1 燃气轮机于铁路运输领域的应用

1.1 燃气轮机车

应用于移动载具的燃气轮机可以采用两种动力形式，一种为单轴燃气轮机，另一种则为分轴燃气轮机。机车理想牵引曲线为反比例函数，即双曲线在第一象限的一支。分轴式燃气轮机的动力涡轮扭矩特性与该牵引曲线较为接近，可采用机械传动。而单轴燃气轮机的扭矩特性曲线与该牵引曲线相差较大，通常可利用其转速稳定的优势，采用电传动方式驱动机车。

1.2 燃气轮机车的优势及劣势

1.2.1 燃气轮机车的优势

燃气轮机结构轻小，在尺寸相近的前提下能比内燃机输出更高的功率，因此在机车内部有限的布置空间内可以达到较高的功率，在轴重一定的前提下更容易发展成单节大功率机车。该优势是内燃机车所无法比拟的。

燃气轮机由于结构简单、运转均匀、工作连续，因此对机车车架及铁路路基的振动冲击较小。燃气轮机可以不用水，在缺水地区进行长距离高速运输具备一定的优势。相比于内燃机车整机结构更为简单，车体更为短小，总质量更轻，其维护保养成本也相对较低。

在高原地区，内燃机的功率与效率均会下降，而燃气轮机的功率会下降较少，效率反而有所提升。燃气轮机在燃用气体燃料时效果也更好，同时也可燃用品质较差的燃料油以及煤粉。

1.2.2 燃气轮机车的劣势

燃气轮机车相比于内燃机车的劣势在于，叶片对制造工艺精度要求较高，并且材质成本更高，燃油经济性更差。如在短途交路及支线运输时采用燃气轮机车，则会丧失铁路运输单位运量运输成本较低的优势。为使转速与转矩与牵引曲线匹配，需采用减速机构，燃气轮机的转速明显高于内燃机，会导致减速机构较为复杂。同时由于燃气轮机空气流量较大，燃气轮机的气动噪声整体高于内燃机，再加上机车内部空间狭小，难以进行有效的降噪措施，该问题尤为严重。

1.3 燃气轮机应用于铁路牵引动力的可行性分析

在当前的铁路运输中，电力机车为主流牵引动力，但是热力机车仍有其难以取代的优势。由于燃气轮机部分负荷功率比内燃机下降更多，因此在短距离采用燃气轮机作为牵引动力则并不合适。燃气轮机车可在全负荷工况下长期运作，利于启动及长大坡道牵引，耐久性高于内燃机车。并且在高原地区工作时，燃气轮机车的排气可用于驾驶室取暖，还可将轮对的润滑油加热，用以保持牵引力。冬季时进气滤清器容易结冰，需要采取相应加热措施。相关噪声问题需采用有效的消音措施。

2 汽轮机于铁路运输领域的应用

2.1 汽轮机车的优势及劣势

汽轮机车是以汽轮机作为牵引动力的一类热力机车。汽轮机车相比于传统的蒸汽机车，具备以下优势：①效率更高，功率更大，牵引速度更快；②汽轮机的运动机件比蒸汽机更少，因此可靠性与耐久性更高；③活塞式蒸汽机车输出的扭矩通常呈正弦变化，在启动时更容易产生车轮滑移；④活塞式蒸汽机车的侧杆和气门机构容易对轨道产生垂向作用力。

汽轮机车相比于传统的蒸汽机车，具备以下劣势：①汽轮机车通常在高速工况下才会有较高的效率，而在部分负荷下则效率较低；燃气轮机机车有类似的特点；②辅助装置较多，尺寸较大，难于布置；③涡轮机械只能朝着同一个方向旋转，如果要进行反转，需设置倒车级方可实现。

2.2 汽轮机应用于机车牵引动力的可行性分析

汽轮机作为一类外燃机，虽然功率较大，运转平稳，但是无法像蒸汽机输出反向的轴动力。同时由于汽轮机的动力输出轴位置形式以及叶轮的径向尺寸，汽轮机机组无法像蒸汽机一般布置于机车车架两侧，难以采用传统的机械传动，通常只可采用电传动。汽轮机本体尺寸庞大，辅助装置繁杂，布置于机车有一定的困难，同时消耗水较多，目前不适用于机车牵引动力。

3 结论

①目前的主流干线牵引，仍采用电力牵引。由于电气化铁路基建成本较高，高原地区作业较为困难，燃气轮机可作为高原地区的替代性牵引动力，用于目前向未来电力牵引的过渡阶段。燃气轮机由于是连续工作，适合燃用气体燃料，因此在其他盛产油气的长交路运输路段，也适于采用燃气轮机作为牵引动力。

②汽轮机由于辅助设备繁杂，难以在机车上进行布置，同时耗水较多，目前不适于在铁路牵引领域应用。