Работы по судовым установкам с поршневыми генераторами газа в Швеции были начаты в 1927 г. фирмой Götaverken в Готтенбурге, которая построила силовую установку с генератором сжатого газа, состоящую из двухтактного одноцилиндрового двигателя с прямоточно-клапанной продувкой, поршневого компрессора и поршневой расширительной машины. В период между 1929 и 1931 гг. этой же фирмой был построен двухтактный генератор сжатого газа мощностью 300 л.с. при 300 об/мин для маневрового тепловоза с поршневой расширительной машиной, аналогичной паровозной. Практическое применение этого генератора газа было осуществлено в 1933 г., когда завод построил мотовоз с двухтактным механическим генератором газа. Силовая установка мотовоза состояла из цилиндров сгорания и компрессора с общим коленчатым валом. Работа двухтактных цилиндров сгорания полностью затрачивалась на сжатие воздуха в компрессоре. Газ, выпускаемый из генератора совершал работу в расширительной машине. Таким образом, силовая установка разделялась на две части: на генератор газа и рабочую расширительную машину. Генератор газа двухцилиндровый, с одноцилиндровым продувочным компрессором двойного действия. Компрессор приводился во вращение двумя бескомпрессорными двухтактными дизелями простого действия с тронковым поршнем. Корпус компрессора был отлит заодно с двумя цилиндрами сгорания. Вал компрессора соединён с передним концом коленчатого вала двигателя. Вся масса сжатого воздуха, подаваемого компрессором, использовалась для продувки и зарядки двухтактных цилиндров сгорания, куда воздух подавался через впускные окна в стенках цилиндров. Выпуск газа производился при помощи клапана, расположенного в крышке цилиндров сгорания. Таким образом, в цилиндрах сгорания осуществлялась прямоточная клапанно-щелевая продувка. Из генератора газ направлялся в расширительную машину.
Номинальное давление генерированных газов составляло 4,2 ат. Продукты сгорания расширялись в цилиндрах сгорания до давления, соответствующего давлению сжатого воздуха продувочного компрессора. Для осуществления этого, а также для предотвращения чрезмерного сжатия в цилиндрах сгорания на сжатие использовалось только 40% хода поршня. В конструкции генератора газа предусматривалась возможность изменения степени сжатия во время работы путём изменения момента закрытия выпускного клапана, что позволило поддерживать постоянным давление сгорания при различных давлениях наддува. Открытие и закрытие выпускного клапана производились при помощи сжатого воздуха. При пуске, когда давление продувочного воздуха составляло около 0,5 ат, сжатие в цилиндре сгорания происходило на протяжении 85% хода поршня, благодаря чему получалась более высокая температура сжатого воздуха при впрыскивании топлива, необходимая для надёжного пуска. При давлениях от 0,5 до 4,25 ат выпускной клапан закрывался на протяжении от 85 до 40% хода поршня специальным эксцентриком Клуга, приводимым в движение от распределительного вала и управляемым особым регулятором, который находился с наружной стороны генератора. Смесь из воздуха и продуктов сгорания имела перед рабочей машиной давление около 4 ат и температуру около 400°С. Эта температура соответствовала производительности генератора 72,5 кг газа на 1 кг топлива. При температуре 500°С давление газа составляло 6,32 ат, а производительность генератора – 57,8 кг газа на 1 кг топлива. Топливные насосы генератора газа расположены сверху цилиндров. Тронковый поршень соединялся с шатуном при помощи шарового пальца. Смазка установки производилась при помощи шестерёнчатого насоса, приводимого в движение от переднего конца коленчатого вала. На заднем конце коленчатого вала установлен тахометр. Водяной насос для охлаждения и компрессор пускового воздуха приводились от продувочного насоса. При поршневой расширительной машине управление частотой вращения генератора осуществлялось при помощи регулирования подачи топлива в цилиндры сгорания. Подобный генератор газа был построен также для локомотива мощностью 500 л.с с газовой турбиной в качестве расширительной машины. С этой силовой установкой, в которой газовая турбина представляла одно целое со всей установкой, завод построил газотурбовоз типа 1―2―1. При этом устранялась необходимость в ресивере для газа, что экономило место на локомотиве. Локомотив был чисто экспериментальным и испытывался на катковой станции. Его движущие оси с обеих сторон соединены спарниками. Генератор газа с газовой турбиной расположен поперёк рамы локомотива. Привод движущих осей от газовой турбины осуществлён при помощи редуктора. Для удобства управления локомотивом с обоих торцов его имелись посты управления с контроллерами, похожими на контроллеры электровозов. Каждый пост оснащён рукояткой для непосредственного управления турбиной, реверсом к турбине и краном воздушного тормоза.
Предварительные испытания, проведённые на заводе Götaverken, показали расход топлива машиной около 189 г/л.с.ч. Коэффициент полезного действия установки составил 33,5%. В 1954 г. был создан газотурбовоз типа 1―3―1 с редукторным приводом. На этом газотурбовозе был установлен механический генератор сжатого газа мощностью по газу 1300 л.с. – двухтактный дизель с высоким наддувом с противоположно движущимися поршнями. Продувочный поршень расположен внизу и связан с коленчатым валом внутренним шатуном. Поршень компрессора и выхлопной поршень двигателя расположены вверху и связаны с тем же коленчатым валом длинными боковыми шатунами. Ввиду наличия больших масс эта поршневая группа имела уменьшенный ход, равный 200 мм, по сравнению с ходом продувочного поршня 290 мм. Очистка цилиндра двигателя от остаточных газов осуществлялась продувкой сжатым воздухом. Воздух под давлением 5 ат подавался в рабочие полости цилиндров дизеля воздушным компрессором. Поршни этого компрессора, большего диаметра, жёстко соединены с верхними поршнями дизеля, имеющими меньший диаметр. Смесь продуктов сгорания и продувочного воздуха давлением около 4 ат и температурой 500 – 515°С приводила в движение газовую турбину, которая через редуктор вращала отбойный вал локомотива. Механический генератор газа имел пять вертикальных цилиндров сгорания, в каждом из которых размещены два поршня диаметром 200 мм. На каждый цилиндр сгорания приходился один компрессор. Коленчатый вал выполнен таким образом, что при продувке первыми закрывались выпускные, а затем продувочные окна дизеля. Сжатый воздух из компрессоров, пройдя холодильник, направлялся в цилиндры дизеля. Рабочий газ от генератора газа направлялся в газовую турбину. Газ, отработавший в турбине, выбрасывался в атмосферу. Коленчатый вал генератора газа приводил в движение распределительный вал и вспомогательные механизмы. Весь механический генератор покоился на раме. При полной нагрузке эта установка развивала до 720 об/мин. Максимальная частота вращения вала газовой турбины составляла 12500 об/мин. Мощность турбины по газу 1300 л.с. Регулирование мощности осуществлялось изменением количества подачи топлива в цилиндры сгорания генератора газа. Передача мощности на ведущие колёса осуществлялась при помощи двухступенчатого реверсивного зубчатого редуктора с фрикционной муфтой с гидравлическим включением, снижавшего частоту вращения до 367 об/мин, что соответствовало скорости локомотива 90 км/ч. При скорости движения в интервале от 35 до 70 км/ ч мощность на ободе колёс локомотива составляла около 1000 л.с.
На турбине установлен регулятор предельной частоты вращения, воздействующий на клапанную коробку турбины. При частоте вращения турбины 14500 об/мин он автоматически перекрывал трубопровод подвода газов к турбине. Турбина, установленная на локомотиве, позволяла изменять крутящий момент в пять раз. Наличие такого типа тяговой турбины значительно упрощало коробку передач и повышало эксплуатационную надёжность силовой установки.
После пуска генератор газа первое время работал вхолостую при давлении газа 0,25 ати. После разобщения газосборника механического генератора газа от атмосферы увеличивали подачу топлива в генератор газа, и локомотив трогался с места. Силовая установка локомотива снабжена альтернатором мощностью 125 кВт. При низкой температуре наружного воздуха избыточная мощность передавалась альтернатору непосредственно от коленчатого вала генератора газа. Электроэнергия, вырабатываемая альтернатором, использовалась для отопления поезда в зимнее время. При кратковременных стоянках или движении под уклон сжатый газ, вырабатываемый генератором, при помощи переключающего клапана выпускался в атмосферу через глушитель, минуя газовую турбину. Управление силовой установкой газотурбовоза осуществлялся комбинированной (воздушной и гидравлической) системой. Силовая установка изготовлена заводом Götaverken. Локомотив построен фирмой Motala Verkstad. Приёмочные испытания силового оборудования нового локомотива были проведены на Шведских государственных железных дорогах в 1955 г. Локомотив предназначался для нормальной железнодорожной колеи (1435 мм) и после завершения стендовых испытаний поступил в эксплуатацию.
Общая масса локомотива 60 – 63 т. Максимальная нагрузка на ось 13 – 13,5 тс. Тяговое усилие при трогании с места 13500 кгс. Максимальная скорость 90 км/ч. Испытания газотурбовоза на участке с несколькими руководящими подъёмами до 17‰ показали, что он обладает хорошей тяговой характеристикой. При снижении частоты вращения от номинальной до нуля (трогание с места) тяговое усилие возрастало в пять раз. Создание газовой турбины с таким широким диапазоном изменения крутящего момента позволило фирме Götaverken впервые применить непосредственную механическую передачу на ведущие колёса локомотива с постоянным зацеплением без переключения скоростей. Тем самым с исчерпывающей полнотой доказывалась полная целесообразность применения на локомотиве в качестве расширительной машины газовой турбины. В процессе длительных испытаний газотурбовоза было установлено, что при скоростях движения около 60 км/ч часовой удельный расход топлива, отнесённый к мощности, передаваемой на ведущие колёса, составлял всего 200 г/л.с.ч. В этом случае коэффициент полезного действия газотурбовоза достигал 31,5%. Дальнейшее развитие газотурбовозы с генераторами газа получили благодаря созданию свободнопоршневых, или, как их иногда называют, безвальных генераторов газа.
Поддержите канал-поставьте лайк.
