Маневровый тепловоз

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается конструкции маневровых тепловозов и может быть использована на железных дорогах колеи 1520 мм на предприятиях черной и цветной металлургии.
Известен тепловоз маневрово-вывозной, состоящий из одной секции, которая содержит главную раму, установленную на две двухосные бесчелюстные тележки с тяговыми электродвигателями, установленными на раму тележек, при этом на главной раме расположена кабина машиниста с основным и вспомогательным пультами управления, контрольно-измерительными приборами и аппаратами, предназначенными для контроля работы узлов и систем управления тепловозом, кузов капотного типа, в котором установлены дизель и его системы, тяговый генератор, центробежный вентилятор для охлаждения тяговых электродвигателей и блока управления выпрямителей возбуждения тягового генератора, электрооборудование, тормозное оборудование, санитарный отсек, водовоздушные секции для отвода тепла от охлаждающей жидкости дизеля, мотор-вентиляторы охлаждающего устройства, асинхронные тяговые электродвигатели, все оборудование предварительно установленное в отдельных съемных модулях, а именно в модуле кабины машиниста, модуле подготовки чистого воздуха, модуле накопителя и преобразователей энергии, модуле дизель-генератора, модуле подготовки сжатого воздуха, модуле блока охлаждения, при этом модуль кабины машиниста установлен между модулем подготовки чистого воздуха, к которому вплотную смонтирован модуль накопителя и преобразователей энергии, и модулем дизель-генератора, к которому вплотную смонтированы модуль подготовки сжатого воздуха и модуль блока-охлаждения, при этом модуль кабины машиниста содержит санитарный отсек, основной и вспомогательный пульты управления, контрольно-измерительные приборы и аппараты, в модуле подготовки чистого воздуха смонтированы блоки электропневматических приборов, тормозное оборудование и вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей, а модуль накопителей и преобразователей энергии содержит преобразователи тяговые, преобразователи вспомогательных электрических цепей, преобразователи заряда батарей, неуправляемые тяговые выпрямители, накопитель энергии, батарею суперконденсаторов с функцией снижения глубины и длительности переходных процессов дизельного двигателя, при этом модуль дизель-генератора содержит дизель и его системы, тяговый синхронной генератор, блок охлаждения дизеля, а модуль подготовки сжатого воздуха содержит агрегат компрессорный винтовой, снабженный шумопоглощающим капотом и системой автомотизации, предназначенной для выработки и снабжения сжатым воздухом пневматической системы, модуль кабины машиниста подсоединен к электрическим, жидкостным и пневматическим цепям тепловоза через разъемные соединители, выведенные на внешние стенки модуля, модуль подготовки чистого воздуха содержит устройства, предназначенные для очистки воздуха, поступающего к вентилятору [патент RU №128573, МПК В61С 17/00 опуб. 27.05.2013, Бюл. №15, авторы: Тарасов А.Н. и др.,«Тепловоз маневрово-вывозной»]
Недостатками известного тепловоза являются ограниченные технические возможности, препятствующие экономии энергоресурсов, низкая эффективность работы маневрового тепловоза.
Известный маневровый тепловоз, содержащий главную раму, установленную через роликовые опоры на две бесчелюстные тележки с колесно-моторными блоками с моторно-осевыми подшипниками качения, тяговые усилия от тележек на автосцепное устройство передаются через два шкворня, обниженный кузов капотного типа с круговым обзором из кабины управления состоит из шести модулей: модуля холодильной камеры, модуля дизельного помещения, модуля аппаратной камеры, модуля кабины управления, модуля тормозного оборудования, при этом в модуле холодильной камеры размещены водовоздушные радиаторные секции, мотор-вентилятор с асинхронным электродвигателем, в модуле дизельного помещения размещены преобразователь частоты питания асинхронного электродвигателя мотор-вентилятора холодильной камеры, дизель-генератор в составе дизеля и синхронного тягового агрегата, мотор-вентилятор с асинхронным электродвигателем охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, выпрямитель возбуждения синхронного тягового агрегата, в модуле аппаратной камеры размещены тяговый выпрямитель, электрический обдуваемый реостатный тормоз, электрические приборы и автоматы тяговой электропередачи, в модуле кабины управления установлены пульт управления тепловозом с дисплеем для отображения значений контролируемых и диагностируемых параметров, система обеспечения микроклимата, в модуле тормозного оборудования располагаются винтовой компрессорный агрегат с системой подготовки и очистки сжатого воздуха, мотор-вентилятор с асинхронным электродвигателем охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки, блок унифицированного тормозного оборудования и модуля предпускового подогрева теплоносителей дизеля, [патент RU №172325, МПК В61С 17/00 опубл. 04.07.2017, Бюл. №19, авторы Васюков Е.С.и др., «Тепловоз маневровый»]
Недостатками известного маневрового тепловоза являются невозможность обеспечения рекуперации электрической энергии при работе электрического обдуваемого тормоза, что снижает эффективность работы маневрового тепловоза.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа
Техническим результатом является обеспечение рекуперации электрической энергии, за счет накопления энергии в режиме торможения.
Технический результат достигается тем, что в маневровый тепловоз дополнительно введен седьмой модуль накопителя электрической энергии, который выполнен из тяговых литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей, молекулярных суперконденсаторов и блока управления работой модуля накопителя электрической энергии, причем молекулярные суперконденсаторы через блок управления работой модуля накопителей электрической энергии соединены параллельно электрическому обдуваемому реостатному тормозу третьего модуля и тяговыми электродвигателями второго модуля с тяговыми литий-железо-фосфатными аккумуляторными батареями седьмого модуля, которые через электрические приборы и автоматы третьего модуля соединены с тяговой электропередачей.
Введение седьмого модуля накопителя электрической энергии, выполненный из тяговых литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей, молекулярных суперконденсаторов и блока управления работой модуля накопителя электрической энергии позволяет производить накопление энергии в режиме торможения. При этом использование тяговых литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей позволяет повысить плотность энергии на единицу массы, их зарядка осуществляется полностью в автоматическом режиме, и обладают высокой величиной КПД.
На фиг. 1 изображен маневровый тепловоз, общий вид;
Маневровый тепловоз состоит главная рама 1, тележки 2, специальный переходник 3, шкворня 4, привод ручного тормоза 5, стяжные ящики 6, воздуховоды охлаждения 7, тяговые электродвигатели 8, догружающий балласт 9, осветительные аккумуляторные батареи 10, топливный бак 11, кузов тепловоза 12, первый модуль холодильной камеры 13, второй модуль дизельного помещения 14, третий модуль аппаратной камеры 15, четвертый модуль кабины управления 16, пятый модуль тормозного оборудования 17, шестой модуль предпускового подогрева теплоносителей дизеля 18, седьмой модуль накопителей электрической энергии 19, водовоздушные радиаторные секции 20 с коллекторами, осевой мотор-вентилятор 21, стартерные аккумуляторные батареи 22, дизель 23, вход в холодильную камеру 24, песочницы 25, умывальник 26, бак для воды 27, дверь 28, торцевая переходная площадка 29, стена холодильной камеры 30, преобразователь частоты 31, вентилятор 32, асинхронный электродвигатель 33, шкаф с электрооборудованием 34, синхронный тяговый агрегат 35, фильтр для очистки воздуха 36, расширительный бак 37, выпрямитель 38, радиальный вентилятор 39, электродвигатель постоянного тока 40, глушитель шума 41, модуль предпускового подогрева 42, тяговый выпрямитель 43, электрический обдуваемый реостатный тормоз 44, пульт управления тепловозом 45, кресло машиниста 46, холодильник пищи 47, устройство для ее подогрева 48, система обеспечения микроклимата 49, винтовой компрессорный агрегат 50, система подготовки и очистки сжатого воздуха 51, мотор-вентилятор с радиальным вентилятором 52, асинхронный электродвигатель 53, шкаф электрооборудования 54, источник питания бортовой сети 55, асинхронный электродвигатель 56, блок унифицированного тормозного оборудования 57, торцевая переходная площадка тепловоза 58.
Работа маневрового тепловоза осуществляется следующим образом.
Оборудование маневрового тепловоза монтируется на главной раме 1, которая устанавливается на две трехосные бесчелюстные тележки 2 с колесно-моторными блоками с моторно-осевыми подшипниками качения. Вес верхнего строения тепловоза передается на каждую тележку через четыре роликовые опоры, каждая из которых оборудована специальным переходником 3. Тяговые усилия от тележек на автосцепное устройство передаются через два шкворня 4. Передняя и задняя тележки имеют одинаковую конструкцию, за исключением того, что задняя тележка оборудована приводом ручного тормоза 5. Все оси тележек - ведущие. Главная рама тепловоза сварной конструкции состоит из двух хребтовых двутавровых балок; верхнего и нижнего поясов, изготовленных из листового проката и приваренных к верхним и нижним полкам двутавров; обносного швеллера, поперечных кронштейнов и усиливающих элементов. По концам хребтовые балки связаны стяжными ящиками 6. В раме тепловоза 1 размещены воздуховоды 7 охлаждения тяговых электродвигателей 8, догружающий балласт 9, осветительные аккумуляторные батареи 10. Запас дизельного топлива размещен в топливном баке 11, который установлен под главной рамой по центру тепловоза. Кузов тепловоза 12 капотного типа выполнен обниженным для обеспечения кругового обзора из кабины машиниста и состоит из семи модулей:
- первый модуль холодильной камеры 13;
- второй модуль дизельного помещения 14;
- третий модуль аппаратной камеры 15;
- четвертый модуль кабины управления 16;
- пятый модуль тормозного оборудования 17;
- шестой модуль предпускового подогрева теплоносителей дизеля 18;
- седьмой модуль накопителей электрической энергии 19.
В модуле холодильной камеры 13 размещены водовоздушные радиаторные секции 20 с коллекторами, осевой мотор-вентилятор 21 с асинхронным электродвигателем, боковые и верхние жалюзи с автоматическим и ручным управлением, необслуживаемые стартерные аккумуляторные батареи 22, изолированные от внешних погодных воздействий, предназначенные для запуска дизеля 23. Вход в холодильную камеру осуществляется через дверь 24, отделяющую холодильную камеру от помещения, в котором расположены бункеры передних песочниц 25 и умывальник 26 с баком для воды 27 и дверь 28, выходящую на торцевую переходную площадку 29. В модуле дизельного помещения 14, отделенного от холодильной камеры стеной 30, размещается следующее оборудование:
- преобразователь частоты 31 для питания асинхронного электродвигателя 21 мотор-вентилятора 20 холодильной камеры с плавным регулированием частоты вращения;
- дизель-генераторная установка в составе дизеля 23 и синхронного тягового агрегата 35 в составе тягового и вспомогательного генераторов;
- мотор-вентилятор с радиальным вентилятором 32 и асинхронным электродвигателем 33 системы охлаждения тяговых электродвигателей 8 передней тележки 2 с питанием от синхронного тягового агрегата 35;
- шкаф с электрооборудованием 34;
- два фильтра 36 для очистки воздуха поступающего в дизель 23;
- расширительный бак 37 охлаждающей жидкости дизеля 23, установленный между фильтрами 36 очистки воздуха поступающего в дизель 23;
- выпрямитель 38 возбуждения синхронного тягового агрегата с принудительной вентиляцией от мотор-вентилятора с радиальным вентилятором 39 и электродвигателем постоянного тока 40;
- глушитель шума 41 выхлопных газов дизеля 23;
- модуль предпускового подогрева 42 теплоносителей дизеля 23.
За модулем дизельного помещения 14 располагается модуль аппаратной камеры 15, в котором размещены тяговый выпрямитель 43, электрический обдуваемый реостатный тормоз 44, электрические приборы и автоматы тяговой электропередачи переменно-постоянного тока с одной ступенью ослабления поля тяговых электродвигателей 8 постоянного тока и электрические приборы питания бортовой сети тепловоза.
Модуль кабины управления 16 устанавливается за модулем аппаратной камеры 15 в приподнятом над капотами положении. В кабине управления установлены: пульт управления тепловозом 45 с тормозным краном машиниста и краном вспомогательного тормоза, с дисплеем для отображения значений контролируемых и диагностируемых параметров, с блоком индикации системы безопасности; два кресла машиниста 46; холодильник пищи 47 и устройство для ее подогрева 48; система обеспечения микроклимата 49.
За модулем кабины управления 16 находится модуль тормозного оборудования 17, в котором располагаются: винтовой компрессорный агрегат 50 с системой подготовки и очистки сжатого воздуха 51; мотор-вентилятор с радиальным вентилятором 52 и асинхронным электродвигателем 53 для охлаждения тяговых электродвигателей 8 задней тележки 2 с питанием от синхронного тягового агрегата 35; шкаф электрооборудования 54; источник питания бортовой сети 55, заряда осветительных 10 и необслуживаемых стартерных 22 аккумуляторных батарей и питания асинхронного электродвигателя 56 компрессорного агрегата 50; блок унифицированного тормозного оборудования 57, обслуживаемый с торцевой переходной площадки тепловоза 58.
Модуль накопителей электрической энергии 19, в котором расположены тяговые литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи, молекулярные суперконденсаторы и блок управления работой модуля накопителей электрической энергии, причем молекулярные суперконденсаторы через блок управления работой модуля накопителей электрической энергии соединены параллельно электрическому обдуваемому реостатному тормозу третьего модуля и тяговыми электродвигателями второго модуля с тяговыми литий-железо-фосфатными аккумуляторными батареями седьмого модуля, которые через электрические приборы и автоматы третьего модуля соединены с тяговой электропередачей.
Применение модуля накопителей электрической энергии 19 позволяет обеспечить накопление электрической энергии в режиме торможения, энергия от тяговых двигателей второго модуля, работающих в генераторном режиме, поступает в молекулярные суперконденсаторы седьмого модуля, а затем молекулярные суперконденсаторы, через блок управления работой модуля накопителей заряжают тяговые литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи седьмого модуля. В режиме тяги накопленная энергия из тяговых литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей седьмого модуля через электрические приборы и автоматы третьего модуля тяговой электропередачи передается тяговым двигателям.
Предлагаемый маневровый тепловоз позволяет снижать мощность дизель-генераторной установки, кратковременно форсировать мощность тепловоза, в результате снижается расход топлива на 5-7%, увеличивается ресурс систем тепловоза.