Агрегат дизель-генераторный подвагонный (АДП)
DIESEL-GENERATOR UNDERCAR SET (DUS)

Заявленное техническое решение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к электроснабжению пассажирских и служебных вагонов, и может быть использовано в системах электроснабжения другого подвижного состава.
Из источника информации - патента RU 2094269 С1 - известен подвагонный генератор с приводом, который содержит статор с трехфазной обмоткой и зажимами в коробке выводов, ротор с короткозамкнутой обмоткой или постоянными магнитами. Статор посредством промежуточного фланца прикреплен к торцу буксы колесной пары. Фланец имеет кольцевую лабиринтную проточку и своей заходной частью ограничивает осевое перемещение верхней обоймы роликового подшипника. Ротор жестко связан с приводной осью колесной пары. Сердечник ротора и статор набраны и склеены из листов электротехнической стали. Вал ротора выполнен пустотелым с внутренней конической расточкой на конце для соосной посадки на переходную унифицированную гайку крепления подшипникового узла. Последняя имеет такую же посадочную наружную поверхность, как и вал ротора, и навинчена на шейку оси колесной пары. Между ступицей вала и переходной гайкой установлена призматическая шпонка. При движении вагона генератор самовозбуждается от потока остаточного намагничивания ротора и индуцирует электрический ток в обмотке статора. Охлаждение производится за счет поверхностного обдува воздухом при движении подвижного состава.
Из источника информации - патента RU 2578701 С1 - известна группа изобретений, которая относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в качестве автономного источника питания железнодорожных вагонов. Способ электроснабжения заключается в преобразовании усилий вращения колесной пары вагона в электрическую энергию. К поверхности вращения колесной пары при помощи устройства прижатия через фрикционную прокладку прижимают термоэлектрический преобразователь одной поверхностью для обеспечения ее нагрева. На другой поверхности преобразователя закрепляют радиатор для обеспечения необходимой разности температур на поверхностях. Электрический ток с выхода преобразователя используют для подзарядки аккумулятора. Устройство электроснабжения содержит аккумулятор, генератор электрического тока, устройства преобразования и стабилизации напряжения и тока, а также устройства для подключения и отключения аккумулятора. В качестве генератора используется термоэлектрический преобразователь, который прижат одной поверхностью через фрикционную прокладку к поверхности вращения колесной пары, а на другой его поверхности закреплен радиатор. Выходы преобразователя соединены с входом устройства преобразования и стабилизации напряжения и тока, выход которого подключен к входам аккумулятора и входам питаемой аппаратуры посредством устройств подключения и отключения.
Из источника информации - патента RU 2591002 С2 - известна группа изобретений, которая относится к электроснабжению транспортных средств с электротягой. Система для передачи электрической энергии к транспортному средству содержит электрическую проводниковую структуру, которая содержит несколько сегментов (T1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, Т7, Т8), причем каждый сегмент простирается вдоль пути движения. Каждый сегмент содержит одну линию для каждой фазы переменного тока. Система содержит несколько блоков питания для подачи переменного тока к соответствующему сегменту и источник тока для передачи электрической энергии к нескольким блокам питания, которые соединены параллельно относительно источника тока. Первый блок питания выполнен с возможностью подключения к каждому сегменту первого комплекта двух сегментов (T1, Т4, T1_a, Т4_а, T1_b, T4_b). Каждый соседний сегмент (Т2, Т3, Т5) выполнен с возможностью подключения исключительно к другому блоку питания. Причем первый блок питания выполнен и/или расположен так, что внутренние импедансы его соединений с сегментами первого комплекта одинаковы.
Из источника информации - патента RU 151404 U1 известно устройство, которое содержит подвагонный генератор и двухступенчатый привод, установленные на раме. Первая ступень в виде зубчатой передачи. Ведущее зубчатое колесо установлено на разъемном полом валу, ведомая шестерня - на промежуточном валу. Полый вал закреплен на оси колесной пары. Вторая ступень - ременная передача в виде ведущего и ведомого шкивов. Рама с одной стороны опирается на полый вал. В одной из опор использован разъемный роликовый подшипник, в другой - сборка из разъемного роликового подшипника и разъемного упорного двухрядного шарикового или роликового подшипника. С другой стороны, рама опирается на шарнирную подвеску. Для повышения безопасности в конструкцию добавлен страховочный трос.
Отличие заявленного изобретения от известных аналогов заключается в том, что известные устройства электроагрегатов не отвечают условиям с технологической и потребительской точек зрения в части обеспечения электроэнергией потребителей пассажирских и служебных вагонов на неэлектрифицированных участках железных дорог, при отсутствии и низких скоростях движения подвижного состава до момента включения основного источника электроснабжения вагона, а также при аварийных ситуациях, связанных с нарушением электроснабжения, так от реализации заявленного изобретения достигается универсальность конструкции контейнера, что позволяет упростить производство при его изготовлении; обеспечение возможности производить оснащение АДП на любом типе пассажирских и служебных вагонов РФ; обеспечение удобного доступа к элементам АДП во время проведения технических обслуживаний и ремонтов; обеспечение длительного ресурса узлов и деталей, сокращения количества необходимых ТО; обеспечение возможности применять максимальное количество универсальных элементов, проводить замену комплектующих аналогами; обеспечение комфортных условий для пассажиров и обслуживающего персонала в вагоне; обеспечение возможности визуального контроля за работой АДП при слабом освещении; обеспечение возможности отображения информации на дисплее при отрицательных температурах; исключение аварийных ситуаций с перебоями электроэнергии; исключение участия человека в процессе работы АДП, кроме случаев включения/выключения и задания режимов работы АДП.
Заявлен агрегат дизель-генераторный подвагонный (АДП) для основного, резервного или аварийного источника питания потребителей пассажирских и служебно-технических вагонов локомотивной тяги электрической энергией 3-фазного переменного тока 50 Гц, напряжением 400 В, установленный в специальном всепогодном термо-шумоизолированном контейнере с системой обогревателей, который размещается под вагоном на кронштейнах, причем внутри контейнера обеспечена герметичность для поддержания температурного режима, необходимого для автоматического старта агрегата, при этом конструкция АДП включает контейнер с тепло- и шумоизоляцией, несущим каркасом и технологическими люками для обслуживания внутреннего оборудования, электроагрегат на базе дизельного двигателя, аккумуляторную батарею с зарядным устройством, электроподогреватель масла дизеля с термостатом, предпусковой подогреватель, амортизаторы/виброгасители, выхлопную трубу с компенсатором и глушителем, расходный топливный бак, оборудованный устройством контроля уровня заполнения, трубой заливки топлива и краном слива остатков топлива, три блока жалюзи для управления подачей воздуха в контейнер и прекращения подачи воздуха при отключении АДП или возникновении пожара в контейнере, систему управления автономным пожаротушением с пожарным извещателем и блоком управления, генератор огнетушащего аэрозоля, коробку с электрическим оборудованием, автоматами защиты и соединителями, соединительные разъемы для подключения кабеля для соединения АДП с электрической сетью вагона, соединительные кабеля с пультом управления АДП, кабеля заземления, кабеля сигнализации и включения подкачки топлива, насос откачки масла из поддона дизеля.
Заявленный агрегат дизель-генераторный подвагонный (АДП) в соответствии с вариантами изобретения относится к модельному ряду 8, 12, 16, 24, 30 и т.д. до 70 кВт.
Конструкция контейнера отвечает техническим требованиям, предъявляемым к элементам и узлам подвижного состава железных дорог РФ и габариту 1-ВМ, обеспечивая возможность эксплуатации АДП в условиях повышенных динамических нагрузок и вибраций.
Контейнер создает внутри себя достаточную степень герметичности для поддержания температурного режима, необходимого для автоматического старта агрегата. Кроме этого он обеспечивает защиту агрегата от дождя и снега. Установка является автономной, она сама обеспечивает внутренний температурный режим и контролирует его.
Элементы АДП размещаются в специальном контейнере, имеющем единое исполнение для всего модельного ряда, что обеспечивает универсальность конструкции контейнера и позволяет упростить производство при его изготовлении. Также обеспечен удобный доступ к элементам АДП во время проведения технических обслуживании и ремонтов.
Оптимальное размещение составных частей АДП в контейнере и самого контейнера на вагоне не нарушает условий развесовки пассажирского или служебного вагона. Благодаря чему не требуется проведение дополнительных изменений конструкции вагона и проведения его развесовки.
При этом конструкция обеспечивает возможность эксплуатации АДП в условиях повышенных динамических нагрузок и вибраций, повышенного содержания пыли и влаги. Это обеспечивает длительный ресурс узлов и деталей, сокращает количество необходимых ТО.
Единое конструктивное решение по применению, исполнению и размещению отдельных элементов АДП для разного типа исполнений, позволяет применять максимальное количество универсальных элементов, проводить замену комплектующих аналогами. Система газоотвода снабжена фильтрующими элементами для снижения токсичности выхлопных газов, обеспечивает комфортные условия для пассажиров и обслуживающего персонала в вагоне. Пульт управления и блок сигнализации выполнен на основе LED-дисплея, что обеспечивает возможность визуального контроля за работой АДП при слабом освещении и отображение информации на дисплее при отрицательных температурах. АДП оборудован датчиками, а система управления соответствующим программным обеспечением, позволяющими производить автоматическое включение АДП (при необходимости обеспечения потребителя электроэнергией) при отключении основного источника электроснабжения вагона, что исключает аварийные ситуации с перебоями электроэнергии. Система управления АДП содержит программное обеспечение с логистикой работы АДП по авторской разработке, что исключает участие человека в процессе работы АДП, кроме случаев включения/выключения и задания режимов работы АДП.
Агрегаты дизель-генераторные подвагонные (АДП) модельного ряда 8, 12, 16, 24, 30 и т.д. до 70 кВт предназначены для использования в качестве основного, резервного или аварийного источника питания потребителей пассажирских и служебно-технических вагонов локомотивной тяги электрической энергией 3-фазного переменного тока 50 Гц, напряжением 400 В, с номинальным коэффициентом мощности (cos ф) при индуктивной нагрузке 0,8 при условиях эксплуатации.
На фиг. 1 отражено устройство АДП, причем:
1 - Контейнер АДП (крышки сняты);
2 - Входные жалюзи с моторным приводом;
3 - Статическое зарядное устройство АКБ;
4 - Коммутационный щит (крышка снята);
5 - Дизель;
6 - Входные жалюзи;
7 - Подвод топлива к АДП из основного бака вагона;
8 - Насос откачки масла их поддона дизеля;
9 - Маслоналивная горловина;
10 - Масляный щуп;
11 - Предпусковой подогреватель Webasto;
12 - Топливный бак;
13 - Датчик уровня топлива;
14 - Топливоналивная горловина;
15 - Генератор огнетушащего аэрозоля.
Агрегат дизель-генераторный подвагонный состоит из следующих элементов и систем (см. фиг. 1):
- контейнера с тепло и шумоизоляцией, несущим каркасом и технологическими люками для обслуживания внутреннего оборудования (поз. 1);
- электроагрегата на базе дизельного двигателя (поз. 5);
- аккумуляторной батареи с зарядным устройством (поз. 3);
- электроподогревателя масла дизеля с термостатом;
- предпускового подогревателя (поз. 11);
- четырех комплектов амортизаторов/виброгасителей;
- выхлопной трубы с компенсатором и глушителем;
- расходного топливного бака (поз. 12), оборудованного устройством контроля уровня заполнения, трубой заливки топлива и краном слива остатков топлива;
- трех блоков жалюзи для управления подачей воздуха в контейнер и прекращения подачи воздуха при отключении АДП или возникновении пожара в контейнере (поз. 2, 6);
- системы управления автономным пожаротушением (САПТ) с пожарным извещателем и блоком управления (отдельно стоящим);
- генератора огнетушащего аэрозоля (поз. 15);
- коробки с электрическим оборудованием, автоматами защиты и соединителями (поз. 4);
- соединительных разъемов для подключения кабеля для соединения АДП с электрической сетью вагона, соединительных кабелей с пультом управления АДП;
- кабеля заземления;
- кабеля сигнализации и включения подкачки топлива;
- насосом откачки масла из поддона дизеля (поз. 8).
Система управления АДП предназначена для запуска, контроля параметров и выдачи аварийных сигналов электроагрегата, поддержания АДП в режиме «горячего резерва», а также для контроля уровня топлива в расходном баке. Система состоит из следующих элементов:
- щита управления и контроля АДП (встраиваемый в пульт управления вагона);
- коммутационного щитка внутри контейнера АДП;
- системы контроля уровня топлива в расходном баке;
- автоматов защиты электрической сети и электрокоммутационной аппаратуры.
Для привода генератора выбран 4-тактный дизель воздушного охлаждения с турбонаддувом (в агрегатах мощностью 30 и более кВА), со всеми принадлежностями, необходимыми для обеспечения надежного энергоснабжения. Электрооборудование дизеля выполнено по схеме питания напряжением 12 В постоянного тока.
Генератор переменного тока, трехфазный, синхронный, самовозбуждающийся, саморегулирующийся, бесщеточный.
Дизель и генератор электроагрегата состыкованы на мощной стальной раме-каркасе контейнера. Для снижения передачи вибрации на раму между лапами электроагрегата и рамой установлены амортизаторы. Снаружи каркас закрыт съемными панелями и дверьми, которые обеспечивают доступ к электроагрегату при его обслуживании. Изнутри двери, панели и каркас контейнера покрыты специальным самоклеющимся термо-шумоизолирующим материалом. Снаружи контейнера имеются лапы для крепления АДП снизу к раме вагона с помощью амортизаторов.
Внутри контейнера смонтирован глушитель, который вместе с системой выхлопа снижает излучение шума двигателем. Для снижения выделяемого тепла внутри контейнера глушитель и выхлопной трубопровод снаружи укрыты специальным термоизолирующим материалом.
Система впуска воздуха для горения включает в себя сухой воздушный фильтр кассетного типа, турбокомпрессор (в агрегатах мощностью 30 и более кВА).
Система САПТ состоит из генератора огнетушащего аэрозоля, пожарного извещателя и блока управления. Система полностью автономна и не зависит от системы управления АДП. При срабатывании системы двигатель мгновенно останавливается, и закрываются все жалюзи контейнера.
Щит АДП включает в себя микропроцессорный контроллер, индикаторы уровня топлива в расходном баке АДП, индикаторы подогрева, кнопку аварийной остановки, сирену, разъемы подключения кабеля управления.
Щит управления обеспечивает пуск и остановку АДП в ручном и автоматическом режиме, наблюдение за работой, автоматическую остановку АДП при определенных неисправностях.
Схема системы управления АДП создана на базе программируемого микропроцессорного контроллера, размещенного в щите управления АДП.
Панель приборов АДП включает в себя следующие приборы управления, контроля и сигнализации:
1 - Электронное контрольное устройство.
2 - Индикатор уровня топлива 95%. Загорается, когда уровень топлива в расходном топливном баке меньше 95%.
3 - Индикатор «Общая Авария». Загорается при аварийной автоматической остановке АДП.
4 - Индикатор «Готов к запуску». Загорается, когда температура масла выше 0°С, отсутствуют активные аварии после подачи питания на систему автоматики.
5 - Выключатель подачи питания на систему управления АДП.
6 - Сирена.
7 - Кнопка «СТОП ВЫНУЖДЕННЫЙ».
8 - Индикатор включенного состояния предпускового подогревателя. Загорается при работающем предпусковом подогревателе.
9 - Индикатор включенного состояния подогревателя масла дизеля. Загорается при подаче питания на подогреватель масла дизеля.
10 - Индикатор уровня топлива 10%. Загорается, когда уровень топлива в расходном топливном баке АДП меньше 10%.
11 - Индикатор уровня топлива 50%. Загорается, когда уровень топлива в расходном топливном баке АДП меньше 50%.
У АДП автоматизированы следующие операции:
1) поддержание масла дизеля в подогретом состоянии (~30-40°C) при помощи электроподогревателя со встроенным термостатом;
2) поддержание температуры внутри контейнера в пределах 8-200°С с помощью включенного предпускового подогревателя при отрицательных температурах наружного воздуха;
3) запуск и останов АДП в ручном режиме;
4) автоматический пуск АДП по внешнему сигналу;
5) автоматическая остановка АДП по внешнему сигналу «СТОП»;
6) автоматическая аварийная остановка АДП путем прекращения подачи топлива с указанием причины на дисплее контроллера с одновременной подачей звуковой сигнализации о дефектах;
7) автоматическая зарядка аккумуляторной батареи при неработающем АДП от внешнего источника 220 В и поддержание зарядки на заданном уровне;
8) автоматический контроль работы АДП;
9) вывод на дисплей контроллера основных параметров дизеля и генератора работающего АДП;
10) автоматический учет времени работы агрегата и вывод показаний на дисплей блока автоматики;
11) сохранение в памяти контроллера и вывод на дисплей перечня событий;
12) возможность дистанционного мониторинга и управления АДП через порт RS232 контроллера.
Система автоматики дополнительно дает возможности перевода режима работы с автоматического режима на режим ручного управления при сохранении аварийной сигнализации, а также возможность проведения проверки АДП в режиме «TEST».
В систему автоматики входит:
- щит управления АДП (с контроллером и световой сигнализацией);
- датчики давления масла, температуры, уровня топлива и масла;
- блок датчиков температур внутриконтейнерного пространства.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции агрегата дизель-генераторного подвагонного, состоит:
- в обеспечении электроэнергией потребителей пассажирских и служебных вагонов на неэлектрифицированных участках железных дорог во время стоянок (при отсутствии внешних источников электроэнергии), при низких скоростях движения подвижного состава до момента включения основного источника электроснабжения вагона, а также при аварийных ситуациях, связанных с нарушением электроснабжения;
- в возможности применения агрегата дизель-генераторного подвагонного на пассажирских и служебных вагонах за счет оригинальной конструкции контейнера, вписываемого в габариты подвижного состава 1-ВМ;
- в оптимальном размещении составных частей АДП в контейнере и самого контейнера на вагоне, не нарушающем условий развесовки пассажирского или служебного вагона;
- в возможности эксплуатации агрегата в условиях повышенных динамических нагрузок и вибраций, повышенного содержания пыли и влаги.