Способ работы маневрового локомотива и маневровый локомотив
Владельцы патента RU 2445219:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование маневрового локомотива. На электрифицированных участках тяговые электродвигатели локомотива питают от контактной сети, одновременно заряжая тяговые аккумуляторные батареи и электролизер. На неэлектрифицированных участках тяговые электродвигатели питают от тяговых аккумуляторных батарей и от электрохимического генератора. При торможении локомотива тяговые электродвигатели переводят в генераторный режим, вырабатывая электроэнергию, и заряжают емкостные накопители, которые питают электролизер. При выключении тяговых электродвигателей электрохимический генератор переключают на заряд аккумуляторных батарей. При отключении электролизера и электрохимического генератора трубопроводы водорода продувают «холодным» водяным паром. Маневровый локомотив содержит кузов капотного типа, тяговые электродвигатели реверсивного типа, энергетическую установку, состоящую из первого источника электрической энергии в виде тяговой аккумуляторной батареи и второго источника электрической энергии небольшой мощности. На локомотив дополнительно установлены емкостные накопители, источник «холодного» водяного пара, электрохимический генератор, электролизер, накопители водорода и кислорода, преобразователь напряжения, выпрямительная установка, которая через сглаживающий реактор соединена с тяговыми электродвигателями. Технический результат заключается в обеспечении форсирования локомотива по мощности и сокращении времени его простоя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями, который состоит из тяговой аккумуляторной батареи и электрохимического генератора.
Известен способ работы маневрового локомотива, заключающийся в питании тяговых двигателей тяговыми аккумуляторными батареями, при этом зарядку аккумуляторных батарей осуществляют питанием электроэнергией от дизель-генератора небольшой мощности, работающего на дизельном топливе [Журнал «Железные дороги мира», статья «Локомотив» Green Goat Москва, 2004 г., №3, САЙТ Компании Rail Power www zailpower/com.].
Известен экологически безопасный гибридный маневровый локомотив Канады Green Goat. Электрические тяговые двигатели на нем установлены на осях двух двухосных тележек и получают энергопитание от тяговых аккумуляторных свинцовых кислотных батарей. Батареи заряжаются от дизель-генератора (или турбогенератора) небольшой мощности, работающего на дизельном топливе, хранящемся в топливном баке. Этот бак расположен под рамой между тележками, кузов капотный. В задней части локомотива расположены в один ярус тяговые аккумуляторные батареи, дизель-генератор небольшой мощности и высоты, что позволяет установить там низкий длинный кожух кузова. В передней (короткой) части локомотива расположено вспомогательное оборудование. Кабина машиниста оборудована одним стандартным пультом управления, который мало отличается от пультов управления традиционных маневровых тепловозов. (Журнал «Железные дороги мира», статья «Локомотив» Green Goat Москва, 2004 г., №3, САЙТ Компании Rail Power www zailpower/com.)
Недостатком способа работы маневрового локомотива и маневрового локомотива является длительный простой локомотива при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.
Известен способ работы маневрового локомотива, заключающийся в питании тяговых двигателей тяговыми аккумуляторными батареями, при этом зарядку аккумуляторных батарей осуществляют питанием электроэнергией от дизель-генератора небольшой мощности, работающего на дизельном топливе [патент РФ №2344954, МПК В61С 17/00, В60К 6/08, B60L 11/00, опубл. 27.01.09, БИ №3, авторы Бондаренко Л.М. и др. «Маневровый локомотив»].
Известен маневровый локомотив, содержащий раму, кузов капотного типа, энергетическую установку, состоящую из тяговой аккумуляторной батареи и двигателя-генератора небольшой мощности, размещенного в капоте кузова, топливный бак, две тележки с приводом от тяговых электрических двигателей, вспомогательное оборудование, кабину управления с размещенным в ней рабочим местом машиниста, состоящим из пульта управления и кресла, при этом топливный бак выполнен в виде блоков, которые размещены в раме локомотива и свободном пространстве кузова, тяговые аккумуляторные батареи размещены в секциях, установленных не менее чем в два яруса в капоте кузова и под рамой локомотива в межтележечном пространстве по обеим сторонам локомотива, кабина управления установлена над рамой локомотива с максимальным заполнением верхнего габарита строительного очертания для обеспечения кругового обзора из нее и размещения в подкабинном пространстве части вспомогательного оборудования, рабочее место машиниста выполнено в виде модуля, включающего два пульта управления и поворотное кресло, имеющее возможность продольного перемещения от одного пульта к другому, блоки топливного бака соединены между собой топливопроводом в общую систему [патент РФ №2344954, МПК В61С 17/00, В60К 6/08, B60L 11/00, опубл. 27.01.09, БИ №3, авторы Бондаренко Л.М. и др. «Маневровый локомотив»].
Недостатком способа работы маневрового локомотива и маневрового локомотива является длительный простой локомотива при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является сокращение времени простоя локомотива при зарядке аккумуляторных батарей и обеспечение форсирования локомотива по мощности.
Технический результат достигается тем, что способ работы маневрового локомотива с энергетической установкой, заключающийся в питании тяговых электродвигателей маневрового локомотива тяговыми аккумуляторными батареями, на электрифицированных участках пути от контактной сети отбирают электроэнергию, преобразовывают ее, выпрямляют в постоянное напряжение, сглаживают пульсации напряжения и питают тяговые электродвигатели, одновременно от контактной сети преобразованным и выпрямленным напряжением заряжают тяговые аккумуляторные батареи и электролизер, который вырабатывает кислород и водород, заполняя накопители, на неэлектрифицированных участках пути тяговые электродвигатели питают от тяговых аккумуляторных батарей и от электрохимического генератора, который в свою очередь питают от накопителей кислорода и водорода, причем при торможении маневрового локомотива тяговые электродвигатели переводят в генераторный режим, вырабатывая электроэнергию, и заряжают емкостные накопители, которые питают электролизер, а при выключенных тяговых электродвигателях электрохимический генератор переключают на заряд тяговых аккумуляторных батарей, и при каждом отключении электролизера и электрохимического генератора трубопроводы водорода продувают «холодным» водяным паром. Маневровый локомотив с энергетической установкой, содержащий кузов капотного типа, тяговые электродвигатели реверсивного типа, энергетическую установку, состоящую из первого источника электрической энергии в виде тяговой аккумуляторной батареи с двумя входами и двумя выходами и второго источника электрической энергии небольшой мощности, на локомотив дополнительно установлены емкостные накопители, источник «холодного» водяного пара с двумя входами и одним выходом, электрохимический генератор с двумя входами и двумя выходами, электролизер с двумя входами и двумя выходами, накопители водорода и кислорода, преобразователь напряжения с одним входом и тремя выходами, три выпрямительные установки, сглаживающий реактор и пантограф, причем второй источник электрической энергии небольшой мощности выполнен в виде электрохимического генератора с электролизером, накопителями водорода и кислорода и источника «холодного» водяного пара, пантограф соединен со входом преобразователя напряжения, который третьим своим выходом соединен со входом третьей выпрямительной установкой, которая через сглаживающий реактор соединена с тяговыми электродвигателями, второй выход преобразователя напряжения соединен со второй выпрямительной установкой, которая соединена с первым входом тяговой аккумуляторной батареи, которая в свою очередь первым своим выходом соединена с тяговыми электродвигателями, вторым своим выходом - с первым входом источника «холодного» водяного пара и вторым своим входом - с первым выходом электрохимического генератора, второй выход которого соединен со вторым входом источника «холодного» водяного пара; преобразователь напряжения соединен третьим выходом с третьей выпрямительной установкой, которая соединена с первым входом электролизера, второй вход электролизера соединен с емкостными накопителями, которые соединены с тяговыми электродвигателями, выход электролизера по водороду соединен с накопителями водорода, по кислороду - с накопителями кислорода, а выходы накопителей кислорода и водорода соединены со входом в электрохимический генератор, причем источник «холодного» водяного пара соединен своим выходом с трубопроводом «водорода» до и после накопителя водорода.
Зарядка тяговых аккумуляторных батарей от пантографа во время движения маневрового локомотива или при его простое под контактной сетью обеспечивает зарядку тяговых аккумуляторных батарей во время работы маневрового локомотива.
Питание электролизера от контактной сети при работе локомотива позволяет получать кислород и водород непосредственно на борту маневрового локомотива при его работе.
Питание тяговых электродвигателей тяговыми аккумуляторными батареями совместно с электрохимическим генератором позволяет форсировать маневровый локомотив по мощности на неэлектрифицированных участках пути.
Питание тяговых электродвигателей от контактной сети позволяет форсировать маневровый локомотив по мощности на электрифицированных участках пути.
Питание источника «холодного» водяного пара от тяговых аккумуляторных батарей во время работы локомотива позволяет получать водяной пар непосредственного на борту маневрового локомотива и подавать его в трубопроводы с водородом.
Постановка на маневровом локомотиве пантографа, преобразователя напряжения, выпрямительных установок и сглаживающего реактора позволяет питать тяговые двигатели маневрового локомотива при его работе непосредственно от контактной сети, а также производить зарядку тяговых аккумуляторных батарей непосредственно при работе маневрового локомотива.
Постановка на маневровый локомотив электролизера, электрохимического генератора, накопителей кислорода и водорода позволяет получать водород и кислород непосредственно на борту маневрового локомотива во время его работы, питать им электрохимический генератор и вырабатывать электрическую энергию для зарядки тяговых аккумуляторных батарей или для привода локомотива.
Соединение электролизера с преобразователем напряжения через выпрямительную установку позволяет вырабатывать водород и кислород непосредственно на борту маневрового локомотива при его движении с питанием от контактной сети, а соединение электролизера с емкостными накопителями, которые заряжаются в режиме рекуперации при торможении, позволяет питать электролизер на неэлектрифицированных участках
Приготовление «холодного» водяного пара на борту маневрового локомотива и его подача в трубопроводы, по которым осуществляется подача водорода, обеспечивает безопасную работу водородной аппаратуры на борту маневрового локомотива и предотвращает возможность детонации водорода при его утечках из трубопроводов. Подача «холодного» водяного пара является недорогим и безопасным способом освобождения трубопроводов от остатков водорода.
На фиг.1 - маневровый локомотив (вид сбоку),
фиг.2 - маневровый локомотив в плане,
фиг.3 - схема соединения энергетического оборудования маневрового локомотива.
Маневровый локомотив содержит раму 1, кузов 2 капотного типа, тяговые электродвигатели 3 реверсивного типа, пантограф 4, преобразователь напряжения 5, сглаживающий реактор 6, первую выпрямительную установку 7, вторую выпрямительную установку 8, третью выпрямительную установку 9, тяговую аккумуляторную батарею 10, емкостной накопитель 11, электрохимический генератор 12, электролизер 13, накопители водорода 14, накопители кислорода 15 и источник «холодного» водяного пара 16 с трубопроводами отвода пара и подвода воды.
Способ работы маневрового локомотива реализуется следующим образом.
При работе маневрового локомотива на электрифицированном участке на его тяговые двигатели 3 подают электрическую энергию от контактной сети переменного тока. Электрическую энергию отбирают от контактной сети пантографом 4, который расположен на крыше кузова 2 локомотива. С пантографа 4 электрическую энергию направляют в преобразователь напряжения 5. Преобразователь напряжения 5 преобразует подаваемое в него напряжение до необходимого значения, после чего переменный ток направляется в третью выпрямительную установку 9, где происходит выпрямление переменного тока в постоянный ток. Выйдя из третьей выпрямительной установки 9, постоянный ток направляется в сглаживающий реактор 6, в котором происходит сглаживание пульсаций тока и получаемый на выходе из сглаживающего реактора постоянный ток становится пригодным для питания тяговых электродвигателей 3 маневрового локомотива. Из сглаживающего реактора 6 постоянный ток подают в тяговые электродвигатели 3, которые приводят маневровый локомотив в движение.
При питании маневрового локомотива от контактной сети постоянного тока преобразователь напряжения 5 преобразует постоянный ток в переменный, а при питании от контактной сети переменного тока - выполняет функцию трансформатора.
Преобразователь напряжения 5 имеет один вход и три выхода. Первый его выход соединен с первой выпрямительной установкой 7, второй его выход - со второй выпрямительной установкой 8, и третий выход - с третьей выпрямительной установкой 9. Вход преобразователя напряжения 5 соединен с пантографом 4.
На неэлектрифицированных участках тяговые электродвигатели питают от тяговой аккумуляторной батареи 10, при этом электрическую энергию с тяговых аккумуляторных батарей 10 подают на тяговые электродвигатели 3.
Тяговая аккумуляторная батарея 10 имеет два входа и два выхода. Первый ее вход соединен со второй выпрямительной установкой 8, второй ее вход - с электрохимическим генератором 12, первый ее выход соединен с тяговыми электродвигателями 3, второй ее выход - с источником «холодного» водяного пара 16.
Зарядка тяговых аккумуляторных батарей 10 осуществляется от контактной сети как при движении локомотива, так и при его простое. Для этого электроэнергию с контактной сети снимают пантографом 4 и направляют через преобразователь напряжения 5 во вторую выпрямительную установку 8. Из второй выпрямительной установки 8 электроэнергию направляют на зарядку тяговых аккумуляторных батарей 10.
В ходе работы маневрового локомотива на неэлектрифицированном участке тяговые аккумуляторные батареи 10 постепенно разряжаются. Для необходимости поддержания мощности локомотива в ходе его работы дополнительная электроэнергия поступает на тяговые электродвигатели 3 от водородо-кислородного электрохимического генератора 12, который установлен на борту маневрового локомотива. Мощность электрохимического генератора 12 выбирается достаточной и необходимой для обеспечения выезда маневрового локомотива из неэлектрифицированного участка при полностью разряженной тяговой аккумуляторной батареи 10.
Электроэнергия с электрохимического генератора 12 может также направляться на тяговые аккумуляторные батареи 10 для их зарядки.
Для питания электрохимического генератора 12 кислородом и водородом на маневровом локомотиве установлены накопители с кислорода 15 и накопители водорода 16, которые соединены трубопроводами с электрохимическим генератором 12.
Для обеспечения маневрового локомотива водородом и кислородом на его борту установлен электролизер 13, который вырабатывает кислород и водород из воды непосредственно на борту маневрового локомотива. Электролизер 13 трубопроводами соединен с накопителями кислорода и водорода.
Электролизер 13 имеет два входа и два выхода - по кислороду и по водороду, которые соединены с накопителями кислорода 15 и накопителями водорода 14. Первый его вход соединен с первой выпрямительной установкой 7, второй его вход - с емкостными накопителями 11.
При работе маневрового локомотива на электрифицированных участках электролизер питается от контактной сети. В этом случае электроэнергия с контактной сети снимается пантографом 4 и передается на электролизер 13 через преобразователь напряжения 5 и первую выпрямительную установку 7. После того как накопители кислорода и водорода будут полностью заправлены, электролизер 13 отключают.
Рекуперативное торможение маневрового локомотива осуществляют переводом тяговых электродвигателей 3 реверсивного типа в режим генератора и выработанной электрической энергией заряжают емкостные накопители 11.
Электрическую энергию с емкостных накопителей 11 направляют на электролизер 13 для выработки кислорода и водорода в ходе эксплуатации на неэлектрифицированных участках дороги.
Трубопроводы, соединяющие электролизер 13 с накопителями водорода 14, а также трубопроводы, соединяющие электрохимический генератор 12 с накопителями водорода 14, необходимо после каждого отключения электролизера 13 и электрохимического генератора 12 освобождать от остатков водорода.
Для этого на борту маневрового локомотива установлен источник «холодного» водяного пара 16, который соединен с трубопроводами, по которым подается водород. После отключения электролизера или электрохимического генератора включают источник «холодного» водяного пара 16, который вырабатывает водяной пар с температурой наружного воздуха. Этот водяной пар направляют в трубопроводы, по которым подается водород. Попав в трубы, водяной пар смешивается с водородом. По мере подачи водяного пара в трубопроводы он вытесняет водород в атмосферу и освобождает трубопроводы от водорода.
Источник «холодного» водяного пара 16 представляет собой, например, ультразвуковую машинку. При воздействии ультразвука определенной частоты на воду происходит образование «холодного» водяного пара, который по своему составу похож на мелкодисперсный водяной туман.
Источник «холодного» водяного пара 16 получает питание от тяговых аккумуляторных батарей 10. Пополнение источника «холодного» водяного пара водой осуществляется путем слива воды из электрохимического генератора 12, которая образуется при соединении водорода с кислородом. Для этого электрохимический генератор соединен трубопроводом с источником «холодного» водяного пара.
Предлагаемый маневровый локомотив является полностью экологически чистым, позволяет производить зарядку тяговых аккумуляторных батарей при его работе, позволяет увеличить межэкипировочные пробеги маневрового локомотива более чем в два раза.
1. Способ работы маневрового локомотива с энергетической установкой, заключающийся в питании тяговых электродвигателей маневрового локомотива тяговыми аккумуляторными батареями, отличающийся тем, что на электрифицированных участках пути от контактной сети отбирают электроэнергию, преобразовывают ее, выпрямляют в постоянное напряжение, сглаживают пульсации напряжения и питают тяговые электродвигатели, одновременно от контактной сети преобразованным и выпрямленным напряжением заряжают тяговые аккумуляторные батареи и электролизер, который вырабатывает кислород и водород, заполняя накопители, на неэлектрифицированных участках пути тяговые электродвигатели питают от тяговых аккумуляторных батарей и от электрохимического генератора, который в свою очередь питают от накопителей кислорода и водорода, причем при торможении маневрового локомотива тяговые электродвигатели переводят в генераторный режим, вырабатывая электроэнергию, и заряжают емкостные накопители, которые питают электролизер, а при выключенных тяговых электродвигателях электрохимический генератор переключают на заряд тяговых аккумуляторных батарей и при каждом отключении электролизера и электрохимического генератора трубопроводы водорода продувают «холодным» водяным паром.
2. Маневровый локомотив с энергетической установкой, содержащий кузов капотного типа, тяговые электродвигатели реверсивного типа, энергетическую установку, состоящую из первого источника электрической энергии в виде тяговой аккумуляторной батареи с двумя входами и двумя выходами и второго источника электрической энергии небольшой мощности, отличающийся тем, что на локомотив дополнительно установлены емкостные накопители, источник «холодного» водяного пара с двумя входами и одним выходом, электрохимический генератор с двумя входами и двумя выходами, электролизер с двумя входами и двумя выходами, накопители водорода и кислорода, преобразователь напряжения с одним входом и тремя выходами, три выпрямительные установки, сглаживающий реактор и пантограф, причем второй источник электрической энергии небольшой мощности выполнен в виде электрохимического генератора с электролизером, накопителями водорода и кислорода и источника «холодного» водяного пара, пантограф соединен со входом преобразователя напряжения, который третьим своим выходом соединен со входом третьей выпрямительной установки, которая через сглаживающий реактор соединена с тяговыми электродвигателями, второй выход преобразователя напряжения соединен со второй выпрямительной установкой, которая соединена с первым входом тяговой аккумуляторной батареи, которая в свою очередь первым своим выходом соединена с тяговыми электродвигателями, вторым своим выходом - с первым входом источника «холодного» водяного пара и вторым своим входом - с первым выходом электрохимического генератора, второй выход которого соединен со вторым входом источника «холодного» водяного пара; преобразователь напряжения соединен третьим выходом с третьей выпрямительной установкой, которая соединена с первым входом электролизера, второй вход электролизера соединен с емкостными накопителями, которые соединены с тяговыми электродвигателями, выход электролизера по водороду соединен с накопителями водорода, по кислороду - с накопителями кислорода, а выходы накопителей кислорода и водорода соединены со входом в электрохимический генератор, причем источник «холодного» водяного пара соединен своим выходом с трубопроводом «водорода» до и после накопителя водорода.
