Локомотивная газотурбинная установка — основная силовая установка ж.-д. подвижного состава (газотурбовозов, турбопоездов, турбомотрис), тепловым двигателем которой является газотурбинный двигатель (ГТД). В ГТД энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическая работу на валу газовой турбины. К основные требованиям, предъявляемым к локомотивным ГТД, относятся: высокая экономичность при работе на режимах помин, мощности (особенно при частичных нагрузках); небольшой расход топлива на холостом ходу; возможность использования низкосортных жидких топлив (облегчённых мазутов, газотурбинного и моторного топлива); возможность применения жёстких передач (механических и электрических на переменном токе).
Различают локомотивные газотурбинные установки простого (открытого) цикла, в которых генерация рабочего тела (газа) осуществляется в турбокомпрессорах с непрерывным сгоранием топлива при пост, давлении, и Л. г. у., в которых рабочее тело газовой турбины генерируется с помощью свободно-поршневого генератора газа (СПГГ) — двигателя внутреннего сгорания, спаренного с компрессором.
В Л. г. у. с одновальным ГТД с открытым циклом работы сжатый атм. воздух из осевого компрессора поступает в камеру сгорания, куда также подаётся топливо. Полученная в результате сгорания топлива газовоздушная смесь (температура 800—1000 °С) направляется в турбину, где энергия газообразных продуктов преобразуется в механическая работу. При этом 30—40% всей выработанной энергии передаётся движущим колёсам локомотива, а остальная её часть расходуется на привод компрессора, сжимающего воздух. Кпд таких двигателей 25— 30%, но их отличает простота конструкции, высокая надёжность работы, небольшой объём ремонта при эксплуатации, возможность применения низкосортных жидких топлив. На железнодорожный транспорте перспективно применение трёхвальных локомотивных газотурбинных установок с тяговой турбиной среднего давления (рис. 2), в которых для повышения экономичности работы осуществляется процесс регенерации — подогрев поступающего в камеру сгорания сжатого воздуха теплотой отходящих из турбины газов. К теплотехнических мероприятиям, направленным на повышение экономичности локомотивных газотурбинных установок, относятся также охлаждение воздуха между ступенями сжатия, вторичный подвод теплоты в процессе расширения. Обеспечение этих мероприятий требует применения жаропрочных сталей для лопаток турбин, использования металлокерамических материалов, воздушного охлаждения проточной части турбины. Кпд установок 33—35%.
Рис. 2. Схема локомотивной газотурбинной установки с тяговой турбиной среднего давления и регенерацией: КНД — компрессор низкого давления; КВД — компрессор высокого давления; О — охладитель; Р — регенератор; КСВ — камера сгорания высокого давления; ТВД — турбина высокого давления; КСС — камера сгорания среднего давления; ТТС — тяговая турбина среднего давления; ТНД — турбина низкого давления.
В локомотивной газотурбинной установке с СПГГ мощность снимается с вала турбины, которая работает на отходящих от дизеля газах. Роль СПГГ сводится к приготовлению рабочего тела, поэтому такая Л. г. у. не имеет обычного для двигателя внутреннего сгорания коленчатого вала. Конструкция локомотивной газотурбинной установки с СПГГ имеет т. и. разбегающиеся поршни — дизельный и компрессорный (рис. 3). Пуск генератора осуществляется сжатым воздухом от внеш. источника. Воздух через пусковые клапаны поступает во внеш. (буферные) полости компрессорных цилиндров, сдвигает поршни к центру цилиндра дизеля, сжимая воздух во внутреннего компрессорных и дизельных полостях.
Рис. 3. Схема локомотивной газотурбинной установки со свободно-поршневым генератором газа (СПГГ): Т — турбина; PC — ресивер; 1 — продувочные окна; 2 — поршни; 3 — компрессорные цилиндры; 4 — всасывающий клапан; 5 — нагнетательный клапан; 6 — цилиндр дизеля; 7 — пусковые клапаны; 6 — форсунка жидкого топлива.
В конце хода сжатый в компрессорах воздух через нагнетательные клапаны заполняет объём, окружающий цилиндр дизеля, а в дизель через форсунки впрыскивается жидкое топливо. За рабочий ход смесь воздуха и продуктов сгорания расширяется и заставляет поршни расходиться. Во внутреннего полости компрессоров, где создаётся разрежение, через всасывающие клапаны поступает атм. воздух. После открытия дизельными поршнями продувочных окон воздух, находящийся вокруг цилиндра, осуществляет продувку рабочей полости, и газовоздушная смесь через другие продувочные окна поступает в ресивер и далее на лопатки газовой турбины. Поршни останавливаются давлением воздуха в буферных полостях; энергия этого же воздуха заставляет поршни начать обратное движение, т. е. возобновить рабочий цикл.
В установках с СПГГ используются относительно низкосортные топлива. Турбина работает на газах сравнительно невысокой температуры (500—600 °С), поэтому для изготовления лопаток может быть использован менее жаропрочный материал. Кпд таких установок достигает 35%, однако они имеют увеличенные массу и габариты по сравнению с дизелями с газотурбинным наддувом, в которых мощность снимается с вала поршневой машины.
