МАНЕВРОВЫЙ ЛОКОМОТИВ

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями, содержащим тяговую аккумуляторную батарею и электрохимический генератор.
Известен маневровый локомотив капотного типа с открытой сверху рамой без стального перекрытия, который оборудован необходимыми узлами в виде модулей (блоков), доступных для подхода сбоку и имеющих единые установочные размеры: приводного дизельного двигателя с генератором, управляющего приводного устройства, агрегата воздухоснабжения для охлаждения расположенных на ведущих осях тяговых двигателей и управляющего приводного устройства, кабины машиниста, топливного бака, размещенного на раме под модулем кабины машиниста [патент РФ №2344954, МПК: B61C 17/00, Маневровый локомотив, Бондаренко Л.М., опубл. 27.01.2009, БИ №3.]
Недостатком известного локомотива является длительный простой локомотивов с работающим дизелем, особенно в зимнее время и связанные с этим значительные затраты дизельного топлива, масла, расходы на значительные выбросы вредных веществ с отработавшими газами дизельного двигателя.
Известен маневровый локомотив, содержащий дизель-генератор, тяговые электродвигатели реверсивного типа, электролизер с тремя входами и двумя выходами, накопители кислорода и водорода и не менее одного электрохимического водородокислородного генератора с двумя входами и двумя выходами, причем дизель-генератор выполнен маломощным и малоразмерным и соединен с первым входом электролизера, выходы которого по водороду и кислороду соединены через накопители водорода и кислорода со входами электрохимического генератора, второй вход электролизера соединен со вторым выходом электрохимического генератора и системой охлаждения дизеля, третий вход электролизера соединен с силовой аккумуляторной батареей, первый выход электрохимического генератора соединен с тяговыми электродвигателями, а дизель-генератор соединен с тяговыми электродвигателями [патент РФ №2453448, МПК B60L 11/18, опубл. 20.06.2012 г, Носырев Д.Я. и др. Способ работы маневрового локомотива и маневровый локомотив].
Недостатком является длительное время простоя локомотива при зарядке аккумуляторных батарей и отсутствие возможности форсирования локомотива по мощности.
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 на маневровый локомотив, содержащий маломощный и малоразмерный дизель-генератор, тяговые электродвигатели реверсивного типа, силовые аккумуляторые батареи, электролизер, накопители водорода и кислорода, топливный бак, не менее одного электрохимического генератора и систему охлаждения дизеля, дополнительно установлены теплообменник-конденсатор паров и сепаратор капельной жидкости, причем вход теплообменника-конденсатора соединен с дизель-генератором, выход соединен со входом сепаратора капельной жидкости, выход которого соединен с системой охлаждения дизель-генератора и электролизером, выход электрохимического генератора по воде дополнительно соединен с системой охлаждения дизель-генератора, выход по кислороду дополнительно соединен с воздушным ресивером дизель-генератора, выход по водороду соединен с топливной системой дизель-генератора.
Дополнительное введение теплообменника-конденсатора паров и сепаратора капельной жидкости позволит сократить время простоя локомотива при зарядке аккумуляторных батарей и обеспечить форсирование локомотива по мощности.
На фиг. 1 представлен маневровый локомотив, на фиг. 2 - маневровый локомотив (вид сверху), на фиг. 3 - схема соединения энергетического оборудования маневрового локомотива.
Маневровый локомотив с энергоустановкой содержит дизель-генератор 1, тяговые электродвигатели реверсивного типа 2, электрохимический генератор 3, силовые аккумуляторные батареи 4, электролизер 5, накопители кислорода 6, накопители водорода 7, топливный бак 8, теплообменник-конденсатор паров 9, сепаратор капельной жидкости 10.
При запуске маневрового локомотива с энергетической установкой запускают электрохимический генератор 3. Для этого из накопителей с кислородом 6 и водородом 7 подают кислород и водород в электрохимический генератор 3, в котором происходит реакция взаимодействия кислорода с водородом с образованием электрической энергии и воды. Выработанной электрической энергией питают тяговые электродвигатели 2, которые приводят тепловоз в движение.
На маневровый локомотив с энергетической установкой помимо пусковых аккумуляторных батарей дополнительно установлены силовые аккумуляторные батареи 4, которые обеспечивают кратковременное увеличение мощности локомотива с работающим электрохимическим генератором 3, например, при движении локомотива по крутому профилю пути или при присоединении к маневровому локомотиву вагонов. При этом электродвигатели 2 питаются как от электрохимического генератора 3, так и от силовых аккумуляторных батарей 4, которые подключают при максимальной нагрузки электрохимического генератора.
Также на маневровый локомотив установлены теплообменник-конденсатор паров 9 и сепаратор капельной жидкости 10. Пары кислорода и водорода через дизель-генератор поступают в конденсатор, в нем они конденсируются, то есть переходят из парообразного состояния в жидкое, затем эта жидкость от конденсатора поступает в сепаратор, там происходит отделение капельной воды. Затем через контур циркуляции воды жидкость возвращается в накопители кислорода и водорода соответственно.
При движении маневрового локомотива с вагонами, когда совместной мощности электрохимического генератора 3 и силовых аккумуляторных батарей 4 недостаточно, отключают от тяговых электродвигателей 2 силовые аккумуляторные батареи 4 и нагружают электродвигатели 2, помимо электрохимического генератора 3, дизель-генератором 1. В случае если совместной мощности электрохимического генератора 3 и дизель-генератора 1 для работы маневрового локомотива недостаточно, то кратковременно мощность локомотива можно увеличить путем подключения к тяговым электродвигателям 2 силовых аккумуляторных батарей 4, в этом случае маневровый локомотив выйдет на полную мощность.
Дизель-генератор 1 выполнен маломощным и малоразмерным и работает на дизельном топливе. Топливный бак 8 с дизельным топливом установлен под локомотивом.
Силовые аккумуляторные батареи 4 на маневровом локомотиве размещают под кабиной машиниста, при этом систему охлаждения дизель-генератора 1 соединяют с системой охлаждения электролизера 5. Воду, вырабатываемую в электрохимическом генераторе 3, направляют в электролизер 5 или в водяную систему дизель-генератора 1. В электролизер 5 воду также подают из системы охлаждения дизель-генератора 1.
Сепаратор капельной жидкости 9 и теплообменник-конденсатор паров 9 находятся в начале кузова локомотива в отдельном отсеке. Снизу в отсеке теплообменник-конденсатор паров 9, выше него сепаратор капельной жидкости 9. Они соединены с дизель-генератором 1. Так как через него подают пары водорода и кислорода. Сепаратор капельной жидкости 9 соединен с системой охлаждения дизель-генератора 1.
При торможении маневрового локомотива реверсивные тяговые двигатели 2 переводят в генераторный режим и полученной электроэнергией периодически подзаряжают силовые аккумуляторные батареи 4, при этом зарядку силовых аккумуляторных батарей осуществляют нагружением на нее дизель-генератора 1, например, во время стоянки маневрового локомотива.
Для получения кислорода и водорода на борту локомотива установлен электролизер 5, который получает питание от дизель-генератора 1. Выработанный водород и кислород направляют в накопители с водорода 7 и кислорода 6, откуда водород с кислородом направляют в электрохимический генератор 3. Дизель-генератор 1 нагружает электролизер 5 как во время движения, так и во время стоянки до тех пор, пока накопители с водорода 7 и кислорода 6 не будут заполнены полностью.
Водород с кислородом можно подавать в дизель-генератор 1, при этом кислород и водород можно подать в дизель-генератор 1 через воздушный коллектор или совместно с топливом. Для подачи водорода и кислорода совместно с топливом в цилиндр дизеля топливо необходимо предварительно обогатить водородом или кислородом или тем и другим совместно. Для этого на тепловозе необходимо установить устройство обогащения топлива продуктами электролиза воды. При питании дизеля водородом и кислородом повысится его мощность, снизится расход топлива и улучшатся экологические показатели маневрового локомотива.
Для улучшения экологических показателей маневрового локомотива в выхлопной коллектор дизель-генератора 1 можно подавать кислород, при этом выхлопные газы будут дожигаться в выхлопном коллекторе.
Для прогрева систем маневрового локомотива, а также осушки его тяговых двигателей при заходе локомотива в депо используют электрическую энергию, вырабатываемую дизель-генератором 1, а электролизер 5 в это время работает от контактной сети депо.
В случае если дизель-генератор 1 находится в неработоспособном состоянии при движении маневрового локомотива, то электролизер 5 питают силовыми аккумуляторными батареями 4 или электрохимическим генератором 3.
На схеме энергетического оборудования конденсатор получает пары кислорода и водорода из накопителей от трубы дизель-генератора, затем эти жидкость от конденсатора поступает в сепаратор капельной жидкости 10, в нем происходит отделение капельной воды. Выход конденсированого водяного пара из сепаратора капельной жидкости 10 соединен с системой охлаждения дизель-генератора 1.
Распределение мощности составляющих энергоустановки маневрового локомотива можно выполнить следующим образом: дизель-генератор 20%, электрохимический генератор 70%, силовые аккумуляторные батареи 10%.
Предлагаемый маневровый локомотив является экологически чистым, позволяет получать водород и кислород в процессе работы, происходит циркуляция воды в контуре, позволяет увеличить межэкипировочные пробеги маневрового локомотива более чем в два раза, позволяет форсировать мощность 20%