способ работы маневрового локомотива и маневровый локомотив

Формула изобретения

1. Способ работы маневрового локомотива с энергетической установкой, заключающийся в оптимизации режимов работы энергетической установки, энергокомбинировании и рекуперации электрической энергии, отличающийся тем, что режим работы энергетической установки оптимизируют, используя дизель-генератор, электрохимический генератор, силовые аккумуляторные батареи и электролизер, энергокомбинирование производят комбинацией подключения электрохимического генератора, дизель-генератора и силовых аккумуляторных батарей; на холостом ходу системы тепловоза питают от дизель-генератора, на малых и средних нагрузках тяговые двигатели питают электрохимическим генератором и силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке электрохимического генератора, на больших нагрузках тяговые двигатели питают электрохимическим генератором, силовыми аккумуляторными батареями и дизель-генератором, который подключают на максимальную нагрузку электрохимического генератора и силовыми аккумуляторными батареями, рекупирацию электрической энергии производят в режиме торможения маневрового локомотива, переводя тяговые электродвигатели в генераторный режим и используя электрическую энергию для подзаряда силовых аккумуляторных батареи, силовые аккумуляторные батареи заряжают от дизель-генератора и электрохимического генератора, причем дизель-генератор нагружают электролизером, который вырабатывает водород и кислород и через накопители кислорода и водорода питает электрохимический генератор, водород и кислород из накопителей подают во впускной коллектор дизеля или насыщают ими дизельное топливо, а воду в электролизер подают из системы охлаждения дизеля, при отстое маневрового локомотива в депо электролизер питают от электросети депо.

2. Маневровый локомотив, содержащий дизель-генератор, тяговые электродвигатели реверсивного типа, силовые аккумуляторые батареи, топливный бак, отличающийся тем, что на локомотив дополнительно установлены электролизер с тремя входами и двумя выходами, накопители кислорода и водорода и не менее одного электрохимического водородокислородного генератора с двумя входами и двумя выходами, причем дизель-генератор выполнен маломощным и малоразмерным и соединен с первым входом электролизера, выходы которого по водороду и кислороду соединены через накопители водорода и кислорода со входами электрохимического генератора, второй вход электролизера соединен со вторым выходом электрохимического генератора и системой охлаждения дизеля, третий вход электролизера соединен с силовой аккумуляторной батареей, первый выход электрохимического генератора соединен с тяговыми электродвигателями, а дизель-генератор соединен с тяговыми электродвигателями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к маневровым локомотивам с первичными двигателями, который состоит из тяговой аккумуляторной батареи и электрохимического генератора.

Известен способ работы маневрового локомотива, заключающийся в питании тяговых двигателей тяговыми аккумуляторными батареями, при этом зарядку аккумуляторных батарей осуществляют питанием электроэнергией от дизель-генекратора небольшой мощности, работающего на дизельном топливе [Журнал «Железные дороги мира», статья «Локомотив» Green Goat Москва, 2004 г., № 3, САИТ Компании Rail Power www. zailpower/com.].

Известен экологически безопасный гибридный маневровый локомотив Канады Green Goat. Электрические тяговые двигатели на нем установлены на осях двух двухосных тележек и получают энергопитание от тяговых аккумуляторных свинцовых кислотных батарей. Батареи заряжаются от дизель-генератора (или турбогенератора) небольшой мощности, работающего на дизельном топливе, хранящемся в топливном баке. Этот бак расположен под рамой между тележками, кузов капотный. В задней части локомотива расположены в один ярус тяговые аккумуляторные батареи, дизель-генератор небольшой мощности и высоты, что позволяет установить там низкий длинный кожух кузова. В передней (короткой) части локомотива расположено вспомогательное оборудование. Кабина машиниста оборудована одним стандартным пультом управления, который мало отличается от пультов управления традиционных маневровых тепловозов (Журнал «Железные дороги мира», статья «Локомотив» Green Goat Москва, 2004 г., № 3, САИТ Компании Rail Power www. zailpower/com.).

Недостатком способа работы маневрового локомотива и маневрового локомотива является длительный простой локомотива при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.

Известен способ работы маневрового локомотива, заключающийся в питании тяговых двигателей тяговыми аккумуляторными батареями, при этом зарядку аккумуляторных батарей осуществляют питанием электроэнергией от дизель-генекратора небольшой мощности, работающего на дизельном топливе [Патент РФ № 2344954, МПК B61C 17/00, B60K 6/08, B60L 11/00, опубл. 27.01.09, БИ № 3, авторы Бондаренко Л.М. и др. «Маневровый локомотив»].

Известен маневровый локомотив, содержащий раму, кузов капотного типа, энергетическую установку, состоящую из тяговой аккумуляторной батареи и двигателя-генератора небольшой мощности, размещенного в капоте кузова, топливный бак, две тележки с приводом от тяговых электрических двигателей, вспомогательное оборудование, кабину управления с размещенным в ней рабочим местом машиниста, состоящим из пульта управления и кресла, при этом топливный бак выполнен в виде блоков, которые размещены в раме локомотива и свободном пространстве кузова, тяговые аккумуляторные батареи размещены в секциях, установленных не менее чем в два яруса в капоте кузова и под рамой локомотива в межтележечном пространстве по обеим сторонам локомотива, кабина управления установлена над рамой локомотива с максимальным заполнением верхнего габарита строительного очертания для обеспечения кругового обзора из нее и размещения в подкабинном пространстве части вспомогательного оборудования, рабочее место машиниста выполнено в виде модуля, включающего два пульта управления и поворотное кресло, имеющее возможность продольного перемещения от одного пульта к другому, блоки топливного бака соединены между собой топливопроводом в общую систему [Патент РФ № 2344954, МПК B61C 17/00, B60K 6/08, B60L 11/00, опубл. 27.01.09, БИ № 3, авторы Бондаренко Л.М. и др. «Маневровый локомотив»].

Недостатком способа работы маневрового локомотива и маневрового локомотива является длительный простой локомотива при зарядке тяговых аккумуляторных батарей в депо, малые пробеги локомотива между экипировкой топливом и зарядкой аккумуляторных батарей.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является сокращение времени простоя локомотива при зарядке аккумуляторных батарей и обеспечение форсирования локомотива по мощности.

Технический результат достигается тем, что в способе работы маневрового локомотива с энергетической установкой, заключающемся в оптимизации режимов работы энергетической установки, энергокомбинировании и рекуперации электрической энергии, режим работы энергетической установки оптимизируют, используя дизель-генератор, электрохимический генератор, силовые аккумуляторные батареи и электролизер, энергокомбинирование производят комбинацией подключения электрохимического генератора, дизель-генератора и силовых аккумуляторных батарей, на холостом ходу системы тепловоза питают от дизель-генератора, на малых и средних нагрузках тяговые двигатели питают электрохимическим генератором и силовой аккумуляторной батареей, которую подключают при максимальной нагрузке электрохимического генератора, на больших нагрузках тяговые двигатели питают электрохимическим генератором, силовыми аккумуляторными батареями и дизель-генератором, который подключают на максимальную нагрузку электрохимического генератора и силовыми аккумуляторными батареями, рекупирацию электрической энергии производят в режиме торможения маневрового локомотива, переводя тяговые электродвигатели в генераторный режим и используя электрическую энергию для подзаряда силовых аккумуляторных батарей, силовые аккумуляторные батареи заряжают от дизель-генератора и электрохимического генератора, причем дизель-генератор нагружают электролизером, который вырабатывает водород и кислород и через накопители кислорода и водорода питает электрохимический генератор, водород и кислород из накопителей подают во впускной коллектор дизеля или насыщают ими дизельное топливо, а воду в электролизер подают из системы охлаждения дизеля, при отстое маневрового локомотива в депо электролизер питают от электросети депо.

На маневровом локомотиве, содержащем дизель-генератор, тяговые электродвигатели реверсивного типа, силовые аккумуляторые батареи, топливный бак, дополнительно установлены электролизер с тремя входами и двумя выходами, накопители кислорода и водорода и не менее одного электрохимического водородо-кислородного генератора с двумя входами и двумя выходами, причем дизель-генератор выполнен маломощным и малоразмерным и соединен с первым входом электролизера, выходы которого по водороду и кислороду соединены через накопители водорода и кислорода со входами электрохимического генератора, второй вход электролизера соединен со вторым выходом электрохимического генератора и системой охлаждения дизеля, третий вход электролизера соединен с силовой аккумуляторной батареей, первый выход электрохимического генератора соединен с тяговыми электродвигателями, а дизель-генератор соединен с тяговыми электродвигателями.

Питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива дизель-генератором позволяет работать маневровому локомотиву в режиме холостого хода и на низких нагрузках.

Питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива электрохимическим генератором и силовыми аккумуляторными батареями позволяет работать маневровому локомотиву на средних и высоких нагрузках.

Питание тяговых электродвигателей маневрового локомотива совместно электрохимическим генератором, дизель-генератором и аккумуляторными батареями позволяет форсировать маневровый локомотив по мощности.

Питание электролизера от дизель-генератора при работе маневрового локомотива позволяет получать водород и кислород на борту маневрового локомотива и питать ими электрохимический генератор, который вырабатывает электроэнергию для привода маневрового локомотива.

Питание электролизера от электросети депо при отстое маневрового локомотива в депо позволяет запасать водород и кислород в емкостных накопителях для последующей работы маневрового локомотива.

Постановка на маневровый локомотив электрохимического генератора, электролизера, накопителей водорода и кислорода, а также соединение дизель-генератора и электролизера позволяет получать водород и кислород на борту маневрового локомотива и подавать в электрохимический генератор для выработки электрической энергии и привода локомотива.

На фиг.1 представлен маневровый локомотив, на фиг.2 - маневровый локомотив (вид сверху), на фиг.3 - схема соединения энергетического оборудования маневрового локомотива.

Маневровый локомотив с энергоустановкой содержит дизель-генератор 1, тяговые электродвигатели реверсивного типа 2, электрохимический генератор 3, силовые аккумуляторные батареи 4, электролизер 5, накопители кислорода 6, накопители водорода 7, топливный бак 8.

При запуске маневрового локомотива с энергетической установкой запускают электрохимический генератор 3. Для этого из накопителей с кислородом 6 и водородом 7 подают кислород и водород в электрохимический генератор 3, в котором происходит реакция взаимодействия кислорода с водородом с образованием электрической энергии и воды. Выработанной электрической энергией питают тяговые электродвигатели 2, которые приводят тепловоз в движение.

На маневровый локомотив с энергетической установкой помимо пусковых аккумуляторных батарей дополнительно установлены силовые аккумуляторные батареи 4, которые обеспечивают кратковременное увеличение мощности локомотива с работающим электрохимическим генератором 3, например, при движении локомотива по крутому профилю пути или при присоединении к маневровому локомотиву вагонов. При этом электродвигатели 2 питаются как от электрохимического генератора 3, так и от силовых аккумуляторных батарей 4, которые подключают при максимальной нагрузки электрохимического генератора.

При движении маневрового локомотива с вагонами, когда совместной мощности электрохимического генератора 3 и силовых аккумуляторных батарей 4 недостаточно, отключают от тяговых электродвигателей 2 силовые аккумуляторные батареи 4 и нагружают электродвигатели 2, помимо электрохимического генератора 3, дизель-генератором 1. В случае если совместной мощности электрохимического генератора 3 и дизель-генератора 1 для работы маневрового локомотива недостаточно, то кратковременно мощность локомотива можно увеличить путем подключения к тяговым электродвигателям 2 силовых аккумуляторных батарей 4, в этом случае маневровый локомотив выйдет на полную мощность.

Дизель-генератор 1 выполнен маломощным и малоразмерным и работает на дизельном топливе. Топливный бак 8 с дизельным топливом установлен под локомотивом.

Силовые аккумуляторные батареи 4 на маневровом локомотиве размещают под кабиной машиниста, при этом систему охлаждения дизеля соединяют с системой охлаждения электролизера 5. Воду, вырабатываемую в электрохимическом генераторе 3, направляют в электролизер 5 или в водяную систему дизеля. В электролизер 5 воду также подают из системы охлаждения дизеля.

При торможении маневрового локомотива реверсивные тяговые двигатели 2 переводят в генераторный режим и полученной электроэнергией периодически подзаряжают силовые аккумуляторные батареи 4, при этом зарядку силовых аккумуляторных батарей осуществляют нагружением на нее дизель-генератора 1, например, во время стоянки маневрового локомотива.

Для получения кислорода и водорода на борту локомотива установлен электролизер 5, который получает питание от дизель-генератора 1. Выработанный водород и кислород направляют в накопители с водородом 6 и кислородом 7, откуда водород с кислородом направляют в электрохимический генератор 3. Дизель-генератор нагружает электролизер как во время движения, так и во время стоянки до тех пор, пока накопители с водородом 6 и кислородом 7 не будут заполнены полностью.

Водород с кислородом можно подавать в дизель-генератор 1, при этом кислород и водород можно подать в дизель через воздушный коллектор или совместно с топливом. Для подачи водорода и кислорода совместно с топливом в цилиндр дизеля топливо необходимо предварительно обогатить водородом или кислородом или тем и другим совместно. Для этого на тепловозе необходимо установить устройство обогащения топлива продуктами электролиза воды. При питании дизеля водородом и кислородом повысится его мощность, снизится расход топлива и улучшатся экологические показатели маневрового локомотива.

Для улучшения экологических показателей маневрового локомотива в выхлопной коллектор дизель-генератора 1 можно подавать кислород, при этом выхлопные газы будут дожигаться в выхлопном коллекторе.

Для прогрева систем маневрового локомотива, а также осушки его тяговых двигателей при заходе локомотива в депо используют электрическую энергию, вырабатываемую дизель-генератором 1, а электролизер 5 в это время работает от контактной сети депо.

В случае если дизель-генератор 1 находится в неработоспособном состоянии при движении маневрового локомотива, то электролизер 5 питают силовыми аккумуляторными батареями 4 или электрохимическим генератором 3.

Распределение мощности составляющих энергоустановки маневрового локомотива можно выполнить следующим образом: дизель-генератор 20%, электрохимический генератор 70%, силовые аккумуляторные батареи 10%.

Предлагаемый маневровый локомотив является экологически чистым, позволяет получать водород и кислород в процессе работы, позволяет увеличить межэкипировочные пробеги маневрового локомотива более чем в два раза, позволяет форсировать мощность 20%.