Как работают электровозы?
Электровоз» — это железнодорожное транспортное средство, использующее электрическую энергию, получаемую от внешнего источника, для движения по рельсам и тяги или толкания прицепленного к нему поезда. Электричество обычно поступает по третьему рельсу или по воздушным кабелям.
Независимо от того, является ли он автономным или силовым вагоном состава EMU, все электровозы работают по единственной доктрине — получать ток из различных источников и после адекватного преобразования подавать его на тяговые двигатели, которые вращают колеса.
Эта «модификация» электроэнергии предназначена для обеспечения наилучшего воздействия на двигатели для безупречной работы при различных обстоятельствах и нагрузках, охватывая сложный процесс преобразования, реконверсии, напряжения, сглаживания и преобразования тока в различные величины частоты, используя выпрямители/тиристоры, банки сегментных трансформаторов, компрессоры, конденсаторы, инверторы и другие подобные компоненты, размещенные в корпусе локомотива.
Именно вокруг этой процедуры «модификации» или адаптации и вращается технология электровозов. Можно сказать, что тяговые двигатели являются настоящими «двигателями» электровоза, поскольку у электровозов нет главного «двигателя» или первичного движителя, проводя параллели с дизелем.
Существует два способа классификации электровозов:
Ричард Тревитик дарит миру эру паровой энергии
В 1804 г: Ричард Тревитик дарит миру эру паровой энергии
В 1804 году горный инженер из Великобритании, исследователь и изобретатель Ричард Тревитик, до своей масштабной революции на железной дороге, долгое время занимался исследованиями паровых двигателей, использующих высокое давление, и получил различные результаты; от триумфальной презентации парового локомотива в 1802 году под названием «Пыхтящий дьявол» до катастрофы в 1803 году в Гринвиче, когда из-за вспышки одного из его стационарных насосных двигателей погибло четыре человека. Его противники использовали этот несчастный случай, чтобы высмеять опасность пара высокого давления.
Однако упорный труд Тревитика был вознагражден, и его «Пенидарренский локомотив» занял видное место благодаря инновациям в технологии локомотивов, став первым нормально функционирующим паровозом на железной дороге.
Электрификация железных дорог — 1879 год
В конце 19 века Германия была ядром развития электровозостроения. Вернер фон Сименс продемонстрировал первые испытания электрического пассажирского поезда. Он был создателем и отцом широкомасштабной инженерной организации Siemens AG. Локомотив, который закрепил идею изолированного третьего рельса для получения электроэнергии, перевез в общей сложности девяносто тысяч пассажиров.
Под руководством Сименса в 1881 году в берлинском пригороде Лихтерфельде была смонтирована самая первая в мире линия электрического трамвая, заложена основа для аналогичных локомотивов в трамвае «Мёдлинг и Хинтербрюль» в Вене и электрической железной дороги «Фольк» в Брайтоне, открытой в 1883 году.
Потребность в экологически чистых рельсах в подземных переходах и метро спровоцировала появление электропоездов. Через несколько лет более высокая эффективность и простота строительства привели к появлению кондиционера.
Калман Кандо, инженер из Венгрии, сыграл важную роль в развитии электрифицированных линий большой протяженности, включая стошестикилометровую железную дорогу Вальтеллина в Италии.
В наши дни электровозы продолжают играть важную роль в железнодорожном транспорте благодаря таким высокоскоростным средствам, как Acela Express и французский TGV в США. Тем не менее, огромные затраты на электрификацию линий для использования электровозов, таких как воздушные катенарные линии или третий рельс, остаются препятствием и сдерживающим фактором для широкого применения упомянутой технологии.
Процедура дизельной изоляции(!) 1892 — 1945 гг.
Фактическое авторское свидетельство доктора Рудольфа Дизеля в 1892 году на его дизельный двигатель быстро вызвало предположения о том, как эта современная техника внутреннего сгорания может быть использована и для железнодорожной тяги. Для этого потребовалось много лет, пока преимущества дизеля не были поняты на железнодорожных локомотивах.
В конце девятнадцатого и начале двадцатого веков в локомотивной промышленности наблюдалось непрерывное развитие и рост за счет более эффективных дизельных двигателей с увеличенным отношением мощности к весу.
Многие из них исходили от Sulzer, швейцарской машиностроительной компании, в которой Дизель работал в течение долгого времени — дизель стал зенитом для составления паровозов, почти устаревших из-за растущей возможности оказаться на грани второй мировой войны. К 1945 году паровые локомотивы стали крайне необычными в передовых и прогрессивных странах, а к концу 1960-х годов они превратились в редкое явление.
Дизельные локомотивы давали множество очевидных функциональных преимуществ, включая многолокомотивные операции, доступность удаленных мест без необходимости электрификации в таких сложных районах, как горы и леса, недорогое питание, время ожидания, менее трудоемкая процедура работы и достаточная тепловая эффективность.
Топливная емкость тепловоза
Топливо является значительным компонентом расходов на эксплуатацию локомотивов. Поэтому эффективность использования топлива является важным фактором снижения эксплуатационных расходов. Чтобы избежать потерь из-за разлива и переполнения резервуаров, необходимо уделять должное внимание обращению с мазутом. Кроме того, для принятия различных управленческих решений по учету топлива существует надлежащая безошибочная схема его получения и выдачи.
На тепловозе оборудование для впрыска топлива разработано с точными допусками. Проблемы в работе дизельного двигателя могут быть вызваны загрязнением топлива. В то время как нефтяная компания должна поставлять коммерчески чистый мазут по мере необходимости, работники локомотивов обязаны следить за тем, чтобы вода, грязь, гравий, почва и т. не были загрязнены каким-либо образом во время работы с ним.
Ниже описаны соответствующие особенности обоих локомотивов. Оба двигателя работают на дизельном топливе и оснащены 16 цилиндрами в сегменте 45o V. Один со стальными пластинами создается двигателем, а мокрые гильзы цилиндров вставляются в блоки цилиндров. Впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр, и на каждый цилиндр приходится по одному насосу топливной форсунки. По сути, они имеют механический впрыск топлива, но в двигателе EMD имеется встроенный агрегатный впрыск топлива. Турбонагнетатель оснащен интеркулером, который подает от 1,5 до 2,2 бар воздуха.
Гильзы цилиндров мокрые и имеют азотированные подшипники в коленчатом валу из литого сплава. Распределительные валы имеют сменные детали с лопастями большего диаметра, и если они остановлены на 48 часов и более, двигатели нуждаются в предварительной смазке.
Компонентами дизель-электрического двигателя являются:
- Дизельный двигатель
- Топливный бак
- Тяговый электродвигатель
- Основной и вспомогательный генератор переменного тока
- Турбокомпрессор
- Редуктор
- Воздушный компрессор
- Радиатор
- Рама грузового автомобиля
- Выпрямители/инверторы
- Колеса
Характеристика ALCO ГМ (EMD) Примечания Модель 251 B, C GT 710 ALCO — 4-тактная технология
GT 710 — двухтактная технология Топливный инжектор Раздельный топливный насос и инжектор Комбинированный насос и
Инжектор (единичный впрыск) Шланг высокого давления, соединяющий
насоса к инжектору исключается. Таким образом, снижается количество отказов на линии Объем цилиндра 668 кубических дюймов 710 кубических дюймов Более высокий уровень сс ведет к более высокой власти
поколение на цилиндр Диаметр и ход поршня Отверстие 9″, ход 10,5″ — — Коэффициент сжатия (CR) 12:1, 12. 5:1 16:1 Более высокий CR приводит к более высокой тепловой
эффективность Среднее эффективное давление торможения 13-18 бар в непрерывном режиме и 4-20 бар в режиме ожидания — — Турбонагнетатель Чисто выхлопные газы Первоначально механический привод от двигателя, позже приводится в действие выхлопными газами при температуре 538oC В локомотивах EMD мы не видим черного дыма при первом запуске, так как избыток воздуха
подается турбокомпрессором для полного сгорания топлива. Гильзы цилиндров Хромированные вкладыши с открытым зерном — Вкладыши с открытым зерном обеспечивают достаточное количество масла
толщина пленки, обеспечивающая низкую интенсивность износа и низкий расход смазочного масла Головка цилиндра Стальной корпус — Более прочное литье сводит к минимуму термические искажения и механические прогибы. Двигатель 4 ход 2 ход 4-х тактный двигатель имеет лучшую тепловую эффективность
по сравнению с двумя ударами. Двухтактные двигатели легче заводить и запускать. Поршень Суперкубок — Улучшенное сгорание, повышенная эффективность использования топлива. Клапаны 2 клапана на входе и 2 на выходе Впускные отверстия и выпускные 4 клапана В ALCO есть 2 клапана для впуска и 2 клапана для выпуска. В локомотивах EMD 2 клапана предназначены только для выхлопа. Работа клапана Толкающий стержень Верхний распределительный вал (OHC) В OHC отсутствуют длинные толкающие штанги, а значит, снижается шум, трение и отказы, связанные с толкающими штангами.
Характеристика ALCO ГМ (EMD) Примечания Запуск двигателя Аккумулятор приводит в действие вспомогательный генератор 2 двигателя постоянного тока с бендиксными приводами, которые вращают кольцевую шестерню на маховике Легко запускается, так как два двигателя стартера создают достаточный крутящий момент для запуска двигателя. Радиатор Напольный монтаж Наклонный и крышный монтаж Простое обслуживание. Не храните охлаждающую жидкость в трубках радиатора в состоянии покоя. Склеивание радиаторов Паяный Механически соединенные — более прочные Радиаторы с механическим соединением прочнее паяных, а также более надежны в эксплуатации. Удельный расход топлива 160 гм/кВтч 156 гм/кВтч SFC очень близки и в курсе современных технологий. Максимальные обороты двигателя 1000 904 Более высокие обороты приводят к увеличению выходной мощности при неизменных других параметрах. Обороты холостого хода 400 250 Низкие обороты приводят к низкому уровню шума, снижению расхода топлива. Функция низкого холостого хода Нет в наличии 205 об/мин при нулевом положении насечки Функция низкого холостого хода обеспечивает низкий расход топлива на холостом ходу. Вентилятор радиатора Вихретоковая муфта 86 л. Двигатель переменного тока Меньшее потребление электроэнергии вспомогательными устройствами. Техническое обслуживание Каждые две недели Каждые три месяца Более высокая периодичность технического обслуживания обеспечивает большую готовность локомотива к использованию в движении. Объем цилиндра — 710 кубических дюймов — Скавенджинг NA Однопоточная очистка Uniflow scavengenging обеспечивает лучшее удаление отработанных газов по сравнению с обычными двухтактными двигателями. Импульс мощности Каждые 45° Каждые 22,5° Двигатели EMD развивают ровную мощность, крутящий момент и, следовательно, меньше вибраций.
Характеристика ALCO ГМ (EMD) Примечания Конструкция двигателя — Узкий V-образный тип — Вентиляция картера Двигатель постоянного тока Вентилятор Система эдуктора, механический вентури В системе эдуктора используется система Вентури, поэтому энергия не потребляется Воздушный короб — Доступно с положительным давлением Давление воздуха в воздушном коробе положительное
и выше атмосферного давления. Коленчатый вал Цельный кованый Кованые из двух частей, соединенные фланцем по центру (5 и 6 коренные подшипники) Стоимость и сложность изготовления коленчатого вала снижается благодаря тому, что коленчатый вал состоит из двух частей. Блок питания — Состоит из цилиндра, головки цилиндра, поршня,
носитель и CR Позволяет демонтировать и заменить весь блок питания. Поршень Коронка поршня из кованой стали крепится болтами. Чугунный сплав с фосфатным покрытием —
Локомотив F7 на продажу
EMD F7 — дизель-электрический локомотив мощностью 1500 лошадиных сил (1100 кВт), построенный компанией Electro-Motive Division of General Motors (EMD) и General Motors Diesel в период с февраля 1949 года по декабрь 1953 года. (GMD).
F7 часто использовался в качестве пассажирского поезда в таких моделях, как Super Chief и El Capitan железной дороги Санта-Фе, даже когда первоначально он продавался EMD как грузовой.
Эта модель дебютировала сразу после F3 в конце 1940-х годов, и железные дороги быстро разместили заказы на F7, учитывая популярность EMD на рынке до этого момента. Новая модель F в очередной раз доказала свою эффективность, надежность и простоту в обслуживании.
До окончания производства было выпущено почти 4 000 единиц F7, что превысило продажи всех прототипов всех других производителей вместе взятых. Для нескольких железных дорог F7 оказались настолько надежными и полезными, что на протяжении 1970-х и 1980-х годов их сотни оставались в ежедневной грузовой эксплуатации.
Сегодня сохранилось множество F7 (отчасти потому, что это последняя крупномасштабная модель такого рода), а некоторые даже продолжают перевозить грузы, что является настоящим свидетельством их характера. В парке, эксплуатируемом компанией Norfolk Southern класса I, наиболее заметный набор (пара единиц B) используется как часть официального делового поезда.
Высокий коэффициент надежности и простота обслуживания; комплект F7 в сочетании с соответствующим блоком B мощностью 1500 л. может удвоить мощность поезда до 3000 л. В принципе, в головной части или в разрезе по всей линии, вы можете оснастить один поезд таким количеством F, каким пожелаете.
Первым настоящим «обычным» тепловозом своего времени, SD40-2, был EMD F7; их было выпущено тысячи, и их можно было встретить практически на любом поезде. Когда производство закончилось, было выпущено около 2 366 F7A, а 1 483 F7B — всего через четыре года после того, как локомотив был впервые занесен в каталог в 1953 году.
Для нового подразделения Electro-Motive Division это был также первый случай выполнения заказов новой дочерней компанией General Motors Diesel (GMD). Новый завод, расположенный в Лондоне, Онтарио, значительно облегчил канадским линиям продажу локомотивов.
Всего для своей линии в Южном Онтарио между Детройтом и Ниагарским водопадом/Буффало, Нью-Йорк, GMD продала 127 образцов для Canadian National, Canadian Pacific и Wabash.
В серии F эта модель стала самой успешной для EMD, поскольку ни одна другая будущая конструкция даже близко не подошла к показателям продаж F7.
О прочности и надежности EMD F7 можно судить в настоящее время, поскольку несколько из них сохранились и продолжают работать с некоторыми грузовыми поездами, особенно на коротких линиях Grafton & Upton (теперь содержится) и Keokuk Junction Railway (два FP9A и один F9B).
Есть еще места, где можно найти f7, они есть:
- Пейзажная железная дорога Конвей
- Техническое и историческое общество компании «Ридинг
- Сценическая железная дорога Адирондак
- Железная дорога Королевского ущелья
- Иллинойский железнодорожный музей
- Пейзажная железная дорога Потомак Игл
- Филлмор и Вестерн
Локомотивы — классификация
До появления локомотивов оперативную силу для железных дорог создавали различные менее продвинутые технологические приемы, такие как человеческая лошадиная сила, статические или гравитационные двигатели, которые приводили в движение тросовые системы. Локомотивы могут производить энергию с помощью топлива (дрова, нефть, уголь или природный газ), или они могут получать топливо от внешнего источника электроэнергии. Большинство ученых обычно классифицируют локомотивы по источнику энергии. Самые популярные из них включают:
Паровоз использует паровой двигатель в качестве основного источника энергии. Наиболее популярная форма паровоза включает в себя котел для производства пара, используемого двигателем. Вода в котле нагревается за счет обугливания легковоспламеняющихся веществ — дерева, угля или нефти — для получения пара.
Пар двигателя приводит в движение поршни, которые называются «ведущими колесами» и примыкают к основным колесам. Как вода, так и топливо, запасы воды перевозятся вместе с локомотивом, либо в бункерах и цистернах, либо на локомотиве. Такая конфигурация называется «танковый локомотив». Ричард Тревитик создал первый полномасштабный действующий железнодорожный паровоз в 1802 году.
Современные дизельные и электрические локомотивы стоят дороже, а для управления и обслуживания таких локомотивов требуется значительно меньшая бригада. Железнодорожные показатели Великобритании демонстрируют тот факт, что расходы на топливо для паровоза более чем в два раза превышают расходы на содержание сопоставимого дизельного локомотива; ежедневный пробег, который они могут проехать, также меньше.
Когда 20-й век подошел к концу, любой паровоз, все еще работающий на паровой тяге, считался исконной железной дорогой.
Локомотив внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания используется в локомотивах внутреннего сгорания, прикрепленный к ведущим колесам. Как правило, они поддерживают двигатель на приблизительно постоянном уровне независимо от того, находится ли поезд в неподвижном состоянии или движется. Локомотивы внутреннего сгорания классифицируются по виду топлива и подразделяются по типу трансмиссии.
Керосин используется в качестве источника энергии в керосиновых локомотивах. Поезда на ламповом масле были первыми в мире локомотивами внутреннего сгорания, появившимися раньше электрических и дизельных. Первое признанное рельсовое транспортное средство, работающее на керосине, было построено Готлибом Даймлером в 1887 году, но это транспортное средство было не совсем локомотивом, поскольку использовалось для перемещения грузов. Основным триумфальным составом лампового масла был «Lachesis», созданный компанией «Richard Hornsby & Sons Ltd».
Бензин потребляется в качестве топлива бензиновыми локомотивами. Бензиново-механический локомотив был самым первым экономически успешным бензиновым локомотивом и был изготовлен в начале двадцатого века в Лондоне для Дептфордского скотного рынка компанией Maudslay Motor Company. Бензомеханические локомотивы — самый популярный вид бензиновых локомотивов, в которых используется механическая передача в виде редуктора для передачи энергии, вырабатываемой двигателем, на ведущие колеса, как в автомобиле.
Это позволяет обойти необходимость в коробке передач и преобразовать вращательное механическое усилие двигателя в электрическую энергию. Этого можно достичь с помощью динамо-машины, а затем путем питания колес локомотива с помощью многоскоростных тяговых электродвигателей. Это способствует лучшему ускорению, так как исключает необходимость переключения передач, хотя это более дорогостоящий, тяжелый и иногда более тяжелый механизм, чем механическая трансмиссия.
Для заправки тепловозов используются дизельные двигатели. В более ранние времена развития и совершенствования дизельных двигателей использовались многочисленные системы передачи с различными показателями, при этом электрическая передача оказалась самой выдающейся среди всех.
Среди всех разновидностей дизель-поездов был разработан способ, с помощью которого механическая сила передавалась на ведущие колеса локомотива.
Когда после мировой войны мир излечивал себя в денежном отношении, он делал это путем широкого выбора дизельных поездов в разных странах. Тепловозы давали огромную производительность и гибкость, и оказались лучше паровозов, а также требовали значительно меньше затрат на обслуживание и эксплуатацию. Дизель-гидравлические были введены в эксплуатацию в середине 20-го века, но после 1970-х годов дизель-электрические трансмиссии стали использоваться на более высоком уровне.
Моторная передача для передачи энергии на все колеса используется в тепловозе. Такой вид передачи обычно ограничивается низкоскоростными, маломощными маневровыми локомотивами, самоходными вагонами и многочисленными легкими агрегатами. Первые тепловозы были дизель-механическими. Большинство тепловозов в настоящее время являются дизель-электрическими локомотивами.
Наиболее важными и абсолютно жизненно важными факторами дизель-электрической силовой установки являются дизельные двигатели (также называемые тяговым агрегатом), центральный генератор/альтернатор-выпрямитель, система управления, состоящая из регулятора двигателя и электрических или электронных элементов, тяговые двигатели (обычно с четырьмя или шестью осями), включающие выпрямители, распределительные устройства и другие элементы, которые регулируют или изменяют электроснабжение тяговых двигателей.
В самом общем случае генератор может быть напрямую связан с двигателями с помощью только очень простого распределительного устройства. В большинстве случаев генератор связан только с двигателями с крайними распределительными устройствами.
Тепловозы с гидравлической передачей называются дизель-гидравлическими локомотивами. В этой конфигурации они используют более одного гидротрансформатора в сочетании с шестернями, с механической бортовой передачей для передачи мощности от дизельного двигателя к колесам.
Основным мировым потребителем магистральных гидравлических трансмиссий была Федеративная Республика Германия.
Газотурбинный локомотив — это локомотив, использующий двигатель внутреннего сгорания с газовой турбиной. Передача энергии необходима двигателям для приведения колес в движение, поэтому им должно быть разрешено продолжать работать, когда локомотив остановлен.
В этих локомотивах используется саморегулирующаяся передача для подачи энергии, вырабатываемой газовыми турбинами, на колеса.
Газовые турбины имеют определенные преимущества перед поршневыми двигателями. Эти локомотивы имеют ограниченное количество подвижных частей, что снижает потребность в смазке. Это снижает эксплуатационные расходы, а соотношение мощности и веса значительно выше. Аналогичный двигатель с цельным цилиндром превосходит по мощности турбину, что позволяет поезду быть исключительно выгодным и эффективным, не будучи при этом огромным.
КПД и выходная мощность турбины снижаются с ростом скорости вращения. Это делает газотурбинные локомотивы пригодными, в основном, для поездок на значительные расстояния и быстрых поездок. Другие проблемы с газотурбинными электровозами были связаны с чрезвычайной громкостью и вызываемыми специфическими шумами.
Поезд, работающий исключительно на электричестве, называется электропоездом. Он используется для движения поездов с безостановочно работающим проводником вдоль пути, который в общем случае может принимать один из следующих вариантов: легкодоступная батарея; третий рельс, поднятый на уровне пути, или воздушная линия, соединенная со столбами или опорами вдоль пути или крыши перехода.
Как в системах с третьим рельсом, так и в подвесных проводах в качестве проводника для извлечения обычно используются ходовые рельсы, но в некоторых конструкциях для этой цели используется отдельный четвертый рельс. По типу используемой энергии это переменный (AC) или постоянный (DC) ток.
Анализ данных показывает, что низкие передаточные числа обычно встречаются на пассажирских двигателях, в то время как высокие передаточные числа характерны для грузовых агрегатов.
Электроэнергия обычно вырабатывается на довольно больших и доходных генерирующих станциях, передается поездам и распределяется по железнодорожной системе. Только несколько электрических железных дорог имеют производственные склады и линии электропередач, но могут получить максимальный доступ к покупке энергии от электрогенерирующей станции. Железная дорога обычно предоставляет свои распределительные линии, трансформаторы и переключатели.
Тепловозы обычно стоят на двадцать процентов дороже электровозов, расходы на содержание на двадцать пять-тридцать процентов выше, а эксплуатация на пятьдесят процентов дороже.
Локомотив переменного тока
Дизель-электрические локомотивы оснащены мощным дизельным «тягачом», который вырабатывает электрический ток для использования на электрических тяговых двигателях, чтобы буквально поворачивать вокруг осей поезда. В зависимости от схемы локомотива, он может генерировать либо переменный, либо постоянный ток с помощью генератора, приводимого в действие дизельным двигателем.
Чарльз Браун разработал первый прагматичный электровоз переменного тока, работая в то время в компании Oerlikon, Цюрих. В 1981 году Чарльз продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния между гидроэлектростанциями, используя трехфазный переменный ток.
Современные локомотивы переменного тока лучше поддерживают тягу и обеспечивают адекватное сцепление с рельсами, чем более ранние категории и модели. Дизель-электрические поезда, работающие на переменном токе, обычно используются для перевозки массивных грузов. Тем не менее, дизель-электрические поезда, работающие на постоянном токе, все еще очень популярны, поскольку их строительство обходится довольно недорого.
Железные дороги Италии были первопроходцами во всем мире, внедряя электрическую тягу на всем протяжении магистрали, а не только на коротких участках.
Локомотив, который заряжается от бортовых аккумуляторов, называется аккумуляторным электровозом; разновидность аккумуляторного автомобиля.
Эти локомотивы используются там, где традиционный электрический или дизельный локомотив будет неэффективен. Например, когда электроснабжение отсутствует, для обслуживания рельсов на электрифицированных линиях приходится использовать аккумуляторные локомотивы. Вы можете использовать аккумуляторные локомотивы в промышленных зданиях, где локомотив, работающий от тепловоза (т. локомотив, работающий на дизельном топливе или паре), может привести к нарушению безопасности из-за опасности пожара, извержения или паров в закрытом помещении.
Аккумуляторные электровозы имеют массу 85 тонн и работают на воздушном троллейном проводе напряжением 750 вольт со значительной дополнительной дальностью хода при работе на минометах. Технология никель-железных батарей (Edison) использовалась в локомотивах для обеспечения многочисленных десятилетий службы. Технология никель-железных батарей (Эдисона) была заменена свинцово-кислотными аккумуляторами, и вскоре локомотивы были выведены из эксплуатации. Все четыре локомотива были переданы в музеи, кроме одного, который был выброшен.
Лондонский метрополитен периодически запускает локомотивы, работающие на аккумуляторах, для выполнения обычных задач по техническому обслуживанию.
Развитие высокоскоростного сообщения привело к еще большей электрификации в 1960-х годах.
В последние несколько лет электрификация железных дорог постоянно усиливалась, и в настоящее время электрифицированные пути составляют практически более семидесяти пяти процентов всех путей во всем мире.
При сравнении электрических железных дорог с дизельным двигателем видно, что электрические железные дороги предлагают гораздо более высокую энергоэффективность, меньшее количество выбросов и сокращение эксплуатационных расходов. Кроме того, они, как правило, бесшумны, более мощные, быстро реагируют и более надежны, чем дизельные двигатели.
Они не имеют провинциальных выбросов, что является значительным преимуществом для метрополитенов и муниципальных секторов.
Паро-дизельный гибрид может использовать пар, вырабатываемый дизелем или котлом, для работы поршневого двигателя.
Паровые локомотивы требуют значительно большего обслуживания, чем локомотивы, работающие на дизельном топливе, для поддержания парка в рабочем состоянии требуется меньше персонала. Даже самые перспективные паровозы ежемесячно проводили в гараже в среднем от двух до шести дней для проведения базового регулярного технического обслуживания и восстановления работоспособности.
Масштабные реставрации проводились регулярно, часто предполагая удаление котла из рамы для капитального восстановления. Но обычному тепловозу требуется всего семь-одиннадцать часов ежемесячного технического обслуживания и настройки; он может работать несколько лет подряд между значительными ремонтами. Тепловоз не загрязняет окружающую среду в отличие от паровозов; современные устройства производят мизерное количество выхлопных газов.
Электрический локомотив на топливных элементах
Некоторые железные дороги и производители локомотивов оценили перспективу внедрения локомотивов на топливных элементах в ближайшие 15-30 лет.
Был показан основной 3,6-тонный, 17 кВт водородный (энергетический агрегат), в 2002 году — управляемый шахтный поезд. Он был меньше обычного на гидрорельсе в Гаосюне, Тайвань, и был принят на службу в 2007 году. Rail-power GG20B — это еще одно изображение электропоезда на топливных элементах.
Изменение окружающей среды ускоряется, и настало время ограничить выбросы углерода от транспорта — немедленно.
В докладе, представляющем собой исследование «Использование топливных элементов и водорода в железнодорожной среде», делается вывод о том, что поезда на топливных элементах будут играть решающую роль в эволюции экономики с нулевым уровнем выбросов. Фактически, говорится в отчете, к 2030 году многие недавно приобретенные в Европе железнодорожные транспортные средства могут работать на водородном топливе.
Поезда, работающие на водороде, стабилизировались, чтобы совершить переворот в железнодорожной промышленности как вариант дизельного топлива с нулевым уровнем выбросов, экономически эффективный и высокопроизводительный.
Недавнее исследование показало, что водородные поезда имеют реальный коммерческий потенциал, но необходимо проделать большую работу по тестированию и увеличению доступности продукта для маневровых и магистральных грузовых перевозок.
Доля рынка водородных поездов на топливных элементах может вырасти до сорока одного процента к 2030 году в Европе, учитывая оптимистичные условия для роста и развития рынка. Компания Ballard занимает ведущее место в отрасли по созданию явных рельсовых решений.
Преимущества электровоза на топливных элементах:
Разработка композитных схем расположения батарей и топливных элементов имеет решающее значение для увеличения дальности и производительности.
Он может выдерживать вес в 5 000 тонн и двигаться со скоростью около 180 км/ч, преодолевая длинный участок протяженностью около 700 км.
Адаптируемые комплекты достигаются путем изменения соотношения топливных элементов и батарей.
Железнодорожные вагоны, работающие на водороде, заправляются менее чем за 20 минут и могут работать без дозаправки более 18 часов.
Поезда, работающие на аккумуляторах, имеют существенные недостатки, включая меньшую дальность поездки и повышенное время простоя, необходимое для восстановления батарей. В результате они подходят только для определенных перегонов и маршрутов, что значительно ограничивает возможности железнодорожных операторов.
Поезда, работающие на топливных элементах, могут эффективно работать на более широком спектре путей, практически без простоев. Поезда на топливных элементах имеют наибольший денежный смысл при использовании на более протяженных неэлектрифицированных маршрутах длиной более 100 км.
Катуарная инфраструктура для 100% электрических поездов не только дорого стоит (1-2 миллиона долларов за километр), но также может быть дорогой в регулировании и поддержании.
С другой стороны, водородные поезда имеют перспективно меньшие валовые расходы на эксплуатацию.
Анализ ТСО показывает, что поезда на водородном топливе являются наименее затратным вариантом по сравнению с электрификацией на дизельном топливе и катенарной электрификации:
Цена дизельного топлива превышает 1,35 евро за литр.
Тарифы на электроэнергию ниже 50 евро за МВтч.
Они так же адаптируемы и универсальны, как и дизельные локомотивы с аналогичным диапазоном. Они так же хорошо переносят требования железнодорожного транспорта, когда дизельное топливо будет постепенно выводиться из эксплуатации.
в котором используется бортовая система аккумулирования энергии (RESS), расположенная между источником энергии (часто дизельным двигателем) и системой тяговой передачи, прикрепленной к вращающимся колесам. За исключением аккумуляторной батареи, максимальные тепловозы являются дизель-электрическими, они имеют все элементы последовательной гибридной передачи, что делает такую возможность довольно простой.
Существуют различные виды скрещенных или двухрежимных локомотивов, использующих более двух видов движущей силы. Электро-дизельные локомотивы — это наиболее известные гибриды, работающие либо от электричества, либо от бортового дизельного двигателя. Гибридные локомотивы используются для обеспечения непрерывных поездок по путям, которые электрифицированы лишь частично. Некоторые из представителей этой категории — Bombardier ALP-45DP и EMD FL9.
Рост числа дизель-электрических локомотивов
После подтверждения превосходства дизелей над паровозами, послевоенный период пополнился предложениями — теориями и изобретениями по усилению рельсовой тяги, причем каждое из них достигало эклектичных результатов. Среди множества причудливых заячьих стратегий, запланированных доктором Лайлом Борстом из Университета Юты в начале девятнадцатого века, есть и атомный электропоезд.
Хотя обширная защита и значение безопасности при перевозке двухсоттонного ядерного реактора по стране на повышенных скоростях игнорируются, расходы на закупку урана и производство локомотивных реакторов для их питания быстро заставили ученых и техников понять, что эта идея непрактична.
Многие другие, более удачные и логичные идеи, такие как газотурбинные электровозы, в той или иной степени привлекали внимание в послевоенный период, но дизель продолжает оставаться монархом и сейчас.
Из 3 распространенных систем передачи мощности, которые экспериментировали для использования на дизельных двигателях — электрической, механической и гидравлической — к настоящему времени было очевидно, что дизель-электрическая стала новым идеалом в мире. Из трех систем, включая электрическую, механическую и гидравлическую, дизель-электрические локомотивы, в которых дизельный двигатель работает от генератора переменного или постоянного тока, до сих пор демонстрировали наибольшие улучшения в конце 20-го века и представляют собой максимум тепловозов, используемых в настоящее время.
К концу 20-го века дизель-электрические локомотивы создали основу для новых, современных систем локомоции, которые признали зарождающийся экологический скептицизм и победили в дебатах о железнодорожной тяге. Например, к 2017 году гибридные поезда добавили к дизель-электрической процедуре (RESS) систему хранения перезаряжаемой энергии, которая дает право поездам, включая многочисленные локомотивы, которые были построены в рамках британской программы Intercity Express, приступить к работе.
Тенденции 21 века: Гидрорельсы и сжиженный природный газ
На протяжении большей части 20-го века дизель обеспечивал развитие железнодорожных сетей по всему миру.
Однако в 21 веке существенное негативное воздействие дизельных поездов на нашу атмосферу, особенно выброс парниковых газов, таких как CO2, и токсичных выбросов, таких как оксиды азота (NOx), пыль и сажа, привело к развитию более экологичных технических характеристик локомотивов. Некоторые из них уже функционируют, а остальные все еще находятся в стадии планирования.
Восстание сланцевого газа, бесконечные усилия в США, которые начинают набирать обороты по всему миру, вызвали значительное внимание к перспективам использования сжиженного природного газа (СПГ) в качестве топлива для железнодорожного транспорта. Дизельное топливо имеет более высокий рейтинг, чем СПГ, а СПГ гарантирует на тридцать процентов меньше выбросов углекислого газа и на семьдесят процентов меньше NOx, что может оказаться выгодным как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Многочисленные важные грузовые операторы, включая BNSF Railway и Canadian National Railway, в последние годы экспериментируют с локомотивами на СПГ, чтобы сделать этот переход разумным. Логистические и нормативные проблемы сохраняются, но если цена на топливо останется высокой, эти вопросы, вероятно, будут решены.
СПГ может быть связан с некоторым сокращением выбросов, тем не менее, он связывает промышленность с углеводородной экономикой после того, как научный консенсус предполагает, что цивилизация должна начать переход в пост-углеродное будущее немедленно, чтобы предотвратить опасные изменения климата.
Локомотивы с дистанционным управлением стали использоваться в сменных операциях, во второй половине двадцатого века их работа стала немного регулироваться с помощью оператора, находящегося снаружи локомотива. Основным преимуществом является то, что 1 оператор может управлять погрузкой угля, гравия, зерна и т. в вагоны. Аналогичный оператор может управлять поездом по мере необходимости.
Hydrail, современная концепция локомотивов, которая заключается в использовании устойчивых водородных топливных элементов вместо двигателей, работающих на дизельном топливе, при работе выделяет только пар. Водород можно вырабатывать с помощью таких производных низкоуглеродной энергии, как ядерная и ветровая.
Гидрорельсовые транспортные средства используют химическую энергию водорода для приведения в движение либо путем сжигания водорода в водородном двигателе внутреннего сгорания, либо путем получения водорода для реакции с кислородом в топливном элементе для работы электродвигателей. Широкое использование водорода для заправки железнодорожного транспорта является фундаментальным компонентом направленной водородной экономики. Этот термин широко используется профессорами-исследователями и машинистами во всем мире.
Обычно гибридные автомобили Hydrail являются гибридными транспортными средствами с возобновляемыми накопителями энергии, такими как суперконденсаторы или батареи, которые могут быть использованы для уменьшения объема необходимого хранения водорода, рекуперативного торможения и повышения эффективности. Применение гидрорельсов включает в себя все категории железнодорожного транспорта, такие как скоростной рельсовый транспорт, пассажирские железные дороги, шахтные железные дороги, пригородные железные дороги, грузовые железные дороги, легкорельсовый транспорт, трамваи, промышленные железнодорожные системы и уникальные железнодорожные аттракционы в музеях и парках.
В таких странах, как Япония, США, Великобритания, Южная Африка и Дания, были реализованы эффективные исследовательские проекты, а на маленьком голландском острове Аруба намечен дебют первого в мире водородного трамвая для Ораньестада, столицы голландского острова Аруба.
Стэн Томпсон, известный сторонник водородной экономики, сказал: «Hydrail, вероятно, будет ведущей автономной железнодорожной технологией планеты до конца 21-го века, так что, возможно, это экологически чистое изобретение со временем выбьет локомотивы, работающие на дизельном топливе, из колеи.
Принцип работы локомотива
Локомотивы (широко известные как «двигатели» поездов) являются центром и сутью сети железных дорог. Они придают жизненную силу вагонам и каретам, которые в противном случае являются безжизненными кусками металла, превращая их в поезда. Работа локомотивов основывается на очень простом постулате.
Будь то электровоз или дизель, локомотивы в действительности «управляются» связкой электрических индукционных двигателей переменного тока, называемых тяговыми двигателями, закрепленными на их осях. Для работы этих двигателей требуется электричество, и источник, который обеспечивает эту энергию, является тем, что отличает электрические и дизельные локомотивы.
Что такое тяговый двигатель локомотива?
Тяговые электродвигатели — это электродвигатели, которые являются более крупными, скульптурными, усиленными, более сложными и важными версиями традиционного электрического индукционного двигателя, используемого в насосных установках, электрических вентиляторах и т. Электричество, вырабатываемое источником, в конечном итоге поступает в тяговые двигатели, которые приводят в действие и вращают колеса локомотива.
В дополнение к энергии, вырабатываемой двигателем, работа локомотива также зависит от нескольких других элементов, таких как максимальная скорость, тяговое усилие, передаточные числа, коэффициенты сцепления, вес локомотива, нагрузка на ось и т. Они определяют вид помощи и функции, для которых будет использоваться локомотив, будь то перевозка пассажиров, грузов или и того, и другого. Это относится как к электрическим, так и к дизельным локомотивам.
В настоящее время все локомотивы имеют микропроцессорное управление, что позволяет им работать методично и плодотворно. Эти компьютеры регулярно собирают, обобщают и оценивают информацию для расчета оптимальной мощности, необходимой каждой оси локомотива для обеспечения его первоклассной работы в соответствии с массой, скоростью, уклоном, аспектами сцепления и так далее.
Затем они подают необходимое количество энергии на соответствующие тяговые двигатели. К этому добавляются все вспомогательные функции локомотива, такие как радиаторы, выхлоп, аккумуляторы, тормозное и песочное оборудование, динамические тормозные резисторы, усовершенствованная система охлаждения подвески и т.
Дизельные локомотивы — это, по сути, огромные самоходные генераторы электроэнергии. Дизельный локомотив» — это самодвижущееся железнодорожное транспортное средство, которое движется по рельсам и толкает или тянет прицепленный к нему поезд с помощью огромного двигателя внутреннего сгорания, работающего на дизельном топливе, в качестве основного движителя или основного поставщика энергии.
Хотя современные тепловозы не похожи на обычные автомобили, у них нет явной механической связи между колесами и двигателем, поэтому энергия, вырабатываемая двигателем, фактически не вращает колеса. Задача дизельного двигателя заключается не в движении поезда, а в преобразовании большого электрогенератора/альтернатора, вырабатывающего электрический ток (первоначально постоянный ток, в настоящее время переменный ток), который при необходимости проходит через выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный. Затем он передается на тяговые электродвигатели, которые далее могут генерировать фактический (вращательный) момент, вращающий колеса локомотива.
Таким образом, роль дизельного двигателя заключается лишь в производстве энергии для тяговых двигателей и вспомогательных инструментов, таких как воздуходувки, компрессоры и т.
Большинство индийских тепловозов имеют три пары тяговых двигателей, по одному на каждую ось, за исключением тепловоза WDP4, у которого только две пары тяговых двигателей на три пары осей. Двигатели Индийских железных дорог имеют 16 цилиндров в V-образном расположении (V16), за исключением нескольких менее мощных, таких как WDG5 с двигателем V20 и WDM2 с 12 цилиндрами.
В отличие от общепринятого предположения, тепловозы являются гораздо более современной технологией (1938) по сравнению с электровозами (1881). Следовательно, электровозы функционируют по тому же принципу, что и тепловозы. Не будет неверным сказать, что тепловозы работают на электричестве, поэтому локомотивы, использующие эту схему работы, называются «дизель-электрическими», к которым относятся все магистральные тепловозы в Индии.
В прежние времена существовали локомотивы, у которых дизельный двигатель непосредственно управлял колесами через кучу шестерен, такие машины назывались дизель-гидравлическими локомотивами. Но они были не только чрезвычайно сложными, но и неэффективными и проблематичными, и были вытеснены тепловозными двигателями.
«Передача» для локомотивов означает порядок или тип передачи электроэнергии от двигателя к тяговым электродвигателям. Некоторые из ранних локомотивов имели передачу постоянного тока (DC), но все современные модели имеют передачу переменного тока, а все процессы внутри локомотива регулируются компьютерами.
Тепловоз — это довольно сложное и изысканное оборудование. Тепловозы невероятно автономны, очень легко адаптируются, могут работать где угодно и когда угодно, пока в их баках достаточно топлива. Генератор на колесах, который получает электричество, чтобы приводить себя в движение!
Техническое обслуживание тепловозных электростанций
В ремонте электрооборудования участвует очень мало людей. Он ограничивается анализом и проверкой шкафа управления щетками и коммутаторами. Минимальный срок между проверками составляет один месяц, а продолжительность — около четырех часов. Вообще говоря, согласиться с тем, что конструкция может быть улучшена, значит предположить, что часть оборудования нуждается в модификации или проверке в любой момент времени. В некоторых ситуациях это улучшение может быть достигнуто без увеличения расходов. Конечно, понятно, что могут возникнуть непредвиденные проблемы, и их необходимо распознать до того, как они приведут к серьезным последствиям.
Можно предположить, что ежемесячный осмотр коммутаторов и щеточной передачи относится к этой группе, но нельзя согласиться с тем, что целесообразно рассматривать механические или электрические проблемы, связанные с ослаблением гаек или других крепежных механизмов. В этом отношении можно быть уверенным в полной надежности. Нет причин, по которым оборудование управления должно требовать внимания чаще, чем раз в шесть месяцев, при условии, что это так, и что различные контакторы и реле справляются со своей работой. Для проверки этой теории часть контрольного оборудования должна работать без внимания в течение более чем этого периода, и график постепенно корректируется соответствующим образом.
Правильно спроектированные роликовые подшипники могут работать без повторной смазки не менее трех лет, если не подвергаются воздействию высоких температур. Самосмазывающиеся втулки способны удалять смазку управляющей шестерни. Если оставить в покое контакты, размыкающие ток, то они должны удовлетворительно работать в течение как минимум шести месяцев. Серебристый, кулачковый, стыковой тип должен иметь маленькие контакты. Обеспечивая необходимую вентиляцию, стоит приложить немало усилий для удаления пыли. Тщательное внимание уделяется обслуживанию двигателя с пусковой батареей. В различных мастерских получены удовлетворительные результаты по свинцово-кислотным или щелочным аккумуляторам, и нет существенной разницы между их годовыми затратами. Свинцово-кислотные батареи намного лучше по многим параметрам.
Расходы не так велики из-за времени, потраченного на фактическую работу, в отличие от длительного времени, которое может потребоваться на поездку. По той же причине простейшая неисправность может повлечь за собой значительную потерю времени электрика и, что более важно, потерю работоспособности локомотива. Он подчеркивает необходимость преемственности, которая может быть достигнута простотой и вниманием к каждой детали в архитектуре.
В связи с дизельным двигателем возникают уникальные проблемы, от удовлетворительного решения которых зависит работоспособность дизельной тяги. Что касается внимания к проектированию, то к нему можно подойти так же, как и к электрооборудованию, но очевидно, что механические и тепловые вопросы, которые необходимо решить, являются более точными, а последствия отказа могут быть катастрофическими. Кроме того, необходима большая степень точности, чем в случае с паровозом. Опять же, если речь не идет о восьми-десяти локомотивах, то полный рабочий день слесаря не оправдан.
Это еще раз указывает на необходимость создания стабильной и простой конструкции. Дизельный двигатель можно разделить на следующие разделы для рассмотрения того, что с ним связано:
(a) Очень сильно нагруженные поверхности, скользящие с большой скоростью — подшипники, поршни, кольца и т.
(b) Клапаны и рабочий механизм клапана.
(c) Процесс вынесения решения.
(d) Насосы и инжекторы для инъекций.
Стандартная скорость износа, также как и допустимый износ, определена для первых трех позиций; следовательно, в целом, об этих позициях можно забыть по крайней мере на три или четыре года.
Подшипники, на которых белый металл свидетельствует о дискомфорте, удаляются, хотя это требуется редко. За последние четыре года в ходовых цехах было заменено всего три коренных и девять крупногабаритных подшипников, при этом в среднем в работе находилось около 40 локомотивов. Ни один из них не находился в опасном состоянии, но был выявлен во время периодических проверок.
Болты большого конца и центровка коленчатого вала являются наиболее критичными элементами, за которыми необходимо следить с точки зрения избежания серьезных проблем, на которые влияет потенциальная потеря или чрезмерный износ коренного подшипника. Болты с большим концом вытягиваются до удлинения 0-009 и испытываются после одного месяца работы до этого размера. Часовой микрометр между полотнами контролирует ориентацию коленчатого вала, когда коленчатый вал прижимается к нижним половинкам коренных подшипников специальными домкратами.
Вопрос о том, следует ли использовать пробег, часы работы, обороты двигателя или потребленное топливо в качестве основы для циклов технического обслуживания, представляет интерес. Замечено, что пробег наиболее удобен, когда локомотивы выполняют одинаковые маневровые задачи.
Инфраструктура тепловозных сараев в Индии
Планировка ангара определяется как план оптимального расположения, включающий все объекты, в том числе док для технического обслуживания, типы оборудования, емкость для хранения, погрузочно-разгрузочное оборудование и все другие вспомогательные службы, одновременно с планированием наиболее приемлемой конструкции.
Целями Shed Layout являются: a) упорядочить поток локомотивов и материалов через сарай,b) поощряйте процедуру ремонта, c) снизить затраты на обработку материалов, г) эффективное использование персонала, д) оборудование и помещение, f) эффективно использовать компактное пространство, g) универсальность операционных процессов и механизмов, h) обеспечить сотрудникам удобство, i) безопасность и комфорт,j) минимизировать общее время для расписания локомотивов, ик) поддерживать организационную структуру и т.
Завод тепловозов (Варанаси)
Банарасский локомотивный завод (BLW) является производственным подразделением Индийских железных дорог. Banaras Locomotive Works (BLW) прекратил производство тепловозов в марте 2019 года и был переименован в BLW в октябре 2020 года.
Основанная в начале 1960-х годов как DLW, она запустила свой первый локомотив третьего января 1964 года, через три года после своего основания. Banaras Locomotive Works (BLW) производит локомотивы, которые являются моделями, происходящими от реальных конструкций ALCO 1960-х годов и конструкций GM EMD 1990-х годов.
В июле 2006 года DLW передала несколько локомотивов на аутсорсинг в мастерскую Парел, Центральная железная дорога, Мумбаи. В 2016 году он получил звание «Лучший производственный щит 2015-16». Первая фаза проекта по развитию BLW была открыта в 2016 году.
В 2017 году она вновь получила звание «Лучший производственный щит 2016-17» 2-й год подряд. В 2018 году он получил звание «Лучшее производственное подразделение 2017-18» Индийских железных дорог уже третий год подряд. В том же году компания успешно переоборудовала два старых тепловоза ALCO WDG3A в электровоз WAGC3, первый во всем мире.
Компания Diesel Locomotive Works (DLW) была крупнейшим производителем дизель-электрических локомотивов в Индии. В 2020 году он сформулировал первый в стране двухрежимный локомотив WDAP-5. Сегодня BLW производит в основном электровозы WAP-7 & WAG.
Кроме того, Индийские железные дороги, BLW периодически отправляют локомотивы на различные территории, такие как Мали, Шри-Ланка, Сенегал, Вьетнам, Бангладеш, Непал, Танзания и Ангола, а также некоторым производителям внутри Индии, таким как сталелитейные заводы, крупные энергетические порты и частные железные дороги.
