2. Структурная схема энергетической цепи тепловоза.

Главной особенностью д.в.с., как энергетических установок, является совмещение в од­ном пространстве (цилиндре) функций и теплового генератора и теплового двигателя. Поршневой д.в.с. — это тепловая машина, в рабочем объеме цилиндра которой («внутри») осуществляют­ся и горение топлива, и преобразование тепловой энергии про­дуктов сгорания топлива в механическую работу.

Дизельные двигатели - с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением топлива при высокой температуре сжатого воздуха - обладают наивысшей среди других тепловых двига­телей энергетической экономичностью. Эффективный к.п.д. _с ди­зельных двигателей на расчетных режимах достигает 42-44%.

Структурная схема его энергетической цепи (рис. 1.5.) оказы­вается проще предыдущих. ЛЭУ тепловоза представляет собой с точки зрения преобразования энергии всего одно звено — сам дизельный двигатель Д. Но, как отмечалось выше, от вала дизе­ля механическая работа не может быть непосредственно переда­на на ведущие колеса К, на тепловозе необходима промежуточ­ная передача П, согласующая режимы работы дизеля и движения.

Передача является обяза­тельной частью современного тепловоза, но с преобразования­ми энергии в ней связаны потери.

В соответствии с рассмотренной структурой энергетической цепи тепловоза его общий к.п.д. _т можно представить выраже­нием:

_т = _е_пер(1-),

где _с— эффективный к.п.д. тепловозного дизеля;

_пер — к.п.д. тепловозной передачи (для электрической передачи

_пер = 80-82%).

С учетом того, что на тепловозах доля отбора мощности дизеля на собственные нужды (в основном, на привод вспомогательного оборудования дизеля) составляет  = 0,10-0,13, получим среднее значение общего к.п.д. тепловоза _т

_т = 0,40,8(1-0,11) = 0,285 или 28,5%.

Современные тепловозы в зависимости от мощности и типа передачи имеют значения к.п.д. в пределах 26-30%, что выше значений к.п.д. всех других типов автономных локомотивов.

3. Структурная схема простейшей лгту.

Газовые турбины, так же как и паровые, относятся к лопаточным тепловым двигателям и по­этому их принцип действия аналогичен принципу действия па­ровых турбин. Рабочим телом для газотурбинного двигателя служат либо непосредственно продукты сгорания топлива, сжи­гаемого вне турбины (внешнее сгорание), либо другие газы (ча­ще всего — воздух), нагретые в теплообменнике за счет теплоты продуктов сгорания.

Локомотивная газотурбинная установка (ЛГТУ) состоит из камер сгорания КС (рис. 1.6.), собственно газовой турбины ГТ и воздушного компрессора ВК. Для горения топлива, непрерывно подаваемого форсункой Ф в камеру сгорания КС, в камеру воз­душным компрессором ВК нагнетается сжатый воздух.

Воздух в камеру КС подается как бы двумя потоками:

• «первичный» воздух I поступает вместе с топливом непос­редственно в зону горения в количестве, необходимом для пол­ного сгорания топлива;

• «вторичный» воздух II, поток которого смешивается с про­дуктами горения топлива для снижения температуры газового потока до значений, допускаемых жаропрочностью материала лопаток турбины.

Температура продуктов сгорания топлива (обычно для газо­вых турбин используется жидкое топливо) при их непрерывном горении устойчиво достигает 1800-2000°С. Поэтому для получе­ния допустимой по прочности лопаток температуры газового потока (700-800°С) в камеру сгорания приходится подавать зна­чительные объемы вторичного воздуха, в два-три раза превы­шающие первичный поток.

В результате на работу воздушного компрессора ВК, сжима­ющего и нагнетающего воздух в камеру сгорания, затрачивается основная часть (65-75%) полезной работы, развиваемой за счет энергии топлива на валу газовой турбины ГТ. И лишь остаю­щаяся часть полезной работы турбины (порядка 25-30% — за вычетом затрат на привод вспомогательного оборудования) на газотурбовозе может быть использована (через передачу) на тягу поездов.

К.п.д. простейшей одновальной ЛГТУ не превышает 20-22%, что практически вдвое меньше эффективного к.п.д. тепловозных дизелей. Это приводит — с учетом потерь в передаче — к зна­чениям общего к.п.д. газотурбинного локомотива на уровне 16-18%.Как видно, газотурбовоз с простейшей ЛГТУ суще­ственно уступает по эффективности тепловозам.