УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ НА БАЗЕ ТЕПЛОВОЗА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройству энергообеспечения самоходной многофункциональной диагностической лаборатории (СМДЛ), смонтированной на базе магистрального грузового тепловоза 2ТЭ116.
Известен самоходный путеизмерительный комплекс, выполненный в виде двухсекционного электровоза, одна секция которого оборудована штатным тяговым приводом, имеющим опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей, обеспечивающих скорость движения до 100 км/ч, а другая секция выполнена прицепной со штатной кабиной управления, выполненной с возможностью обеспечения управления комплексом при изменении направления его движения, и оборудована путеизмерительной аппаратурой, комплексом жизнеобеспечения обслуживающего персонала и системой энергоснабжения, выполненной с возможностью электропитания от контактной сети или от внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса, при этом путеизмерительная аппаратура оборудована бесконтактной системой измерения параметров, характеризующих геометрию рельсовой колеи и геометрию рельсов, системой линейного видеоконтроля и системой контроля динамических параметров. (RU, U1, №134888, В61K 9/08, опубл. 27.11.2013).
Этот комплекс по существу представляет собой самоходную диагностическую лабораторию (СМДЛ), смонтированную на базе электровоза ВЛ11м.
Устройство энергоснабжения, входящее в состав этого комплекса, выполнено с возможностью электропитания от контактной сети или от внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса.
Ограничениями комплекса являются следующие.
Электровоз жестко привязан к контактной сети одного рода тока (в СССР сложилась сеть электрификации на постоянном токе 3 кВ на более старых полигонах и на переменном 25 кВ - более современный вариант, причем они довольно хаотично перемешаны), и СМДЛ не может функционировать при отсутствии внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса, например, на стоянках в депо или на линии при отсутствии напряжения в контактной сети.
Таким образом, недостатком известного комплекса является его неавтономность.
Возможно, самым простым техническим решением данной проблемы является расположение оборудования диагностической лаборатории на тепловозе. Тепловоз энергетически не завязан на внешние источники, в т.ч. и в депо. Но простое, казалось бы, размещение оборудования СМДЛ на тепловозе требует изменения его устройства энергообеспечения, что связано с нестабильностью энергоснабжения самого устройства энергообеспечения собственных нужд тепловоза, имеющего тяговую дизель-генераторную установку, особенно для его использования в СМДЛ.
Известно устройство энергообеспечения оборудования тепловоза, содержащее тяговую дизель-генераторную установку, механически связанную со стартер-генератором, блок заряда батареи, аккумуляторную батарею, мотор-компрессор, блок коммутации питания, блок управления, при этом первый выход стартер-генератора соединен с первым входом блока коммутации питания, первый выход которого соединен с входом мотор-компрессора, второй выход стартер-генератора последовательно через первый вход блока заряда батареи и аккумуляторную батарею соединен со вторым входом блока коммутации питания, выход блока управления соединен с управляющим входом блока коммутации питания. (Монтаж электрооборудования тепловоза 2ТЭ116. Схема электрическая принципиальная 2ТЭ116.70.01.008. Ворошиловградский тепловозостроительный завод), или (Схемы электрических цепей тепловозов ТЭП70, 2ТЭ116, Учебное иллюстрированное пособие. В.В. Грачев и др., М.: Маршрут, 2006 г., стр. 19-21).
Это устройство энергообеспечения оборудования магистрального грузового тепловоза выполнено в виде тяговой дизель-генераторной установки, имеющей в своем составе стартер-генератор постоянного тока, от которого запитаны низковольтные потребители тепловоза, а также блок заряда батареи, производящего заряд стартерной аккумуляторной батареи, при этом самым мощным потребителем в данной системе является электродвигатель мотор-компрессора, имеющий ярко выраженный повторно-кратковременный режим работы при работе тепловоза без состава поезда.
Таким образом, ограничением этого устройства является нестабильность энергоснабжения, в частности, при кратковременных периодах работы мотор-компрессора с электроприводом постоянного тока.
Решаемая полезной моделью задача - обеспечение автономности и расширение технологических возможностей работы устройства энергообеспечения оборудования магистрального грузового тепловоза для обеспечения стабильного энергообеспечения СМДЛ.
Технический результат, который получен при использовании полезной модели, - повышение надежности за счет бесперебойного энергообеспечения оборудования.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве энергообеспечения оборудования тепловоза, содержащем тяговую дизель-генераторную установку, механически связанную со стартер-генератором, блок заряда батареи, аккумуляторную батарею, мотор-компрессор, блок коммутации питания, блок управления, при этом первый выход стартер-генератора соединен с первым входом блока коммутации питания, первый выход которого соединен с входом мотор-компрессора, второй выход стартер-генератора соединен с первым входом блока заряда батареи, выход которого соединен с входом аккумуляторной батареи, в свою очередь, выход аккумуляторной батареи соединен со вторым входом блока коммутации питания, выход блока управления соединен с управляющим входом блока коммутации питания, согласно заявленной полезной модели введены внешний источник и вспомогательная дизель-генераторная установка, первый выход внешнего источника питания соединен с третьим входом блока коммутации питания, а его второй выход - со вторым входом блока заряда батареи, первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки соединен с четвертым входом блока коммутации питания, а ее второй выход - с третьим входом блока заряда батареи, второй выход блока коммутации питания служит для подсоединения к линии питания оборудования диагностической лаборатории, причем мощность дизеля вспомогательной дизель-генераторной установки не менее чем на порядок меньше мощности дизеля тяговой дизель-генераторной установки.
Возможен дополнительный вариант осуществления устройства, в котором целесообразно, чтобы линия питания оборудования диагностической лаборатории была выполнена на постоянном токе =110 В, а входы оборудования диагностической лаборатории были снабжены инверторами =110 В/~220 В.
Указанные преимущества полезной модели поясняются вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж.
Фиг. 1 изображает обобщенную функциональную блок-схему заявленного устройства. Курсивом на фиг. 1 обозначены номера входов и выходов соответствующих блоков.
Устройство (фиг. 1) содержит тяговую дизель-генераторную установку 1, механически связанную со стартер-генератором 2, блок 3 заряда батареи, аккумуляторную батарею 4, мотор-компрессор 5, блок 6 коммутации питания, блок 7 управления. Первый выход стартер-генератора 2 соединен с первым входом блока 6 коммутации питания, первый выход которого соединен с входом мотор-компрессора 5. Второй выход стартер-генератора 2 с первым входом блока 3 заряда батареи, выход которого соединен с входом аккумуляторной батареи 4, в свою очередь, выход аккумуляторной батареи соединен со вторым входом блока 6 коммутации питания. Выход блока 7 управления соединен с управляющим входом блока 6 коммутации питания.
В устройство введены внешний источник 8 и вспомогательная дизель-генераторная установка 9. Первый выход внешнего источника 8 соединен с третьим входом блока 6 коммутации питания, а его второй выход - со вторым входом блока 3 заряда батареи. Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки 9 соединен с четвертым входом блока 6 коммутации питания, а ее второй выход - с третьим входом блока 3 заряда батареи. Второй выход блока 6 коммутации питания служит для подсоединения линии питания оборудования 10 диагностической лаборатории. При этом мощность вспомогательной дизель-генераторной установки 9 не менее чем на порядок меньше мощности тяговой дизель-генераторной установки 1.
Кроме того, линия питания оборудования 10 диагностической лаборатории может быть выполнена на постоянном токе =110 В, а входы оборудования диагностической лаборатории снабжены инверторами =110 В/~220 В.
Работает «Устройство бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории на базе тепловоза» (фиг. 1) следующим образом.
При движении тепловоза в основном первом режиме работы энергоснабжение оборудования 10 диагностической лаборатории (как диагностическое, так бытовое) осуществляется от стартер-генератора 2 тяговой дизель-генераторной установки 1 за счет подсоединения второго входа блока 6 коммутации питания к его второму выходу и подачи тока на линию питания оборудования 10 диагностической лаборатории.
Во втором режиме работы при остановке тепловоза на оборудованных стоянках энергоснабжение оборудования 10 диагностической лаборатории (СМДЛ) осуществляется от внешнего источника 8, первый выход которого подсоединен через третий вход блока 6 коммутации питания для подачи тока на линию питания (шину) оборудования 10 диагностической лаборатории, а второй выход - ко второму входу блока 3 заряда аккумуляторной батареи для подзарядки аккумуляторной батареи 4.
В третьем режиме работы используется вспомогательная дизель-генераторная установка 9, которая включается в работу в случае необходимости использования оборудования 10 диагностической лаборатории при остановке тепловоза на необорудованных стоянках. Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки 9 в этом случае подсоединен через четвертый вход блока 6 коммутации питания для подачи тока на линию питания (шину) оборудования 10 диагностической лаборатории, а второй выход - ко третьему входу блока 3 заряда аккумуляторной батареи для подзарядки аккумуляторной батареи 4. Использование вспомогательной дизель-генераторной установки 9 меньшей мощности (на порядок и более), чем у тяговой дизель-генераторной установки 1, дополнительно повышает надежность бесперебойного энергоснабжения, а также улучшает экономические и экологические показатели - нет нужды на стоянках для нагрузок 40 кВт - питания оборудования 10 диагностической лаборатории и подзаряда аккумуляторной батареи 4 применять тяговую дизель-генераторную установку 1 в 2250 кВт.
В заявленном устройстве, в отличие от аналогов, аккумуляторная батарея 4 дополнительно используется в качестве буферной при перерывах в энергоснабжении СМДЛ, в частности, при кратковременной работе мотор-компрессора 5, когда мощности штатного стартер-генератора 2 для питания нескольких энергоемких потребителей недостаточно, поэтому питание оборудования 10 диагностической лаборатории автоматически буферизируется от аккумуляторной батареи 4. Зарядка аккумуляторной батареи 4 осуществляется как от стартер-генератора 2 по штатной схеме, так и дополнительно от вспомогательной дизель-генераторной установки 9 или от внешнего источника 8.
Все три режима работы устройства осуществляются при помощи блока 7 управления замыканием соответствующих контакторов и диодов в блоке 6 коммутации питания, в соответствии с описанными выше режимами.
В отличие от аналогов электроснабжение СМДЛ целесообразно выполнять на постоянном токе =110, при этом входы оборудования диагностической лаборатории можно снабжать инверторами =110 В/~220 В. Это позволяет уменьшить габариты устройства в целом, поскольку в качестве ряда переключающих элементов в блоке 6 коммутации можно использовать лавинные вентили.
Заявленное устройство энергообеспечения оборудования тепловоза было испытано на базе магистрального грузового тепловоза 2ТЭ116.
Использовались тяговая дизель-генераторная установка 1, состоящая из дизеля 1А-5Д49 Коломенского тепловозостроительного завода и синхронного тягового генератора ГС-501 А Харьковского завода «Электротяжмаш» им. В.И. Ленина. Дизель 1А-5Д49 (16ЧН26/26) шестнадцатицилиндровый с V-образным расположением цилиндров. При частоте вращения вала 1000 об/мин дизель развивает полную мощность 3060 л.с. (2250 кВт); минимальная частота вращения вала 360 об/мин. Тяговый генератор ГС-501 А синхронный двенадцатиполюсный. Мощность активная - 2080 кВт. КПД при номинальной мощности - 0,959-0,944.
Стартер-генератор 2 типа 5ПСГМ постоянного тока с самовентиляцией. В генераторном режиме:
- ток максимальный - 564 А;
- ток минимальный - 291 А;
- мощность максимальная - 62 кВт;
- мощность минимальная - 32 кВт;
- режим работы - длительный, с обеспечением подзарядки аккумуляторной батареи, питанием цепей управления и освещения, электродвигателя привода компрессора, вентилятора дизельного помещения, топливоподкачивающего агрегата и других вспомогательных потребителей.
Блок 3 заряда батареи состоит из диода и ограничивающего резистора заряда батареи, которые осуществляют перевод батареи в режим заряда.
Аккумуляторная батарея 4. Тип - кислотная батарея 48ТН-450 со сроком службы восемь лет. Технические характеристики:
- номинальное напряжение батареи - 96 В;
- номинальная емкость - 450 Ач.
Мотор-компрессор 5 состоит из электродвигателя 2П2КМ или ДПТ37 и компрессора КТ-7.
Блок 6 коммутации питания состоит из силовых контакторов МК6-10 с током коммутации до 400 А и лавинных вентилей ДЛ153 на 600А, переключающих основные цепи питания потребителей.
Блок 7 управления энергоснабжением состоит из реле управления и переключателей, создающих алгоритм управления блоком 6 коммутации.
Внешний источник 8 - вспомогательный источник питания (стационарная раздаточная колонка), напряжение питания 380 В трехфазного переменного тока.
Вспомогательная дизель-генераторная установка 9. Дизель-генератор Fischer Panda номинальной мощностью - 40 кВт постоянного тока напряжением 110 В; Мощность дизеля вспомогательной дизель-генераторной установки 9, использованной при испытании, в 56 раз меньше мощности дизеля тяговой дизель-генераторной установки 1. Специалистам понятно, что она может быть выбрана и несколько большей, не ухудшая бесперебойности энергоснабжения оборудования, и определяется нагрузкой оборудования СМДЛ.
Проведенные испытания подтвердили достижение заявленного технического результата.
Наиболее успешно заявленное «Устройство бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории на базе тепловоза» промышленно применимо в самоходных путеизмерительных комплексах на базе тепловозов с высокими требованиями к качеству энергоснабжения.