Турбоэлектропоезд

Турбоэлектропоезд

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к области турбопоездов с газотурбинной силовой установкой и электрической передачей силы тяги на неэлектрифицированных и электрифицированных участках переменного или постоянного тока.

Известны турбопоезда, состоящие из мотор-вагонов с газотурбинной силовой установкой и механической или гидромеханической передачей и прицепных вагонов, в частности турбопоезда ТМТ-ЗД (США), ТМТ-7Д (Канада), ЕТ-6 (Франция). Известен экспериментальный турбовагон ЦНИИ МГТС, созданный на базе дизельпоезда, с газотурбинной силовой установкой на базе двигателя ГТД-350 и электрической передачей переменного тока [1].

Также известен турбопоезд ЦНИИ МПС, состоящий из двух мотор-вагонов. В отличие от ранее построенного макетного турбовагона, каждый мотор-вагон турбоэлектропоезда оснащен авиационным двухвальным газотурбинным двигателем ГТД-ЗФ мощностью 900 л.с. со свободной силовой турбиной. Силовая турбина приводит в действие генератор с частотой вращения до 6000 об/мин, вырабатывающий переменный ток с частотой до 200 Гц. Силовая установка, включающая газотурбинный двигатель, генератор и ряд систем, полностью смонтирована на крыше, что позволило расширить пассажирский салон [1].

Сущность изобретения заключается в том, что вместе с мотор-вагонами в состав турбоэлектропоезда входят тягово-энергетические установки, состоящие из секций серийных электровозов либо электропоездов и секций автономного питания, смонтированных на отдельных платформах. Секция автономного питания состоит из турбогенераторной группы, включающей газотурбинный двигатель, генератор переменного тока, соединительные силовые элементы (вал, муфту) и раму, и узлов и элементов систем секции автономного питания, расположенных в контейнере. Кроме контейнера турбогенераторной группы, на платформе секции автономного питания расположены топливные баки и повышающий трансформатор. При этом генератор секции автономного питания через повышающий трансформатор соединяется кабелями с тяговыми электродвигателями секций электровозов, а система управления секции автономного питания - с выносным пультом управления в кабине секции электровоза. Электрическая схема тягово-энергетической установки также предусматривает возможность подачи электроэнергии внешним потребителям. На отдельных платформах может быть расположено легкосъемное теплофикационное оборудование (котел-утилизатор), применяемое для совместного производства тепловой и электрической энергии для снабжения объектов в районе стоянки турбоэлектропоезда.

На фиг.1 схематично представлен пример компоновки турбоэлектропоезда, а на фиг.2 - пример секции автономного питания тягово-энергетической установки турбоэлектропоезда.

Турбоэлектропоезд, укомплектованный для работы в режиме энергопоезда (для снабжения электрической и тепловой энергией внешнего потребителя, например вахтового поселка), включает в себя тягово-энергетические установки 1. Тягово-энергетическая установка 1 состоит из электровозной секции 2 и секции автономного питания 3, расположенной на отдельной платформе. Кроме тягово-энергетических установок 1, в состав турбоэлектропоезда входят вагоны 4 для перевозки груза и пассажиров. Для работы секции автономного питания 3 в качестве источника электрической и тепловой энергии для внешнего потребителя в состав турбоэлектропоезда дополнительно входят платформы, на которых расположены комплект оперативно монтируемого теплофикационного оборудования 5, выполненный в виде котла-утилизатора и ряда вспомогательных систем, и дополнительный топливный бак (цистерна) 6.

Секция автономного питания 1 тягово-энергетической установки выполнена на базе мобильной газотурбинной энергоустановки. Мобильная энергоустановка 7 полностью смонтирована в железнодорожном контейнере стандартного размера (1C, 1В и т.п.) и включает элементы турбогенераторной группы: газотурбинный двигатель 8 и генератор переменного тока 9, установленные на моторно-генераторной раме 10 и соединенные муфтой 11, а также ряд систем. Контроль, диагностика энергоустановки и управление ею в режиме стоянки турбоэлектропоезда осуществляются с помощью стационарного пульта управления 12 с рабочим местом оператора, также расположенного в контейнере. Примером энергоустановки для секции автономного питания может служить мобильная энергоустановка на базе газотурбинного турбовинтового двигателя со свободной силовой турбиной и генератором мощностью 500-1500 кВт. Кроме энергоустановки 7, в состав секции автономного питания входят повышающий трансформатор 13 и топливный бак 14 с насосом самозаправки 15, электрические кабели «генератор-трансформатор» и «трансформатор - электрическая сеть электровозной секции». Все элементы секции автономного питания смонтированы на железнодорожной платформе 16. Для контроля, диагностики и управления энергоустановкой в процессе движения турбоэлектропоезда используется выносной пульт управления 17, расположенный в кабине электровозной секции и соединенный со стационарным пультом управления 12. Наличие в конструкции трансформатора 13 обусловлено необходимостью обеспечивать внешних потребителей переменным током 220-250 В, 50 Гц, а электровозную секцию 2 - переменным током 25 кВ, 50 Гц, либо другим напряжением, в зависимости от характеристик применяемой электровозной секции.

Указанный турбоэлектропоезд, в зависимости от условий эксплуатации, может работать следующим образом.

При движении по электрифицированному участку железной дороги тягово-энергетическая установка 1 турбоэлектропоезда работает в контактном режиме - питание тяговых двигателей электровозной секции 2 осуществляется от внешней сети. При этом энергоустановка 7 секции автономного питания 3 выключена.

При приближении турбоэлектропоезда к неэлектрифицированному участку железной дороги осуществляется запуск газотурбинного двигателя 8 и перевод его на режим малого газа. Питание тяговых двигателей электровозной секции 2 по-прежнему осуществляется от внешней сети.

При движении по неэлектрифицированному участку железной дороги газотурбинный двигатель 8 переводится на режим, соответствующий номинальной мощности энергоустановки, или необходимый режим меньшей мощности. В этом случае питание тяговых двигателей электровозной секции 2 осуществляется от генератора 9 энергоустановки 7 через повышающий трансформатор 13. Передача крутящего момента от газотурбинного двигателя 8 к генератору 9 осуществляется через муфту 11. Питание газотурбинного двигателя 8 топливом во время движения осуществляется из топливного бака 14, установленного на платформе 16.

При переходе турбоэлектропоезда на электрифицированный участок железной дороги газотурбинный двигатель 8 переводится на режим малого газа и затем останавливается. Тягово-энергетическая установка 1 турбоэлектропоезда работает в контактном режиме - питание тяговых двигателей электровозной секции 2 осуществляется от внешней сети.

Для снабжения электрической энергией внешнего потребителя во время стоянки турбоэлектропоезда кабели «генератор-трансформатор» отключаются от трансформатора 13 и присоединяются к электрической сети внешнего потребителя. Запуск и работа на номинальном режиме энергоустановки 7 аналогичны соответствующим процессам при движении турбоэлектропоезда по неэлектрифицированному участку. Контроль, диагностика и управление энергоустановкой 7 осуществляются оператором с помощью стационарного пульта управления 12. В случае длительной работы энергоустановки 7 пополнение топливного бака 14 секции автономного питания осуществляется с помощью электронасоса самозаправки 15 из дополнительной топливной емкости 6 или внешних топливных емкостей.

Для снабжения внешнего потребителя электрической и тепловой энергией в режиме ТЭЦ малой мощности во время стоянки турбоэлектропоезда дополнительно осуществляется монтаж легкосъемных элементов теплофикационного оборудования. Между секцией автономного питания 3 и комплектом теплофикационного оборудования 5 устанавливается газовод, соединяющий выхлопную систему энергоустановки 7 с газовым трактом котла-утилизатора, входящего в комплект 5, также осуществляется монтаж соединительных магистралей для горячей воды или пара между котлом-утилизатором и системой теплоснабжения внешнего потребителя и между системой водоснабжения внешнего потребителя и котлом-утилизатором или элементами системы водоподготовки, входящими в комплект теплофикационного оборудования 5. Запуск и работа на номинальном режиме энергоустановки 7 аналогичны соответствующим процессам при движении турбоэлектропоезда по неэлектрифицированному участку.

В случае необходимости длительного обеспечения энергией внешнего потребителя одна или несколько секций автономного питания 3, при необходимости - в комплекте с дополнительной топливной емкостью 6 и теплофикационным оборудованием 5 могут быть отстыкованы от турбоэлектропоезда и установлены на территории внешнего потребителя.

Все вышеизложенное относится к наиболее простым и технологически освоенным схемам газотурбинной энергоустановки простого и когенерационного цикла. Для повышения электрического КПД энергоустановки при работе на месте могут быть использованы более сложные схемы энергоустановки 7 с впрыском воды или пара в проточную часть газотурбинного двигателя 8, а при движении турбоэлектропоезда и на месте - схемы с регенерацией тепла. При этом необходимое оборудование также размещается на платформе 16, а в ряде случаев (с применением парогазового цикла) - входит в комплект теплофикационного оборудования 5.

В зависимости от исполнения топливной системы и автоматики энергоустановки 7 и камеры сгорания газотурбинного двигателя 8 в качестве топлива секции автономного питания 3 могут использоваться авиационный керосин, дизельное топливо, сжиженный газ, а также нефть и тяжелые нефтепродукты.

Источники информации

1. Е.Т.Бартош, В.А.Глушенков, Н.Л.Губайдуллин, Г.Е.Гуковский. Создание экспериментального турбопоезда ЦНИИ МПС. «Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве», вып.2, Москва, 1976 г.

1. Турбоэлектропоезд, содержащий тягово-энергетическую установку, электровозную или моторвагонную секцию, секцию автономного питания и вагоны для перевозки груза и пассажиров, отличающийся тем, что в состав турбоэлектропоезда входят тягово-энергетические установки, состоящие из секций серийных электровозов или электропоездов и секций автономного питания с газотурбинным двигателем, каждая из которых состоит из турбогенераторной группы, узлов и элементов систем секции автономного питания, расположенных в контейнере, а также повышающего трансформатора, топливного бака и других узлов и элементов секции, установленных на отдельной железнодорожной платформе.

2. Турбоэлектропоезд по п.1, отличающийся тем, что элементы турбогенераторной группы, включающей газотурбинный двигатель, генератор переменного тока, соединительные силовые элементы и раму, а также узлы и элементы, обеспечивающие работу турбогенераторной группы, расположенные в контейнере, выполнены в виде мобильной газотурбинной установки, способной к работе как в составе секции автономного питания тягово-энергетической установки турбоэлектропоезда, так и изолированно.

3. Турбоэлектропоезд по п.1, отличающийся тем, что включает комплект оперативно монтируемого теплофикационного оборудования, расположенный на отдельной железнодорожной платформе и соединяемый легкосъемными коммуникациями с энергоустановкой секции автономного питания и коммуникациями внешнего потребителя при работе энергоустановки во время стоянки турбоэлектропоезда на неэлектрифицированном участке.