Что такое тепловоз?
Тепловоз — это локомотив с установленным на нем двигателем внутреннего сгорания (дизелем), он мобилен и не требует для работы посторонних устройств и сооружений, например контактной сети, как электровоз. Силовой установкой на всех тепловозах являются именно дизели, мощность которых зависит от назначения локомотива.
Машинное отделение тепловоза — дизель
По роду службы их подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые. Но для движения одного дизеля естественно мало, для передачи его мощности к колесным парам используются следующие принципиальные схемы – электрическая и гидравлическая. В электрической передаче используется генератор электрического тока, вращаемый дизелем, а вырабатываемый ток питает тяговые электродвигатели, в гидравлической передаче рабочим телом, которое передает вращение дизеля к колесным парам, является жидкость (масло). В гидромуфтах и гидротрансформаторах создаваемый насосным колесом, вращаемым дизелем, напор масла воздействует на турбинное колесо, через которое передается вращающий момент посредством карданных валов на редукторы, в которых установлены колесные пары тепловоза, но все это конечно очень упрощенно, в общих чертах. Мы немного коснемся работы гидропередачи позже, а подробное описание техническим языком можно прочитать в моей статье здесь.
Технико-экономические показатели
Тепловоз как тип локомотива обладает многими достоинствами по сравнению с другими типами локомотивов. Высокий КПД тепловоза (26—30 %) определяется КПД дизеля, который достигает 42 %. Преобразование химической энергии топлива в механическую работу в таком двигателе происходит в ограниченном замкнутом объёме внутри цилиндра (внутреннее сгорание, в отличие от открытого, как в топке паровоза), что и снижает потери, и обеспечивает более высокую эффективность локомотива. К достоинствам тепловоза относятся независимость от наличия воды (как у паровоза) и автономность, в отличие от электровоза, связанного с контактной сетью. Тепловозы могут эксплуатироваться практически в любых климатических условиях, с разнообразным рельефом местности, по всем железнодорожным линиям, как магистральным, так и промышленного транспорта. Эксплуатация тепловозов не требует сооружения дорогостоящих устройств электроснабжения (контактная сеть, тяговые подстанции и т. п.), поэтому строительство железной дороги с тепловозной тягой обходится дешевле, чем электрических дорог. Более выгодно использовать тепловозы и на маневровой и вывозной работе, хотя тепловозы могут совершать пробеги до 1000 км без пополнения запасов воды и топлива по магистральным железным дорогам.
Первой дорогой, на которой на ряде участков, проходящих по пустыне, в 1931 году введена тепловозная тяга (тепловозы серии Ээл), стала Ашхабадская железная дорога (вошедшая позднее в состав Среднеазиатской железной дороги).
Электровозы
Теперь электровозы: это локомотивы которые питаются переменным или постоянным током от контактной сети, к которой естественно и привязаны. Большинство железных дорог в нашей стране электрифицированы и конечно большинство перевозок выполняют электровозы.
Это очень мощные локомотивы, способные перевозить тяжеловесные поезда на любом профиле пути а также с высокой скоростью водить пассажирские поезда.
Какие бывают электровозы?
Как я выше отмечал электровозы подразделяются на электровозы переменного и постоянного тока. Принцип работы практически одинаков: токоприемниками происходит съем тока с контактной сети и через прохождение силовых аппаратов, которые управляются цепями управления, ток поступает на тяговые электродвигатели, которые через тяговые редукторы передают вращающий момент на колесные пары и мы едем!
Проще в устройстве являются электровозы постоянного тока, так как не требуют изменения тока из переменного в постоянный для питания тяговых электродвигателей и через ряд силовых аппаратов регулируется напряжение и следовательно ток на тяговых электродвигателях.
В электровозах переменного тока все сложнее, смысл в том, что на всех электровозах постоянного и переменного тока установлены тяговые электродвигатели постоянного тока!
Электровозы переменного тока гораздо тяжелее по весу в отличие от своих «постоянных» собратьев ну и посложнее конечно. Но мощность их гораздо выше соответственно и больше возможностей в тяге.
Поэтому на электровозе переменного тока необходимо еще и преобразовать переменный ток в постоянный, а это требует установки большого числа электрических аппаратов и машин для этого, например: тяговый трансформатор, выпрямительные установки, фазорасщепители, сглаживающие реакторы и больше вентиляторов для охлаждения не только тяговых электродвигателей но и этих установок.
Ну а напряжение в контактной сети постоянного тока составляет 3000 вольт, а переменного тока 27000 вольт. И сейчас при постройке новых железных дорог и их электрификации останавливаются на переменном токе. Также производится и переделка контактной сети для работы на переменном токе, например участок Слюдянка – Зима на Восточно-Сибирской железной дороге.
Производятся исследования и проектирование электровозов переменного тока на так называемых асинхронных тяговых электродвигателях , то есть электродвигателях переменного тока. Но ввиду сложности в системе управления, связанной с регулированием напряжения на тяговых электродвигателях пока эта система не нашла большого применения на железных дорогах, хотя экспериментальные электровозы и электропоезда эксплуатируются на сети дорог.
Варианты исполнения электровозов
Пассажирские электровозы выпускаются в односекционном исполнении и имеют обозначение ЭП-электровоз пассажирский, также выпускаются и активно работают на сети дорог электровозы двойного питания и имеют они обозначение ЭП20, их можно увидеть на Московских вокзалах.
Грузовые электровозы выпускаются в многосекционном исполнении (2 секции и 3 секции) они также могут работать по системе многих единиц, это когда объединяют два двухсекционных электровоза и они становятся одним целым четырехсекционным локомотивом.
Управляется такой локомотив одной локомотивной бригадой из одной кабины. Многосекционные электровозы имеют современное обозначение 2ЭС5К или 3ЭС5К, что означает двухсекционный или трехсекционный электровоз системы 5К переменного тока, у электровозов постоянного тока также, только другие цифры.
Где производят электровозы?
Раньше все электровозы имели обозначение ВЛ – Владимир Ленин. Но эпоха социализма закончилась и изменилась система обозначения электровозов. На данный момент электровозы выпускает Новочеркасский электровозостроительный завод / НЭВЗ /, немного помогает Коломенский тепловозостроительный завод.
Раньше электровозы выпускал и Тбилисский электровозостроительный завод, но в силу известных причин он канул в лету. На НЭВЗе выпускаются еще так называемые тяговые агрегаты-смесь электровоза и тепловоза, эти агрегаты работают в угольных карьерах и рудниках, в системе ОАО РЖД они не эксплуатируются.
Ну вот на сегодня все. В дальнейшем мы поговорим о том как работают железные дороги в целом и люди на них, коснемся многих технических вопросов, например почему на локомотиве нет руля и как он поворачивает и многое другое.
Тепловозы современных модификаций
Большинство рассмотренных выше моделей маневровых локомотивов было сконструировано еще в середине прошлого века. Принципиально ничего нового, к сожалению, инженерами придумано не было. Однако в разные годы выпускались усовершенствованные модификации маневровых локомотивов, отличающиеся большей производительностью. К таковым можно отнести в том числе и, к примеру, выпущенные в последние годы машины:
- Опытный маневровый тепловоз ТЭМ 35. На настоящее время построен только один такой тепловоз. Выпущена эта модификация была на Брянском заводе в 2013 г. Локомотив оснащается двигателем Caterpillar C18 на 777 л. с.
- ТГМ40. Впервые этот тепловоз был выпущен в 1981 г. На сегодняшний день разработаны также его модификации ТГМ40-С (1987-2002 гг), ТГМ40-01 (1988-2000 гг), ТГМ40-02 (1989-1992).
- Опытный ТЭМ19. Этот мощный маневровый тепловоз массой 126 т оснащен двигателем 491ГД на 1200 л. с. Выпущен он был в 2013 г. на Брянском заводе.
Заводы
Тепловозы с гидравлической передачей строились и строятся на Людиновском тепловозостроительном заводе. Тепловозы малой мощности для нужд промышленности строились Муромским заводом. Некоторые типы тепловозов строил и Ворошиловградский завод, например, знаменитый ТГМ3. Калужский машиностроительный завод изготавливал для работы в промышленности маломощные двухосные тепловозы ТГК2. На узкоколейных дорогах работают тепловозы с гидропередачей постройки Камбарского машиностроительного завода, к слову сказать, на этом заводе был спроектирован и построен унифицированный, для дорог с разной шириной колеи, тепловоз ТГМ40, получивший на международной ярмарке в Лейпциге золотую медаль.
[править] Источники
- The Evolution of the Diesel Locomotive in the United States (англ.)
| Навигация по темам | |||||||||||||
|
Железная дорога |
|||||||||||||
|
Магистральные тепловозы: описание
Локомотивы этой группы могут быть:
- пассажирскими;
- грузопассажирскими;
- грузовыми.
При конструировании пассажирских магистральных тепловозов основной акцент делается на скорости, грузовых — на тяговой характеристике. От маневровых такие тепловозы отличаются прежде всего меньшей маневренностью.
Существует множество серий таких тепловозов. Из пассажирских в первую очередь можно выделить ТЭП10, ТЭП60 и ТЭП70. Наиболее востребованными грузовыми магистральными локомотивами являются ТЭЗ, 3ТЭ10М, 2ТЭ116, 2М62, 2ТЭ10Л. Стоящая перед названием серии цифра указывает на количество секций тепловоза. Если ее нет — значит модель состоит из одной секции.
По номеру серии магистральных тепловозов можно определить и то, на каком предприятии она была изготовлено. Так, цифрами от 1 до 49 отмечаются модели Харьковского завода, 50-99 — Коломенского, от 100 — Луганского.
Магистральные и маневровые тепловозы, используемые сегодня РЖД, отличаются неплохой производительностью и надежностью. Однако многие эксперты сходятся во мнении, что парк РЖД все же требует скорейшей модификации. В особенности это касается устаревшей передачи на постоянном токе.
Чешские машины ЧМЭ2 и ЧМЭ3
Эти локомотивы также довольно-таки часто используются РЖД для выполнения маневровых работ. По своим техническим характеристикам они схожи с отечественными ТЭМ2. Передачу тока, как и ТЭМ, ЧМЭ имеют устаревшую — постоянную. Поставляются такие локомотивы к нам в страну из Чехии с 1967 года. В большинстве случаев эти маневровые тепловозы оборудованы одним чешским двигателем. Однако в 2013-2017 гг. руководство РЖД планирует модернизировать 60 таких локомотивов, установив на них по два-три дизеля производства Ярославского моторного завода. Тепловозы ЧМЭ2 чаще всего используются для обычной маневровой работы. ЧМЭ3 задействуют для тяжелых и вывозных операций. Главным образом эта серия машин, как и ТЭМ, используется на станциях железных дорог. Промышленные предприятия они обслуживают редко и в основном только в порядке аренды.
[править] Общая характеристика
Для тепловозов использующих электрическую передачу процесс преобразования энергии выглядит так: Дизельный двигатель тепловоза преобразует химическую энергию сгорания жидкого топлива в механическую работу вращения коленчатого вала, от которого вращение через тяговую передачу передается главному генератору (тяговому генератору). Тяговый генератор тепловоза преобразует механическую энергию вращения дизеля в электрическую. Впоследствии электрическая энергия главного генератора передается к тяговым электродвигателям, находящимся на каждой оси экипажной части или на общие тяговые двигатели тележки/тепловоза (в конструкциях с мономоторным тяговым приводом). Электродвигатели электроэнергию преобразуют в механическую энергию движения локомотива.
Для тепловозов использующих гидравлическую передачу дизельный двигатель передаёт вращение на колёсные пары через гидромуфты и гидротрансформаторы.
Кроме отбора энергии от дизеля на тяговые нужды от него также через механические или электрические приводы приводятся во вращение вспомогательные машины обеспечивающие собственные нужды тепловоза, обеспечивающие его охлаждение, снабжение воздухом, маслом, топливом.
К основным узлам тепловоза относится: кузов, рама, дизель-генераторная установка (или дизель с гидропередачей), ударно-тяговые приборы (автосцепное оборудование), ходовые части и тормозное оборудование. К вспомогательным узлам — система охлаждения, система воздухоснабжения, воздушная (тормозная) система, песочная система, система пожаротушения и т. д.
Дизельный двигатель в каждой секции тепловоза может быть как один, так и два — оба варианта достаточно широко распространены. Известны конструкции в которых использовалось 4 дизеля на одну секцию.
Отечественные тепловозы
| Серия | Год постройки первого образца | Осевая характеристика секции | Секционная мощность, кВт | Осевая нагрузка, т | Сила тяги длительного режима, кН | Скорость длительного режима, км/ч | Конструкционная скорость, км/ч | Длина по автосцепкам |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2ТЭ10М | 1981 | 3о-3о | 2206 | 226 | 245 | 24,6 | 100 | 16 969 |
| ТЭ136 | 1984 | 2о+2о-2о+2о | 4412 | 245 | 470,4 | 25,15 | 100 | 24 750 |
| 2ТЭ126 | 1987 | 1+2о+2о-2о+2о+1 | 4412 | 245 | 470,4 | 25,6 | 100 | 24 750 |
| 2ТЭ121 | 1978 | 3о-3о | 2942 | 245 | 294 | 27 | 100 | 21 000 |
| 2ТЭ116 | 1971 | 3о-3о | 2250 | 226 | 255 | 24 | 100 | 18 150 |
| ТЭП70 | 1973 | 3о-3о | 2942 | 220,6 | 167 | 48 | 160 | 21 700 |
| ТЭП75 | 1976 | 3о-3о | 4412 | 225,5 | 176,5 | 70 | 160 | 21 700 |
| М62 | 1965 | 3о-3о | 1471 | 190 | 196 | 20 | 100 | 17 500 |
| ТЭ127 | 1985 | 3о-3о | 1765 | 157 | 176,6 | 25,8 | 120 | 19 000 |
«Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.
Генераторы
Теперь о самом главном — генераторе. Ведь на его обмотку возбуждения необходимо подать ток, а какой агрегат это делает? Такой агрегат называется – возбудитель, это также генератор постоянного тока, только поменьше и работает он чисто на обмотку возбуждения главного генератора. Располагается он совместно на одном валу с другим генератором – вспомогательным, который служит для питания цепей управления тепловоза постоянным током, напряжением 75 вольт, зарядки АБ и питает обмотку возбуждения самого возбудителя. И называется этот тандем – двухмашинный агрегат.
Двухмашинный агрегат тепловоза
Вал двухмашинного агрегата соединен с карданным валом, выходящим из редуктора отбора мощности, через который и передается вращающий момент.
Всего на тепловозе установлено четыре генератора:
- главный;
- возбудитель главного генератора;
- вспомогательный генератор;
- синхронный подвозбудитель (СПВ).
Так вот СПВ это небольшой генератор но переменного тока и работает он в системе автоматического управления электропередачей, намагничивая сердечник амплистата переменным током. Ведь из курса физики мы знаем, что для трансформации тока в трансформаторах необходим ток переменный, а амплистат и является таким трансформатором, вокруг сердечника которого имеется четыре обмотки: задающая, управляющая, регулировочная и стабилизирующая. Именно в них и наводится ЭДС, так необходимая для работы этой системы управления.
Синхронный подвозбудитель (СПВ)тепловоза
Вал СПВ приводится во вращение либо карданной либо ременной передачей, в зависимости от конструкции тепловоза.
А как запускается дизель?
На тепловозах с генератором постоянного тока это делается просто: сам генератор и вращает вал дизеля, только специальными электромагнитными контакторами создается цепь от аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения и якорь генератора, которые соединяются последовательно и уже генератор работает в качестве сериесного электродвигателя. После раскрутки вала и запуска дизеля схема разбирается и все становится на свои места. На других тепловозах для запуска применяются электродвигатели – стартеры.
Ну вот дизель у нас запущен, надо ехать, все цепи собраны, электропневматический реверсор изменил направление тока в обмотках возбуждения ТЭД, чтобы мы поехали в нужную нам сторону, все в общем в работе. Машинист переводит контроллер в 1-ю позицию и … Подключаются тяговые электродвигатели к силовой цепи посредством включения электропневматических контакторов, называемых «поездными», также электромагнитые контакторы подключают возбуждение возбудителя (контактор ВВ) и возбуждение главного генератора (контактор КВ). Все, схема собрана – возбудитель возбуждает обмотку возбуждения генератора, ток вырабатывается и подается на ТЭД.
В процессе движения вся эта система работает слаженно, умно и толково, изменяя ток в обмотке возбуждения возбудителя и соответственно в обмотке возбуждения главного генератора, автоматически изменяя режимы его нагрузки ну и обороты вала дизеля через наш объединенный регулятор мощности, не меняя позиции контроллера машиниста, а машинист, имея в своем запасе 15 позиций уже сам контроллером увеличивает или уменьшает обороты вала дизеля, соответственно и его мощность.
Есть еще одна небольшая деталь в работе ТЭД из области электротехники: при трогании поезда с места ток на якорях ТЭД достигает максимальной величины, в процессе разгона и увеличения скорости ток падает, но растет напряжение, а нам так необходима полная мощность генератора на всех скоростях движения. Поэтому нужно ток нагрузки главного генератора увеличивать принудительно. Все делается просто, путем ослабления магнитного поля в обмотках возбуждения ТЭД, то есть параллельно обмотке возбуждения подключены два сопротивления, вот на них и переключается часть тока, это называется – ослабление поля. Практически на всех тепловозах применяется две ступени ослабления поля и работает эта система автоматически, сопротивления подключаются соответствующими контакторами, называемыми ВШ. Отступлю, а вот на электровозах это делается вручную машинистом, но там и ступеней ослабления побольше. Все электрические аппараты находятся в высоковольтной камере (ВВК), которая закрывается и имеет на двери блокировки, если дверь в ВВК не закрыта, то схема тяги не соберется и тепловоз не тронется с места.
