диплом (1230930), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Рисунок 8 Газотурбовоз ГТ-101
Газотурбовоз в октябре 1961г. демонстрировался на выставке локомотивов на Рижском вокзале в Москве. При испытаниях на путях МПС газотурбовоз не развивал полную мощность (3 000 л. с), затруднена была также регулировка мощности — работа СПГГ с малой подачей топлива и переход на режим с выключением отдельных генераторов газа. В связи с этим завод изготовил новые СПГГ типа ОР-95 с такими же диаметрами цилиндров и ходом поршней, как и у первых СПГГ, и в период 1962—1965 гг. проводил стендовые и наладочные работы. В конце 1965 г. газотурбовоз начал совершать опытные поездки с составами.
Создание новых газотурбовозов связано с успехами в развитии газотурбинных двигателей, особенно в части повышения их экономичности. Наиболее эффективно их применение на участках, где требуется повышенная скорость и малая нагрузка на ось.
В 2007 году на Куйбышевскую дорогу прибыл принципиально новый для наших дорог локомотив — газотурбовоз ГТ1. Его проект разработали специалисты коломенского ВНИКТИ, Самарского научно-технического комплекса имени Н.Д. Кузнецова (газотурбинный двигатель НК-361), Лысьвенского электротехнического завода (генераторы). Нижнетагильского «Уралкриогенмаша» (криогенный блок), ряда других организаций. Опытный образец газотурбовоза был собран на Воронежском тепловозоремонтном заводе (рисунок 9).
Рисунок 9 Современный газотурбовоз
Локомотив состоит из двух секций: тяговой и бустерной, каждая с кабиной управления. В тяговой секции расположены силовой блок, включающий газотурбинный двигатель, тяговый и вспомогательный генераторы, систему подготовки газов, винтовой тормозной компрессор, систему вентиляции электрических машин, аппаратные шкафы. На бустерной секции находятся криогенная емкость с запасом топлива массой 17 т, обеспечивающая пробег до 1000 км, вспомогательный дизель-генератор, система вентиляции электрических машин, аппаратные шкафы. Вспомогательный дизель-генератор применяется для приведения систем газотурбовоза в рабочее состояние, совершения маневров и для запуска газотурбинного двигателя, после чего он выключается.
Уровень шума работающего газотурбовоза не превышает 80 дБ Локомотив оснащен современными микропроцессорными системами управления, диагностики, контроля безопасности движения. Дисплей на пульте машиниста отображает всю важнейшую информацию о режимах работы узлов. Имеется система видеонаблюдения за газотурбинным и дизельным отсеками, подвижными гибкими трубопроводами криогенного топливо между секциями газотурбовоза, за кабинами машиниста. Но обеих кабинах смонтированы системы обозрения пути.
В октябре 2009 г, ОАО «РЖД» получило Диплом Книги рекордов Гиннесса за создание самого мощного в мире магистрального газотурбовоза, работающего на сжиженном природном газе. А в сентябре 2011 г в рамках III Международного салона «ЭКСПО 1520" локомотив ГТ1-001 поставил новый мировой рекорд, проведя грузовой состав весом 16 тыс. т (170 вагонов) по путям Научно-испытательного центра ОАО «ВНИИЖТ» (ст. Щербинка).
В ходе отладки и модернизации опытного локомотива его конструкцию дополнили мощной аккумуляторной батареей — накопителем электрической энергии. Это позволило сделать более равномерной загрузку силовой установки и осуществлять маневровые передвижения локомотива за счет накопленной энергии, чтобы не эксплуатировать мощную газовую турбину на режимах малых нагрузок. Так локомотив получил гибридный силовой привод, соответственно, новое обозначение ГТ1h-001.
Следующий образец магистрального газотурбовоза, получившего обозначение ГТ1h-002, был создан и показан в 2013 г. на IV Международном салоне "ЭКСПО 1520», проходившем на территории Научно-испытательного центра ОАО "ВНИИЖТ». Газотурбовоз, который представляла компания "Синара-Транспортные машины» (г. Екатеринбург), выглядел настоящим гигантом на рельсах. Постройку газотурбовоза ГТ1h-002 осуществил Людиновский тепловозостроительный завод, входящий в состав ОАО «Синара-Транспортные машины».
Рисунок 10 Гибридный локомотив
Этот локомотив, как и его предшественник, является гибридным — он оборудован блоком аккумуляторных батарей, которые могут использоваться для проведения маневровых работ без запуска турбинного двигателя. Имея одинаковое обозначение серии, новый локомотив по конструкции принципиально отличается от предыдущего. Он содержит полностью построенную заново экипажную часть, созданную на основе главной рамы и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации тележек тепловоза ТЭМ7А. Длина каждой секции локомотива 21,5 м, а его общая длина — 43 м. Масса бустерной секции с емкостью для хранения сжиженного природного газа 184 т. Аналогичную массу имеет тяговая секция, на которой расположена силовая установка. Таким образом, общая масса локомотива составляет 368 т, максимальная нагрузка на ось —23тс. Конструкционная скорость – 100 км/ч.
Газотурбовоз оснащен турбиной мощностью 8450 кВт, которая обеспечивает силу тяги 7335 кВт в длительном режиме и 8000 кВт — в часовом. Тяговое усилие при трогании с места составляет 9810 кН. Турбина приводит синхронный тяговый генератор, который питает тяговые двигатели постоянного тока через выпрямитель.
Особенностью нового газотурбовоза стала принципиально новая концепция экипировки и хранения газового топлива. Криогенная емкость выполнена в виде контейнера, имеющего стандартные габариты и монтажные размеры. Это позволяет осуществлять дозаправку емкости сжиженным газом как прежним способом, т.е. при нахождении ее непосредственно на локомотиве, так и ее заменой. В этом случае по прибытии локомотива в пункт оборота криогенный контейнер с помощью крана снимается с локомотива, а на его место устанавливается ранее заправленный сжиженным газом. Это сокращает время простоя локомотива для экипировки. Кроме того, контейнер может быть пополнен на газозаправочной станции. Криогенная емкость имеет геометрический объем 46м3 и вмещает до 20т сжиженного газа.
К разработке и поставке основных узлов были привлечены также другие промышленные предприятия России. Специалистами самарского ОАО «СНТК имени Н.Д. Кузнецова» спроектирован и изготовлен , используя новейшие материалы и технологии, силовой блок. На предприятии «Электротяжмаш-Привод» (г. Лысьва) разработали и построили уникальный генератор.
На ОАО «Уралкриомаш» подготовили проект и сделали емкость для хранения сжиженного газа.
На газотурбовозе rT1h-002 применяется криогенный насос производства фирмы «Fives Cryiomec» (Швейцария), а также криогенное оборудование, разработанное и изготовленное ООО «Криомаш-БЗКМ» (г. Балашиха). Тяговые двигатели поставило ГП «Электротяжмаш» (г. Харьков). Кабина газотурбовоза, пульты управления, преобразователь собственных нужд спроектированы и собраны на НПО «Автоматика» (г. Екатеринбург). Кроме того, при изготовлении газотурбовоза ГТ1 h-002 применяется типовое и вновь разработанное оборудование ряда предприятий России, а также Германии, Великобритании и других стран.
Газотурбовоз предназначен для эксплуатации на неэлектрифицированных участках железных дорог общего пользования, в частности, в районах Сибири и Крайнего Севера, для вождения грузовых поездов повышенной длины и массы.
На участке Серов-Сортировочный — Карпунино — Алапаевск — Егоршино — Березит — Аппаратная Свердловской дороги продолжается подконтрольная эксплуатация газотурбовоза ГT1h-001. Его поездки начались с грузового состава массой 2300 т. Постепенно нагрузка возрастала. Сейчас для локомотива формируют составы массой до 9000 т. Газотурбовоз при сравнительно небольших размерах и массе способен развивать значительную мощность и может заменить до пяти тепловозов. До 2020 года планируется построение ввод в эксплуатацию еще 39 локомотивов. В России имеется достаточный положительный опыт использования газотурбовоза ГТ1h-002, не имеющий аналогов в мире. Первый серийный магистральный газотурбовоз ГТ1h-002 прошёл путь по Московской железной дороге. Цель поездки состояла в подтверждении тяговых и эксплуатационных характеристик инновационного локомотива, работающего на сжиженном природном газе. Газотурбовоз ГТ1h-002 провёз груз весом в 9 тыс. тонн.
В первый рейс магистральный газотурбовоз отправился со станции Рыбное. По ходу движения разработчики рассказывали об особенностях локомотива и его техническом устройстве. Более 150 километров до станции Орехово-Зуево поезд преодолел за 2,5 часа. Ровно, так как и было запланировано.
Газотурбовоз ГТ1h-002 с электрической передачей предназначен для эксплуатации на неэлектрифицированных участках железных дорог общего пользования в районах Сибири и крайнего Севера, для вождения грузовых поездов повышенной длины и массы. Он уже начал водить поезда на участке Егоршино – Алапаевск – Серов-Сортировочный. Свердловская магистраль не случайно выбрана в качестве полигона для работы газомоторных локомотивов. На Свердловской железной дороге построен комплекс попроизводству сжиженного природного газа (СПГ) со специальным пунктом для заправки им подвижного состава. Также на дороге имеются достаточно протяжённые неэлектрифицированные участки различного профиля, подходящие для проведения испытаний газотурбовозов. Следующим этапом испытаний на полигоне Свердловской магистрали стали опытные поездки ГТh1-002 на участке Войновка – Сургут (наиболее перспективный полигон для эксплуатации газотурбовозов). Применение сжиженного природного газа в качестве дешевого и экологически чистого топлива для локомотивов – одно из перспективных направлений реализации "Энергетической стратегии ОАО "РЖД". Данная технология позволяет снизить затраты на приобретение дорогостоящего дизельного топлива и, как следствие, добиться снижения.
2.1.2. Обзор атомовоза
Атомовоз — или атомный локомотив или локомотив с ядерной энергетической установкой автономный локомотив, приводимый в движение за счёт использования атомной энергии Проектировался в качестве тяговой единицы для БЖРК. Применение таких локомотивов вместо обычных тепловозов давало бы комплексу практически неограниченную автономность. Доводом против служило соображение о высокой экологической опасности транспортного средства с ЯЭУ и возможных тяжёлых последствиях в случае крушения или другой аварии.
В 1983 году начались разработки подобного локомотива силами сразу нескольких предприятий (Всероссийский научно-исследовательский тепловозный институт, Коломенский тепловозостроительный завод и др.). К 1985 году был разработан конструктивный вариант атомовоза с реактором на быстрых нейтронах БОР-60 (тепловая мощность 60 МВт, электрическая мощность 12 МВт). Локомотив состоял из трёх секций: средняя — с 4-осными тележками, несущая ядерный реактор, крайние же представляли собой модернизированные экипажные части тепловоза 2ТЭ116, в них размещались вспомогательные дизели и турбогенераторы. Масса реактора с биологической защитой составляла 140 т. Для средней секции могли бы применяться тележки тепловоза ТЭМ7, нагрузка на ось в таком случае составляла бы 225 кН. Каркас кузова состоит из 2 продольных балок коробчатого сечения, соединённых шкворневыми балками и межрамными креплениями. Ни один атомовоз не был построен, а разработки прекратились в 1985 году.
Перспективы проекта не определены. Атомовозы целесообразно использовать на магистралях с длинными тяговыми плечами и редкими населёнными пунктами. Имеется ряд технических трудностей, требующих решения, а также опасность терактов. Принцип действия атомовоза заключается в следующем. В реактор загружается уран-238, являющийся топливом. В результате реакции разогревается натрий (зараженный) первого контура. Он нагревает натрий чистого контура до 700°С, который в свою очередь нагревает до 600 °С газ, поступающий из ГТД. Далее работа атомовоза аналогична работе газотурбовоза, т.е. газовая турбина вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели.
В регенераторе газ, охлажденный до 400°С, перемешивается с атмосферным воздухом, поступающим из компрессора. Далее эта смесь направляется в воздухонатриевый теплообменник.
Основными проблемами при эксплуатации атомовоза могут быть обеспечение безопасности обслуживания, ремонта и эксплуатации атомных реакторов и захоронение радиоактивных отходов. КПД атомовоза может составлять около 15 %.
В феврале 2011 года было объявлено, что корпорация «Росатом» и ОАО «Российские железные дороги» в конце июля 2011 года собираются провести презентацию научно-выставочного комплекса из 11 вагонов с локомотивом, использующим атомную силовую установку[1].
Вице- президент РЖД Валентин Гапанович, объяснил, что такой состав, включающий реактор на быстрых нейтронах, может быть использован как транспортный элемент – силовой установки.
2.2Современные способы накопления и использования энергии
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
