什么是燃气轮机车?

什么是燃气轮机车?

[拼音]：ranqilun jiche

[外文]：gas turbine locomotive

以燃气轮机产生动力，通过传动装置驱动车轮的机车。燃气轮机车自带能源，是内燃机车的一种。

分类

燃气轮机车按所采用的燃气轮机类型可分为开式燃气轮机车和复式燃气轮机车两类。前者的燃气轮机的高压、高温燃气是由它的叶轮压气机和燃烧室产生的；后者的燃气是由活塞式燃气发生器产生的。复式燃气轮机的燃气发生器又有自由活塞式和连杆活塞式之分，所以燃气轮机车又分为自由活塞燃气轮机车和连杆活塞燃气轮机车两种。

发展概况

最早的燃气轮机车是采用复式燃气轮机。1933年瑞典制成一辆480千瓦自由活塞燃气轮机车，1955年又制成一辆 956千瓦连杆活塞燃气轮机车。1951年法国先后制成735千瓦和1770千瓦自由活塞燃气轮机车，并投入运行。上述几种机车都采用机械传动。1954年苏联造了一辆2210千瓦自由活塞燃气轮机车，采用电力传动。

开式燃气轮机车出现较晚。1941年瑞士最先制造出这种机车，功率为1620千瓦。从1948年到50年代末，美国制造出一小批功率为2980千瓦、3580千瓦、6340千瓦燃气轮机车投入正式运用。美国还试用过一辆3730千瓦直接燃烧粉煤的燃气轮机车，未获成功。中国于60～70年代试制成2210千瓦和2940千瓦燃气轮机车，现仍在边试用、边改进。

美国在曾正式使用过开式燃气轮机车57辆，能成功地燃烧重油，机车制造和修理比较简便，运用可靠，但这种机车的效率低于柴油机车。60年代后期，美国重油涨价，这种机车失去运用的经济价值而停止使用。法国曾成功地使用自由活塞燃气轮机车，由于噪声大而停用。

基本构造

燃气轮机车除动力装置、部分传动装置和部分辅助设备外，其他部分如车体、司机室、车架、走行部和制动装置等与柴油机车基本相同。

开式燃气轮机车的开式燃气轮机由涡轮机、涡轮压气机和独立的燃烧室组成。这种动力装置有的装回热器，有的不装回热器。传动装置有电力的和机械的两种，以用电力传动的为多。燃气轮机转速很高，所以它的输出轴和牵引发电机之间装有减速齿轮箱。采用机械传动装置的，只设前进和后退换向档，无变速档。辅助设备有蓄电池组、燃油系统、润滑油系统、冷却系统、压缩空气系统和驱动上述系统的电动机以及机车控制系统、照明、蓄电池组充电等用的辅助发电机。当燃气轮机未开动或未达到工作转速时，辅助发电机一般通过牙嵌离合器由辅助柴油机驱动。当燃气轮机达到工作转速时，辅助发电机就通过辅助设备传动箱和电磁滑差离合器自动改由燃气轮机驱动，牙嵌离合器与柴油机脱开，柴油机就自动停止运转。燃气轮机车在出入车库低速运行时，不开动燃气轮机，用辅助柴油机带动的辅助发电机供电给一个或两个牵引电动机驱动机车。

复式燃气轮机车的动力装置有自由活塞式的，由自由活塞燃气发生器、燃气贮存器和牵引燃气涡轮组成；连杆活塞式的，由连杆活塞燃气发生器、空气压缩机和牵引涡轮组成。连杆活塞燃气发生器实际是一台立式二冲程对置活塞柴油机，上活塞直接与空气压缩机的活塞连接，下活塞经连杆驱动曲轴，拖动辅助发电机。复式燃气轮机车多用机械传动装置。辅助设备中的辅助发电机，在自由活塞燃气机车用辅助柴油机驱动；在连杆活塞燃气轮机车由燃气发生器的曲轴驱动。其他设备如冷却装置、燃油系统、润滑油系统、起动系统和空气制动系统等，自由活塞式的和连杆活塞式的基本相同。

简要工作过程

燃气轮机车因类型不同，其工作过程也不同。

开式燃气轮机车的工作过程

先由辅助柴油发电机组或蓄电池组向燃气轮机的辅助电动机供电，驱动燃气轮机转子至预定转速，启动点火装置，同时将燃料由喷嘴送入燃烧室，燃气轮机的辅助电动机继续驱动燃气轮机的转子增速到使辅助电动机与燃气轮机的转子脱开，按预定增速顺序增加送入燃料量，燃气轮机转子继续增速，一直到空载转速。至此完成了燃气轮机的启动过程。此后按机车牵引工况继续增加送入燃料量，使机车起动并加速到运行所需的速度。燃气轮机工作时，压气机吸入外界空气，把它压缩成高压空气。高压空气经(或不经)回热器，进入燃烧室与喷油嘴喷出的雾状燃油混合燃烧，加热成高压高温燃气，再流入涡轮机，推动涡轮机工作。涡轮机发出的功率大部分带动压气机，小部分作为辅助功率，余下的部分是牵引功率。燃气流出涡轮机后，经（或不经）回热器，排入大气。牵引功率通过传动装置驱动机车轮轴，使机车牵引车列前进。

自由活塞燃气轮机车的工作过程

将贮气瓶的高压空气通入燃气发生器，推动活塞，使活塞另一侧气缸中存有的空气受到压缩，空气达到一定压力和温度时，喷入雾状燃料同空气混合燃烧、膨胀，推回活塞。这时切断高压空气，便完成启动过程。然后，燃气发生器的气缸便自行吸入外界空气进行下一次循环，以至往复循环不已。继续增加喷入燃料，直至活塞的运动频率达到工作频率，它由此产生的高温高压燃气流入燃气贮存器，再流入涡轮机，在涡轮机工作后排入大气。涡轮机发出的功率通过机械传动装置驱动机车轮轴，使机车牵引车列前进。

连杆活塞燃气轮机车的工作过程

燃气轮机的启动过程与柴油机相同，启动后转速继续增加，直至达到工作转速时，产生的高温、高压燃气流入涡轮机。以后的工作过程与自由活塞燃气轮机车相同。

典型机车简述

举例如下。

开式燃气轮机车

6250千瓦燃气轮机车主要特性如下：

轴式 C0-C0+C0-C0

燃气轮机功率 6340千瓦

燃气轮机效率 20％

机车功率 5220千瓦

机车传动方式 电力传动

机车构造（最大）速度 165公里/小时

机车起动牵引力 92000千克力

燃料 重油

机车由两节车组成，前节车上有司机室、辅助柴油发电机组、制动空气压气机和制动电阻等；后节车上有开式单轴不带回热器的燃气轮机一台（初温788℃，压比6.5，装有消声器）、减速齿轮箱、主发电机四台（向12台牵引电动机供电）等。附加油车载油容量为87立方米，加油一次可走行800公里。

复式燃气轮机车

2400马力自由活塞燃气发生器燃气轮机车主要特性如下：

轴式 C′-C′

发动机功率 2×883千瓦

发动机效率 34％

机车传动方式 机械传动（二级换速）

机车功率 1470千瓦

机车构造（最大）速度 客运 125公里/小时

货运 75公里/小时

机车起动牵引力 24200千克力

燃料 柴油

机车两端为司机室；机车装有1200马力自由活塞燃气发生器燃气轮机两台，各自驱动机车的一个转向架;燃气轮机的进气最高温度为450～500℃，最大压力为3.8大气压。