГТД длительность его работы не превышает 35%, а на холостом ходу — 5% всего времени работы дизеля. Коэффициент нагрузки его в среднем поддерживается равным 85%.
На основании результатов полуторагодичной опытной эксплуатации отмечается целесообразность дальнейшего развития и внедрения турбо-дизельного локомотива. Рассматривается использование ГТД как бустерного агрегата с целью повышения мощности тепловозов существующих конструкций и улучшения их тяговых характеристик.