[06-2005] Перспективы автономной тяги

[poster444]

Перспективы автономной тяги

Чтобы успешно удовлетворять рыночный спрос на перевозки, требуется, в частности для тепловозной тяги, обеспечить потребный инвентарный парк Компании, улучшить эффективность эксплуатации подвижного состава, снизить себестоимость грузоперевозок. Должна быть повышена не менее чем на 9 % топливная экономичность, увеличены в 1,5 раза межремонтные пробеги тепловозов.

Для иллюстрации ожидаемого эффекта достаточно заметить, что экономия дизельного топлива только на тягу поездов всего лишь на 1 % равнозначна сбережению примерно 36 тыс. т этого энергоносителя. Уменьшение удельного эффективного расхода топлива с 204 до 191 г/(кВтч) позволит увеличить кпд дизеля с 41,2 до 44,4 %, а тепловоза — с 33,1 до 35,3 %.

Поставленные задачи реализуются по двум направлениям: создаются в соответствии с разработанным типажом новые локомотивы четвертого поколения, модернизируется существующий парк при капитальном ремонте с продлением срока службы тепловозов на 15 — 20 лет. Подготавливаемые к серийному выпуску магистральные и маневровые тепловозы предусматривается оборудовать более совершенными дизелями и системами поосного регулирования силы тяги.

Перспективные локомотивы должны обеспечить повышение производительности подвижного состава к 2010 г. на 16 — 21 %, сокращение трудоемкости технического обслуживания и текущих ремонтов в 2 раза. Для тепловозов нового поколения предусматриваются электрическая передача с асинхронным тяговым приводом, микропроцессорные системы управления и бортовые системы диагностики, в качестве силовой установки — усовершенствованные четырехтактные дизели.

Тенденция развития дизелестроения последних десятилетий показывает, что двигатели нового поколения для магистральных тепловозов должны отвечать следующим требованиям (табл. 1): цилиндровая мощность — 250 — 300 кВт, удельный эффективный расход топлива при нормальных атмосферных условиях в диапазоне 0,6 — 1 полной мощности — не более 191 г/(кВт-ч), что фактически означает расширение зоны работы с номинальным удельным расходом топлива. Расход топлива на холостом ходу должен быть не более 1,2 % от его расхода на режиме полной мощности. Суммарный расход масла в межремонтные периоды — не более 0,4 % от расхода топлива. Назначенный ресурс дизеля до среднего и капитального ремонтов — не менее 750 и 3000 тыс. км пробега тепловоза соответственно.

В последние годы за рубежом поэтапно вводятся ограничения к эмиссии вредных веществ в отработавших газах тепловозных дизелей. Директивой ЕС 97/68 и стандартом UIC-624 Европейского международного союза железных дорог (членом которого является Россия) предусмотрено ужесточение нормативов на вредные выбросы дизелями железнодорожного транспорта. Эти ограничения подлежат учету российскими стандартами по экологии. В связи с этим выдвигаются требования к характеристикам тепловозных дизелей по выбросам вредных веществ, которые приведены в табл. 2.

Приведенные технико-экономические показатели дизелей можно достичь за счет их форсирования по среднему эффективному давлению до 20 — 22 кгс/см2 с разработкой и внедрением систем регулируемого турбонаддува (что позволит сэкономить от 3 до 5 % топлива), а также электронной системы управления топливоподачей. Чтобы обеспечить оптимальное охлаждение наддувочного воздуха, для масляной системы требуется установка терморегулятора.

Должна быть обеспечена возможность применения охлаждающей воды и дизельного масла при температурах более 100 °С, давление впрыска топлива до 1500 кгс/см2 и более. Предусматривается использование устройств, которые позволяют преодолеть отрицательную корреляцию между расходом топлива и эмиссией выхлопных газов (например, устройства электромагнитной обработки топлива). Внедряются системы прогрева дизелей, снижающие расход топлива при горячем отстое примерно на 10 %.

Компоновка дизеля нового поколения должна соответствовать специфике его применения на тепловозах. Не- охлаждаемые выпускные коллекторы целесообразно располагать в развале цилиндров, привод газораспределения каждого ряда цилиндров осуществлять от своего распределительного вала. Прорабатывается использование фланцевого крепления главного генератора к дизелю. Предусматривается возможность расположения турбокомпрессоров как со стороны главного генератора, так и с противоположной стороны. Это позволит оптимально скомпоновать воздуховоды для подачи воздуха в дизель и на охлаждение тяговых агрегатов через единый блок фильтрации.

Прогнозируемое снижение к 2020 г. годового потребления дизельного топлива на 25 — 30 % требует планомерной реализации разрабатываемого проекта совместной программы ОАО «РЖД» и ОАО «Газпром» по использованию сжиженного и сжатого природного газа в качестве моторного топлива для тепловозов. На основании анализа полигонов тепловозной тяги и расположения сети газопроводов имеется реальная возможность осуществить проект на 12 железных до.рогах с эксплуатируемым парком в 1,5 тыс. магистральных и 2 тыс. маневровых тепловозов. Эксплуатационные затраты на топливо снижаются при этом почти на 50 %, экологические показатели улучшаются в 2 раза.

В настоящее время специалисты ОАО «РЖД» приступили к созданию газотурбовоза с газотурбинным двигателем мощностью 8300 кВт, работающим на сжиженном метане. На локомотиве данного типа будет применена оригинальная система подготовки газа, которая не имеет аналогов в мире. При этом сберегается место для бортового оборудования. Использование газотурбовозов на участках Северной дороги позволит увеличить весовую норму поезда с 4400 до 6000 т, снизить затраты на топливо по сравнению с трехсекционными тепловозами типа ТЭ10 до 40 %.

Ученые и специалисты активно работают над созданием маневровых газотепловозов, использующих сжатый газ. На магистральных тепловозах более перспективно применение сжиженного газа, обеспечивающего должный запас хода локомотива. При этом требуется создать соответствующую инфраструктуру получения сжиженного метана и заправки им криогенных тендеров локомотивов данного типа. Для производства газотепловозов с топливом в виде жидкого метана необходимо построить стенды с системой подачи криогенного топлива, системой подготовки газа и отработать на них рабочий процесс газодизелей и газовых двигателей.

Еще одно направление оздоровления локомотивного парка — модернизация имеющихся в эксплуатации тепловозов с продлением их срока службы на 15 — 20 лет способом ремоторизации. На магистральных тепловозах типа 2ТЭ10 замена устаревших двухтактных дизелей 10Д 100 на дизели 1А-5Д49 (исп. 3) позволила получить экономию топлива на 10 %. При этом расход масла сократился в 2 раза, выбросы вредных веществ уменьшились на 45 %, ресурс до капитального ремонта увеличился примерно в
2,5 раза (табл. 3 и 4).

При проведении модернизации магистральных тепловозов 2ТЭ116 устанавливается усовершенствованный дизель- генератор 1А-9ДГ (исп. 2-01). Особенность этой силовой установки состоит в том, что в ней применены подшипники коленчатого вала, которые имеют повышенную несущую способность (за счет увеличения содержания свинца в бронзе и олова в трехкомпонентном покрытии), поршень с повышенной степенью сжатия, а также крышки цилиндров из чугуна, легированного медью.

Другие новинки для дизеля — топливные насосы высокого давления с увеличенной средней скоростью плунжера, оптимизированные фазы газораспределения, турбокомпрессор, располагающий повышенным кпд, терморегулятор, самоочищающийся фильтр в масляной системе, резинотехнические изделия из фтористых и силиконовых смесей.

На магистральных тепловозах типа 2М62 в рамках модернизации двухтактный дизель 12ДН23/30 заменяют более совершенным четырехтактным дизелем 12ЧН26/26, что позволяет уменьшить расход топлива в эксплуатации в среднем на 14 %, а расход масла — в 2 раза. При этом снижается эмиссия вредных веществ на 35 %, повышается ресурс до капитального ремонта в 1,5 раза.

На тепловозах типа ТЭМ2 до 1988 г. устанавливались дизели ПД1М, а с 1988 г. — дизели типа 1-ПД4А. Характеристики этих дизелей по расходу топлива, особенно ПД1М, не удовлетворяют современным требованиям. В связи с этим при разработке конструкторской документации на модернизацию тепловоза ТЭМ2 предусмотрена установка современного дизеля 1-ПД4Д производства ОАО «Пенздизельмаш».

Замена дизеля 1-ПД4Д позволяет снизить расход топлива в эксплуатации на 10 %, масла — на 25 %, увеличить ресурсы до первой переборки и до капитального ремонта, соответственно, в 1,2 и 1,5 раза. Существенное преимущество дизеля 1-ПД4Д состоит также в том, что он укомплектован водомасляным холодильником и вторым водяным насосом. Данное техническое решение позволяет отказаться от масловоздушных секций радиатора и перейти на двухконтурную систему охлаждения с более глубоким охлаждением наддувочного воздуха.

При этом достигается эффект не только по расходу топлива, но и по снижению эмиссии оксидов азота. В масляную систему дизеля устанавливается полнопоточный фильтр тонкой очистки масла с тонкостью фильтрации 35 — 40 мкм и терморегулятор. Последний также обеспечивает снижение расхода топлива.

Эксплуатация первой партии тепловозов ТЭМ2 с дизелями 1-ПД4Д показала необходимость повышения качества изготовления отдельных узлов дизеля (выхлопных коллекторов, турбокомпрессора ТК-30, форсунок, компрессионных колец поршня). Необходима система разветвленного сервисного обслуживания эксплуатируемых тепловозных дизелей, основанная на достоверном мониторинге их состояния.

Оснащение локомотивов усовершенствованными дизелями позволит сократить расход топлива на тягу поездов на 8 — 12 %. Затраты на техническое обслуживание и ремонт силовых установок уменьшатся на 15 — 20 %, производительность парка возрастет на 10 — 15 %. В целом представленные разработки могут обеспечить снижение стоимости жизненного цикла тепловозов нового поколения до 30 %.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin