МАНЕВРОВЫЙ ТЕПЛОВОЗ С ГАЗОПОРШНЕВОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ (ВАРИАНТЫ)
SHUNTING DIESEL LOCOMOTIVE WITH GAS-PISTON POWER PLANT (VERSIONS)

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тепловозов, снабженных поршневыми двигателями, использующими в качестве моторного топлива горючий газ.
Известна конструкция маневрового тепловоза ТЭМ18Г, снабженного поршневым газодизелем и блоком баллонов со сжатым природным газом, расположенным под главной рамой между тележками тепловоза. (Ж. «Локомотив», 1998, №6, с.11-13).
Недостатками маневрового тепловоза ТЭМ18Г являются:
- расположение запаса сжатого природного газа в средней части тепловоза поблизости от кабины машиниста, что понижает уровень безопасности локомотивной бригады в случае аварийных ситуаций;
- недостаточность запаса газового топлива в блоке баллонов из-за ограниченности пространства для размещения емкостей газа между тележками тепловоза, что делает необходимыми частые дозаправки емкостей газом и тем снижает производительность тепловоза;
- большой вес баллонов при ограниченном объеме.
Известна конструкция газотепловоза, который снабжен топливным баком, закрепленным на раме тепловоза и содержащим баллоны для газового топлива и жидкое топливо (RU, патент №2 316 439 О, МПК В61С 5/00, В60К 15/073, 2008 г.).
Недостатками конструкции газотепловоза являются недостаточный запас газового топлива, ограниченный объем возимого жидкого топлива, а также значительные затраты времени на заправку емкостей того и другого видов топлива при экипировке газотепловоза.
Известна конструкция маневрового тепловоза, выполненного с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе.
Тепловоз содержит кузов с кабиной машиниста, ходовую часть, двигатель, электронно управляемую систему подачи газа и размещенные под рамой тепловоза емкости для хранения газа, причем электронно управляемая система подачи газа выполнена электропневматической. В отсеке аккумуляторов за кабиной машиниста размещены дополнительные емкости для хранения газа, а аккумуляторные батареи размещены под рамой тепловоза, емкости газа выполнены в виде металлокомпозитных баллонов (RU, патент №2422311 С1, МПК В61С 5/00, 2011 г.).
Недостатком конструкции маневрового тепловоза является размещение металлокомпозитных баллонов со сжатым газом за кабиной машиниста, что снижает уровень безопасности локомотивной бригады, а также недостаточный запас газового топлива, ограниченный объемом пространства под главной рамой между тележками тепловоза.
Известна установка на локомотивах при их постройке балласта с целью выравнивания вертикальных нагрузок на тележки и колесные пары, повышения тяговых качеств. Балласт устанавливают и закрепляют неподвижно. Например, балласт в виде отливок из чугуна установлен на главной раме тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2. («Тепловозы ТЭМ1 и ТЭМ2. Ред. Е.Ф.Сдобникова, Москва, «Транспорт», 1978 г., с.264). Применяемые конструкции установок балласта не обеспечивают компенсации изменений масс агрегатов локомотивов, возникающих при эксплуатации.
Известна конструкция двухсекционного газотурбовоза, использующего газ в качестве топлива, в кузове одной из секций которого жестко закреплена на раме емкость сжиженного криогенного газового топлива в виде криогенной цистерны с тепловой изоляцией. Внутренняя полость емкости сжиженного газа соединена с криогенным топливным трубопроводом двигателя, размещенного в другой секции газотурбовоза, через криогенный насос. Газификация жидкого топлива осуществляется в теплообменнике-газификаторе за счет тепла выпускных газов газовой турбины (RU, патент №2 352 484 С2, МПК В61С 5/00, 2009 г.).
Недостатками конструкции двухсекционного газотурбовоза являются:
- значительная затрата времени на заправку топливной емкости, жестко закрепленной на раме секции газотурбовоза;
- использование криогенного насоса подачи сжиженного газа, что уменьшает ресурс и надежность топливной системы;
- наличие второй секции, ухудшающей маневровые качества локомотива.
Известен способ блок-модульной транспортировки газа газотепловозом, при котором криогенную цистерну постоянного базирования устанавливают на отдельном газовом тендере, экипировку локомотива газом осуществляют путем замены тендера с порожней цистерной на тендер с цистерной, заранее наполненной сжиженным газом (RU, патент №2424928 С1, МПК В61С 5/00, 8/00, 2009 г.).
Недостатками способа являются необходимость удвоения действующего парка газовых тендеров и связанное с этим возрастание строительных и эксплуатационных расходов. Наличие отдельного тендера с емкостью для топлива ухудшает маневровые качества локомотива.
Техническим результатом изобретения является снижение уровня рисков, повышение безопасности локомотивной бригады, маневрового тепловоза с газопоршневой силовой установкой и криогенной емкостью сжиженного природного газа путем рационального размещения криогенной емкости, уменьшения разницы осевых нагрузок колесных пар, возникающей при расходовании сжиженного газа из криогенной емкости, сокращения времени экипировки тепловоза криогенным топливом.
Указанный технический результат достигается тем, что на маневровом тепловозе с газопоршневой силовой установкой, содержащем главную раму, опирающуюся на тележки с колесными парами, кабину машиниста, газопоршневую силовую установку с охлаждающим устройством, газопоршневым двигателем и тяговым генератором, съемную емкость газового криогенного топлива, соединенную газовым криогенным патрубком с газовым патрубком газификатора (испарителя) криогенного топлива, другое оборудование и неподвижный балласт, съемная емкость газового криогенного топлива установлена на главной раме тепловоза над одной из тележек в максимальном удалении от кабины машиниста, размещенной на противоположном конце главной рамы тепловоза, газопоршневая силовая установка с охлаждающим устройством, газопоршневым двигателем и тяговым генератором установлена между съемной емкостью газового криогенного топлива и кабиной машиниста тепловоза, между съемной емкостью газового криогенного топлива и газопоршневой силовой установкой укреплена ударостойкая огнезащитная перегородка, вспомогательное оборудование и неподвижный балласт установлены и закреплены на главной раме тепловоза таким образом, что при количестве топлива в съемной емкости газового криогенного топлива, равном 0,4 -0,6 всего расходуемого из емкости количества топлива, вертикальная нагрузка от главной рамы на тележки тепловоза распределена на тележки равномерно с отклонением, не превышающим допустимых пределов разности нагрузок, съемная емкость газового криогенного топлива снабжена стандартными опорами для фиксации на встречных опорах главной рамы тепловоза, отводящий криогенный патрубок съемной емкости газового криогенного топлива соединен с газовым патрубком газификатора (испарителя) криогенного топлива быстроразъемным соединением.
Во втором варианте изобретения маневровый тепловоз с газопоршневой силовой установкой дополнительно снабжен подвижным в направлении продольной оси тепловоза балластом, который размещен по сторонам главной рамы тепловоза и снабжен механизмом его перемещения от тележки, над которой установлена кабина машиниста, до тележки, над которой установлена съемная емкость газового криогенного топлива и обратно, причем механизм перемещения подвижного балласта  может быть электрически связан с датчиком количества или уровня топлива в съемной емкости газового криогенного топлива.
На фиг.1 изображен маневровый тепловоз с газопоршневой силовой установкой, вид сбоку.
На фиг.2 изображен маневровый тепловоз с газопоршневой силовой установкой, дополнительно снабженный подвижным балластом, вид сбоку.
На фиг.3 изображен маневровый тепловоз с газопоршневой силовой установкой, дополнительно снабженный подвижным балластом, вид сверху.
Маневровый тепловоз 1 (фиг.1) содержит главную раму 2, опирающуюся на тележки 3 с колесными парами 4, газопоршневую силовую установку 5 с охлаждающим устройством 6, газопоршневым двигателем 7 и тяговым генератором 8, съемную емкость 9 газового криогенного топлива, соединенную отводящим криогенным патрубком 10 с газовым патрубком 11 газификатора (испарителя) 12 криогенного топлива. На главной раме 2 закреплены вспомогательное оборудование 13, неподвижный балласт 14. Съемная емкость 9 газового криогенного топлива установлена на главной раме 2 тепловоза 1 над одной из тележек 3 в максимальном удалении от кабины машиниста 15, размещенной на противоположном конце главной рамы 2, и отделена от газопоршневой силовой установки 5 ударостойкой огнезащитной перегородкой 16. Съемная емкость 9 газового криогенного топлива снабжена стандартными опорами 17, которые опираются на встречные опоры 18 главной рамы 2 тепловоза 1. Отводящий криогенный патрубок 10 съемной емкости 9 газового криогенного топлива соединен с газовым патрубком 11 газификатора (испарителя) 12 криогенного топлива быстроразъемным соединением 19.
Газопоршневая силовая установка 5 с охлаждающим устройством 6, газопоршневым двигателем 7 и тяговым генератором 8 установлена между съемной емкостью 9 газового криогенного топлива и кабиной машиниста 15. Вспомогательное оборудование 13 и неподвижный балласт 14 размещены на главной раме 2 тепловоза 1 таким образом, что при количестве топлива в съемной емкости 9 газового криогенного топлива, равном от 0,4 до 0,6 всего количества топлива, расходуемого из съемной емкости 9 газового криогенного топлива, вертикальная нагрузка от главной рамы 2 на тележки 3 тепловоза 1 распределена равномерно с отклонением, не превышающим допустимых пределов разности нагрузок.
Во втором варианте изобретения (фиг.2, 3) в отличие от вышеизложенного маневровый тепловоз 1 с газопоршневой силовой установкой 5 дополнительно снабжен подвижным балластом 20 (фиг.2, 3). Подвижный балласт 20 выполнен перемещаемым в направлении продольной оси тепловоза 1, размещен по сторонам главной рамы 2, снабжен механизмом его перемещения (не показан) по стрелке А (фиг.3). В исходном положении, при заполненной газовым криогенным топливом съемной емкости 9, подвижной балласт 20 помещают над тележкой 3 со стороны кабины машиниста 15. При минимальном остатке топлива в съемной емкости 9 подвижный балласт 20 помещают над тележкой 3, над которой установлена съемная емкость 9 газового криогенного топлива, чем достигается увеличение нагрузки на колесные пары 4 указанной тележки 3 и компенсация уменьшения нагрузки на эту тележку вследствие расходования газового топлива из съемной емкости 9, механизм перемещения подвижного балласта (на чертеже не показан) может быть электрически связан с датчиком количества или уровня топлива в съемной емкости 9 газового криогенного топлива.
Маневровый тепловоз с газопоршневой силовой установкой работает следующим образом.
После израсходования маневровым тепловозом 1 топлива из съемной емкости 9 газового криогенного топлива производят экипировку тепловоза 1 газовым криогенным топливом следующим образом:
- с помощью быстроразъемного соединения 19 отсоединяют отводящий криогенный патрубок 10 опорожненной съемной емкости 9 газового криогенного топлива от газового патрубка 11 газификатора (испарителя) 12;
- опорожненную емкость 9 снимают со встречных опор 18 главной рамы 2, вместо нее устанавливают на встречные опоры 18 главной рамы 2 другую заранее заполненную криогенным газом емкость 9 с опорами 17 и соединяют отводящий криогенный патрубок 10 съемной емкости 9 криогенного топлива с газовым патрубком 11 газификатора (испарителя) 12 быстроразъемным соединением 19.
Применение быстроразъемного соединения 19 отводящего криогенного патрубка 10 съемной емкости 9 газового криогенного топлива с газовым патрубком 11 газификатора (испарителя) 12 сокращает продолжительность экипировки тепловоза 1 топливом, повышает безопасность и увеличивает производительность локомотива.
Реализация максимальной удаленности съемной емкости 9 газового криогенного топлива от кабины машиниста 15 и установка между съемной емкостью 9 и газопоршневой силовой установкой 5 ударостойкой огнезащитной перегородки 16 снижает уровень рисков и обеспечивает повышенный уровень безопасности локомотивной бригады в кабине машиниста 15 в отношении воздействия газа, температурных и силовых факторов в аварийных ситуациях.
Размещением на главной раме 2 тепловоза 1 вспомогательного оборудования 13 и неподвижного балласта 14 таким образом, что при количестве газового топлива в съемной емкости 9, равном 0,4-0,6 всего расходуемого из емкости 9 количества топлива, вертикальная нагрузка от главной рамы 2 маневрового тепловоза 1 распределяется на тележки 3 и колесные пары 4 равномерно с отклонением, не превышающим допустимых пределов разности нагрузок, уменьшают на 40-60% максимальную неравномерность нагрузок на тележки, возникающую при работе тепловоза 1 вследствие расходования газового криогенного топлива из емкости 9.
Во втором варианте изобретения при работе маневрового тепловоза 1 подвижный балласт 20, выполненный перемещаемым в направлении продольной оси тепловоза по стрелке А (фиг.3), по мере расходования криогенного топлива из емкости 9 перемещают вдоль главной рамы 2 тепловоза 1 от тележки 3, над которой размещена кабина машиниста 15, к тележке 3, над которой расположена съемная емкость 9 газового криогенного топлива, чем компенсируют уменьшение массы топлива в емкости 9 вследствие его расходования и выравнивают вертикальную нагрузку на тележки. Сигналы на перемещение подвижного балласта 20 могут быть переданы механизму перемещения балласта от датчика количества или уровня топлива в съемной емкости 9 по электрической связи датчика и механизма передвижения балласта.
Например, подвижный балласт 20, масса которого не превышает величины Р/2, где Р - масса топлива, расходуемого силовой установкой 5 из емкости 9 газового криогенного топлива, при полном заполнении емкости 9 топливом располагают над тележкой 3 со стороны кабины машиниста 15, по мере расходования топлива из емкости 9 подвижный балласт 20 перемещают в сторону размещения емкости 9 и при минимальном количестве топлива в емкости 9 подвижной балласт 20 располагают над тележкой 3, находящейся под емкостью 9 газового криогенного топлива, чем обеспечивают равенство нагрузок на тележки 3 тепловоза при изменении массы емкости 9 вследствие изменения количества содержащегося в ней топлива.