Анонимный

Современный энергоэффективный и экологически безопасный маневровый тепловоз Белорусской железной дороги

8 октября

К 60-летию Белорусского государственного университета транспорта

Одним из основных направлений энергосбережения и повышения энергоэффективности в локомотивном хозяйстве и на железной дороге в целом следует признать использование локомотивов, параметры которых соответствуют конкретным условиям эксплуатации.

Важным резервом сокращения расхода светлых нефтепродуктов является оптимизация маневровой работы на железнодорожных станциях. При этом на маневровую работу на станциях затрачивается около 20% всего дизельного топлива, потребляемого железнодорожным транспортом на перевозку пассажиров и грузов…

…При этом для выполнения маневровой работы в настоящее время используются мощные маневровые локомотивы ЧМЭЗ мощностью 990 кВт, которые эксплуатируются еще с советских времен и составляют превалирующую часть маневрового парка Белорусской железной дороги. Однако известно, что использование мощных тепловозов на частичных режимах ведет к значительному перерасходу дизельного топлива.

Поэтому сократить потребление дизельного топлива в маневровой работе возможно за счет замены мощных маневровых тепловозов на ряде железнодорожных станций на тепловозы с дизелями сравнительно небольшой мощности, необходимой для маневров (300-350 кВт, как показывают тяговые расчеты). Кроме того, тепловозный дизель при простое локомотива не должен прогреваться путем работы на холостом ходу, а должен запускаться в холодном состоянии даже при отрицательных температурах (в этом случае в качестве охлаждающей жидкости применяется водный раствор этиленгликоля, т. е. антифриз). Тепловозный дизель должен иметь очень небольшой часовой расход топлива на холостом режиме. И, наконец, дизель тепловоза должен характеризоваться высоким КПД, а значит, небольшим значением удельного эффективного расхода топлива.

Выбросы. Экология

В настоящее время к дизелям транспортных средств (особенно работающих в городе) предъявляются серьезные экологические требования…

…Нашим государством разрабатываются законодательные акты с целью снижения токсичности продуктов сгорания. Но, как показывает анализ экологических показателей дизельных двигателей внутреннего сгорания, большинство двигателей, установленных на маневровых тепловозах, не удовлетворяют требованиям европейских норм по токсичности продуктов сгорания…

…Научно обоснованной концепции экологической чистоты двигателя внутреннего сгорания на данный момент не cyществует. В сложившейся ситуации логическим следствием является сокращение времени работы дизеля в эксплуатации и выбор менее токсичных режимов работы. Этот дополнительный эффект достигается эксплуатации установленного дизеля «Caterpillar».

Электрические машины. Типы

В настоящее время практически все маневровые тепловозы с передачей постоянного тока: генератор и тяговые двигатели — имеют электрические машины постоянного тока (исключение составляет очень небольшое количество белорусских тепловозов ТМЭ1 и ТМЭ2).

Анализ удельных параметров зарубежных тепловозов дает основание сделать вывод, что наилучшие показатели имеют тепловозы с передачей переменно-переменного тока (удельная и осевая сила тяги, коэффициент тяги, полезное использование мощности дизеля, диапазон рабочих скоростей). Синхронные генераторы и асинхронные двигатели, являясь бесколлекторными электрическими машинами, имеют известные преимущества: простота конструкции и надежность в работе, легкость в изготовлении, отсутствие механического контакта со статической частью машины, длительный срок службы, легкость обслуживания, высокий КПД (до 95-98%). Частота вращения и момент на валу асинхронного двигателя регулируются частотным преобразователем. Применение частотного регулирования в режиме частичных нагрузок позволяет значительно поднять КПД асинхронных двигателей. Тиристорные преобразователи частоты (инверторы) имеют высокий КПД (до 98-99%).

В результате применения передачи переменно-переменного тока на тепловозе величина энергосбережения в зависимости от режима и условий работы может составить до 20-30%.

В разработке проекта нового маломощного маневрового тепловоза опирались на вышеприведенные требования, предъявляемые к маневровым локомотивам, и потребность в этих тепловозах на железнодорожном транспорте и промышленных предприятиях. Указанным требованиям удовлетворяет маневровый тепловоз ТМЭЗ, который выпущен в 2013 году в локомотивном депо Лида совместно с чешской компанией CZ «Loko».

К основным техническим характеристикам тепловоза ТМЭЗ относятся:

• ширина колеи — 1520 мм;
• база — 5300 мм;
• общая длина — 10420 мм;
• диаметр колесной пары — 1050 мм;
• осевая формула — Во;
• нагрузка на ось — 23 т;
• масса —46 т;
• дизель Caterpillar — мощность 403 кВт;
• тяговый генератор переменного тока Siemens — типа 1FC2 401-4 В025;
• минимальный радиус прохождения кривой — 80 м (при v=5 км/ч);
• максимальная скорость — 60 км/ч;
• электрическая передача — АС/АС (переменно-переменного тока);
• максимальное тяговое усилие — 154 кН;
• постоянная сила тяги — 121 кН.

В конструкции локомотива реализованы следующие принципиальные инновационные приложения:

• модульное исполнение основного комплектующего оборудо­вания;
• автоматизация управления с применением многофункцио­нальной микропроцессорной системы управления, регулирования и диагностики;
• оптимизация условий труда машиниста (при обслуживании в одно лицо), а также технического обслуживания и ремонта.

Для тепловоза разработаны интеллектуальные пульты управления (основной и дополнительный) с собственными микропроцессорными устройствами.

Современному уровню и перспективным тенденциям соответствуют:

• центральная кабина управления с круговым обзором;
• система удаленного контроля, сбора и хранения информации АСК;
• система автоматического поддержания температуры воздуха в кабине машиниста;
• электронное управление уровнем освещения кабины машиниста.

Основное достоинство маневрового тепловоза ТМЭЗ — низкий расход дизельного топлива, особенно на холостом ходу.

На тепловозе ТМЭЗ применяются современные высокооборотные дизели «Caterpillar». Они имеют существенно меньший рабочий объем по сравнению с ранее используемыми дизелями. Применяемые быстроходные дизели расходуют на холостом 40% меньше топлива, чем среднеоборотные равной мощности.

Экономии топлива и дизельного масла способствует также применяемая на тепловозе ТМЭЗ электронная система управления двигателем (в комплексе с топливной системой высокого давления) позволяет добиться высокой приемистости и экономичности во всем диапазоне мощностей и частоты вращения коленчатого вала дизеля.

В качестве электрических машин (генератора германской ТНК «Siemens» и тяговых электродвигателей харьковского завода «Электротяжмаш») тепловоза ТМЭЗ используются высокоэффективные и надежные машины переменного тока. Тепловоз оборудован электрическим реостатным тормозом. Его тормозные реостаты позволяют нагружать собственный дизель и тем самым обойтись без дополнительного (дорогостоящего) звена в технологическом процессе проверки работы дизель-генераторной установки (ДГУ) тепловоза…

…В локомотивном депо Лида были проведены испытания тепловоза ТМЭЗ, путем нагрузки ДГУ на тормозные реостаты локомотива. Контроль параметров осуществлялся установленным на тепловозе оборудованием. При этом контролировались и фиксировались следующие параметры работы локомотива.

• Ток на тяговом генераторе.
• Напряжение на тяговом генераторе.
• Мощность на тяговом генераторе.
• Моментальный часовой расход топлива тепловозным двигателем.
• Загрузка двигателя по мощности.
• Температура топлива.

Данные снимались в режимах холостого хода, и режимах, соответствующих 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% и 100% от мощности локомотива. Значение этой мощности определялось по приборам тепловоза ТМЭЗ. Причем, эта мощность меньше мощности тепловозного дизеля, так как часть ее потребляется вентилятором охлаждающего устройства тепловоза, тормозным компрессором, кондиционером кабины машиниста, осветительными приборами и другими вспомогательными устройствами тепловоза.

Следовательно, это значение мощности, которое обеспечивается тепловозом при тяге поезда. Максимально зафиксированная мощность при 100% загрузки составила 320 кВт. Следует отметить, что при данных испытаниях не учитывались характеристики электрической передачи.

При проведении реостатных испытаний тепловозов ЧМЭЗ и испытаний тепловоза ТМЭЗ проводились измерения вредных веществ, выбрасываемых с отработанными газами дизеля. Данные измерения выполнялись по «Методике выполнения измерений концентраций и выбросов загрязняющих веществ, скорости газов, температуры, влажности, давления электронными переносными приборами МВИ. МН 1003-2007, Минск, «БелНИЦ «Экология».

Анализируя полученные данные при испытаниях тепловозов, эксплуатируемых на Белорусской железной дороге на маневрах, и нового маломощного двухосного тепловоза ТМЭЗ, сделаны следующие выводы. Тепловоз ТМЭЗ имеет наименьший часовой расход топлива при холостом режиме работы дизеля, более чем в два раза меньший по сравнению с тепловозом ЧМЭЗ. Удельный расход топлива локомотивом ТМЭЗ также меньше удельных расходов других локомотивов, эксплуатируемых на маневрах.

Экологические параметры маневрового локомотива ТМЭЗ соответствуют действующим нормативным документам РБ и значительно лучше экологических показателей эксплуатируемого в настоящее время маневрового локомотива ЧМЭЗ.

Статья дана с сокращениями

 

В. В. Балахонов, В. А. Мазец, С. А. Ольшевский,

Белорусская железная дорога

В. Я. Негрей, В. М. Овчинников, Е. В. Шкрабов

УО «Белорусский государственный университет транспорта

Энергоэффективность

2013, № 9

К списку новостей за 2013 год





Новость предоставлена пресс-службой Белорусской железной дороги