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) производства 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.

Рис. 1. Локомотив TRAXX DE ME (BR 245) производства компании Bombardier (фото: DB)

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).

Рис. 2. Снижение по годам выбросов газа (а) и частиц сажи (б) дизельными двигателями

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 эффективнее 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 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 сериями, 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;
• использование преимуществ, даваемых эксплуатацией более надежных современных электротехнических компонентов.

Тепловоз TRAXXDEME

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.

Технические характеристики пассажирского тепловоза TRAXX DE ME

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 Р160 — пассажирские локомотивы с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей (скорость 160 км/ч);
• 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 2x800 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 применены 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 случае 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 Раribus-DIF в марте 2014 г. заказала 15 пассажирских локомотивов TRAXX DE ME, одновременно заключен контракт на их техническое обслуживание.

Железные дороги мира - 2016, №3