Тема: [04-2022] Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе

**бабулер79** · 01.12.2022, 03:49

Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе

С.В. ТАНКЕЕВ, первый заместитель начальника службы технической политики Свердловской железной дороги — филиала ОАО «РЖД»,
Н.В. ГРАЧЕВ, заведующий лабораторией систем управления газовых локомотивов отдела тяговых и вспомогательных статических преобразователей АО «ВНИКТИ»,
МА. ЧЕРНЫШЕВ заведующий сектором сопровождения отдела газовых локомотивов АО «ВНИКТИ»

В данной статье рассмотрены вопросы использования компримированного природного газа в качестве моторного топлива для газомоторных локомотивов, работающих в маневровом и передаточно-вывозном движении на сети железных дорог России. Анализируются достоинства и недостатки использования компримированного и сжиженного природного газа как моторного топлива. Выполнен обзор зарубежного и отечественного опыта создания локомотивов, на которых в качестве моторного топлива используется компримированный природный газ. Предложено техническое решение для перевода газотепловоза ТЭМ19 на работу на компримированном природном газе. Предложены варианты организации комплексных пунктов экипировки газомоторной техники, работающей на компримированном и сжиженном природном газе на узловых станциях полигонов газомоторной тяги.

Природный газ — это многокомпонентная смесь углеводородных газов с преобладанием метана. В настоящее время в качестве моторного топлива он используется в одном из двух агрегатных состояний — сжатом (компримированном) или сжиженном.
Сжатый (компримированный) природный газ (КПГ, англ. CNG — compressed natural gas) — газообразная фаза, находящаяся под большим избыточным давлением. Его производят путем сжатия (компримирования) исходного природного газа в компрессорных установках до давления 20 ... 25 МПа (что приводит к сокращению его объема в 200 ... 250 раз), очистки от механических примесей и осушки для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива.
Хранение и транспортировка КПГ осуществляются в стальных или композитных баллонах высокого давления, которые имеют значительно меньшую массу.
Преимущества использования КПГ:

> меньшая стоимость;
> отсутствие необходимости фазового перехода перед подачей в силовую установку транспортного средства;
> меньшие требования по химическому составу;
> более простое конструктивное исполнение систем газоподготовки, газопо-дачи, внутренних и межсекционных газопроводов, элементы которых уже сегодня серийно выпускаются для газобаллонных автомобилей;
> менее сложный алгоритм подготовки к запуску и останову двигателя.

Основными недостатками данного вида газомоторного топлива считаются:

невозможность компактного размещения большего запаса на борту транспортного средства (в том числе на локомотиве);
большая масса резервуаров высокого давления, что в настоящее время значительно нивелируется путем применения баллонов высокого давления из композитных материалов;
меньшая надежность систем хранения из-за большего количества соединений между баллонами высокого давления.
Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG — liquefied natural gas) — жидкая фаза, находящаяся под атмосферным или незначительным избыточным давлением.

СПГ обладает следующими преимуществами:

возможность компактного размещения большего объема бортового запаса газа на ограниченном пространстве транспортного средства (в том числе на локомотиве) при одинаковом эквивалентном геометрическом объеме резервуаров (по сравнению с КПГ);
меньшее давление в бортовых сосудах при хранении (однако существует вероятность возникновения эффекта овердрафта при потере вакуума — вскипание СПГ при повышении уровня теплопритока, которое может привести к резкому повышению давления в бортовой криогенной емкости);
большая безопасность при хранении из-за использования двухоболочечных сосудов (преимущество весьма условно, так как при разрушении наружной оболочки и резком повышении температуры емкость необходимо очень быстро освободить во избежание того же овердрафта).

Ключевые слова: газ, двигатель внутреннего сгорания, сжиженный природный газ, компримированный природный газ, газопоршневой двигатель, газотепловоз, маневровое и передаточно-вывозное движение.
К недостаткам СПГ следует отнести:

более сложный технологический процесс производства и хранения данного продукта, необходимость большего набора технологического оборудования и значительно более высокого уровня энергозатрат (производится для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива путем охлаждения до сверхнизких температур -162 °C, или -111 К при атмосферном давлении, что приводит к сокращению его объема в 600 раз); при атмосферном давлении СПГ имеет плотность 450 кг/м3 (как следствие — более высокая стоимость продукта);
в процессе производства (кроме процедуры очистки от механических примесей) возникает необходимость дополнительного отделения различных химических примесей, содержащихся в ожижаемом природном газе с более высокой температурой замерзания, которые могут образовать пробки в системах хранения, газоподготовки и газопо-дачи газомоторных транспортных средств, что также ведет к его удорожанию;
хранение и транспортировка СПГ осуществляются в криогенных емкостях, имеющих гораздо более сложную, чем у баллона высокого давления конструкцию, массовое серийное производство которых в настоящее время в России не организовано (как правило, криогенная емкость состоит из внутреннего сосуда из нержавеющей стали и наружной оболочки из стали или алюминия, между которыми имеется термоизоляция с минимальным уровнем теплопроводности — вакуумная, экранно-вакуумная или полипропиленовая);
неизбежные потери продукта при перекачке.

Первые экспериментальные образцы автономного тягового подвижного состава, энергетические установки которого работали на природном газе, были ориентированы на применение КПГ. Довольно быстро железнодорожные компании, заинтересованные в этих разработках, пришли к выводу, что тепловозы, предназначенные для поездной работы на протяженных участках обслуживания, необходимо переводить на СПГ из-за его главного преимущества — возможности значительного увеличения бортового запаса газомоторного топлива и, следовательно, пробега локомотива без дозаправки. По этому пути пошли как отечественные, так и зарубежные разработчики, несмотря на то, что данный вид топлива имеет гораздо больше недостатков, чем преимуществ.
С 1986 по 2015 гг. по заказу МПС СССР, МПС России, ОАО «РЖД», а также американских железных дорог 1-го класса Burlington Northern (в 1995 г. Burlington Northern и Santa Fe объединились в единую компанию BNSF), Union Pacific Rail Road (UPRR) и 2-го класса Florida East Coast Railway (железная дорога восточного побережья Флориды, FECR), а также крупнейшего канадского железнодорожного оператора — Канадской Национальной железной дороги (Canadian National, CN) было модернизировано и создано вновь более десяти типов многосекционных магистральных тепловозов (типа 2ТЭ10Г, 2ТЭ116Г, SD 40-2, C41-8W, F59-PHI, SD70ACe, GECX #3000, ES44AC и их различные модификации) и односекционных маневровых (Morrison-Knudsen Rail Corporation, ТЭМ19), силовые установки которых могли работать как в битопливном режиме (сжиженный природный газ и дизельное топливо), так и на сжиженном природном газе. Емкость топливных криогенных баков, установленных на локомотивах, обеспечивала дальность пробега магистральных машин без дозаправки до 5000 км, а время работы маневровых локомотивов на станциях приблизилось к стандартным семи суткам.
Результаты их испытаний, опытной, а в дальнейшем и постоянной эксплуатации были обнадеживающими, но не всегда устраивали заказчиков (руководство железнодорожных ведомств). В ходе накопления опыта их промышленной (коммерческой) эксплуатации во многих случаях экономический эффект оказался ниже расчетного. Не на всех типах локомотивов удалось достичь заявленного уровня замещения дизельного топлива СПГ, стоимость которого также сильно зависела от конъюнктуры рынка.
Необходимость высокой степени очистки (во избежание образования пробок в газовых криогенных трубопроводах) также вела к удорожанию этого вида топлива. В США даже появилось понятие сверхчистого СПГ, производимого для нужд транспорта. Было учтено и увеличение цены магистрального тепловоза (за счет дополнительной стоимо
сти вагона-тендера — на одну-две тяговые секции необходим, как минимум, один вагон-тендер), а также увеличение трудоемкости и материалоемкости (и, соответственно, цены) технического обслуживания и ремонта газомоторных локомотивов.

Например, средняя цена 1 м3 нормального трубного природного газа при давлении 1 атм., поставляемого для газовых котельных на полигоне Свердловской дороги, составляет 5,2 руб. (без НДС). При этом 1 м3 нормального (регазифицирован-ного из СПГ) природного газа при давлении 1 атм. составляет 29,52 руб. (стоимость 1 кг СПГ — 20,64 руб. без НДС по договору с АО «Газпром» на 2021 г., плотность СПГ — 0,69 ... 0,7 кг/м3). Цена за 1 м3 нормального природного газа в трубном варианте в 5,7 раза ниже, чем за эквивалентный объем ре-газифицированного СПГ.
Кроме того, выяснилось, что во время заправки криогенных емкостей газомоторного локомотива (ГМЛ) и средств доставки в большинстве случаев появляются дополнительные потери, связанные с образованием паровой фазы СПГ при контакте с теплыми поверхностями трубопроводов, соединительных рукавов и запорной арматуры (рис. 1). Испарившийся газ невозможно вернуть обратно в транспортную емкость или стационарные емкости при заправке на стационарном пункте экипировки газомоторных локомотивов сжатым природным газом (ПЭ СПГ ГМЛ) для повторного использования. Сброс паровой фракции производится через безопасное дренажное устройство (свечу), что ведет к увеличению расходов из-за потери продукта (рис. 2), а также выполнению более жестких требований пожарной и экологической безопасности.
Проанализировав опыт, полученный в процессе эксплуатации ГМЛ железными дорогами 1-го класса США и Канадской Национальной железной дороги, руководство Чешских железных дорог, малых американских железнодорожных компаний посчитало, что вариант применения на локомотивах КПГ имеет ряд очевидных преимуществ, если изменить традиционный подход, согласно которому на локомотиве должен находиться недельный бортовой запас топлива. Логика их рассуждений была достаточно проста: особенность эксплуатации большинства маневровых локомотивов заключается в том, что во время работы они не удаляются на большие расстояния от станций своей постоянной дислокации. К тому же, в большинстве случаев они производят маневровые передвижения не более 25 ... 40 % от сменного бюджета времени. Все остальное время они простаивают в ожидании обработки вагонов и готовности их к дальнейшему передвижению.

С учетом этих особенностей напрашивается вывод о том, что далеко не на всех маневровых локомотивах с их ограниченными возможностями по размещению больших объемов бортового запаса газомоторного топлива обязательно создавать многосуточный бортовой запас топлива. На большинстве железнодорожных станций (при соответствующей организации технологического процесса обработки составов) вполне достаточно иметь два-три сменных запаса, которые можно регулярно пополнять на пункте экипировки КПГ, оборудованном непосредственно на этих станциях во время технологических простоев маневровых тепловозов (например, в период запланированных технологических окон на станции, смены локомотивных бригад, технологических перерывов, связанных с режимом работы обслуживаемых грузовыми станциями предприятий и т.п.).
К такому выводу пришли в первом десятилетии XXI века железнодорожники Чехии и руководство совсем небольших американских железнодорожных компаний, таких как Napa Valley Wine Train и Indiana Harbor Belt Road (Индиана Харбор, IHBR), скромный локомотивный парк которых (не более 50 локомотивов) обслуживает весьма небольшую по протяженности региональную сеть основных и вспомогательных путей (не более 350 миль, 560 км). Именно они впервые успешно внедрили на своих полигонах обслуживания серийные маневровые тепловозы, работающие на КПГ, обеспечили их регулярную заправку непосредственно на станциях приписки и на территории локомотивных депо, где осуществляется их обслуживание.
В 2010 — 2011 гг. при финансовой поддержке Министерства промышленности и торговли Чешской Республики группой компаний VITKOVICE Doprava, a.s., CS LOKO, a.s., GVUT при участии Института транспорта были реализованы проекты по переводу маневровых тепловозов серий 714.8 (рис. 3,4), 703.8 (рис. 5) на газомоторное топливо (КПГ, англ. CNG). Пункты экипировки КПГ были организованы на путях обслуживающего локомотивного депо или непосредственно на железнодорожной станции, на которой эксплуатируются эти маневровые тепловозы (рис. 6 — 8).
Интерес представляет опыт реализации Программы перевода на КПГ всего приписного маневрового парка, реализованного небольшой американской железнодорожной компанией Indiana Harbor Belt Road, которая расположена в районе города Чикаго (США). Данная компания считается достаточно крупным в США оператором маневровых тепловозов. Она обслуживает более
160 клиентов, эксплуатирует более 350 миль (560 км) основных и вспомогательных путей, имеет в собственном парке 1400 вагонов, а также 46 маневровых тепловозов, работающих на дизельном топливе. Компания сотрудничает с другими владельцами маневровых локомотивов.

В 2013 г. компания начала реализацию Программы технического перевооружения собственного парка маневровых тепловозов, которой предусмотрено до 2020 г. перевести на КПГ 31 маневровый локомотив (70 % собственного парка). Это первый в США массовый перевод всего локомотивного парка отдельной железнодорожной компании на газомоторное топливо. Основой конструктивных решений инфраструктуры заправки и бортовой системы га-зоподготовки газомоторных локомотивов стали результаты работ GE, Oil & Gas и объединения экологически чистых видов топлива по реализации национального проекта «Природный газ для шоссе Америки», который обеспечил возможность огромным дальнобойным грузовикам пересекать североамериканский континент от
Атлантического до Тихого океана, заправляясь природным газом по всему маршруту.
На главной базе компании Indian Harbor Belt Railroad был создан стационарный ПЭ КПГ ПИЛ (рис. 9, 10). Его проектированием и строительством занималась компания Questar (штат Юта), применившая комплекс технологического оборудования производства ANGI Energy и компрессоров Ariel. Станция берет газ из трубопровода среднего (низкого) давления, сжимает его и обеспечивает заправку транспортного средства. В состав станции входят компрессорный агрегат, газовый аккумулятор высокого давления, распределительная панель, система управления получением и распределением КПГ и заправочные колонки. Автоматизированная заправочная газовая колонка ANGI обеспечивает возможность проведения заправки работнику локомотивной бригады без экипировщика.
Техническое решение обеспечивает возможность экипировки КПГ одновременно двух маневровых тепловозов и минимальное время заправки локомотива (полная заправка — не более 45 мин).

ПЭ организован в непосредственной близости (до 200 м) от основного локомотивного депо компании.
В 2016 г. компания American Motive Power в г. Дансвилль (Dansville штат Нью-Йорк) приступила к глубокой модернизации двух тепловозов серии SW1500s IHBR (рис. 11) с целью перевода их в битоплив-ный режим. Общий дизайн и сборку тепловоза осуществляла компания RJ Corman Railpower Locomotives LLC.
В ходе модернизации с локомотивов SW1500S было полностью демонтировано все бортовое оборудование, включая капот и кабину. На оставшуюся ходовую часть (раму тепловоза и тележки с тяговыми электродвигателями) был установлен новый комплект бортового оборудования в модульном исполнении (модульный принцип компоновки локомотива был разработан компанией OptiFuel Systems в 2011 г.). Силовая установка состоит из двух газодизелей Caterpillar С18 мощностью по 750 л.с. каждый.
Конфигурацией данного маневрового тепловоза не предусмотрена тендерная секция. Для хранения КПГ под давлением 33 МПа установлена вертикальная кассета с 11 композитными баллонами размером 26x100 дюймов (0,66x2,54 м) каждый (рис. 12). Запас газа (700 л в дизельном эквиваленте) обеспечивает работу тепловоза в течение двух — четырех смен.
Локомотивы после проведения модернизации могут работать как в газодизельном, так и в чисто дизельном режимах. Система управления газодизельным двигателем G-Volution обеспечивает высокую степень замещения газом дизельного топлива, поддерживает установленные параметры работы газодизельного двигателя (мощность и крутящий момент), автоматически переводит двигатель в дизельный режим при отсутствии КПГ, выполняет аварийный останов силовой установки при возникновении нестандартных ситуаций. Для снижения уровня расхода топлива и масла, а также вредных выбросов в атмосферу производит остановку двигателей при их переходе на холостой ход, что уменьшает степень износа деталей силовой установки и шума во время простоя локомотива.
В ноябре 2017 г. на полигон, обслуживаемый IHBR, поступили первые два бито-пливных тепловоза серии SW1500S № 1506, 1508. После проведенной глубокой модернизации им была присвоена серия RP15BDF (рис. 13). По результатам их опытной эксплуатации было переоборудовано еще 19 тепловозов серии SW1500S, а также проведена модернизация в газодизельные машины еще 10 локомотивов серии GP40-2S с присвоением им серии RP30BDF.
Реализованный при глубокой модернизации тепловозов SW1500S компании IHBR принцип модульной конфигурации имеет большие перспективы. Он позволяет на единой базовой платформе (рама локомотива, тележки с колесно-моторными блоками) проектировать тепловозы с различными техническими характеристиками: мощности, сцепного веса, бортового запаса топлива в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации, что дает производителям существенную экономию времени и средств при создании локомотива по индивидуальным требованиям различных заказчиков.
(Окончание следует)

01.12.2022, 03:49	#1 (ссылка)
бабулер79 V.I.P. Регистрация: 18.11.2022 Сообщений: 22 Поблагодарил: 0 раз(а) Поблагодарили 1 раз(а) Фотоальбомы: не добавлял Записей в дневнике: 37 Репутация: 0	Тема: [04-2022] Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе С.В. ТАНКЕЕВ, первый заместитель начальника службы технической политики Свердловской железной дороги — филиала ОАО «РЖД», Н.В. ГРАЧЕВ, заведующий лабораторией систем управления газовых локомотивов отдела тяговых и вспомогательных статических преобразователей АО «ВНИКТИ», МА. ЧЕРНЫШЕВ заведующий сектором сопровождения отдела газовых локомотивов АО «ВНИКТИ» В данной статье рассмотрены вопросы использования компримированного природного газа в качестве моторного топлива для газомоторных локомотивов, работающих в маневровом и передаточно-вывозном движении на сети железных дорог России. Анализируются достоинства и недостатки использования компримированного и сжиженного природного газа как моторного топлива. Выполнен обзор зарубежного и отечественного опыта создания локомотивов, на которых в качестве моторного топлива используется компримированный природный газ. Предложено техническое решение для перевода газотепловоза ТЭМ19 на работу на компримированном природном газе. Предложены варианты организации комплексных пунктов экипировки газомоторной техники, работающей на компримированном и сжиженном природном газе на узловых станциях полигонов газомоторной тяги. Природный газ — это многокомпонентная смесь углеводородных газов с преобладанием метана. В настоящее время в качестве моторного топлива он используется в одном из двух агрегатных состояний — сжатом (компримированном) или сжиженном. Сжатый (компримированный) природный газ (КПГ, англ. CNG — compressed natural gas) — газообразная фаза, находящаяся под большим избыточным давлением. Его производят путем сжатия (компримирования) исходного природного газа в компрессорных установках до давления 20 ... 25 МПа (что приводит к сокращению его объема в 200 ... 250 раз), очистки от механических примесей и осушки для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива. Хранение и транспортировка КПГ осуществляются в стальных или композитных баллонах высокого давления, которые имеют значительно меньшую массу. Преимущества использования КПГ: > меньшая стоимость; > отсутствие необходимости фазового перехода перед подачей в силовую установку транспортного средства; > меньшие требования по химическому составу; > более простое конструктивное исполнение систем газоподготовки, газопо-дачи, внутренних и межсекционных газопроводов, элементы которых уже сегодня серийно выпускаются для газобаллонных автомобилей; > менее сложный алгоритм подготовки к запуску и останову двигателя. Основными недостатками данного вида газомоторного топлива считаются: невозможность компактного размещения большего запаса на борту транспортного средства (в том числе на локомотиве); большая масса резервуаров высокого давления, что в настоящее время значительно нивелируется путем применения баллонов высокого давления из композитных материалов; меньшая надежность систем хранения из-за большего количества соединений между баллонами высокого давления. Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG — liquefied natural gas) — жидкая фаза, находящаяся под атмосферным или незначительным избыточным давлением. СПГ обладает следующими преимуществами: возможность компактного размещения большего объема бортового запаса газа на ограниченном пространстве транспортного средства (в том числе на локомотиве) при одинаковом эквивалентном геометрическом объеме резервуаров (по сравнению с КПГ); меньшее давление в бортовых сосудах при хранении (однако существует вероятность возникновения эффекта овердрафта при потере вакуума — вскипание СПГ при повышении уровня теплопритока, которое может привести к резкому повышению давления в бортовой криогенной емкости); большая безопасность при хранении из-за использования двухоболочечных сосудов (преимущество весьма условно, так как при разрушении наружной оболочки и резком повышении температуры емкость необходимо очень быстро освободить во избежание того же овердрафта). Ключевые слова: газ, двигатель внутреннего сгорания, сжиженный природный газ, компримированный природный газ, газопоршневой двигатель, газотепловоз, маневровое и передаточно-вывозное движение. К недостаткам СПГ следует отнести: более сложный технологический процесс производства и хранения данного продукта, необходимость большего набора технологического оборудования и значительно более высокого уровня энергозатрат (производится для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива путем охлаждения до сверхнизких температур -162 °C, или -111 К при атмосферном давлении, что приводит к сокращению его объема в 600 раз); при атмосферном давлении СПГ имеет плотность 450 кг/м3 (как следствие — более высокая стоимость продукта); в процессе производства (кроме процедуры очистки от механических примесей) возникает необходимость дополнительного отделения различных химических примесей, содержащихся в ожижаемом природном газе с более высокой температурой замерзания, которые могут образовать пробки в системах хранения, газоподготовки и газопо-дачи газомоторных транспортных средств, что также ведет к его удорожанию; хранение и транспортировка СПГ осуществляются в криогенных емкостях, имеющих гораздо более сложную, чем у баллона высокого давления конструкцию, массовое серийное производство которых в настоящее время в России не организовано (как правило, криогенная емкость состоит из внутреннего сосуда из нержавеющей стали и наружной оболочки из стали или алюминия, между которыми имеется термоизоляция с минимальным уровнем теплопроводности — вакуумная, экранно-вакуумная или полипропиленовая); неизбежные потери продукта при перекачке. Первые экспериментальные образцы автономного тягового подвижного состава, энергетические установки которого работали на природном газе, были ориентированы на применение КПГ. Довольно быстро железнодорожные компании, заинтересованные в этих разработках, пришли к выводу, что тепловозы, предназначенные для поездной работы на протяженных участках обслуживания, необходимо переводить на СПГ из-за его главного преимущества — возможности значительного увеличения бортового запаса газомоторного топлива и, следовательно, пробега локомотива без дозаправки. По этому пути пошли как отечественные, так и зарубежные разработчики, несмотря на то, что данный вид топлива имеет гораздо больше недостатков, чем преимуществ. С 1986 по 2015 гг. по заказу МПС СССР, МПС России, ОАО «РЖД», а также американских железных дорог 1-го класса Burlington Northern (в 1995 г. Burlington Northern и Santa Fe объединились в единую компанию BNSF), Union Pacific Rail Road (UPRR) и 2-го класса Florida East Coast Railway (железная дорога восточного побережья Флориды, FECR), а также крупнейшего канадского железнодорожного оператора — Канадской Национальной железной дороги (Canadian National, CN) было модернизировано и создано вновь более десяти типов многосекционных магистральных тепловозов (типа 2ТЭ10Г, 2ТЭ116Г, SD 40-2, C41-8W, F59-PHI, SD70ACe, GECX #3000, ES44AC и их различные модификации) и односекционных маневровых (Morrison-Knudsen Rail Corporation, ТЭМ19), силовые установки которых могли работать как в битопливном режиме (сжиженный природный газ и дизельное топливо), так и на сжиженном природном газе. Емкость топливных криогенных баков, установленных на локомотивах, обеспечивала дальность пробега магистральных машин без дозаправки до 5000 км, а время работы маневровых локомотивов на станциях приблизилось к стандартным семи суткам. Результаты их испытаний, опытной, а в дальнейшем и постоянной эксплуатации были обнадеживающими, но не всегда устраивали заказчиков (руководство железнодорожных ведомств). В ходе накопления опыта их промышленной (коммерческой) эксплуатации во многих случаях экономический эффект оказался ниже расчетного. Не на всех типах локомотивов удалось достичь заявленного уровня замещения дизельного топлива СПГ, стоимость которого также сильно зависела от конъюнктуры рынка. Необходимость высокой степени очистки (во избежание образования пробок в газовых криогенных трубопроводах) также вела к удорожанию этого вида топлива. В США даже появилось понятие сверхчистого СПГ, производимого для нужд транспорта. Было учтено и увеличение цены магистрального тепловоза (за счет дополнительной стоимо сти вагона-тендера — на одну-две тяговые секции необходим, как минимум, один вагон-тендер), а также увеличение трудоемкости и материалоемкости (и, соответственно, цены) технического обслуживания и ремонта газомоторных локомотивов. Например, средняя цена 1 м3 нормального трубного природного газа при давлении 1 атм., поставляемого для газовых котельных на полигоне Свердловской дороги, составляет 5,2 руб. (без НДС). При этом 1 м3 нормального (регазифицирован-ного из СПГ) природного газа при давлении 1 атм. составляет 29,52 руб. (стоимость 1 кг СПГ — 20,64 руб. без НДС по договору с АО «Газпром» на 2021 г., плотность СПГ — 0,69 ... 0,7 кг/м3). Цена за 1 м3 нормального природного газа в трубном варианте в 5,7 раза ниже, чем за эквивалентный объем ре-газифицированного СПГ. Кроме того, выяснилось, что во время заправки криогенных емкостей газомоторного локомотива (ГМЛ) и средств доставки в большинстве случаев появляются дополнительные потери, связанные с образованием паровой фазы СПГ при контакте с теплыми поверхностями трубопроводов, соединительных рукавов и запорной арматуры (рис. 1). Испарившийся газ невозможно вернуть обратно в транспортную емкость или стационарные емкости при заправке на стационарном пункте экипировки газомоторных локомотивов сжатым природным газом (ПЭ СПГ ГМЛ) для повторного использования. Сброс паровой фракции производится через безопасное дренажное устройство (свечу), что ведет к увеличению расходов из-за потери продукта (рис. 2), а также выполнению более жестких требований пожарной и экологической безопасности. Проанализировав опыт, полученный в процессе эксплуатации ГМЛ железными дорогами 1-го класса США и Канадской Национальной железной дороги, руководство Чешских железных дорог, малых американских железнодорожных компаний посчитало, что вариант применения на локомотивах КПГ имеет ряд очевидных преимуществ, если изменить традиционный подход, согласно которому на локомотиве должен находиться недельный бортовой запас топлива. Логика их рассуждений была достаточно проста: особенность эксплуатации большинства маневровых локомотивов заключается в том, что во время работы они не удаляются на большие расстояния от станций своей постоянной дислокации. К тому же, в большинстве случаев они производят маневровые передвижения не более 25 ... 40 % от сменного бюджета времени. Все остальное время они простаивают в ожидании обработки вагонов и готовности их к дальнейшему передвижению. С учетом этих особенностей напрашивается вывод о том, что далеко не на всех маневровых локомотивах с их ограниченными возможностями по размещению больших объемов бортового запаса газомоторного топлива обязательно создавать многосуточный бортовой запас топлива. На большинстве железнодорожных станций (при соответствующей организации технологического процесса обработки составов) вполне достаточно иметь два-три сменных запаса, которые можно регулярно пополнять на пункте экипировки КПГ, оборудованном непосредственно на этих станциях во время технологических простоев маневровых тепловозов (например, в период запланированных технологических окон на станции, смены локомотивных бригад, технологических перерывов, связанных с режимом работы обслуживаемых грузовыми станциями предприятий и т.п.). К такому выводу пришли в первом десятилетии XXI века железнодорожники Чехии и руководство совсем небольших американских железнодорожных компаний, таких как Napa Valley Wine Train и Indiana Harbor Belt Road (Индиана Харбор, IHBR), скромный локомотивный парк которых (не более 50 локомотивов) обслуживает весьма небольшую по протяженности региональную сеть основных и вспомогательных путей (не более 350 миль, 560 км). Именно они впервые успешно внедрили на своих полигонах обслуживания серийные маневровые тепловозы, работающие на КПГ, обеспечили их регулярную заправку непосредственно на станциях приписки и на территории локомотивных депо, где осуществляется их обслуживание. В 2010 — 2011 гг. при финансовой поддержке Министерства промышленности и торговли Чешской Республики группой компаний VITKOVICE Doprava, a.s., CS LOKO, a.s., GVUT при участии Института транспорта были реализованы проекты по переводу маневровых тепловозов серий 714.8 (рис. 3,4), 703.8 (рис. 5) на газомоторное топливо (КПГ, англ. CNG). Пункты экипировки КПГ были организованы на путях обслуживающего локомотивного депо или непосредственно на железнодорожной станции, на которой эксплуатируются эти маневровые тепловозы (рис. 6 — 8). Интерес представляет опыт реализации Программы перевода на КПГ всего приписного маневрового парка, реализованного небольшой американской железнодорожной компанией Indiana Harbor Belt Road, которая расположена в районе города Чикаго (США). Данная компания считается достаточно крупным в США оператором маневровых тепловозов. Она обслуживает более 160 клиентов, эксплуатирует более 350 миль (560 км) основных и вспомогательных путей, имеет в собственном парке 1400 вагонов, а также 46 маневровых тепловозов, работающих на дизельном топливе. Компания сотрудничает с другими владельцами маневровых локомотивов. В 2013 г. компания начала реализацию Программы технического перевооружения собственного парка маневровых тепловозов, которой предусмотрено до 2020 г. перевести на КПГ 31 маневровый локомотив (70 % собственного парка). Это первый в США массовый перевод всего локомотивного парка отдельной железнодорожной компании на газомоторное топливо. Основой конструктивных решений инфраструктуры заправки и бортовой системы га-зоподготовки газомоторных локомотивов стали результаты работ GE, Oil & Gas и объединения экологически чистых видов топлива по реализации национального проекта «Природный газ для шоссе Америки», который обеспечил возможность огромным дальнобойным грузовикам пересекать североамериканский континент от Атлантического до Тихого океана, заправляясь природным газом по всему маршруту. На главной базе компании Indian Harbor Belt Railroad был создан стационарный ПЭ КПГ ПИЛ (рис. 9, 10). Его проектированием и строительством занималась компания Questar (штат Юта), применившая комплекс технологического оборудования производства ANGI Energy и компрессоров Ariel. Станция берет газ из трубопровода среднего (низкого) давления, сжимает его и обеспечивает заправку транспортного средства. В состав станции входят компрессорный агрегат, газовый аккумулятор высокого давления, распределительная панель, система управления получением и распределением КПГ и заправочные колонки. Автоматизированная заправочная газовая колонка ANGI обеспечивает возможность проведения заправки работнику локомотивной бригады без экипировщика. Техническое решение обеспечивает возможность экипировки КПГ одновременно двух маневровых тепловозов и минимальное время заправки локомотива (полная заправка — не более 45 мин). ПЭ организован в непосредственной близости (до 200 м) от основного локомотивного депо компании. В 2016 г. компания American Motive Power в г. Дансвилль (Dansville штат Нью-Йорк) приступила к глубокой модернизации двух тепловозов серии SW1500s IHBR (рис. 11) с целью перевода их в битоплив-ный режим. Общий дизайн и сборку тепловоза осуществляла компания RJ Corman Railpower Locomotives LLC. В ходе модернизации с локомотивов SW1500S было полностью демонтировано все бортовое оборудование, включая капот и кабину. На оставшуюся ходовую часть (раму тепловоза и тележки с тяговыми электродвигателями) был установлен новый комплект бортового оборудования в модульном исполнении (модульный принцип компоновки локомотива был разработан компанией OptiFuel Systems в 2011 г.). Силовая установка состоит из двух газодизелей Caterpillar С18 мощностью по 750 л.с. каждый. Конфигурацией данного маневрового тепловоза не предусмотрена тендерная секция. Для хранения КПГ под давлением 33 МПа установлена вертикальная кассета с 11 композитными баллонами размером 26x100 дюймов (0,66x2,54 м) каждый (рис. 12). Запас газа (700 л в дизельном эквиваленте) обеспечивает работу тепловоза в течение двух — четырех смен. Локомотивы после проведения модернизации могут работать как в газодизельном, так и в чисто дизельном режимах. Система управления газодизельным двигателем G-Volution обеспечивает высокую степень замещения газом дизельного топлива, поддерживает установленные параметры работы газодизельного двигателя (мощность и крутящий момент), автоматически переводит двигатель в дизельный режим при отсутствии КПГ, выполняет аварийный останов силовой установки при возникновении нестандартных ситуаций. Для снижения уровня расхода топлива и масла, а также вредных выбросов в атмосферу производит остановку двигателей при их переходе на холостой ход, что уменьшает степень износа деталей силовой установки и шума во время простоя локомотива. В ноябре 2017 г. на полигон, обслуживаемый IHBR, поступили первые два бито-пливных тепловоза серии SW1500S № 1506, 1508. После проведенной глубокой модернизации им была присвоена серия RP15BDF (рис. 13). По результатам их опытной эксплуатации было переоборудовано еще 19 тепловозов серии SW1500S, а также проведена модернизация в газодизельные машины еще 10 локомотивов серии GP40-2S с присвоением им серии RP30BDF. Реализованный при глубокой модернизации тепловозов SW1500S компании IHBR принцип модульной конфигурации имеет большие перспективы. Он позволяет на единой базовой платформе (рама локомотива, тележки с колесно-моторными блоками) проектировать тепловозы с различными техническими характеристиками: мощности, сцепного веса, бортового запаса топлива в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации, что дает производителям существенную экономию времени и средств при создании локомотива по индивидуальным требованиям различных заказчиков. (Окончание следует)
	Цитировать 0