Пояснительная записка ВКР (1219276), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Газотурбинный двигатель разработало и изготовило ОАО «Кузнецов» (г. Самара), имеющее опыт создания и испытания двигателей на криогенном топливе (СПГ и водород) для авиации. Прототип газотурбинного двигателя, использованный для газотурбовоза, ранее применялся на опытном самолете ТУ­155, разработка которого сформировала необходимую экспериментальную базу для испытаний криогенного оборудования и собрала коллектив высококвалифицированных специалистов в области криогенной техники.

Специальная криогенная емкость с запорно-регулирующей аппаратурой и гибкими межсекционными соединениями разработана и изготовлена ОАО «Уралкриомаш» (г. Нижний Тагил).

На предприятии ОАО «ЭлектротяжмашПривод» (г. Лысьва) разработан и изготовлен специальный транспортный высокооборотный (6 000 об/мин) тяговый генератор.

На Воронежском тепловозоремонтном заводе – филиале ОАО «РЖД» – осуществлена общая сборка газотурбовоза.

Первые поездки газотурбовоз ГТ1­001 на сжиженном природном газе совершил в 2008 году на Куйбышевской железной дороге. Положительные результаты этих поездок позволили организовать эксплуатацию газотурбовоза на Московской железной дороге, где в период с ноября 2008 года по февраль 2009 года было проведено 7 тяжелых грузовых поездов весом до 10000 т., что значительно превышает принятые для электровозов на этих участках весовые нормы поездов.

20 декабря 2010 г. в рамках испытаний первый российский газотурбовоз ГТ1-001 на участке Вековка – Бекасово Московской железной дороги провел грузовой состав весом 12 тыс. т.

По словам представителей ОАО «РЖД», мощность силовой установки ГТ1h-001 позволяет водить тяжеловесные поезда массой до 9 тысяч тонн по горной местности и до 15 тыс. тонн по равнине. Этот локомотив благодаря своей феноменальной грузоподъемности попал даже в Книгу рекордов Гиннесса.

Кроме того в 2011 году была проведена модернизация локомотива по переводу на гибридный электропривод маневрового режима с использованием тяговых аккумуляторных батарей. При этом из состава локомотива был исключен вспомогательный дизель – генератор с запасом дизельного топлива. Модернизированный таким образом газотурбовоз получил обозначение ГТ1h­001 (рисунок 3.1).

Рисунок. 3.1 – Магистральный газотурбовоз ГТ1h-001

Результаты испытаний газотурбовоза подтвердили высокую экономическую эффективность инновационного проекта – расходы на топливо (сжиженный природный газ) на 56 % ниже, чем при использовании дизельного топлива, а стоимость жизненного цикла на 19,4 % ниже по сравнению с тепловозами 2ТЭ116. Один газотурбовоз заменяет собой четыре секции магистральных тепловозов 2ТЭ116 или один трехсекционный электровоз. Замечательным фактом является также и то, что газотурбовоз ГТ1h является самым экологически безопасным из всех локомотивов, использующих углеводородное топливо. Предназначен для эксплуатации на не электрифицированных участках железных дорог [10, 11].

В декабре 2012 года газотурбовоз передислоцирован на Свердловскую ж.д. для проведения подконтрольной эксплуатации, обучения локомотивных бригад и ремонтного персонала особенностям нового подвижного состава. В 2013 году депо приписки газотурбовоза определено ТЧЭ13 «Егоршино» (в 2014 данное депо определено как базовое для локомотивов, работающих на сжиженном природном газе). В качестве полигона эксплуатации определен участок ст. Егоршино – ст. Серов-Сортировочный. В период подконтрольной эксплуатации газотурбовозом впервые были проведены по этому маршруту составы весом свыше 8000 тонн.

Эксплуатационные испытания газотурбовоза ГТ1h­001 на участке СеровСортировочный – Егоршино Свердловской железной дороги подтвердили:

- возможность использования газотурбовоза для вождения тяжеловесных грузовых поездов (массой 6000-9000 т);

- работоспособность оборудования газотурбовоза в условиях вибрационного состояния локомотива и низких температур окружающей среды;

- работоспособность примененных алгоритмов управления для работы в условиях ведения тяжеловесного поезда;

- эффективность применения выбранных алгоритмов управления силовым блоком со снижением частоты вращения ГТД на оборотах холостого хода с 5400 об/мин до 3000 об/мин, что позволило снизить расход топлива на 15­20 процентов.

Технические параметры газотурбовоза ГТ1h­001 приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Тяговая характеристика газотурбовоза ГТ1h-001

Окончание таблицы 3.1

Магистральный газотурбовоз ГТ1h-002. В 2014 году на Людиновском тепловозостроительном заводе изготовлен второй (промышленный) образец магистрального двухсекционного газотурбовоза ГТ1h­002 на базе экипажной части тепловозов ТЭМ7А. Предназначен для эксплуатации на не электрифицированных участках железных дорог общего пользования в районах Сибири и крайнего Севера, для вождения грузовых поездов повышенной длины и массы [10, 11].

Главное отличие «второго» ГТ1h от «первого» – это съемный топливный бак повышенного объема (20 тонн), выполненный в виде цистерны и почти полностью занимающий одну из двух его секций. Запаса топлива этому локомотиву должно хватать примерно на 1000 км. Оборудован газотурбинным двигателем повышенной мощности (8 500 кВт). Для повышения тяговых свойств и более полного использования мощности в условиях сложного профиля пути, имеет 16 тяговых осей. Модульная кабина управления создана на базе кабины серийных электровозов 2ЭС6, имеющих положительный опыт эксплуатации в условиях Уральского региона.

Экипировочные пункты, где будут заправляться газотурбовозы, должны иметь восполняемый запас топлива – сжиженного природного газа. Вопрос: как и откуда его доставлять? Конечно, газ можно привозить в цистернах: автомобильным транспортом или по железной дороге, говорят представители РЖД, но это еще одна дополнительная нагрузка и без того перегруженные транспортные артерии Севера. Поэтому было бы идеальным вариантом организовать производство СПГ прямо на месте, в максимальной близости от заправок, соединив комплексы по сжижению газа с экипировочными пунктами при помощи специальных газопроводов.

В этом есть и немаловажный экономический момент – ведь дополнительная транспортировка топлива неизбежно повысит его стоимость, тогда как природный газ привлекателен для потребителей в первую очередь своей дешевизной. Железнодорожники хотели бы, чтобы цена на газ для них оказалась как минимум в два раза ниже стоимости дизельного топлива.

Газотурбинный локомотив ГТ1h-002 (рисунок 3.2), как и обычные дизельные тепловозы, состоит из двух секций, с двумя кабинами. Большую часть одной из секций занимает двигатель, во второй расположен топливный бак – цистерна для сжиженного газа емкостью 20 тонн.

Для повышения пожарной безопасности криогенное и газовое оборудование размещено более рационально и скомпоновано в отдельных выделенных отсеках. Для обеспечения безопасности криогенная емкость размещена на открытой площадке по центру бустерной секции. Открытое размещение емкости упрощает процедуру подготовки локомотива к пуску и обеспечивает более безопасный и удобный доступ к запорной арматуре.

На газотурбовозе ГТ1h­002, в отличие от ГТ1h­001, применена новая система безопасности БЛОК вместо КЛУБ­У.

Рисунок. 3.2 – Магистральный газотурбовоз ГТ1h-002

Технические параметры газотурбовоза ГТ1h­002 приведены в таблице 3.2

Также впервые на локомотиве использована система РУТП (распределенное управление тормозами поезда) разработки и производства ОАО «МТЗ «Трансмаш», позволяющая более эффективно управлять тормозами поезда, обеспечивая более плавное торможение и отпуск тормозов, что важно при ведении поездов повышенной массы и длины.

Таблица 3.2 – Тяговая характеристика газотурбовоза ГТ1h-002

Окончание таблицы 3.2

По окончании пуско-наладочных работ 13 декабря 2014 года газотурбовозом ГТ1h­002 проведен опытный грузовой поезд массой 9 000 тонн на участке Рыбное – Орехово-Зуево Московской железной дороги. По завершении этапа предварительных и приемочных испытаний газотурбовоз ГТ1h­002 передан в подконтрольную эксплуатацию на Свердловскую железную дорогу.

В соответствии с подписанным соглашением между ОАО «РЖД» и ОАО «Группа Синара» предполагается изготовить для российских железных дорог 40 магистральных газотурбовозов нового поколения ГТ1h [10, 11].

3.2 Аккумулятор, делающий возобновляемые источники энергии удобными в массовом использовании

Команда исследователей из Гарвардского университета продемонстрировала новый тип батареи, которая может фундаментальным образом изменить систему запасения энергии в электросетях и сделать возобновляемые источники энергии более надежными и экономичными. Сегодня, когда ветровые и солнечные электростанции производят примерно 7 % всей мировой электроэнергии, их использование особых проблем не создает, однако когда их доля достигнет 20 %, проблемы могут возникнуть вполне серьезные [13].

Дело в том, что смена дня и ночи, усиление или полное отсутствие ветра при использовании таких электростанций приводят к большим колебаниям в сети, а традиционные аккумуляторы для этого не подходят – слишком неэкономичны. Поэтому ученые предлагают использовать потоковые батареи, которые могут стать идеальным хранилищем энергии в таких прерывистых сетях. Новая конструкция батарей позволяет регулировать их мощность, наращивая или уменьшая количество активных компонентов. К тому же она позволяет использовать их именно в крупномасштабных сетях, экономя на производственном процессе благодаря использованию новых материалов.

Однако потоковые батареи, которые состоят из двух камер с различными жидкостями, разделенных мембраной, и создают ток за счет течения этих жидкостей и возникновения соответствующих химических реакций, до сих пор тоже были экономически неэффективными: платиновые катализаторы и ванадиевые электроды стоят слишком дорого.

Гарвардская команда сумела обойти это препятствие, используя в качестве одной из потоковых жидкостей раствор органических молекул, так называемых ионов. Эти молекулы легко захватывают и отдают электроны и поэтому очень удобны в качестве электролитов. Они дешевы, не требуют дорогих катализаторов, а также ванадиевых электродов. Экспериментально проверив на одном из ионов преимущества «органических» аккумуляторов, ученые теоретически нашли самую выгодную молекулу – примерно такую, какая содержится в листьях ревеня. По словам авторов изобретения, их аккумулятор способен в течение всего светового дня запасать энергию солнечного света (или ветра, но тут уже все будет зависеть от погоды), чтобы затем в течение всей ночи и последующего утра снабжать ваш дом необходимым электричеством.

3.2.1 Новые потоковые электрохимические аккумуляторные батареи компании General Electric

Специалисты из компании GE и Berkeley Lab создали новое устройство аккумулирования энергии, работа которого основана на обычной воде. Стоимость устройства в четыре раза меньше, чем стоимость обычных аккумуляторных батарей, а пробег электромобиля на новом аккумуляторе составляет 400 км на одной зарядке [12].

Новое устройство представляет собой потоковую электрохимическую батарею, в которой накапливание и отдача электроэнергии происходит за счёт электрохимической реакции, протекающей в реакторе. Вода, конечно, не чистая, а является раствором неорганических химических соединений, в котором один электрон «рождает» несколько свободных электронов, чем и обеспечивается высокая плотность хранения энергии (рисунок 3.3).

Характеристики

Список файлов ВКР