бабулер48

Быть ли на тепловозе рекуперативному тормозу?

В редакцию журнала обратился машинист эксплуатационного локомотивного депо Иркутск-Сортировочный Восточно-Сибирской дороги Б.М. СИРИН.

«С интересом знакомлюсь в журнале, — пишет он в своем письме, — с новыми локомотивами отечественного производства. Все они содержат инновационные разработки, направленные на сокращение эксплуатационных расходов, сбережение энергоресурсов. С этой же целью предлагаю создать тепловоз с рекуперативным торможением.
Экономический эффект от эксплуатации такого локомотива достигается следующим образом. На участках с тепловозной тягой затяжные уклоны необходимо оборудовать контактной сетью (постоянного тока напряжением 3 кВ или переменного тока напряжением 25 кВ — в зависимости от конкретных условий). Для вождения поездов на выбранном участке применить тепловозы с бустерной секцией, на которой установлены токоприемник, электроаппаратура, тяговые двигатели.
В режиме тяги на равнинном профиле и на небольших уклонах тяговые двигатели всех трех секций тепловоза, включая бустерную, будут получать питание от ди-зель-генераторных установок головных секций. Современные тепловозные дизели, а, тем более, перспективные силовые установки типа Д300 и Д500, с этой задачей вполне справятся.
При переходе на затяжной спуск, оборудованный контактной сетью, локомотив переводится на режим рекуперативного торможения. В этом случае тяговые двигатели переключатся на независимое возбуждение с питанием обмоток возбуждения от дизель-генераторных установок. Для этого требуется относительно малая мощность. При выезде на площадку локомотив возвращается в режим эксплуатации на тепловозной тяге.

Предлагаю оборудовать контактной сетью только участки с затяжными уклонами, а также так называемые участки первых удалений, т.е. те, которые находятся в зоне блок-участков автоблокировки, не
посредственно примыкающих к станции. Это позволит в зависимости от конкретных условий профиля и расположения пути не только осуществлять рекуперативное торможение, но и, кроме того, использовать в тяге энергию, передаваемую через контактную сеть. Она будет дополнять энергию, получаемую в дизель-генераторных установках для более быстрого разгона и поддержания скорости, близкой к установленной.
Наибольший эффект будет получен, когда на участке одновременно окажутся два идущих навстречу друг другу состава. В этом случае энергия, отдаваемая в контактную сеть при рекуперативном торможении поезда, идущего по затяжному спуску, может быть использована локомотивом поезда, следующего на подъем. Когда нет встречного поезда, избыточная энергия от тяговой подстанции через инвертор может передаваться в питающую сеть. При отсутствии такой возможности она будет гаситься на реостате.
Отмечу особенно важный эффект одновременного использования энергии от дизель-генераторных установок и контактной сети. Это позволит преодолевать крутые затяжные подъемы поездам с локомотивами, имеющими значительно менее мощные силовые установки, чем это потребовалось бы при обычной тепловозной тяге.
Понятно, что реализация предлагаемой схемы энергозамещения будет эффективна при определенном профиле пути и наличии вблизи данного участка питающих энергетических сетей требуемой мощности. При удачном решении технических задач и благоприятных условиях данное предложение могло бы быть вполне востребовано российскими железными дорогами, для которых характерны многочисленные уклоны.

Выражу еще одно мнение: надо продолжать опытные работы, направленные на создание и применение на тепловозах и электровозах накопителей энергии. Такие накопители позволят локомотиву самостоятельно передвигаться на расстоянии до 200 — 300 м по тракционным путям и при постановке его в депо без вспомогательного маневрового тепловоза. При электротяге накопители энергии исключат неприятную ситуацию в случае вынужденной остановки, если, например, при экстренном торможении электровоз окажется непосредственно под нейтральной вставкой.
Приходится сожалеть, что в последние годы практически не ведутся работы, связанные с распространением в России монорельсовых подвесных дорог. Развитие таких дорог и подвижного состава, считаю, вполне возможно и необходимо как в крупных городах, так и в сообщении с пригородами. Такие линии могут взять на себя значительные пассажиропотоки, которые могут возникать в часы «пик» по ряду направлений. На основе монорельсовых дорог в перспективе могут быть созданы и высокоскоростные транспортные системы».

Выразить мнение о приведённых в письме читателя идеях и суждениях редакция попросила нашего постоянного автора статей и консультанта, члена редакционного совета журнала инженера А.Г. ИОФФЕ (г. Москва).
По существу в своём письме машинист Б.М. Сирин затрагивает три отдельных вопроса. Попробуем рассмотреть их по порядку.
Первый вопрос в письме касается применения рекуперативного торможения при тепловозной тяге. Прежде всего, при рассмотрении подобных проектов, требующих немалых капитальных затрат, необходимо провести тщательный технико-экономический расчет, который должен показать, окупятся ли вложенные средства, а если окупятся, то за какое время. Но уже без такого расчета можно сказать, что реализация большинства таких масштабных предложений на деле вызывает значительно больше трудностей, чем это представляется на первый взгляд.

Так, контактная сеть даже на относительно небольшом участке - это не просто натянутый провод, а целый комплекс сооружений и устройств, включающий в себя опоры, поддерживающие устройства, многочисленные элементы подвески провода, линии продольного энергоснабжения, изоляторы, разъединители и др. Но, кроме контактной сети, необходима тяговая подстанция, пусть в данном случае одна. Придется также усиливать рельсовые цепи, менять систему автоблокировки, радиосвязи и многое другое. Далее возникают вопросы с габаритами — что-то придется переносить для размещения тех же опор и других устройств контактной сети.
Потребуется также решать многие технические проблемы на подвижном составе. По существу, предлагаемый автором письма локомотив должен объединять в себе полноценные электровоз и тепловоз. Для начала не надо забывать, что изоляция силового электрооборудования тепловозов не рассчитана на напряжение контактной сети. Поэтому речь идет не о простом добавлении бустерной секции, а о создании совершенно нового локомотива. Его придется оснащать полным комплектом оборудования, присущего как электровозам, так и тепловозам. Это достаточно проблематично, так как даже при одном виде тяги в кузовах магистральных локомотивов свободного места остается немного.

В принципе, предложение читателя не ново. Уже несколько десятилетий на промышленном железнодорожном транспорте действуют тяговые агрегаты, имеющие устройства автономного питания. Они служат для питания тяговых двигателей при кратковременном заезде на неэлектрифицированные пути разрезов. Уже несколько раз на страницах журнала публиковались материалы с предложениями создать маневрово-вывозной универсальный ди-зель-контактный локомотив. Ставилась аналогичная задача: обслуживать электрифицированные участки с заездом на некоторые неэлектрифицированные станционные пути.
В обоих случаях для такого локомотива требуется автономная силовая установка мощностью не более 1000 — 1500 кВт. Также небольшие автономные электро
станции предусмотрены на некоторых современных электровозах. Для магистрального тепловоза требуются силовые установки значительно большей суммарной мощности. Поэтому целесообразность и техническая возможность создания локомотива, который предлагает автор письма, по меньшей мере, спорна.
Конечно, в принципе не исключена возможность, что где-то на горном участке потребуются локомотив повышенной мощности и введение электрического тормоза на уклоне. Но в этом случае удобнее применить подталкивание. Электровозы, постоянно работающие на перегоне с наиболее тяжелым профилем пути, будут подталкивать поезда, идущие на подъем, и осуществлять рекуперативное торможение на спуске.

Уместно вспомнить, что уже много лет на отечественные железные дороги поступают магистральные и маневровые тепловозы, у которых предусмотрен электродинамический тормоз. Здесь не требуются ни контактная сеть, ни дополнительные бустерные секции. Но даже такой вариант находит очень слабое применение. На большинстве тепловозов электрическое торможение не используется.
Прежде чем говорить о рекуперации, не стоит ли наладить применение хотя бы того, что есть? Конечно, реостатный тормоз не позволяет возвращать электроэнергию в сеть. Но он способствует снижению износа тормозных колодок и дает возможность поддерживать оптимальную скорость движения по спуску, что увеличивает пропускную способность участка.
Второй вопрос, заданный в письме нашего читателя, касается использования накопителей энергии. Такие накопители уже применяются на локомотивах, например, для облегчения пуска дизеля, а также в так называемых гибридных силовых установках. В частности, подобные накопители предусмотрены в конструкции перспективных газотурбовозов и на маневровом тепловозе ТЭМ9Н.
Однако, учитывая современный уровень развития накопителей, пока рано говорить о том, что их энергии хватит на трогание с места полновесного поезда, остановившегося на перегоне под нейтральной вставкой. К тому же, вероятность того, что локомотив остановится точно под нейтральной вставкой, расположенной на площадке, настолько мала, что специально для такого случая оборудовать электровозы столь мощными накопителями нецелесообразно.
Наконец, третий вопрос, затрагиваемый в письме, относится к теме сравнения эффективности различных видов общественного городского и пригодного транспорта. Монорельсовые транспортные системы, о которых пишет автор, существуют в разных странах довольно давно. Одна из них действует в Москве. Но решающей роли в перевозке пассажиров этот вид транспорта не играет. Основное преимущество монорельсовой дороги состоит в том, что, будучи поднятой на опоры, она не занимает место на проезжей части улицы.

Однако реально получается, что для достижения достаточной пропускной способности необходимо будет увеличивать массу и скорость поездов. При этом придется повышать прочность несущих конструкций, в результате чего вырастут их масса, габариты и стоимость. Это практически сведет к нулю преимущества данного вида транспорта.
Зато остаются недостатки. Главный из них заключается в трудности создания устройств разветвления линий. Стрелочные переводы монорельсовых систем громоздки и действуют неоперативно. Это препятствует развитию транспортных сетей, что для общественного транспорта совершенно необходимо. Кроме того, конструкции монорельсовых транспортных систем ухудшают внешний вид города. В связи с этим монорельсовые транспортные системы, в том числе и московская, часто имеют больше экскурсионное, чем транспортное значение.