Тепловозы
Многодизельные тепловозы TRAXX DE ME В последние десятилетия на железнодорожном транспорте все больше внимания уделяют проблеме экономии энергоресурсов. Кроме того, постоянно ужесточаются ограничения по загрязнению окружающей среды. Компания Bombardier разработала и выпускает локомотивы с несколькими дизельными двигателями и электрической передачей, конкурирующие с традиционными тепловозами, имеющими один дизель большой мощности. Производство тепловозов с одним дизельным двигателем может остаться в прошлом в связи с созданием локомотивов, имеющих несколько дизелей. На железных дорогах уже работают пассажирские (скорость 160 км/ч) и грузовые (140 км/ч) тепловозы семейства TRAXX модификации DE ME (Diesel-Electric Multi-Engin) производ-
ства компании Bombardier (рис. 1). Они обладают многочисленными преимуществами, к которым относятся оптимальный расход дизельного топлива, соответствие европейским нормам по воздействию на окружающую среду, уменьшение эксплуатационных расходов благодаря применению серийных промышленных дизелей.
Исходные условия Загрязнение окружающей среды. Требования в отношении снижения вредных выбросов в окружающую среду определяются для дизелей нормами, жестко ограничивающими эмиссию вредных газов и выброс частиц сажи (рис. 2). Дизель в режиме малых оборотов, неоптимальном для него, расходует топливо для того, чтобы снабжать энергией вспомогательное оборудование (пульт управления, установки кондиционирования воздуха, устройства охлаждения, систему впрыска и т. д.). При работе дизеля в режиме полной мощности энергия используется эффектив-
Рис. 1. Локомотив TRAXX DE ME (BR 245) производства компании Bombardier (фото: DB)
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2016, № 3 55
Тепловозы
нее и загрязнения атмосферы минимальны. В связи с этим снижать число оборотов следует лишь в случае необходимости, определяемой условиями эксплуатации. Исследования по оптимизации функционирования дизельных двигателей и расхода ими топлива сопряжены со значительными затратами. Кроме того, нормы, касающиеся экологии, становятся все более жесткими, что требует дополнительных исследований. К тому же новые ограничения и стандарты часто вводят тогда, когда уже ведутся работы по созданию новых двигателей и, следовательно, остается мало времени на обеспечение соответствия их последним экологическим требованиям. Использование промышленных дизелей. Неблагоприятным фактором для производства специальных дизелей большой мощности, используемых на железнодорожном подвижном составе, является их ограниченное применение, по крайней мере в Европе, в силу незначительных размеров перевозок, выполняемых на тепловозной тяге. Это сопряжено также с высокой стоимостью создания таких двигателей, обусловленной, кроме всего прочего, значительными затратами на поиски решений, связанных с ужесточением экологических требований. Объем поставок таких двигателей и запасных деталей к ним снижается, что создает определенные трудности в эксплуатации. Благодаря ряду выполненных разработок оказалось возможным использовать на подвижном составе серийные промышленные дизельные двигатели меньших размеров и
б)
–37 %
8
–33 %
6 4 2 0
2003
2009
2012 Годы
Выбросы частиц сажи, г/кВт·ч
10
Выбросы окислов азота NOх, г/кВт·ч
а)
массы, которые соответствуют современным экологическим требованиям и нормам. Применение промышленных дизельных двигателей на локомотивах с автономной тягой не является чем‑то новым. Опыт показывает, что использование нескольких двигателей вместо одного большой мощности обеспечивает следующие преимущества: резервирование в тяговой цепи, оптимизацию функционирования, возможность использования серийно изготовляемых компонентов, что позволяет снизить расходы на техническое обслуживание и ремонт. Возможности многодизельных локомотивов. Техническое задание на локомотив BR 245 для Государственных железных дорог Германии (DB) предусматривало его традиционное использование, в процессе которого периоды работы с малым числом оборотов чередуются с периодами полной мощности или изменяемой в соответствии с режимом ведения поезда. Периоды полной мощности превалируют по длительности использования. Принимая в расчет расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды, а также затраты на техническое обслуживание, компания Bombardier пришла к выводу, что наилучшим образом соответствует техническому заданию локомотив семейства TRAXX с установленными на нем четырьмя промышленными дизелями, каждый из которых вырабатывает мощность в зависимости от общей требуемой. Применение промышленных дизелей, выпускаемых большими се0,3
–20 %
0,2 –88 % 0,1 0
2003
2009
2012 Годы
Рис. 2. Снижение по годам выбросов газа (а) и частиц сажи (б) дизельными двигателями
риями, позволяет наряду с оптимизацией расхода дизельного топлива размещать их на тепловозе один над другим, как на стеллаже, приобретать двигатели и запасные части к ним по конкурентным ценам, отказаться от дополнительных затрат, обусловленных ужесточением экологических требований, использовать генераторы с возбуждением на постоянных магнитах, обладающие лучшими характеристиками. Таких генераторов для работы с дизелями большой мощности нет. Применение генераторов с возбуждением на постоянных магнитах дает важные преимущества, поскольку с их помощью можно обеспечить: • резервирование питающей шины поездного электроснабжения; • оптимизацию соотношения цена — мощность; • и спользование преимуществ, даваемых эксплуатацией более надежных современных электротехнических компонентов.
Тепловоз TRAXX DE ME Новый тепловоз, получивший обозначение TRAXX DE ME (таблица), компания Bombardier создала на базе опыта, полученного в ходе эксплуатации тепловозов семейства TRAXX. По состоянию на 2015 г. было выпущено 1800 электровозов и тепловозов этого семейства в разных модификациях. На железных дорогах Германии он получил серийное обозначение BR 245. На новом локомотиве использован кузов со стандартными кабинами тепловозов семейства TRAXX, приспособленный для установки в нем четырех 6‑цилиндровых рядных дизелей производства компании Caterpillar. Стандартные тележки компании Bombardier соответствуют разным условиям эксплуатации: • FLEXX P160 — пассажирские локомотивы с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей (скорость 160 км/ч);
56 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2016, № 3
Тепловозы
• FLEXX F140 — грузовые локомотивы с рамным подвешиванием тяговых двигателей (скорость 140 км/ч). Группа генераторов с возбуждением на постоянных магнитах подает напряжение на шину, которая соединяет два тяговых преобразователя, питающих по два двигателя на каждой тележке напряжением трехфазного тока, регулируемым по амплитуде и частоте. Преобразователи обеспечивают также реостатное торможение с помощью двух групп резисторов, рассчитанных на мощность 2×800 кВт. Каждый дизель имеет собственную группу охладителей производства компании Behr. Время работы дизелей контролируют бортовые компьютеры, что позволяет оптимизировать периодичность их технического обслуживания. Осевая нагрузка локомотива BR 245 составляет 21 т. Испытаниями установлено, что при ведении по одному и тому же участку поезда массой 1160 т, перевозящего автомобили, у многодизельного локомотива BR 245 потребление топлива было ниже на 30 %, чем у классического тепловоза BR 218 с одним дизелем. При этом динамическая устойчивость хода у BR 245 была лучше вследствие более низкой силы тяги. Для принятого порядка технического обслуживания и существующих условий затраты на ревизию классического тепловозного дизеля большой мощности соизмеримы с затратами на работы, выполняемые на четырех промышленных дизелях. К другим преимуществам применения серийных двигателей относится возможность заменять группы генераторов по очереди, что позволяет уменьшить время выведения локомотива из работы и, следовательно, снизить создаваемое этим увеличение затрат. Вспомогательные системы. Для выявления возгораний примене-
Технические характеристики пассажирского тепловоза TRAXX DE ME
Параметр
Значение параметра
Длина по буферам, мм
18 900
Ширина кузова, мм
2 977
Высота от УГР до верха крыши, мм
4 256
Расстояние между центрами тележек, мм
10 440
База тележки, мм
2 600
Диаметр нового колеса, мм
1 250
Масса (приблизительно), т
83
Осевая нагрузка, т Вредные выбросы газа по нормам ЕС Система электроснабжения поезда: напряжение, В частота, Гц мощность, кВ·А Число дизелей Тип дизеля Мощность одного дизеля, кВт Число тяговых двигателей Сила тяги при трогании, кН Мощность реостатного тормоза, кВт Сила торможения, кН
21 Уровень III В 1000 22 480 4 Caterpillar C 18 2252 4 300 2 × 800 150
Скорость максимальная, км/ч
160
Производительность компрессора, л/мин
2400
ны датчики, реагирующие на повышение температуры, и детекторы дыма. К пассивным мерам, ограничивающим распространение огня, относятся двери и огнеупорные перегородки. Дополнительно установлена автоматическая система пожаротушения. Для облегчения пуска дизелей в холодную погоду воду, подаваемую в рубашку охлаждения, а также смазочное масло предварительно подогревают с помощью электрических элементов Webasto. Дизельное топливо подбирают, исходя из климатических условий района эксплуатации тепловоза. В холодное время года топливо также предварительно подогревают, чтобы сделать более текучим. Локомотивы TRAXX DE ME оснащены датчиками, которые облегчают управление ими, а также диагностику и устранение неисправностей. В последнем слу-
чае связь с поездом осуществляет бригада технического обслуживания компании Bombardier либо аттестованный ремонтный персонал компании-оператора. В рамках контракта, заключенного в 2011 г., железные дороги Германии должны получить 200 локомотивов TRAXX DE ME для пассажирской и грузовой работы. Первые машины уже находятся в эксплуатации: 20 пассажирских тепловозов BR 245 переданы заказчику и начали работать в конце 2014 г. Другая компания-оператор Paribus-DIF в марте 2014 г. заказала 15 пассажирских локомотивов TRAXX DE ME, одновременно заключен контракт на их техническое обслуживание. По материалам компании Bombardier (www.bombardier.com) и интернетпортала MD (www.mainlinediesels.net); Revue generale des chemins de fer, 2015, № 3, p. 30 – 36.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2016, № 3 57