О бласть применения газотурбовозов
Газотурбовозы наиболее эффективны на следующих видах работы, по сравнению с тепловозами:
- проводка составов повышенной массы;
- работа на участках с тяжелым профилем пути;
- обслуживание северных железнодорожных магистралей, эксплуатация на новых перспективных железных дорогах БАМ-Север;
- взаимодействие в сети путей сообщения с современными мощными электровозами без расформирования составов;
- ускоренная проводка литерных составов на большие расстояния до 2500 км без дозаправки топливом, а в тендерном исполнении до 10000 км. По сравнению с электровозами;
- высокая автономность и способность работы в любых метеоусловиях;
- эксплуатация в прибрежных районах с высокой вероятностью обледенения и обмерзания токопровода (особенно Ленинградская область и Дальний Восток);
- снижение массы локомотива по сравнению с электровозом позволяющее осуществлять проводку пассажирских (скоростных) поездов по линейным грузовым магистралям;
- использование на новых скоростных магистралях, что обеспечивает удешевление и ускорение строительства и ускорение окупаемости дороги.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОТУРБОВОЗОВ
Передача на газотурбовозе
Другая принципиально важная задача в проектировании газотурбовоза — выбор типа передачи мощности от газотурбинного двигателя к колесным парам локомотива. Возможно применение всех типов передач — механической бесступенчатой, гидромеханической и электрической: переменно-постоянного, переменно-переменного тока с преобразователем частоты и переменно-переменного (рис. 4).
|
|
|
Рис. 4. Схема ГТД с электрической передачей переменно- переменного тока
К — компрессор; Per — регенератор; Кс — камера сгорания; Т — турбина; Р - редуктор; СГ — синхронный тяговый генератор; ВГ — вспомогательный генератор; Пр — преобразователь частот; 1 —6 —асинхронные тяговые двигатели
Использование механической бесступенчатой и электрической передач постоянно-переменного тока требует, чтобы в составе газотурбинного двигателя была применена свободная тяговая турбина, т.е. агрегат, связанный с турбокомпрессором только газовой связью. Изменение крутящего момента на валу тяговой турбины полностью соответствует условиям тяги, что в свое время привлекло внимание ряда фирм, которые построили газотурбовозы с механической бесступенчатой передачей.
Внедрение электрической передачи переменно-переменного тока без преобразователей частоты — задача сложная, так как придется создавать специальный асинхронный тяговый двигатель с большим коэффициентом скольжения. Для этого надо будет проводить специальные теоретические и стендовые исследования.
|
|
|
Конструкция газотурбовоза
На железных дорогах России имеется ряд участков, где стыкуется электрическая и тепловозная тяга. Так как современные и перспективные тепловозы имеют мощность ниже, чем у электровозов, то приводимые электровозами составы приходится расформировывать и вывозить тепловозами по частям. Это экономически невыгодно. Необходим автономный локомотив, способный принять состав массой 6 тыс. т от электровоза и без переформирования доставить его до места назначения, обладающий параметрами по экономичности и надежности, которые не уступают тепловозу.
Таким локомотивом может стать газотурбовоз. Изготавливая его, желательно применить оборудование уже эксплуатируемых локомотивов. В том числе необходимо использовать электрическую передачу переменно-постоянного тока, как наиболее освоенную отечественной промышленностью.
Специалистами ВНИКТИ (г. Коломна) была проверена возможность компоновки оборудования газотурбовоза в кузовах электровозов: постоянного тока ВЛ10 и ВЛ15, а также переменного ВЛ60К и ВЛ80. Длина секции кузова электровозов ВЛ10 и ВЛ80 по автосцепкам составляет 16400 мм и недостаточна для размещения всего оборудования, кузова ВЛ60К — 20800 мм, а секции ВЛ15 — 22500. Тяговые двигатели электровоза ВЛ60К имеют мощность в длительном режиме 675 кВт, а ВЛ15 — 700. Наиболее подходящим является экипаж локомотива ВЛ15.
|
|
|
На газотурбовозе можно применить ряд узлов тепловоза 2ТЭ25, который разрабатывается ОАО «БМЗ» совместно с ВНИКТИ. Это следующее оборудование: кабина управления с унифицированным пультом и виброзащищенными креслами, микропроцессорная система управления и диагностики, блоки реостатного и тормозного оборудования, аппаратные камеры, вспомогательные преобразователи, блок тормозного компрессора, установки пожаротушения, водомасляные теплообменники, блоки фильтрации воздуха, поступающего для охлаждения тяговых двигателей. Осевые мотор-вентиляторы, нагнетающие воздух для охлаждения тяговых двигателей, — с электровоза ЭП200, вспомогательный дизель-генератор — завода «Звезда». То есть все оборудование, кроме газотурбинного двигателя и тягового генераторного агрегата, будет проверено на тепловозе, в настоящее время изготавливаемом ОАО «БМЗ».
Может вызвать вопрос необходимость установки вспомогательного дизель-генератора. Опыт эксплуатации отечественных газотурбовозов показал необходимость наличия такой установки. Она необходима для выполнения маневровых работ и подачи локомотива под состав, а также для запуска газотурбинного двигателя.
|
|
|
Если двигатель будет выполнен на подшипниках скольжения с масляным охлаждением, то после его выключения требуется прокачка масла через подшипники и медленное прокручивание ротора до полного остывания силового оборудования. Этот процесс может составлять 1 — 1,5 ч. Технология остановки ГТД должна быть проверена экспериментально. Применение вспомогательного дизель-генератора снизит расход топлива на газотурбинном двигателе, так как это позволит отключать его при длительных стоянках.
Сложная техническая задача — создание тягового и вспомогательного генераторов, установленных на одном валу. Кроме того, предстоит разработать систему регазификации (подготовки газа с температурой -162 °С до необходимых плюсовых температур и его давления перед подачей в камеру сгорания).
Специалистами ВНИКТИ определены основные требования, которые предъявляются к газотурбинному двигателю, устанавливаемому на экспериментальный газотурбовоз: мощность- 10000 кВт, КПД-40%, ресурс до капитального ремонта- 100 тыс. ч, расход топлива без нагрузки от расхода на полной мощности не более- 5%. На первом опытном образце предлагается установить освоенный промышленностью ГТД с КПД 26-27 %.
Расход топлива
В качестве топлива для газотурбовоза предполагается применить природный сжиженный или сжатый газ. Наиболее целесообразно использовать сжиженный, так как в этом случае не придется разрабатывать специальный тендер, а использовать цистерны, приспособленные под перевозку такого газа.
При этом пробег между заправками газотурбовоза будет в 2 раза больше пробега тепловоза. Только в данном случае всю необходимую аппаратуру для подготовки газа перед подачей в ГТД необходимо будет разместить на газотурбовозе. Постройка пилотного образца газотурбовоза позволит получить необходимые эксплуатационные данные и дать дорогу новому, более совершенному виду локомотива для железных дорог России.
Что касается расхода топлива при промежуточных режимах работы тепловоза и газодизеля, то, как следует из расходных характеристик (рис. 6), полученных при работе по дизельному и газодизельному циклам - удельный расход топлива при работе на природном газе с подачей запальной порции дизельного топлива почти на всех режимах ниже, чем при работе на дизельном топливе.
Удельный расход топлива ge при работе в дизельном (1) и газодизельном (2) циклах, приведенный к условиям ТЗ по ИСО 3046/1 – 86 в зависимости от режима работы газодизеля (Ne, nk)
Рис.5
Запас газа в тендерной секции составляет 17 тонн, что обеспечивает пробеги газотепловоза в 1,3-1,5 раза больше, чем у серийных тепловозов.
По проблеме применения природного газа на тепловозах реализуется программа доводки газовых двигателей, газового оборудования и систем безопасность.
Предварителные ТЭО внедрения газотепловозов на ряде железных дорог России при учете затрат и ценообразовании, сложившимся для рыночной экономики, а также государственном регулировании цены на газомоторное топливо в пределах 50% от стоимости дизельного, говорят о возможности окупаемости затрат на это мероприятие в течение 3-6 лет.
Программой ОАО «РЖД» предусматривается разработка, создание и эксплуатация в 2005 - 2007 годах опытной партии маневровых газотепловозов серий ЧМЭЗГ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Газификация автономной тяги позволит резко снизить годовое потребление дизельного топлива (практически на 25 – 30 %, т. е. на 0,9 млн. т) к 2020 г. при планомерной реализации программы по использованию сжиженного и сжатого природного газа в качестве моторного топлива для тепловозов, разрабатываемой совместно ОАО «РЖД», ОАО «Газпром» и администрацией Свердловской области. Реализация программы должна быть начата с внедрения сжатого природного газа, так как при этом меньше затраты на инфраструктуру; затем по мере накопления опыта работы с газомоторным топливом будет решен вопрос о широком применении сжиженного газа. Характерно, что на сегодня индекс энергоэкономической эффективности перевозок на газе даже при предполагаемом двукратном повышении цены на газ приближается к единице, т.е. энергетическая составляющая перевозок на газе будет почти такой же, как на электрической тяге.
Применение газотурбинной тяги позволит решить проблему согласования тяговых характеристик автономного и электрического тягового состава по осевой мощности, секционной мощности, скоростным характеристикам и унификации экипажа.
Изменится характер обслуживания и ремонта. Модульность конструкции, малые габариты и вес ГТД, доступность для осмотра, контроля и диагностики позволяют эксплуатировать двигатель по состоянию и сократить эксплуатационные расходы.
Возможность замены двигателя и его узлов двумя мотористами за 30 мин. повышает эксплуатационную готовность и надежность локомотивов, сокращает сроки окупаемости локомотива, позволяет проводить регламентные работы на двигателе, как в составе локомотива, так и на стенде в депо.
Существенно улучшается экологическая обстановка на линии и особенно в районе станции, так как ГТД хорошо согласуется с накопителями энергии, что позволяет стабилизировать режим работы двигателя в период отправления и прибытия поезда.
Непрерывность газодинамического процесса в ГТД позволяет перейти к широкому использованию твердых топлив или водоугольных эмульсий [2].
Список источников
1. Фофанов Г.А., Природный газ – моторное топливо для тепловозов. Вестник ВНИИЖТ – 2002, №4, стр. 15 - 18
2. Коссов Е.Е., Перец В.В., Перспективы применения газотурбинных двигателей на тяговом подвижном составе. Вестник ВНИИЖТ – 2000, №5, стр. 16 - 19
3. Калугин С.П., Перспективы применения на тепловозах альтернативных видов двигателей. Локомотив – 2000, №5, стр. 36 – 37
4. Бартош Е.Т., Газотурбовозы и турбопоезда. М., «Транспорт», 1978. 311 с.
5. Коссов В.С., Нестеров Э.И., Газотурбинная тяга: история и перспективы. Локомотив – 2005, №3, стр. 39-41
6. Коссов В.С., Нестеров Э.И., Газотурбинная тяга: история и перспективы. Локомотив – 2005, №4, стр. 37-40
7. Коссов В.С., Нестеров Э.И., Газотурбинная тяга: история и перспективы. Локомотив – 2005, №5, стр. 37-40
9. Седых А.Д., Роднянский В.М., Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива. Газовая промышленность – 1999, №10, стр. 8-9
10. Кириллов Н.Г., Сжиженный природный газ – универсальный энергоноситель XXI века: новые технологии производства. Индустрия – 2002, №3 (29), стр. 113- 118
11. Кириллов Н.Г., Сжиженный природный газ: социальные, экологические и энергетические аспекты применения на транспорте. Индустрия – 2001, №4(26), стр. 59-63
12. Коссов Е.Е., Перспективы применения газотурбинных двигателей с использованием альтернативных топлив на железнодорожном транспорте. Конверсия в машиностроении – 2001, №1, стр. 43-46
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!