ГТ101: принцип действия свободнопоршневого генератора газов(сложно-технический пост).⁠⁠

ГТ101 (Газотурбовоз) — опытный советский газотурбовоз, изготовленный со свободнопоршневыми генераторами газов (СПГГ), разработанных под руководством А. Н. Шелеста.

Проектировался в двухсекционном варианте, но в 1960 году на Луганском тепловозостроительном заводе была выпущена лишь опытная секция (ГТ101-001).

СППГ в случае ГТ101 это двухтактный дизель со встречнодвижущимися поршнями, связанными не коленчатыми валами и промежуточной передачей, а синхронизирующим механизмом.

От такого дизеля отбирается не механическая мощность с вала, а выхлопные газы и сжатый воздух.

Еще в 1954 г. по заданию Харьковского завода транспортного машиностроения им. В. А. Малышева в Московском Высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана под руководством профессора А. Н. Шелеста был разработан проект газотурбовоза с механическим генератором газов с комбинированной теплосиловой установкой, состоящей из газовой турбины и свободнопоршневых генераторов газов (сокращено СПГГ).

Такую комбинацию машин можно рассматривать как дальнейшее развитие дизеля с газотурбинным наддувом, у которого вся мощность используется для привода турбины, являющейся источником механической энергии.

При этом сам дизель из обычной поршневой машины с шатунно-кривошипным механизмом превращается в более простую машину, у которой имеются только поршни, двигающиеся навстречу друг другу или друг от друга.

Один из свободнопоршневых генераторов газа ОР-95 газотурбовоза.

Цилиндр СПГГ 1 имеет два рабочих поршня 2 на одних штоках с поршнями компрессоров 3. При сгорании смеси воздуха с топливом, подаваемым через форсунку 11, газы в цилиндре расширяются, раздвигая поршни.

В полостях 6 компрессорных цилиндров 5 создается разряжение и через клапаны 7 атмосферный воздух засасывается. Одновременно в полости 4 компрессорных цилиндров воздух сжимается и рабочие поршни возвращаются в исходное положение.

При расхождении поршней в цилиндре открываются сначала выхлопные окна 9, а затем продуваются окна 10.

Отработанные газы через выхлопные окна поступают в ресивер 8 и оттуда — в газовую турбину 12.

При обратном ходе компрессорных поршней выхлопные и продувочные окна закрываются, воздух из полости 6 нагнетается в продувочный ресивер, а воздух в рабочем цилиндре сжимается.

В конце сжатия температура воздуха поднимается и впрыснутое в этот момент форсункой топливо воспламеняется.

Начинается новый цикл работы свободно-поршневого генератора газа.

Повторим для закрепления материала. )

Каждый СПГГ имеет две пары поршней: два большего диаметра и два меньшего диаметра. Поршни большего диаметра соединены с поршнями меньшего диаметра.

Поршни меньшего диаметра обращены друг к другу и могут передвигаться по внутреннему цилиндру, имеющий продувочные окна и форсунку для подачи жидкого топлива.

Поршни большего диаметра помещены в компрессорные цилиндры.

Пуск СПГГ осуществляется подачей сжатого воздуха в крайние полости компрессорных цилиндров.

При этом поршни идут навстречу друг другу, происходит сжатие воздуха в полости между малыми цилиндрами.

В конце хода поршней подается топливо, оно воспламеняется, давление в малом цилиндре резко возрастает и поршни расходятся, открываются продувочные окна, и сжатый во внутренних компрессорных полостях воздух продувает среднюю полость.

Так как во внешних компрессорных полостях находившийся там воздух сжимается, то создаются воздушные буфера (подушки), останавливающие расходящееся движение поршней, а затем заставляющие поршни опять сходиться.

Далее процесс повторяется.

Процесс двигателя внутреннего сгорания в СПГГ — двухтактный.

Продукты сгорания из него поступают в рессивер, а оттуда к газовой турбине.

Так как температура смеси продуктов сгорания и воздуха при расширении их падает, то при одной и той же температуре смеси, подводимой к лопаткам турбины в СПГГ, возможно иметь более высокую температуру при сгорании топлива, чем в камерах сгорания, из которых смесь поступает непосредственно к лопаткам турбины.

Это обстоятельство позволяет за счет подвода тепла в виде нагретого компрессором воздуха осуществить более экономичный процесс сжигания топлива в цилиндрах СПГГ, чем в камерах сгорания обычных газотурбовозов.

Преимуществом системы СПГГ над системой газотурбинной установки с камерой сгорания является также отсутствие компрессора, роль которого выполняют поршни большего диаметра СПГГ, и возможность получения малого расхода топлива на холостой работе турбины за счет остановки части СПГГ.

Число циклов СПГГ регулируется количеством подаваемого топлива.

Строго говоря, газотурбовоз с СПГГ можно отнести к классу тепловозов, у которых газовая турбина играет роль газовой передачи.

В 1960 г. Луганский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции построил экспериментальную секцию газотурбовоза ГТ101-001.

Газотурбовоз в октябре 1961г. демонстрировался на выставке локомотивов на Рижском вокзале в Москве.

При испытаниях на путях МПС газотурбовоз не развивал полную мощность (3 000 л. с), затруднена была также регулировка мощности — работа СПГГ с малой подачей топлива и переход на режим с выключением отдельных генераторов газа.

В связи с этим завод изготовил новые СПГГ типа ОР-95 с такими же диаметрами цилиндров и ходом поршней, как и у первых СПГГ, и в период 1962—1965 гг. проводил стендовые и наладочные работы.

В конце 1965 г. газотурбовоз начал совершать опытные поездки с составами.

Создание газотурбовозов совпало с началом развития и совершенствования газотурбинных двигателей, когда их экономичность не могла конкурировать с дизелями, внедряемыми на тепловозах, потому газотурбинная тяга не получила дальнейшего развития.

Для уменьшения нагрузки на рельсы в течение 1958—1959 гг. завод переработал проект, применив вместо электрической гидравлическую передачу.

Тележка с передачей ГТ101.

Вспомогательная дизель-генераторная установка У14ГС-ПК газотурбовоза с дизелем 1Д12.

Газовая турбина мощностью 3000 л.с. газотурбовоза ГТ101.

Первичный двигатель СПГГ + Газовая турбина

Год постройки 1960

Страна постройки СССР

Завод Луганский тепловозостроительный

Всего построено 1 секция

Ширина колеи 1520 мм

Длина локомотива 18 220 мм

Конструкционная скорость 100 км/ч

Рабочая масса 126 т

Нагрузка от движущих осей на рельсы 21 тс

Тип двигателя СПГГ — СПГГ-95, позже заменены на ОР-95

Тип передачи Гидравлическая ГТК-IIТ

Сила тяги 23 000 кгс

Диаметр движущих колёс 1050 мм

Устройство, в котором специалисты видели в своё время будущее авиации, нашло широкое применение не на самолётах, а на электростанциях, кораблях, локомотивах, тракторах и тяжёлых грузовиках, то есть там, где главное не столько вес, сколько экономичность.

А в этом ни один двигатель не сможет поспорить с СПГГ, работающем на паре с газовой турбиной, ибо к.п.д. такой комбинации может достигать 40%.

Источник.