ТУРБОЭЛЕКТРОПОЕЗД Российский патент 2008 года по МПК B61C5/00 

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.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к области турбопоездов с газотурбинной силовой установкой и электрической передачей энергии. В состав турбоэлектропоезда 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. Энергоснабжение внешних потребителей во время стоянок осуществляется от энергоустановок секций автономного питания. Возможно комбинированное их снабжение электрической и тепловой энергией. Использование данного изобретения позволяет обеспечить возможность эксплуатации турбоэлектропоезда как на электрифицированных, так и на неэлектрифицированных участках железных дорог в наиболее экономичном эффективном для данного участка режиме, а также возможность эксплуатации турбоэлектропоезда во время стоянки в режиме мобильной ТЭЦ малой мощности - для снабжения электрической и тепловой энергией неэлектрифицированных объектов, расположенных вблизи железной дороги. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

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.