ПОЕЗД ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, и предназначена для обеспечения пригородных перевозок на железных дорогах с низкими и высокими платформами в макроклиматических районах с умеренным климатом на неэлектрифицированных и электрифицированных малодеятельных участках железных дорог.
Рельсовые транспортные средства для перевозки пассажиров известны уже давно, например, в качестве моторных вагонов, в т.ч. с электроприводом, для городского быстроходного транспорта, и обычно применяются в местном пассажирском транспорте на участках с большим количеством пассажиров. Проблемой, возникающей при внедрении таких массовых транспортных средств, является снабжение энергией приводных устройств. Хотя электрификация рельсовых магистралей продолжает развиваться, в связи с чем на главных магистралях можно в самых широких масштабах применять транспортные средства с электроприводом, имеется тем не менее большое число побочных участков, которые не электрифицированы, и поэтому применяются другие виды привода, вследствие чего перевозимые ими пассажиры вынуждены пересаживаться в другие транспортные средства.
Таким образом, существует реальная проблема улучшения транспортного обслуживания населения, проживающего в районах расположения неэлектрифицированных малодеятельных участков железных дорог.
Известен поезд двойного питания, в состав которого входят тягово-энергетические установки, состоящие из секций серийных электровозов или электропоездов и секций автономного питания. Секции автономного питания выполнены в виде мобильных газотурбинных энергоустановок, установленных на железнодорожных платформах и подключаемых к электрической сети через трансформатор. В состав поезда также могут входить комплекты теплофикационного оборудования, также установленные на железнодорожных платформах. При движении турбоэлектропоезда по электрифицированным участкам железных дорог питание тяговых двигателей осуществляется от внешней сети, на неэлектрифицированных участках - от секции автономного питания (патент №2318688, 2005 г., патентообладатель Омский государственный университет путей сообщения).
Недостатком данного решения являются необходимость использования отдельного энергетического модуля. Хотя такой поезд может двигаться как на неэлектрифицированных, так и на электрифицированных участках дорог, но в силу своих особенностей - медленный разгон, длинный тормозной путь, такой поезд используется только для магистральных участков дорог и не пригоден для обеспечения пригородных перевозок.
Задачей заявляемого решения является расширение функциональных возможностей поезда, повышение эксплуатационной надежности и удобства обслуживания, уменьшению общих эксплуатационных затрат, а также повышение уровня комфорта проезда пассажиров.
Поставленная цель достигается за счет того, что в данном поезде двойного питания, содержащем по меньшей мере один головной вагон с кабиной управления, по меньшей мере один моторный вагон с токоприемником электрической энергии от контактной сети, силовым и вспомогательным электрооборудованием и тяговыми тележками, под рамой кузова головного вагона размещена дизель-генераторная установка, выполненная в виде единого модуля, содержащего дизельный двигатель, тяговый и вспомогательный генераторы, а также обслуживающие системы питания, охлаждения, предпускового подогрева двигателя. Модуль защищен коробчатым капотом, в стенках которого установлены жалюзи, снабжен магистралями отвода выхлопных газов, расположенными под вагоном по обеим сторонам вагона и вертикально вдоль перегородки пассажирского салона с выходом на крышу вагона, внутри капота расположены магистрали забора воздуха для питания дизеля и охлаждения агрегатов ДГУ. Несущая рама модуля крепится к раме вагона в 4-х точках через эластичные амортизаторы,
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого решения, выражается в том, что заявленная конструкция поезда обеспечивает возможность его энергоснабжения, как от автономной дизель-генераторной установки (ДГУ), так и от контактной сети (КС) напряжением 3 кВ постоянного тока. Возможность двойного питания обеспечивает уменьшение общих эксплуатационных затрат, наиболее емкой статьей которых являются затраты на приобретение топлива, повышает эксплуатационную надежность поезда в целом, позволяет сократить издержки от аварийных ситуаций, связанных с отказами токоприемника или контактной сети и позволит оптимизировать его использование на электрифицированных и неэлектрофицированных участках железных дорог. Модульное выполнение ДГУ позволяет снизить массогабаритные показатели силового оборудования и трудоемкость его монтажа (демонтажа) на раме вагона.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное решение характеризуется новой совокупностью признаков, не известной заявителю из доступных источников информации, что позволяет сделать вывод о том, что заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Заявленное решение проиллюстрировано чертежами.
Фиг.1 - общий вид и планировка головного вагона.
Фиг.2 - вид А на фиг.1 (капот условно не показан).
Фиг.3 - принципиальная электрическая схема поезда двойного питания.
Поезд двойного питания состоит из головных вагонов (ГД), моторного (М) и прицепного (П) вагонов.
На фиг.1 показан общий вид и планировка головного вагона, на фиг.2 показан вид А на фиг.1, где показано размещение дизель-генераторной установки (ДГУ) 1, жалюзи 2 забора воздуха для питания двигателя и охлаждения двигателя и генератора, топливный бак 3, магистрали отвода выхлопных газов 4. Автономная дизель-генераторная установка (ДГУ) размещается под рамой кузова головного вагона. Особенностью дизель-генераторной установки является блочная компоновка дизельного двигателя, тягового и вспомогательного генераторов, а также обслуживающих систем (питания топливом, охлаждения, предпускового подогрева) в едином модуле. При этом несущая рама модуля крепится к раме вагона в 4-х точках через эластичные амортизаторы. Каждая ДГУ обеспечивает работу двух тяговых электродвигателей (ТЭД), размещенных на одной тележке моторного вагона.
От воздействия внешней среды, а также для предохранения от падения элементов ДГУ на путь при их поломке и снижения внешнего шума, модуль защищен коробчатым кожухом - капотом.
Магистрали отвода выхлопных газов 4 расположены по обеим сторонам вагона. Они выходят из капота, проходят под вагоном, затем разворачиваются вертикально и проходят в перегородке пассажирского салона, выводя выхлопные газы на крышу вагона (фиг.1).
Магистрали забора воздуха для питания дизеля и охлаждения агрегатов ДГУ расположены внутри капота, воздух забирается в капот через жалюзи 2 в его стенках.
Внутри капота установлены также компенсационный бак, аккумуляторная батарея, зарядное устройство, воздухозаборные устройства для охлаждения двигателя и тягового генератора (не показаны). Вне модуля и капота расположены: регулятор двигателя, возбудитель тягового и вспомогательного генераторов (внутри кузова вагона), топливные баки. Топливные баки размещены под вагоном рядом с капотом (фиг.1), топливо из бака в этом случае подается принудительно (насосом), либо могут быть встроены в перегородку служебного тамбура, топливо при этом подается самотеком.
Таким образом, все специфическое для поезда двойного питания оборудование и комплектующие устанавливаются на головном вагоне, который является его оригинальной составляющей (сборочной единицей), моторный же и прицепной вагоны унифицированы для использования их как в составе поезда двойного питания (дизельэлектропоезда), так и в составе электропоездов.
Вагоны поезда оборудованы электропневматическим, пневматическим и ручным (стояночным) тормозами.
Управление поездом осуществляется из кабины машиниста первого, по ходу движения, головного вагона. В кабине установлен пульт управления машиниста, в котором размещены органы управления и контроля работы ДГУ. При этом управление тяговым приводом поезда в целом при питании, как от контактной сети, так и от ДГУ производится одними и теми же органами (реверсивная рукоятка и контроллер машиниста) штатной системы управления электропоездом.
В движение поезд приводится тяговыми электродвигателями (ТЭД), размещенными на тележках моторных вагонов (по одному на каждую колесную пару).
Принципиальная электрическая схема поезда двойного питания представлена на рис.3. В режиме питания от контактной сети силовая цепь собирается замыканием контакторов К5…К7, а при питании от ДГУ - контакторов К1…К4.
При энергоснабжении поезда от контактной сети, питание силовых цепей осуществляется по схеме обычного электропоезда. В этом случае тяговое и вспомогательное высоковольтное оборудование объединено в единую сеть 3 кВ.
При энергоснабжении поезда от ДГУ питание тягового и вспомогательного оборудования разделено и осуществляется от изолированных друг от друга сетей, подключенных соответственно к тяговому и вспомогательному генераторам ДГУ.
Применение автономных ДГУ обеспечило также возможность осуществления движения поезда на электрифицированных участках при аварии на контактной сети, т.к. конструктивно реализован переход на питание от ДГУ и наоборот, непосредственно в процессе движения. Модульное выполнение ДГУ в подвагонном пространстве головного вагона позволило сохранить полезный объем пассажирского салона и облегчило изоляцию салона от действия вредных факторов, возникающих при работе дизеля (шум, вибрация), снизить массогабаритные показатели силового оборудования и трудоемкость его монтажа (демонтажа) на раме вагона.
Применение капота, создающего замкнутый объем, позволяет, кроме того, расширить диапазон работы двигателя с минус 25°С до минус 40°С и обеспечить надежную противопожарную защиту ДГУ.
Основная составность поезда двойного питания - четыре вагона (ГД+М+П+ГД). В зависимости от условий эксплуатации составность может изменяться (за счет исключения прицепного вагона и обеспечения возможности работы по системе двух единиц):
- три вагона (ГД+М+ГД);
- шесть вагонов (ГД+М+ГД)+(ГД+М+ГД);
- семь вагонов (ГД+М+П+ГД)+(ГД+М+ГД);
- восемь вагонов (ГД+М+П+ГД)+(ГД+М+П+ГД).
Изменяемая составность поезда (от трех до восьми вагонов) позволяет гибко приспосабливать его провозную способность к конкретным маршрутам с учетом пассажиропотока, рельефа местности и т.п.
Наличие двойного питания повышает эксплуатационную надежность поезда в целом, позволяет организовать обслуживание пассажиропотоков на смешанных участках тяги, отказавшись от их полной электрификации, способствует уменьшению общих эксплуатационных затрат. При этом повышается уровень комфорта и сокращается время проезда пассажиров из-за исключения пересадки на подвижной состав другого вида тяги.
Применение поезда двойного питания позволит существенно улучшить транспортное обслуживание населения, проживающего в районах расположения малодеятельных участков железных дорог.