МАНЕВРОВЫЙ ЛОКОМОТИВ

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями, который состоит из тяговой аккумуляторной батареи и электрохимического генератора.
Известен маневровый локомотив, содержащий раму, кузов капотного типа, энергетическую установку, состоящую из тяговой аккумуляторной батареи и двигателя-генератора небольшой мощности, размещенного в капоте кузова, топливный бак, две тележки с приводом от тяговых электрических двигателей, вспомогательное оборудование, кабину управления с размещенным в ней рабочим местом машиниста, состоящим из пульта управления и кресла, при этом топливный бак выполнен в виде блоков, которые размещены в раме локомотива и свободном пространстве кузова, тяговые аккумуляторные батареи размещены в секциях, установленных не менее чем в два яруса в капоте кузова и под рамой локомотива в межтележечном пространстве по обеим сторонам локомотива, кабина управления установлена над рамой локомотива с максимальным заполнением верхнего габарита строительного очертания для обеспечения кругового обзора из нее и размещения в подкабинном пространстве части вспомогательного оборудования, рабочее место машиниста выполнено в виде модуля, включающего два пульта управления и поворотное кресло, имеющее возможность продольного перемещения от одного пульта к другому, блоки топливного бака соединены между собой топливопроводом в общую систему [патент РФ №2344954, МПК: B61C 17/00, Маневровый локомотив, Бондаренко Л.М., опубл. 27.01.2009, БИ №3].
Недостатком маневрового локомотива является длительный простой локомотива в депо при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.
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 маневрового локомотива является длительный простой локомотива в депо при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение мощности локомотива и рекуперация кинетической энергии при торможении поезда, а также повышение межэкипировочных пробегов времени простоя локомотива.
Технический результат достигается тем, на маневровый локомотив, содержащий дизель-генератор, тяговые электродвигатели реверсивного типа, силовые аккумуляторые батареи, топливный бак, электролизер с тремя входами и двумя выходами, накопители кислорода и водорода и не менее одного электрохимического 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, первый выход электрохимического генератора соединен с тяговыми электродвигателями, а дизель-генератор соединен с тяговыми электродвигателями, согласно полезной модели, дополнительно установлены преобразователь напряжения с двумя выходами и электрохимические конденсаторы, вход которых соединен с тяговым электродвигателем, а выход - с преобразователем напряжения, первый выход которого соединен с силовыми аккумуляторными батареями, а второй - с третьим входом электролизера.
Совместное питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива электрохимическим генератором, дизель-генератором и силовыми аккумуляторными батареями позволяет форсировать маневровый локомотив по мощности.
Питание электролизера от дизель-генератора или преобразователя напряжений при работе маневрового локомотива позволяет получать водород и кислород на борту маневрового локомотива и питать ими электрохимический генератор, который вырабатывает электроэнергию для привода маневрового локомотива.
Постановка на маневровый локомотив электрохимического генератора, электролизера, накопителей водорода и кислорода, а также соединение дизель-генератора и электролизера позволяет получить большую выработку электрической энергии и привода локомотива.
Питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива дизель-генератором позволяет работать маневровому локомотиву в режиме холостого хода и при низких нагрузках, а питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива электрохимическим генератором и силовыми аккумуляторными батареями позволяет работать маневровому локомотиву на средних и высоких нагрузках.
Питание электролизера от электросети депо при отстое маневрового локомотива в депо позволяет запасать водород и кислород в емкостных накопителях для последующей работы маневрового локомотива.
На фиг. 1 представлена схема соединения энергетического оборудования маневрового локомотива, на фиг. 2 - маневровый локомотив, на фиг. 3 - маневровый локомотив (вид сверху).
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, электрохимические конденсаторы 9, преобразователь напряжений 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.
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 дизеля соединяют с системой охлаждения электролизера 5. Воду, вырабатываемую в электрохимическом генераторе 3, направляют в электролизер 5 или в водяную систему дизеля. В электролизер 5 воду также подают из системы охлаждения дизеля.
При торможении маневрового локомотива реверсивные тяговые двигатели 2 переводят в генераторный режим и полученной электроэнергией через электрохимические конденсаторы 9 и преобразователь напряжения 10 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 или от преобразователя напряжения. Выработанный водород и кислород направляют в накопители с водородом 6 и кислородом 7, откуда водород с кислородом направляют в электрохимический генератор 3. Дизель-генератор 1 нагружает электролизер как во время движения так и во время стоянки до тех пор, пока накопители с водородом 6 и кислородом 7 не будут заполнены полностью.
Водород с кислородом можно подавать в дизель-генератор 1, при этом кислород и водород можно подать в дизель 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.
Распределение мощности составляющих энергоустановки маневрового локомотива можно выполнить следующим образом: дизель-генератор 20%, электрохимический генератор 50%, силовые аккумуляторные батареи 10%, электрохимические конденсаторы 20%.
Предлагаемый маневровый локомотив является экологически чистым, позволяет получать водород и кислород в процессе работы, позволяет увеличить межэкипировочные пробеги маневрового локомотива более чем в два раза, что позволяет форсировать мощность 20%.