МАНЕВРОВЫЙ ЛОКОМОТИВ
SHUNTING LOCOMOTIVE

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями.
Известен маневровый локомотив с кабиной машиниста, кузовом капотного типа, содержащий дизель с турбокомпрессором и впускным коллектором [Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт: Учебник для техн. школ. / А.А.Пойда, Н.М.Хуторянский, В.Е.Кононов. М.: Транспорт, 1988. - 23-27 с.: ил., табл.].
Недостатком маневрового локомотива является низкая эффективность его работы и большое содержание вредных веществ в выхлопных газах дизеля.
Известен маневровый локомотив с кабиной машиниста, кузовом капотного типа, содержащий дизель с турбокомпрессором и впускным коллектором [Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э: Пособие машинисту. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1996. 444 с.].
Недостатком маневрового локомотива является низкая эффективность его работы и большое содержание вредных веществ в выхлопных газах дизеля.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности маневрового локомотива за счет получения водорода на его борту для обеспечения его работы на водороде или с добавкой водорода к топливу.
Технический результат достигается тем, что в маневровый локомотив с кабиной машиниста и кузовом капотного типа, содержащий дизель с турбокомпрессором и впускным коллектором, дополнительно под капот между дизелем и кабиной машиниста последовательно с первым турбокомпрессором установлен второй турбокомпрессор, пароотделитель, алюмоводный генератор водорода с магистралью выхода пароводорода, работающий на гидролизе порошков алюминия с перегретым насыщенным водяным паром, который содержит систему подачи реагентов в генератор водорода и емкость хранения продуктов гидролиза, причем магистраль выхода пароводорода соединена со входом турбины второго турбокомпрессора, выход турбины второго турбокомпрессора соединен со входом в пароотделитель, выход пароотделителя по водороду соединен с впускным коллектором или со входом в компрессор первого турбокомпрессора, выход пароотделителя по пару соединен со входом в турбину первого турбокомпрессора, а выход компрессора второго турбокомпрессора соединен со входом в компрессор первого турбокомпрессора.
Постановка алюмоводного генератора водорода, работающего на гидролизе порошков алюминия с перегретым насыщенным водяным паром на борт маневрового локомотива, позволяет получить водород на борту тепловоза, тем самым решить проблему безопасного хранения водорода на борту локомотива.
Постановка второго турбокомпрессора позволяет создать на локомотиве вторую ступень сжатия надувочного воздуха, тем самым повысить давление наддува за счет утилизации энергии пароводородной смеси в первом турбокомпрессоре.
Соединение выхода пароотделителя по водороду с входом в компрессор первого турбокомпрессора обеспечивает образование гомогенной водородовоздушной смеси и подачу водорода под необходимым давлением во впускной коллектор.
Соединение выхода пароотделителя по пару с входом в турбину первого турбокомпрессора повышает характеристики наддува первого турбокомпрессора, что увеличивает давление наддува.
На чертеже представлен маневровый локомотив.
Маневровый локомотив содержит кузов капотного типа 1, кабину машиниста 2, дизель 3, впускной коллектор 4, первый турбокомпрессор 5, второй турбокомпрессор 6, пароотделитель 7, алюмоводный генератор водорода 8, работающий на гидролизе порошков алюминия с перегретым насыщенным водяным паром, содержащий магистраль выхода пароводорода 9, систему подачи реагентов 10 в генератор водорода, емкость хранения продуктов гидролиза 11.
Маневровый локомотив работает следующим образом.
Перед запуском дизеля 3 запускают алюмоводный генератор водорода 8, работающий на гидролизе порошков алюминия с перегретым насыщенным водяным паром. Для этого из системы подачи реагентов 10 в алюмоводный генератор водорода подают воду и порошок алюминия, например, марки АСД-4. После чего в генераторе водорода нагревают воду, превращая ее в пар, и при температуре 300°С и давлении в реакторе порядка 10 МПа происходит реакция окисления порошка алюминия водяным паром с выделением водорода, при этом водород накапливается в генераторе водорода и смешивается с паром, образуя пароводород, а продукты окисления порошка алюминия сливаются в емкость хранения продуктов гидролиза 11.
При этом реакция окисления порошков алюминия с выделением водорода идет по уравнению
2
2
2Аl+2НO=2АlOOН+Н.
На локомотиве магистраль выхода пароводорода 9 соединена со входом турбины второго турбокомпрессора 6, а выход турбины второго турбокомпрессора соединен со входом в пароотделитель 7, при этом выход пароотделителя по водороду соединен с впускным коллектором 4 или со входом в компрессор первого турбокомпрессора 5, а выход пароотделителя по пару соединен со входом в турбину первого турбокомпрессора.
Выпустив пароводород из генератора водорода, его направляют в турбину второго турбокомпрессора. Потратив часть энергии на лопатках турбины второго турбокомпрессора, пароводород направляется в пароотделитель, где происходит отделение водорода от пара, при этом пар направляется в турбину первого турбокомпрессора, а водород направляется во впускной коллектор или в компрессор первого турбокомпрессора, при этом дизель запускают перед подачей пароводорода во второй турбокомпрессор. Таким образом, осуществляют работу дизеля с добавкой водорода.
На маневровом локомотиве второй турбокомпрессор установлен последовательно с первым турбокомпрессором, при этом первый турбокомпрессор служит второй ступенью сжатия надувочного воздуха, а второй турбокомпрессор служит первой ступенью сжатия надувочного воздуха. Таким образом, удается увеличить давление наддува.
Алюмоводный генератор водорода размещен на маневровом локомотиве под кузовом капотного типа 1 между дизелем 3 и кабиной машиниста 2.
Предлагаемый маневровый локомотив позволяет решить проблему хранения водорода на борту тепловоза за счет получения водорода на его борту, снизить расход топлива на 5-40% за счет питания дизеля добавкой водорода 1-10% от массы основного топлива, увеличить давление наддува, за счет утилизации энергии пароводорода во втором турбокомпрессоре, и улучшенных параметров рабочего тела в первом турбокомпрессоре, а также снизить токсичные составляющие выхлопных газов, такие как оксид углерода (не менее 45%), монооксид углерода (не менее 35%) и сажи (не менее 60%).