Тема 6. Электроснабжение электрифицированных линий и энергетическое хозяйство железных дорог

Цель: Ознакомить с основными схемами электроснабжения железнодорожного транспорта, элементами схем.

Содержание: 1. Основные сооружения электроснабжения электрифицированных линий и энергетического хозяйства железных дорог

2. Системы электроснабжения электрифицированных железных дорог

3. Контактная сеть

 

1. Основные сооружения электроснабжения электрифицированных линий и энергетического хозяйства железных дорог

 

На тепловых электростанциях в качестве первичных двигателей используют турбогенераторы мощностью 0,3; 0,5; 0,8 и 1,2 млн. кВт, на гидроэлектростанциях – гидравлические турбины мощностью до 500 и 650 тыс. кВт, приводимые во вращение энергией падающей воды. Турбины вращают роторы электрических генераторов, которые строят на напряжение 6,3; 10,5; 15,75 кВ.

Деривационные гидроэлектростанции строят на горных реках и используют напор воды, создаваемый большими естественными уклонами или падениями воды в этих реках. Воду к гидротурбинам станции подают по деривационным каналам, трубам, тоннелям, идущим в обход основного русла реки. Плотину небольшой высоты сооружают для подъема воды на участке реки только с целью обеспечения захода ее в деривационный канал (тоннель, трубу), а из него в напорный бассейн, размещенный для создания необходимого напора на лопатках рабочего колеса турбины на достаточной высоте над уровнем гидротурбин. В плотинно-деривационных, или смешанных, гидроэлектростанциях напор воды создается частично плотиной и частично деривацией.

На атомных электростанциях в качестве источника тепловой энергии используют цепную реакцию деления ядерного топлива. Атомные электростанции достаточно маневренны, позволяют быстро включать их в работу, могут иметь различную мощность и не требуют больших затрат на транспортировку ядерного горючего. Они не загрязняют воздух, а поэтому их можно строить в крупных населенных пунктах в качестве электростанций не только конденсационного, но и теплофикационного типа.

Электрическая энергия, выработанная генераторами электростанций, передается потребителям через линии электропередачи.

Линии электропередачи классифицируют по величине напряжения, роду тока (переменный или постоянный) и по выполнению (воздушные или кабельные). Для передачи энергии на большие расстояния сооружают воздушные линии. Кабельные линии прокладывают лишь в тех местах, где нельзя построить воздушную линию.

Основными элементами воздушных линий электропередачи являются провода, изоляторы и опоры. На линиях 35 кВ и выше в основном применяют стале-алюминиевые провода с внутренней частью из стальных проволок и внешних повивов – из алюминиевых. Высокая механическая прочность этих проводов позволяет ставить опоры на больших расстояниях друг от друга. На линиях местных сетей до 10 кВ применяют алюминиевые провода. Их крепят к опорам на штыревых (до 35 кВ) и подвесных фарфоровых изоляторах. Линии электропередачи бывают одноцепными и двухцепными. Двухцепная линия представляет собой две линии, провода которых подвешивают на общих металлических, железобетонных и деревянных опорах. Для уменьшения зоны повреждения линии электропередачи разбивают на анкерные участки длиной до 5 км, на границах которых устанавливают анкерные опоры, способные воспринимать значительные нагрузки вдоль линии. Остальные опоры – промежуточные – воспринимают вертикальную, поперечную и горизонтальную нагрузки.

Надежность питания ЭПС и районных потребителей зависит от надежности цепей питания тяговых подстанций и работы самих подстанций.

Расстояние между тяговыми подстанциями является одним из параметров системы электроснабжения и определяется технико-экономическими расчетами. На электрифицированных железных дорогах постоянного тока тяговые подстанции расположены одна от другой на расстоянии 10-30 км, а на дорогах переменного тока 40-60 км.

На электрифицированных участках переменного тока тяговые подстанции только понижают трансформаторами напряжение до 27,5 кВ, которое и подается в контактную сеть. На участках постоянного тока тяговые подстанции электроэнергию, получаемую от системы внешнего электроснабжения, преобразуют по напряжению (т.е. понижают напряжение) и по роду тока (т.е. переменный ток преобразуют в постоянный). Если тяговые подстанции постоянного тока получают электроэнергию от внешнего энергоснабжения напряжением 110 кВ, то на подстанциях осуществляется двухступенчатая трансформация напряжения. Напряжение вначале трансформаторами понижается до 10 кВ, а затем подается на тяговые преобразовательные агрегаты, состоящие из преобразовательных трансформаторов и выпрямительных установок. Выпрямленное напряжение подается в контактную сеть.

Питание нетяговых (линейных) потребителей на электрифицированных железных дорогах постоянного тока осуществляется от специальной трехфазной линии электропередачи РП-10, расположенной обычно на опорах контактной сети.

Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций постоянного тока обычно состоят из блоков на каждую фазу, собранных из отдельных кремниевых полупроводниковых вентилей с последовательно-параллельным соединением для пропуска больших токов при высоком напряжении.

Протекание тока по ходовым рельсам вызывает в них потерю напряжения и, следовательно, возникновение потенциалов относительно земли. Из-за отсутствия изоляции рельсов от земли часть тяговых токов из рельсов переходит в землю. Пути распространения токов в земле чрезвычайно разнообразны, поэтому они получили название блуждающих. Блуждающие токи протекают не только в грунте, но и по металлическим частям подземных сооружений – оболочкам кабелей, различным трубам и т.д. В местах выхода тока из подземного сооружения возникает электролиз, вызывающий коррозию сооружения, и если не принять защитных мер, то оно может быть разрушено. При положительной полярности контактной сети зоны коррозии подземных сооружений (называемые анодными) расположены вблизи мест присоединения к рельсам отсасывающих кабелей, т.е. в районах размещения тяговых подстанций. Если же сообщить контактной сети отрицательную полярность, то анодные зоны будут перемещаться вдоль железной дороги вместе с движущимися электрическими локомотивами.

 

2. Системы электроснабжения электрифицированных железных дорог

 

При электрификации железных дорог осуществляют комплексную электрификацию всего железнодорожного хозяйства, промышленности, сельского хозяйства и удовлетворяют коммунальные нужды прилегающих к железной дороге районов – так называемых нетяговых (районных) потребителей. Это позволяет ликвидировать много железнодорожных и районных малорентабельных мелких электростанций с высокой себестоимостью электроэнергии и снабдить дешевой электроэнергией новые районы.

Система электроснабжения железных дорог представляет собой единую электрическую цепь, которая состоит из внешней системы электроснабжения с крупными центральными электрическими станциями, трансформаторными подстанциями и линиями электропередачи, тяговых подстанций, контактной сети с питающими и отсасывающими линиями, электроподвижного состава (ЭПС).

Крупные электрические станции – тепловые, гидроэлектростанции и атомные – вырабатывают электрическую энергию трехфазного переменного тока. Если для питания электрических локомотивов применяют постоянный ток, то тяговые подстанции преобразуют трехфазный переменный ток высокого напряжения в постоянный ток со средним напряжением 3000В. При питании электрических локомотивов переменным током промышленной частоты 50 Гц тяговые подстанции только понижают напряжение переменного тока при помощи трансформаторов до среднего напряжения 25000В, или 2·25000В.

На рис. 1 показана общая схема электроснабжения электрифицированных железных дорог. Вырабатываемая электростанциями 1 (тепловыми, гидравлическими, атомными) электрическая энергия переменного тока частотой 50 Гц поступает на повышающую трансформаторную подстанцию 2 и далее по высоковольтным линиям передачи (ЛЭП) 3 передается к тяговым подстанциям 4, расположенным вдоль железной дороги. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток нужного рода и определенного напряжения для питания устройств электрической тяги — электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения, а также электроснабжения потребителей железнодорожного транспорта и районных потребителей. Питание электроподвижного состава (ЭПС) осуществляется от контактной сети 7 через токоприемники (пантографы). Рельсовая сеть 8 является вторым проводом тяговой сети, включающей, кроме контактной и рельсовой сетей, питающие 5 и отсасывающие 6 линии.

Рисунок 1 Схема электроснабжения электрифицированных железных дорог:

1- электростанция; 2 – районная трансформаторная подстанция; 3 - высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП); 4 – тяговая подстанция; 5 – контактная сеть; 6 – рельсовая сеть; 7 – питающая линия; 8 – отсасывающая линия

Контактная сеть служит для подведения электрической энергии от тяговой подстанции к движущемуся по путям электрическому локомотиву. Сеть делают в виде проводов, подвешенных на специальных опорах, или контактного (третьего) рельса. Контактную сеть присоединяют к тяговой подстанции проводами, которые называют питающими линиями. Вторым проводом на электрифицированных участках во всех случаях являются ходовые рельсы. Для уменьшения переходного сопротивления в рельсовых стыках приварены стыковые соединения. Рельсовые цепи соединяют с тяговой подстанций проводами, называемыми отсасывающими линиями. Питающие и отсасывающие линии бывают воздушные и кабельные. Среднее расстояние между подстанциями 5 составляет 10-30 км.

При системе электроснабжения 25 кВ среднее расстояние между тяговыми подстанциями 10 40-60 км.

Эта система пока не ограничивает пропускной способности электрифицированных линий даже на самых грузонапряженных участках. При этой системе используются существующее оборудование и электроподвижной состав с номинальным напряжением 25 кВ, а энергия к электровозам подается по линиям с напряжением 50 кВ. Мощность, необходимая для движения поезда не зависит от величины напряжения, при которой она передается. При напряжении 50 кВ ток в контактном проводе 6 между подстанцией 11 и автотрансформатором 12 будет в два раза меньше тока электровоза I_э, потребляющего энергию при напряжении 25 кВ. При автоматическом регулировании напряжения как на тяговых подстанциях, так и на автотрансформаторах 12 и 14 и уменьшении тока в тяговой сети практически снижаются всякие ограничения в пропускной способности участка по уровню напряжения. Это дает возможность увеличить массу и количество поездов или их скорость при сохранении существующих расстояний между тяговыми подстанциями. Если же грузопотоки сравнительно невелики, то можно увеличить расстояния между подстанциями до 100 км, снизить стоимость электрификации железных дорог.

Система 2·25 кВ имеет недостатки. Для ее использования необходима подвеска специального питающего провода 13 того же сечения, что и провода контактной сети, с изоляцией на 25 кВ.

 

3. Контактная сеть

 

Электрическая энергия передается от контактной сети к движущимся локомотивам путем непосредственного контакта с их токоприемниками.

Воздушные контактные сети делят на простые и цепные. Простая контактная подвеска представляет собой провод 2, свободно висящий между точками подвеса на опорах 1 и 3. Этот провод 2 имеет непосредственный контакт с токоприемником локомотива, и его называют контактным. Простые подвески обеспечивают бесперебойный контакт между токоприемником локомотива при сравнительно небольших скоростях движения. Их применяют на деповских и второстепенных станционных путях, а также для трамваев и троллейбусов.

При высоких скоростях движения поездов на электрифицированных железных дорогах всего мира применяют только цепную контактную подвеску. При такой подвеске контактный провод висит в пролете между опорами 1 и 10 не свободно, на часто расположенных проводах-струнах 4 и 7, которые прикреплены к другому проводу – несущему торосу 5. Несущий трос и контактный провод изолированы от опоры изоляторами 8 и 9. Чтобы контактный провод занимал определенное положение относительно оси токоприемника локомотива и не отклонялся под действием ветра на недопустимую величину, на опорах устанавливают специальные устройства – фиксаторы 6.

Взаимодействие токоприемника и контактной сети оценивают по двум основным связанным между собой показателям: характеру траектории токоприемника и величине контактного нажатия.

Под траекторией токоприемника понимают путь условной точки, находящейся на его полозе, в вертикальной плоскости. Наилучшей траекторией является прямая линия.

Контактным нажатием называют силу давления токоприемника на контактный привод. Величина контактного нажатия должна изменяться в строгих пределах. Нижний предел устанавливают исходя из того, что токоприемник не должен отрываться от контактного провода из-за недостаточного нажатия. Верхний предел должен быть таким, чтобы токоприемник не поднимал контактного провода слишком сильно, так как при этом токоприемник может задеть за детали контактной сети, что вызовет повреждение токоприемника и контактной подвески.

Обеспечить высокое качество токосъема можно в том случае, если воздушные контактные подвески имеют:

а) равномерную и наименьшую эластичность в пролете;

б) возможно меньшую стрелу провеса, минимальное число жестких точек и сосредоточенных масс;

в) незначительные колебания при воздействии на подвески токоприемника;

г) возможно большую ветроустойчивость.

При некомпенсированных подвесках контактный провод не имеет приспособлений для регулирования натяжения, поэтому оно изменяется в весьма широких пределах.

Поэтому некомпенсированные контактные провода при простых подвесках на магистральных электрических железных дорогах не применяют. По схеме некомпенсированной простой подвески монтируют провода питающих и отсасывающих линий, усиливающие и другие, не связанные непосредственно с процессом токосъема.

Чтобы уменьшить стрелы провеса контактного провода при большой сезонной разнице температур, применяют сезонную регулировку натяжения: в контактный провод включают специальные приспособления (например, натяжные муфты), позволяющие изменять длину провода. Сезонную регулировку производят два раза в год: весной провод подтягивают, а осенью опускают. Ее используют на городском электрическом транспорте.

На магистральных железных дорогах простую контактную подвеску делают компенсированной; в этом случае один конец провода 7 закрепляют через изоляторы 8 на опоре в точке А жестко, а второй конец – через грузовые компенсаторы на опоре 2 в точке Б. Грузовые компенсаторы состоят из груза 1 и нескольких блоков 3,4,5, через которые, а также через изолятор 6 провод присоединяют к анкеруемому проводу 7. Расстояние между анкерными опорами (точками А и Б) называют длиной анкерного участка. Изменение длины контактного провода в пределах анкерного участка компенсируется перемещением груза 1. Допускаемые пределы изменения составляют ±15% номинального, т.е. того натяжения, которое задается компенсатором. Длина анкерного участка для прямых отрезков пути около 800 м.

При цепной подвеске благодаря наличию несущего троса 1 стрела провеса f контактного провода 4 может быть любой величины. Подбором длины струны 3 в пролете можно достигнуть беспровесного положения контактного провода, при котором нижние концы всех струн находятся на одинаковом расстоянии от головок ходовых рельсов.

Контактные подвески классифицируют по способу подвешивания контактного провода к несущему тросу, типу опорных струн (расположенных между несущим тросом и контактным проводом у опор), взаимному расположению проводов в плане, типу примененных фиксаторов (жесткие и сочлененные) и по способу регулирования натяжения проводов.

Для того, чтобы обеспечить равномерное истирание контактных пластин токоприемника по длине, контактный провод (или провода) располагают со смещениями относительно пути. Смещения у опор называют зигзагами, а смещения в пролете – выносами. На прямых участках пути принята система зигзагов, направленных в разные стороны от оси пути на каждой паре соседних опор. Величина нормального зигзага 300 м.

Материалом для контактных проводов служит твердотянутая электролитическая медь. Наиболее распространен контактный провод марки МФ (медный фасонный) сечением 150, 100, 85 и 65 мм². Для повышения износоустойчивости применяют медные контактные провода с легирующими присадками. Для несущих тросов служат медные и стальные многопроволочные провода, свитые из 7 или 19 проволок, одна из которых является центральной. В качестве усиливающих, питающих и отсасывающих чаще всего используют алюминиевые провода марки А сечением 185 и 150 мм² из отдельных твердотянутых алюминиевых проволок.

Опоры контактной сети в зависимости от их назначения бывают поддерживающие, анкерные, фиксирующие и фидерные. Поддерживающие опоры по типу закрепляемого на них поддерживающего устройства делят на консольные, для гибких и жестких поперечин. Консольные опоры широко применяют на однопутных и двухпутных перегонах, а также на отдельно расположенных путях станций. Опоры, поддерживающие только одну контактную подвеску, называют промежуточными. Анкерные опоры предназначены для восприятия нагрузок от анкеруемых проводов, а фиксирующие – усилий, возникающих при изменении направления проводов. Фиксирующие опоры устанавливают в местах, где при отсутствии поддерживающих опор необходимо зафиксировать положение проводов относительно оси токоприемника. Фидерными называют опоры, на которых подвешивают провода питающих и отсасывающих линий.

Опоры контактной сети бывают железобетонные и металлические. Железобетонные опоры применяют чаще, так как расход металла на них меньше. Железобетонные опоры изготовляют струнобетонные конические из центрифугированного железобетона (типа СК длиной 13,6; 12,8 и 11,2 м), и двутавровые из вибрированного железобетона с предварительно напряженной арматурой из стальных прядей. Металлические опоры делают в виде четырехгранных ферм пирамидальной формы.

Железобетонные опоры устанавливают обычно без отдельных фундаментов. При высоте опоры более 10 м или при высоком уровне грунтовых вод применяют специальные фундаменты. Металлические опоры всегда устанавливают из бетона или железобетона. Опоры, устанавливаемые без фундаментов, называют несъемными или цельными, а опоры на фундаментах – съемными или раздельными. Для надежной защиты подземной части цельных опор без специальных фундаментов их на длине 3,5 – 4,3 м пропитывают горячей смесью битума с петролатумом.

Опоры устанавливают с различными габаритами относительно оси пути. Габариты установки опоры – это расстояние между осью пути и ближайшей гранью опоры, измеренное на уровне головок рельсов. Нормальный габарит установки опор на прямых участках пути 3,1 м, на кривых его устанавливают на величину, зависящую от радиуса кривой и места установки опоры (с внешней или внутренней стороны кривой). В особо трудных условиях габарит установки опор на прямых участках пути может быть уменьшен, но должен быть не менее 2,75 м на перегонах и 2,45 м на станциях. При установке опор в выемках за кюветом применяют габарит 5,7 м.

Посты секционирования сооружают между тяговыми подстанциями для защиты контактной сети от токов короткого замыканий. На постах устанавливают защитную аппаратуру – быстродействующие выключатели на линиях постоянного тока или масляные выключатели на линиях переменного тока. Эти автоматы отключают контактную сеть под нагрузкой в доли секунды, предупреждая разрушение сети, оборудования тяговых подстанций и электроподвижного состава.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Какие основные элементы схемы электроснабжения электрифицированной железной дороги?

2. Как классифицируют электростанции по первичным двигателям?

3. Перечислите основные узлы гидростанции?

4. Какова классификация линии электропередачи?

5. Как подразделяются тяговые подстанции по расположению оборудования и способу управления?

6. Каковы основные элементы тяговой сети и ее классификация?

7. Из каких подразделений состоит энергоучасток?

8. Какова задача работников дистанций контактной сети?

 

Модуль 4 – «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Тема 7 – «Общие сведения о локомотивах»

Цель: Ознакомить с типами подвижного состава железных дорог, их различием, назначением. Дать понятие о значении и структуре хозяйств, обслуживающих подвижной состав

Содержание: Классификация локомотивов. Серии и нумерация локомотивов. Основные характеристики тепловозов и электровозов

 

Локомотив (от лат. lokus место и motio движение) – основная тяговая машина для передвижения вагонов.

На локомотивах не перевозят ни грузы, ни пассажиров.

В зависимости от вида и способа получения энергии локомотивы подразделяют на автономные и неавтономные.

Если самоходный экипаж получает энергию от источника, расположенного внутри него (от двигателя внутреннего сгорания, котла, газовой турбины или аккумуляторной батареи), то его называют автономным. Это тепловозы, газотурбовозы, паровозы, мотовозы.

На паровозе роль силовой установки выполняет паровой котел, а паровая поршневая машина преобразует тепловую энергию в механическую.

 

Рисунок 1 – Паровоз

 

Тепловозом называется локомотив, на котором имеется собственная силовая установка в виде двигателя внутреннего сгорания (обычно дизеля). От этой установки работает генератор электрического тока для тяговых электродвигателей.

 

Рисунок 2 – Тепловоз

 

У мотовоза силовой установкой также является двигатель внутреннего сгорания, но привод на колеса осуществляется с помощью механической трансмиссии.

 

Рисунок 3 – Мотовоз

 

Газотурбовозом называется локомотив, имеющий в качестве силовой установки газовую турбину.

Если экипаж приводят в движение тяговые двигатели, получающие электрическую энергию от источника, расположенного вне его, то его называют неавтономным. К ним относятся электровозы.

Электровозом называется локомотив, источником энергии которого является электрический ток, получаемый через контактную сеть от электрических тяговых подстанций.

 

Рисунок 4 – Электровоз

 

По выполняемой работе локомотивы подразделяют на пассажирские, грузовые и маневровые.

Пассажирские локомотивы предназначены для вождения пассажирских поездов и рассчитаны на высокие конструкционные скорости (160 км/ч и более).

Грузовые локомотивы предназначены для вождения тяжелых поездов, должны развивать значительную силу тяги, иметь большое число движущих колесных пар, которые создают тяговое усилие.

Маневровые локомотивы предназначены для маневровой работы и рассчитаны на небольшие мощности и конструкционные скорости.

По типу кузова локомотивы подразделяются на:

- капотный;

- вагонный.

 

Рисунок 5 – Капотный тип кузова

 

Рисунок 6 – Вагонный тип кузова

 

По числу секций локомотивы подразделяются на:

- односекционный;

- двухсекционный;

- многосекционный.

 

Рисунок 7 – Односекционный локомотив

 

Рисунок 8 – Двухсекционный локомотив

 

Рисунок 9 – Многосекционный локомотив

 

2. Серии и нумерация локомотивов

Сериям локомотивов дают буквенные названия в честь выдающихся людей, конструкторов или по заводу-изготовителю. Электровозы ВЛ названы так в честь В.И. Ленина. За буквами идет нумерация серии электровоза. Установлена следующая нумерация серий электровозов:

 

 

Электровозы с кремниевыми выпрямителями ВЛ60^к, с вентильными двигателями ВЛ80^в, с рекуперацией на кремниевых управляемых вентилях ВЛ60^кр, с рекуперацией ВЛ80^р, с реостатным торможением ВЛ80^т.

Для тепловозов, построенных после 1945 года, было применено буквенно-цифровое обозначение серий, отличающееся от обозначения электровозов. Здесь буквенная часть состоит также из двух или трех букв, но имеющих иное значение.

ТЭ - тепловозы поездные с электрической передачей для грузовой работы,

ТГ - с гидравлической передачей для грузовой работы,

ТЭП - с электрической передачей для пассажирской работы,

2ТЭ - двухсекционные с электрической передачей для пассажирской работы,

Г – газотурбовоз,

ТЭМ - маневровые тепловозы с электрической передачей,

ТГМ – маневровые тепловозы с гидравлической передачей.

Цифры от 1 до 49 в обозначениях серий показывают, что проект выполнен на Харьковском заводе; цифры от 55 до 90 — на Коломенском заводе.

Например: 2ТЭ10 означает: Т — тепловоз, Э — с электрической передачей, 2 — двухсекционный, 10 — завод постройки — Харьковский транспортного машиностроения.

Моторвагонный подвижной состав разделяют на автомотрисы, моторные и прицепные вагоны, из которых формируют электропоезда, и дизель-поезда.

 

 

3.Основные характеристики тепловозов и электровозов

 

Рассмотрим основные характеристики тепловозов и электровозов. Главной характеристикой любого локомотива является его мощность по двигателю. Для тепловозов - это мощность дизеля, для электровозов - установленная мощность тяговых электродвигателей. Мощность измеряется в лошадиных силах (л.с.) или ваттах (Вт).

Осевая характеристика (колесная формула) показывает число и расположение колесных пар и тележек. Например, осевая характеристика тепловоза ТЭЗ: 2 (3_о - 3_о).

Осевая нагрузка - это масса, приходящаяся от одной колесной пары на рельсы. Максимальная осевая нагрузка не должна превышать 23 т.

Служебная масса - это масса локомотива с полным запасом экипировочных материалов, т.е. топлива, воды, песка, смазочных материалов.

Сцепная масса - это масса локомотива, приходящаяся на ведущие колесные пары.

Удельный вес - это отношение сцепной массы к мощности локомотива.

Удельная мощность - это отношение мощности локомотива к его сцепной массе.

Коэффициент полезного действия - это отношение полезной работы силы тяги к мощности локомотива. Для тепловозов коэффициент полезного действия составляет 0,28 - 0,32, для электровозов 0,4, для паровозов 0,05-0,09.

 

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируют электровозы по роду тока, типу передач, роду работы и осевым формулам ходовых частей?

2. В чем преимущества электрической тяги перед паровой и тепловозной?

4. Назовите основные серии электропоездов железных дорог

5. Каковы конструкция механической части электропоездов и ее основные элементы?

6. Оборудование электровозов и электропоездов?

7. Оборудование тепловозов?

8. Чем отличаются газотурбовозы от тепловозов?

9. Каковы основные особенности дизель-контактных и контактно-аккумуляторных локомотивов?

 

Тема 8 – «Общие сведения о тепловозном парке»

Содержание: Общие сведения. Расположение агрегатов на тепловозе с электрической передачей. Электрические машины и электрические аппараты тепловозов

 

1. Общие сведения

В начале ХХ века был разработан ряд оригинальных проектов тепловозов. Однако только в 1924 г. на Путиловском заводе в г. Ленинграде под руководством проф. Гаккеля был создан первый в мире магистральный тепловоз серии Щ^эл - 1 мощностью 1000 л.с. Затем выпуск тепловозов серий Э^эл, О^эл был налажен на Коломенском тепловозостроительном заводе.

Начиная с 1946 г. Харьковский завод транспортного машиностроения наладил выпуск тепловозов серии ТЭ.

Тепловозы серии ТЭ3 в 50-е - 80-е годы прошлого столетия являлись основным магистральным тепловозом, на долю которого приходилось до 40% от общего объема перевозок на железнодорожном транспорте. С 1979 г. выпускался тепловоз серии 2ТЭ121, с 1982 г. 2ТЭ116А, имеющий единый тяговый агрегат А-714, улучшенную конструкцию дизеля, измененную компоновку оборудования, централизованное воздухоснабжение электрических машин. Кроме того, в настоящее время эксплуатируются тепловозы ТЭ10М, выпускающиеся в 2-х секционном (2ТЭ10М) и 3-х секционном вариантах (3ТЭ10М). Наряду с ними на железных дорогах СНГ используется также тепловоз серии 2ТЭ116, на котором установлен экономичный 4-х тактный дизель Д49, применена электрическая передача переменно-постоянного тока /2/.

На тепловозе 2ТЭ121 применен дизель-генератор, включающий дизель и однокорпусный агрегат А-714-У2, установленные на одной раме и состоящий из главного синхронного генератора мощностью 2800 кВт и вспомогательного генератора мощностью 400 кВт, предназначенные для питания тяговых электродвигателей и двигателей привода вентиляторов, соответственно. На тепловозе применено рамное подвешивание тяговых двигателей, кузов капсулевидной формы. На расчетном подъеме 9 ‰ 2ТЭ121 может вести поезда массой до 6000 т.

Пассажирскими локомотивами, эксплуатирующимися на железных дорогах, являются тепловозы ТЭП60, 2ТЭП60, ТЭП70. В кузове несущей конструкции локомотивов ТЭП60, 2ТЭП60, объединяющем в единую пространственную конструкцию главную раму, боковые стенки, крышу, кабины, установлен дизель-генератор. На тепловозах применено рамное подвешивание тяговых электродвигателей, двухступенчатое рессорное подвешивание.

Тепловоз ТЭП70 предназначен для пассажирского движения при увеличенных массах и скоростях движения поезда. Так, он обеспечивает вождение состава из 22 вагонов со скоростью 48,3 км/ч на расчетном подъеме 9 ‰. Тепловоз оборудован электропневматическим и пневматическим тормозами, может работать по системе двух единиц, имеет прибор для быстрого нахождения неисправности в электрической цепи.

Основными маневровыми тепловозами являются: ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭМ7, ТГМ3А, ТГМ3Б, ЧМЭ3, ВМЭ1. Этими локомотивами выполняется маневровая и вывозная работа. Они способны развивать большую силу тяги при трогании с места и способны работать 7-10 суток без экипировки /2/. Для пуска дизеля и приведение в движение современного маневрового тепловоза требуется не более одной минуты. Дистанционное управление контроллером, реверсором и тормозным оборудованием осуществляется с переносных устройств (пультов). Пульт имеет пружинные замки, позволяющие снимать его и устанавливать на 4 кронштейна, расположенные спереди и сзади сидений машиниста и помощника. Кузов маневровых тепловозов капотного типа. Кабина возвышается над кузовом, имеет торцевые и боковые окна, обеспечивая машинисту хороший обзор при движении.

 

 

2.Расположение агрегатов на тепловозе с электрической передачей

 

Подавляющее большинство современных тепловозов - это мощные дизельные локомотивы с электрической передачей, обладающие многими достоинствами, которые выгодно отличают их от других типов локомотивов.

Конструкция тепловоза состоит из четырех основных частей: дизеля, вспомогательного оборудования, передачи и экипажа. Дизель превращает химическую энергию топлива в механическую и отда­ет ее тяговому электрическому генератору, вращая его якорь. Тяговый генератор превращает механическую энергию в электрическую и по кабелям передает ее тяговым электродвигателям. В свою очередь тяговые двигатели превращают электрическую энергию в механическую и вращают колесные пары тепловоза.

Большинство грузовых тепловозов состоит из двух секций, соеди­ненных автосцепкой. Каждая секция представляет собой самостоятельный локомотив, имеющий кабину управления и в случае необ­ходимости может эксплуатироваться отдельно. Из отдельных секций можно сформировать тепловоз практически любой необходимой мощности, им управляют с одного поста, при этом используется полная сила тяги каждой секции. Обе секции соединены стандартной автоматической сцепкой.

Наиболее распространенные конструкции грузовых тепловозов, как уже было сказано выше, имеют электрическую передачу (рис.1). Тяговый (главный) генератор 2, якорь которого соединен с коленчатым валом, вырабатывает электрическую энергию, которая передается шести тяговым электродвигателям 3, размещенным в тележках. Валы якорей электродвигателей связаны шестернями с осями колесных пар 4. Установленные на главной раме каждой секции дизель, генератор и вспомогательное оборудование закрыты кузовом тепловоза.

Схема расположения агрегатов на тепловозе с электрической передачей

 

Рисунок 1

 

Главная рама секции опирается на две трехосные тележки, передавая вертикальную нагрузку на каждую из них через четыре опоры, расположенные над рессорами. Каждая тележка соединена с рамой и вертикальным шкворнем, передающим только горизонтальные усилия и служащим осью поворота тележки. Тяговые электродвигатели имеют опорно-осевую подвеску.

Все оси - тормозные. Передняя тележка снабжена ручным тормозом, действующим на две задние колесные пары от колеса штурвала, расположенного в кабине машиниста.

Дизель тепловоза 1 обычно двухтактный 10-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания со встречно-движущимися поршнями и двумя коленчатыми валами. Верхний вал воспринимает примерно четверть мощности дизеля, нижний — три четверти. Задний конец нижнего вала при помощи полужесткой дизель-генераторной муфты соединен с валом якоря тягового генератора. Дизель и генератор смонтированы на общей поддизельной раме. Тяговый генератор восьмиполюсный с самовентиляцией и независимым возбуждением от возбудителя, имеет пусковую обмотку для использования его в качестве электродвигателя при пуске дизеля.

Для охлаждения тяговых электродвигателей воздух проходит по нижнему патрубку вентилятора под раму тепловоза.

Тяговые электродвигатели каждой секции тепловоза соединены в три параллельные группы по два последовательно в каждой.

Вал якоря тягового генератора соединен с передним редуктором 5, который передает мощность двухмашинному агрегату 8, вентилятору охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки 6 и воздушному компрессору 7. Привод первых двух агрегатов при помощи карданных валов. Двухмашинный агрегат расположен под полом кабины машиниста. Он состоит из возб