Первые газотурбинные двигатели появились еще в XIX веке, но их широкое распространение началось только с развитием массового самолетостроения — в период второй мировой войны. Разработки военных инженеров пригодились и в гражданской области: газотурбинные двигатели начали применять и в наземных видах транспорта. В Советском Союзе это был, например, автобус ЗиС-127.
Патент недели: технологии авиации в наземном транспорте

При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы решили ввести на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.

Патент: RU 2522258 Патентообладатель: Российские железные дороги Авторы: Юрий Клименко; Николай Кузнецов; Дмитрий Спиридонов; Евгений Стальнов; Владимир Руденко

К сожалению, ЗиС-127, как и в целом масштабное применение газотурбинных двигателей в автомобильной промышленности, по сути, остался только проектом. Однако, в связи с активным поиском и внедрением альтернативных и экологически чистых видов топлива, изобретение двухвековой давности может снова стать актуальным.

Сегодня газотурбинные двигатели в составе гибридных силовых установок используются, в основном, в судовом и железнодорожном транспорте, в спортивных автомобилях или моделях-прототипах — скорее имиджевых проектах, нежели массовых продуктах. Несмотря даже на то, что газотурбинный двигатель (ГТД) более простой по сравнению с традиционным поршневым устройством. Если вкратце описывать принцип его действия, получается примерно следующее: основная часть ГТД представляет собой вал или валы с турбинными и компрессорными колесами. Компрессор сжимает воздух, а затем подает его в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. При расширении продукты сгорания вращают турбинное колесо. Образовавшаяся механическая энергия частично идет на работу компрессора, частично — на движение привода колеса или другого механизма.

Существующие изобретения в этой области имеют ряд недостатков. Например, в одних механизмах довольно сложно вычислить мощность на валу свободной турбины и регулировать газотурбинный привод только по изменению расхода топлива. А значит — двигателем сложно управлять при резких изменениях мощности на нагрузке. В ряде установок алгоритм вычисления сигнала управления расходом топлива далек от простоты и удобства. В других — требуется дополнительная технологическая нагрузка или инженерное усложнение конструкции.

В изобретении российских инженеров регулятор ГТД формирует сигнал управления дозатором топлива. В качестве исходной переменной выбирается разность между заданным значением мощности, определяемым задатчиком мощности по коду состояния контроллера машиниста, и фактическим значением мощности, измеренной на нагрузке. В зависимости от величины и знака результата сравнения подача топлива в газотурбинный двигатель уменьшается или увеличивается. Одновременно регулятор турбогенератора формирует сигнал управления турбогенератором, сравнивая задания по частоте, которые формирует функциональный преобразователь в зависимости от заданного значения мощности, и сигнал с датчика оборотов, который управляет обмоткой возбуждения турбогенератора, а также изменяет его выходное напряжение. Техническим результатом изобретения является упрощение алгоритма управления ГТД и регулирование потребляемой мощности газотурбинной установкой при изменении в широких пределах. Изобретение уже испытано и будет использовано в магистральном железнодорожном газотурбовозе.