Способ работы маневрового тепловоза с энергетической установкой
Владельцы патента RU 2428335:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на повышение эффективности работы маневрового тепловоза. Способ работы маневрового тепловоза заключается в оптимизации режимов работы энергетической установки. Оптимизацию режимов работы энергетической установки согласовывают с дизель-генераторами разной размерности. Энергокомбинирование производят комбинацией подключения дизель-генераторов и дополнительной силовой аккумуляторной батарей. Запуск тепловоза осуществляют посредством силовой аккумуляторной батареи. На малых нагрузках работают дизель-генератор малой размерности с силовой аккумуляторной батареей. На средних нагрузках работают дизель-генератор большой размерности с силовой аккумуляторной батареей. На больших нагрузках работают два дизель-генератора и силовая аккумуляторная батарея. Рекуперацию электроэнергии производят в режиме торможения тепловоза, переводя тяговые двигатели в генераторный режим. Зарядку силовых аккумуляторных батарей, прогрев тепловоза и сушку электродвигателей производят от малоразмерного дизель-генератора. Режим работы дизеля и энергокомбинирование энергетической установки задают по системе непрерывного удаленного контроля параметров локомотива спутниковой системой ГЛОНАС в зависимости от горизонтального и вертикального профиля и состояния пути метеорологических и климатических факторов двигателей. Технический результат заключается в оптимизации режимов силовой установки и снижении расхода топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым тепловозам с энергетической установкой.
Известен способ работы маневрового тепловоза с энергетической установкой, содержащий дизель, тяговые двигатели, аккумуляторную батарею [Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт: Учебник для техн. школ / А.А.Пойда, Н.М.Хуторянский, В.Е.Кононов. М.: Транспорт, 1988. - 23-27 с.: ил., табл.].
Недостатком способа работы маневрового тепловоза с энергетической установкой является низкая эффективность работы тепловоза и высокий расход топлива.
Известен способ работы маневрового тепловоза с энергетической установкой содержащий дизель, тяговые двигатели, аккумуляторную батарею [Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ, ЧМЭЗЭ: Пособие машинисту. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 996. 444 с.].
Недостатком способа работы маневрового тепловоза с энергетической установкой является низкая эффективность работы тепловоза и высокий расход топлива.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности работы маневрового тепловоза с энергоустановкой и снижение расхода топлива.
Технический результат достигается тем, что в способе работы маневрового тепловоза с энергетической установкой, тяговыми двигателями реверсивного типа и аккумуляторной батареей, заключающемся в оптимизации режимов работы энергетической установки, энергокомбинировании и рекуперации электрической энергии, оптимизацию режимов работы энергетической установки согласовывают с дизель-генераторами разной размерности, энергокомбинирование производят комбинацией подключения дизель-генераторов и дополнительной силовой аккумуляторной батарей - запуск тепловоза осуществляют нагружением силовой аккумуляторной батареи на тяговые электродвигатели тепловоза, на малых нагрузках работают дизель-генератор малой размерности с силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генератора; на средних нагрузках работают дизель-генератор большой размерности с силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генератора; на больших нагрузках работают два дизель-генератора и силовая аккумуляторная батарея, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генераторов, рекуперацию электроэнергии производят в режиме торможения тепловоза, переводя тяговые двигатели в генераторный режим, используя электрическую энергию для подзарядки силовых аккумуляторных батарей, а зарядку силовых аккумуляторных батарей производят от малоразмерного дизель-генератора, причем режим работы дизеля и энергокомбинирование энергетической установки задают по системе непрерывного удаленного контроля параметров локомотива спутниковой системой ГЛОНАС в зависимости от горизонтального и вертикального профиля и состояния пути, метеорологических и климатических факторов, которые контролируют спутниковой системой ГЛОНАС. Дизель-генераторную установку малой размерности нагружают системами прогрева тепловоза и осушки тяговых двигателей.
Повышение эффективности работы маневрового тепловоза с энергетической установкой и снижение расхода топлива осуществляют энергокомбинированием энергетической установки путем нагружения тяговых электродвигателей реверсивного типа дизель-генераторами разной размерности и силовой аккумуляторной батареи в различных комбинациях, причем режим работы дизеля и энергокомбинирование энергетической установки задают по системе непрерывного удаленного контроля параметров локомотива спутниковой системой ГЛОНАС в зависимости от горизонтального и вертикального профиля и состояния пути, метеорологических и климатических факторов, которые контролируются спутниковой системой ГЛОНАС.
На фиг 1. представлен тепловоз с энергетической установкой, на фиг.2 - график зависимости удельного расхода топлива от мощности тепловоза.
Тепловоз с энергетической установкой состоит из дизель-генератора большой размерности 1, дизель-генератора малой размерности 2, тяговых двигателей реверсивного типа 3, силовой аккумуляторной батареи 4.
Способ работы маневрового тепловоза с энергетической установкой реализуется следующим образом.
На маневровый тепловоз с энергетической установкой, помимо пусковой аккумуляторной батареи, дополнительно установлена силовая аккумуляторная батарея 4, которая обеспечивает кратковременное увеличение мощности тепловоза с работающим дизель-генератором малой размерности 2, например, при движении тепловоза по крутому профилю пути или при присоединении к тепловозу вагона. При этом электродвигатели 3 питаются как от дизель-генератора, так и от силовой аккумуляторной батареи 4.
При запуске тепловоза с энергетической установкой нагружают его тяговые двигатели силовой аккумуляторной батареей. При увеличении мощности тепловоза запускают один из дизель-генераторов, а затем отключают силовую аккумуляторную батарею. Привод тепловоза, его работа на холостом ходу и в движении при небольшой мощности от силовой аккумуляторной батареи обеспечивают значительное снижение удельного расхода топлива.
При работе дизель-генератора на небольших нагрузках наблюдается максимальный удельный расход топлива. Далее при увеличении мощности дизель-генератора удельный расход топлива снижается, и на максимальных нагрузках наблюдается рост удельного расхода топлива, что подтверждается графиком зависимости удельного расхода топлива от мощности тепловоза. В связи с этим работа тепловоза в окрестности точки минимума функции удельного расхода топлива от мощности тепловоза является наиболее оптимальной с точки зрения оптимизации его работы по расходу топлива.
Таким образом, целесообразно исключать привод тепловоза на небольших нагрузках от дизель-генераторов и осуществлять привод тепловоза исключительно от силовой аккумуляторной батареи.
В том случае, когда тепловоз находится в составе поезда и к нему присоединены вагоны, то при запуске тепловоза при работающей силовой аккумуляторной батарее запускают дизель-генератор большой размерности 1, при этом подают напряжение от пусковой аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения генератора, если к тепловозу не присоединены вагоны, то запускают дизель-генератор малой размерности 2, после чего отключают аккумуляторную батарею.
При маневрировании тепловоза с энергетической установкой по станциям или перегонам без вагонов, когда необходима минимальная мощность для передвижения тепловоза, на нем работает только дизель-генератор малой размерности 2, мощности которого достаточно только для обеспечения движения тепловоза без вагонов. При необходимости дизель-генератор малой размерности 2 можно выполнить с мощностью, обеспечивающей движение тепловоза с одним вагоном груженым или порожним.
При движении тепловоза с вагонами, когда совместной мощности дизель-генератора малой размерности 2 и силовой аккумуляторной батареи 4 недостаточно, запускают дизель-генератор большой размерности 1, при этом дизель-генератор малой размерности 2 глушат. В случае, если мощности дизель-генератора большой размерности 1 для работы тепловоза недостаточно, то кратковременно ее можно увеличить путем подключения к тяговым электродвигателям 3 силовой аккумуляторной батареи 4.
Для выхода тепловоза на полную мощность запускают одновременно дизель-генератор малой размерности 2 и дизель-генератор большой размерности 1, и электродвигатели тепловоза 3 получают энергию от обоих дизель-генераторов. При необходимости кратковременного увеличения мощности тепловоза электродвигатели 3 тепловоза дополнительно нагружают силовой аккумуляторной батареей 4.
Силовую аккумуляторную батарею 4 на тепловозе размещают в шахте холодильника, а секции радиатора убирают, при этом масляную, топливную и водяную системы обоих дизелей соединяют между собой. Таким образом, при работе одного дизель-генератора водяная, масляная и топливная системы заглушенного дизель-генератора выполняют функции радиатора охлаждения систем работающего дизель-генератора, а также обеспечивают поддержание заглушенного дизель-генератора в предпусковом состоянии.
При торможении тепловоза переводят реверсивные тяговые двигатели 3 в генераторный режим и полученной энергией периодически подзаряжают силовую аккумуляторную батарею 4, при этом зарядку силовой аккумуляторной батареи осуществляют нагружением на силовую аккумуляторную батарею дизель-генератора малой размерности 2, например, во время стоянки тепловоза.
Для прогрева систем тепловоза, а также для осушки тяговых двигателей при заходе тепловоза в депо используют энергию, вырабатываемую дизель-генератором малой размерности 2.
Режим работы дизель-генератора и вариант комбинаций нагружения тяговых двигателей тепловоза дизель-генераторными установками и силовой аккумуляторной батареи задают по системе непрерывного удаленного контроля параметров локомотива спутниковой системой ГЛОНАС в зависимости от горизонтального и вертикального профиля и состояния пути, метеорологических и климатических факторов, которые контролируются спутниковой системой ГЛОНАС.
Распределение мощности составляющих энергоустановки можно выполнить следующим: дизель-генератор большой размерности 60%, дизель-генератор малой размерности 30%, силовая аккумуляторная батарея 10%.
Из графика видно, что при работе тепловоза с дизель-генератором малой или большой размерности по сравнению с работой тепловоза с одним дизель-генератором, мощность которого равна суммарной мощности двух дизель-генераторов малой и большой размерности, наблюдается снижение удельного расхода топлива на 20-30% при работе дизель-генератора малой размерности, на 10-20% при работе дизель-генератора большой размерности.
Снижение расхода топлива на 60-80% при работе тепловоза на холостом ходу достигается за счет работы дизель-генератора малой размерности, удельный расход топлива которого значительно меньше дизель-генератора большой размерности.
Снижение расхода топлива до 100% наблюдается при запуске тепловоза от силовой аккумуляторной батареи.
Предлагаемый способ работы маневрового тепловоза с энергоустановкой позволяет снизить расход топлива при запуске тепловоза до 100%, при работе на холостом ходе на 60-80%, при работе на малых нагрузках на 20-30%, при работе на средних нагрузках на 10-20% и при работе на максимальных нагрузках на 5-10%.
1. Способ работы маневрового тепловоза с энергетической установкой, тяговыми двигателями реверсивного типа и аккумуляторной батареей, заключающийся в оптимизации режимов работы энергетической установки, энергокомбинировании и рекуперации электрической энергии, отличающийся тем, что в способе работы тепловоза оптимизацию режимов работы энергетической установки согласовывают с дизель-генераторами разной размерности, энергокомбинирование производят комбинацией подключения дизель-генераторов и дополнительной силовой аккумуляторной батареи, запуск тепловоза осуществляют нагружением силовой аккумуляторной батареи на тяговые электродвигатели тепловоза, на малых нагрузках работают дизель-генератор малой размерности с силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генератора; на средних нагрузках работают дизель-генератор большой размерности с силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генератора; на больших нагрузках работают два дизель-генератора и силовая аккумуляторная батарея, которую подключают при максимальной нагрузке дизель-генераторов, рекуперацию электроэнергии производят в режиме торможения тепловоза, переводя тяговые двигатели в генераторный режим, используя электрическую энергию для подзарядки силовой аккумуляторной батареи, а зарядку силовой аккумуляторной батареи производят от малоразмерного дизель-генератора, причем режим работы дизеля и энергокомбинирование энергетической установки задают по системе непрерывного удаленного контроля параметров локомотива спутниковой системой ГЛОНАСС в зависимости от горизонтального и вертикального профиля и состояния пути, метеорологических и климатических факторов, которые контролируют спутниковой системой ГЛОНАСС.
2. Способ работы локомотива по п.1, отличающийся тем, что дизель-генераторную установку малой размерности нагружают системами прогрева тепловоза и осушки тяговых двигателей.
