Локомотив. Локомотив №5 2022. Белорусская железная дорога постоянный участник выставки
 Скачать 5.8 Mb.
|
|
Конструкция ММСО предназначена для движения и перевозки многофункцио- нальных модулей на железнодорожных путях и автомобильных дорогах, а также выполнения маневрово-вывозной работы. Принцип эксплуатационной модели ММСО основан на том, что одну транспортную единицу, благодаря конструктивным доработкам (вари- ант компоновки модулей представлен на рис. 1), возможно использо- вать для выполнения следующих технологических операций: перевозки различных грузов и специализированных модулей, вы- полнения хозяйственных работ (путем установки на раму фитинговых креплений, передних бамперов, комбинированного хода); выполнения маневрово-вывозной работы при депо и на путях общего пользования (путем установки комбинированного хода, обору- дования автосцепными устройствами, устройствами управления тормо- зами и безопасности, а также устройствами АЛСН). Выбор базовой платформы для ММСО обусловлен следующими фак- торами: российской промышленностью освоено серийное производство необходимых грузовых автомобилей; колесная формула 8×8 обеспечивает максимальное тяговое уси- лие при сохранении массы до 32 т; габаритные размеры производимых грузовых автомобилей обе- спечивают вписывание в габарит 0-ВМ по ГОСТ 9238–2013. При разработке принципиальных конструктивных решений была принята основная концепция разработки: на единую базовую платфор- му (рис. 2) предусмотрена установка съемных модулей различного функ- ционального назначения. В их числе: модуль перевозки и заправки локомотивов дизельным топливом; модуль перевозки локомотивных бригад с системой автономно- го обогрева; модуль перевозки и заправки локомотивов сжиженным газом; модуль перевозки и заправки локомотивов горюче-смазочными материалами; модуль перевозки и заправки локомотивов охлаждающей жид- костью; модуль перевозки запасных частей. Исполнения модулей ограничены только геометрическими размера- ми и массой, фактически не ограничены по функциональности и могут быть разработаны под любые требования заказчика российскими маши- ностроителями на испытанных компонентах и материалах. Система комбинированного хода позволяет ММСО выполнять работу как на железнодорожном пути, так и на автомобильных дорогах общего пользования. Возможен вариант движения по пересеченной местности или бездорожью, чем и определен выбор базового шасси 8×8. При движении на железнодорожных путях в качестве движителя ис- пользуются шасси автомобиля, передающее усилие на колесную пару через передающий вал. Возможен вариант исполнения, при котором в качестве движителя используется гидростатическая тележка. Эксплуатация Управление транспортно-тяговым модулем должно производиться из кабины базового грузового автомобиля. Передвижение ММСО по дорогам общего пользования осуществляется в соответствии с общими требованиями для автомобильного транспорта (специальной техники в зависимости от установленного модуля) для каж- дого участка дороги с соблюдением установленного скоростного режима. При необходимости перехода с автомобильного хода на железнодорож- ную колею для возможности установки и подъема в случае использования ММСО с вариантом передачи тягового усилия через передающий вал пред- полагается использование технологических матов и устройства по принци- пу унифицированного накаточного башмака, перевозимых на самом ММСО. При использовании ММСО с гидростатическими тележками техноло- гия установки на железнодорожный путь определяется требованиями к тележке. Хранение модулей предусматривается в грузовом паркинге. При раз- мещении паркинга должны быть обеспечены возможность подъезда к паркингу со всех сторон, соответствующее освещение, охрана, сигнали- зация. Возможны варианты крытых, отапливаемых паркингов. Направления для применения Наиболее перспективными направлениями для применения ММСО могут быть: маневровые работы и общехозяйственные перевозки в сервис- ных и эксплуатационных депо; работы в условиях отсутствия развитой системы инфраструктуры автомобильных дорог, в том числе мобильные энергетические и обитае- мые комплексы для эксплуатации в условиях Северного широтного хода; работы по текущему содержанию пути на малодеятельных участках; строительство, модернизация, ремонт, обслуживание и техниче- ское содержание объектов инфраструктуры, в том числе для перехода на машинизацию текущего содержания пути. Использование в эксплуатационной работе такого технического средства как ММСО способствует повышению производственной эффек- тивности локомотивного комплекса и инфраструктуры, а также оптими- зации операционных расходов. 6 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. Курсом инновационного развития Ц елесообразность создания маневровых тепловозов в России под- тверждается результатами, полученными в ходе подконтрольной эксплуатации отечественных газомоторных локомотивов, работаю- щих на сжиженном природном газе, проведенной в 2013 — 2021 гг. на полигоне Свердловской дороги. Кроме того, в нашей стране име- ются все предпосылки и большой опыт создания подобного тягового подвижного состава, необходимые для реализации данного проекта. Еще в начале 1980-х годов специалистами ВНИИЖТ была созда- на лаборатория теплосиловых установок и альтернативных топлив. Для отработки основных технических решений по созданию манев- ровых газомоторных локомотивов стал проект перевода на газоди- зельный цикл с применением КПГ серийного маневрового тепловоза ТЭМ2У-8496, реализованный в лаборатории на базе локомотивного депо Москва III в 1987 г. Штатный дизель-генератор ДГ50 был пере- веден в газодизельный режим. Для хранения КПГ была установлена батарея из 10 серийных стальных баллонов объемом 800 нм 3 (нор- мальных кубических метров), хранящихся под давлением 20 МПа. Запас был рассчитан на работу локомотива без дозаправки в тече- ние трех суток. В 1989 г. были проведены испытания тепловоза, во время которых была подтверждена возможность снижения уровня эксплуатационных затрат. В 1998 г. был реализован совместный проект ВНИИЖТ и Брянского машиностроительного завода. На базе серийно выпускавшегося ма- неврового тепловоза ТЭМ18 были спроектированы и построены два опытных маневровых газодизельных тепловоза ТЭМ18Г № 001, 002, работающие на КПГ. Основные технические характеристики газоте- пловозов ТЭМ18Г приведены в табл. 1. В ходе опытной эксплуатации тепловозов ТЭМ18Г на Московской, Октябрьской и Свердловской дорогах был подготовлен эксплуата- ционный и ремонтный персонал, создана материально-техническая база для заправки КПГ, отработаны вопросы технического обслужи- вания и ремонта. Заправка баллонов КПГ производилась от пере- движного автогазозаправщика (рис. 14). При этом был отмечен целый ряд системных замечаний. Основным аргументом, не позволившим руководству ОАО «РЖД» принять по- ложительное решение о передаче газотепловозов ТЭМ18Г в посто- янную эксплуатацию и массовом их тиражировании, был все тот же недостаточный бортовой запас КПГ для работы в нормальном цикле работы маневрового локомотива с заходом на экипировку и ТО-2 (1 Рис. 14. Заправка маневрового газотепловоза ТЭМ18Г-001 КПГ на площадке локомотивного депо Свердловск-Сортировочный Сверд- ловской железной дороги (2011 г.) Рис. 15. Маневровый газотепловоз ЧМЭ3Г в опытной эксплуатации на Московской железной дороге (2011 г.) Рис. 16. Схема компоновки основного оборудования на газотеплово- зе ЧМЭ3Г 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», М.А. ЧЕРНЫШЕВ, заведующий сектором сопровождения отдела газовых локомотивов АО «ВНИКТИ» ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ ЛОКОМОТИВОВ, РАБОТАЮЩИХ НА СЖАТОМ ПРИРОДНОМ ГАЗЕ Т а б л и ц а 1 Основные технические характеристики газотепловоза ТЭМ18Г Силовая установка газодизель Мощность, кВт (л.с.) 882 (1200) Конструкционная скорость, км/ч 100 Служебная масса, т 126 Сила тяги длительного режима, кН (тс) 200 (20,4) Запас дизельного топлива, кг 3180 Запас КПГ, нм 3 725 Т а б л и ц а 2 Основные технические характеристики газотепловоза ЧМЭ3Г Силовая установка газодизель Мощность, кВт (л.с.) 993 (1350) Конструкционная скорость, км/ч 95 Служебная масса, т 125 Сила тяги длительного режима, кН (тс) 225,4 (23,0) Запас дизельного топлива, кг 2380 Запас КПГ, нм 3 980 (Окончание. Начало см. «Локомотив» № 4, 2022 г.) Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 7 Курсом инновационного развития раз в 7 суток). Учитывался еще и тот факт, что двигатели могли работать в газодизельном режиме в узком диапазоне (с 4-й позиции контроллера машиниста из восьми имею- щихся) и, соответственно, имели малый про- цент замещения дизельного топлива КПГ (не более 25 … 36 %). При максимальных на- грузках, которые не характерны для режима работы маневрового локомотива, уровень замещения не превышал 50 %. Перед коллективом ВНИИЖТ впослед- ствии была поставлена задача значительно повысить продолжительность работы га- зотепловоза без дозаправки сжатым при- родным газом и долю замещения дизель- ного топлива природным газом. Данные работы были продолжены на тепловозе ЧМЭЗ, который получил обозначение ЧМЭЗГ (рис. 15, 16). Основные технические характе- ристики газотепловоза ЧМЭ3Г-1994 приве- дены в табл. 2. На тепловозе ЧМЭ3Г-1994 удалось реа- лизовать работу в газодизельном режиме в диапазоне с 3-й по 8-ю позиции контролле- ра машиниста и увеличить бортовой запас КПГ по сравнению с тепловозом ТЭМ18Г в 1,4 раза. На данной модели впервые была применена микропроцессорная система управления газоподготовкой, которая обе- спечивала регулирование подачи топлива и газа, отключение подачи газа в нештатных ситуациях. В 2011 г. тепловоз ЧМЭ3Г-1994 про- шел опытную эксплуатацию на станци- ях Силикатная, Лихоборы и Люблино Московской дороги. Однако на данном экс- периментальном образце поставленные задачи были решены лишь частично — уда- лось решить проблемы, характерные для локомотивов ТЭМ18Г. Дальнейшие работы по доводке данного тепловоза были прекра- щены. В 2012 г. конструкторским коллекти- вом ОАО «ВНИКТИ» (г. Коломна) началась разработка маневрового газопоршнево- го тепловоза, работающего на сжиженном природном газе по газовому циклу. Проект был осуществлен совместными усилия- ми ОАО «РЖД», ЗАО «Трансмашхолдинг», ОАО «Брянский машиностроительный за- вод», ОАО «Волжский дизель им. Маминых» и ООО «Балашихинский завод криогенного машиностроения». Газопоршневой двигатель-генератор ГДГ800Т был построен на базе двигателя 8ГЧН21/26 производства ОАО «Волжский дизель им. Маминых» с системой искрово- го зажигания, работающего на природном газе по циклу Отто. Бортовая криогенная ем- кость (БКЕ), предназначенная для хранения СПГ в количестве 3500 кг, была впервые вы- полнена в виде съемного блока и оборудо- вана креплениями стандартного контейнера (рис. 17). Такое конструктивное исполнение дало возможность быстрой дегазации ло- комотива перед постановкой в ремонтные цеха и замены опорожненной емкости на заполненную при реализации технологии заправки сменными модулями. 30 мая 2014 г. газотепловоз ТЭМ19-001 поступил в эксплуатационное локомотив- ное депо Егоршино (ТЧЭ-13) Свердловской дирекции тяги для проведения эксплуата- ционных испытаний. 1 сентября 2015 г. по завершению полного цикла приемочных и эксплуатационных испытаний АО «УК “БМЗ”» был получен сертификат соответствия на газотепловоз ТЭМ19-001. К 1 ноября 2021 г. ТЭМ19-001 отработал уже 1650 смен на станции Егоршино Свердловской дороги. Наработка силовой установки составила бо- лее 19 тыс. ч. За время эксплуатации данного локомоти- ва было подтверждено, что уровень замеще- ния дизельного топлива составил 500 т, что на порядок выше всех предыдущих эксперимен- тальных отечественных образцов. Несмотря на то, что в период испытаний и эксплуатации тепловоз выдержал ряд модернизаций, он получился вполне работоспособным и не- прихотливым в обслуживании. Еще одним обстоятельством, позволя- ющим успешно реализовать проект, стало начало серийного производства в России типовых модульных автомобильных газо- наполнительных компрессорных станций (АГНКС) для заправки различных газобаллон- ных транспортных средств, которые можно применять в том числе для заправки локомо- тивов (рис. 18). Основные технические харак- теристики АГНКС приведены в табл. 3. При данных параметрах АГНКС может обеспечивать ежесуточно полную заправку шести маневровых локомотивов (с бортовой системой газоподготовки емкостью 3500 м 3 ) или частичную дозаправку 10 маневровых тепловозов. Станция получает газ из магистрального трубопровода, сжимает его до номинально- го давления (согласно паспорту транспорт- ного средства) и обеспечивает заправку его КПГ (время заправки — до 40 мин). В состав станции входят (рис. 19) ком- прессорный агрегат, газовый аккумулятор высокого давления (баллоны высокого дав- ления, рассчитанные на хранение запаса КПГ, необходимого для заправки бортовых баллонов транспортного средства), распре- делительная панель, система управления Рис. 17. Схема компоновки основного оборудования на газотепловозе ЧМЭ3Г: 1 — бортовая криогенная емкость (БКЕ); 2 — система охлаждения двигателя; 3 — газопоршневой двигатель; 4 — тяговый генератор; 4а — вспомогательный генератор; 5 — выпрямительный модуль; 6 — блок электродинамического тормоза; 7 — аппаратный отсек; 8 — кабина машиниста; 9 —высоко- вольтная камера; 10 — система газоподачи; 11 — передняя тележка; 12 — несущая рама тепловоза; 13 — компрессорный агрегат АКВ-3,2; 14 — вентиляторы ТЭД; 15 — ящик аккумуляторной батареи; 16 — задняя тележка; 17 — фильтры грубой очистки Рис. 18. Автомобильная газонаполнительная компрессорная станция Т а б л и ц а 3 Основные технические характеристики автомобильных газонаполнительных компрессорных станций Производительность, нм 3 /ч 500 … 900 Входное давление, бар 1 … 6 Выходное давление, бар 250 Рис. 19. Состав оборудования АГНКС: 1 — блок входных кранов; 2 — компрессор 160 кВт; 3 — установка осушки (УПИГ-1000А); 4 — блок аккумуляторов 1200 л; 5 — двухлинейная панель приоритета: САУ управления компрессо- ром, САУ управления УПИГ-1000А и ПП2 8 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. Курсом инновационного развития получением и распределением КПГ, газоза- правочные колонки. Газозаправочные колонки могут быть установлены в непосредственной близости от железнодорожного (деповского или стан- ционного) пути, на который заходит локомо- тив для заправки газовым и (или) дизельным топливом. Таким образом, имеющиеся предпосылки и полученный отечественный и зарубеж- ный опыт создания и эксплуатации газомо- торных локомотивов (ГМЛ) подтверждают целесообразность пересмотра концепции разработки отечественных маневровых ГМЛ и объектов газозаправочного инфраструк- турного комплекса в отличном от традици- онного ракурсе. Для увеличения ожидаемого экономи- ческого эффекта и сокращения сроков оку- паемости при переводе на природный газ значительной части отечественного манев- рового парка целесообразно рассматривать приоритетное применение газопоршневых двигателей с искровым зажиганием в ком- плексе с системами газоподготовки не толь- ко СПГ, но и КПГ. При подготовке технико-экономическо- го обоснования следует учитывать ценовые параметры СПГ и КПГ (с соблюдением требо- ваний ГОСТ к качеству газа), а также уровень дополнительных расходов на доставку СПГ от мест его производства до мест экипиров- ки ГМЛ и иной газомоторной техники. Исходя из этих принципов, а также с уче- том модульной конструкции блока БКЕ, уста- новленного на газотепловозе ТЭМ19-001, предлагается рассмотреть возможность создания второй версии данного маневро- вого тепловоза с возможностью его работы на КПГ. Перевод тепловоза на КПГ возможен путем создания топливного КПГ-модуля (рис. 20), в идеальном варианте взаимоза- меняемого с существующим СПГ-модулем (рис. 21). При этом целесообразно сохранить без изменений базовую конструкцию ходо- вой части, кузова и всех бортовых систем локомотива. Предварительный расчет, выполненный специалистами АО «ВНИКТИ», показал, что КПГ-модуль кассетного типа можно соз- дать в кратчайшие сроки на базе серийных металлополимерных баллонов с рабочим давлением 250 … 300 атм., выпускаемых МГХ «Мобигаз. Русские цилиндры» (г. Санкт- Петербург). Проработаны два варианта компоновки: с применением баллонов объемом 400 л (рис. 22) и 420 л (рис. 23). Основные техниче- ские характеристики КПГ-модуля при обоих вариантах приведены в табл. 4. Для расчетов принимались следующие исходные данные: средний расход газа у базового вари- анта тепловоза ТЭМ19-001 на СПГ (по дан- ным статистики за 2014 — 2020 гг.) — 290 кг за смену; Рис. 20. Базовая версия маневрового тепловоза ТЭМ19-001: 1 — базовый маневровый газопоршневой тепловоз ТЭМ19-001; 3 — топливный криогенный модуль Рис. 21. Версия маневрового тепловоза ТЭМ19-001 с возможностью работы на КПГ: 1 — базовый маневровый газопоршневой тепловоз ТЭМ19-001; 2 — топливный модуль (кассета) с бал- лонами высокого давления для КПГ Рис. 22. Вариант компоновки маневрового тепловоза ТЭМ19-001 с КПГ-модулем объемом 3498 м 3 : 1 — базовый маневровый газопоршневой тепловоз ТЭМ19-001; 3 — топливный модуль (кассета) с бал- лонами высокого давления для КПГ Рис. 23. Вариант компоновки маневрового тепловоза ТЭМ19-001 с КПГ-модулем объемом 3960 м 3 : 1 — базовый маневровый газопоршневой тепловоз ТЭМ19-001; 3 — топливный модуль (кассета) с бал- лонами высокого давления для КПГ Т а б л и ц а 4 Основные технические характеристики КПГ-модуля Характеристика Объем баллонов 400 л 420 л Длина одного баллона, мм 2345 2650 Масса одного баллона, кг 233 265 Количество баллонов в кассете, шт. 33 Общая масса баллонов, кг 7689 8745 Габаритные размеры модуля, мм 1780×6064×3094 Масса КПГ-модуля, кг 13500 14000 Запас КПГ (при давлении 0,7 кгс/м 3 или 250 атм.), м 3 (кг) 3498 (2448) 3960 (2772) Размещение аппаратного шкафа Компактно в нижней части модуля под газобаллонной сборкой Только на переходной площадке тепловоза |