Локомотивы для промышленных предприятий – экономичные и экологичные
В последнее время на многих дискуссионных площадках, включая Международный салон железнодорожной техники и технологий ЭКСПО 1520 в Щербинке, форум «Транспорт России» и другие, активно обсуждались проблемы промышленного транспорта.
Перед локомотивным хозяйством промышленных предприятий стоят такие ключевые задачи, как обеспечение перевозочного процесса необходимым количеством исправной техники с минимальными эксплуатационными затратами. Сегодня нужны маневровые локомотивы простой конструкции и с повышенным ресурсом, соответствующие экологическим требованиям (поскольку большинство предприятий находятся в черте населенных пунктов), пригодные для использования в кривых малого радиуса, способные работать с переменными скоростями и нагрузками.
Наличие на крупных предприятиях технологического пара дает шанс полного отказа от применения на подъездных железнодорожных путях дизельных локомотивов в пользу экономичных и экологически чистых паровых.
С целью снижения расходов на маневровую работу на подъездных путях необщего пользования (нефтеперерабатывающие заводы, заводы химической промышленности, металлургические, горно–обогатительные и деревообрабатывающие комбинаты, тепловые электростанции и т. д.) разработана версия пароаккумуляторного локомотива с силой тяги в 90 кН (9 тонн). Данная машина не нуждается в топливе, а использует технологический пар, получаемый от стационарных котлов предприятий и аккумулируемый в резервуаре высокого давления с теплоизоляцией.
Локомотив создан на базе распространенной ранее модели танк–паровоза 9П. В экипажную часть и паровую машину внесены изменения, обусловленные требованиями компоновки, отличными от таковых у паровоза 9П. Соответственно, пересчитан механизм парораспределения и усилен регулятор для работы при 20 кгс/см2. На раме установлен котел–паронакопитель, представляющий собой закрытый цилиндрический резервуар с высокой степенью термоизоляции.
Проектирование локомотива завершено. Имеются 102 сборочных чертежа в составе 195 чертежей формата А2.
Характеристики локомотива:
Ширина колеи, мм 1520
Масса в рабочем состоянии, т 58,62
Масса без воды, т 41
Объем котла, м3 21,0
Объем воды в котле, м3 18,5
Давление пара, МПа (кгс/см2)
–максимальное 2 (20)
–минимальное 0,2 (2)
Сила тяги рабочая, кН 90
Сила тяги при трогании с места, кН 125
Сила тяги минимальная, кН 83
Максимальная скорость, км/ч 30
Максимальная масса состава на прямой
при скорости 15 км/ч и силе тяге 83 кН, т 3200
Максимальная масса состава на прямой
при скорости 30 км/ч и силе тяге 83 кН, т 3000
Работа локомотива при снижении
давления 20–2 кгс/см2, ткм 6000
Длина по осям автосцепок, мм 9820
Расстояние между осями колесных пар, мм 1800
Общая база, мм 3600
Диаметр колес, мм 1050
Минимальный радиус кривой, м 40
Вода, т 16,8
Песок, кг 520
Перед началом работы котел на 60–80% заполняют горячей водой, а потом через экипировочный патрубок в передней части котла подают пар из стационарной котельной установки. Пар, конденсируясь в воде, будет ее нагревать. Процесс завершится, когда вода достигнет температуры насыщенного пара, а давление в пароаккумуляторе достигнет давления заряжающего пара. Если теперь из пароаккумулятора отобрать часть пара в паровую машину, то давление в пароаккумуляторе упадет, вода окажется перегретой, закипит и отдаст следующую порцию пара (до выравнивания давления в пароаккумуляторе с давлением насыщения при данной температуре воды). То есть по мере снижения давления с 20 до минимального рабочего в 2 кгс/см2 вода в котле за счет скрытой теплоты парообразования превращается в пар в течение 6–12 часов в зависимости от нагрузки и режимов эксплуатации.
Для работы локомотива необходимы парозарядные колонки, паропроводы, питательные насосы и арматура в количестве, определяемом проектом для конкретных эксплуатационных условий.
На полную зарядку котла затрачивается 20–30 мин., а на подготовку холодного локомотива – 1,2 – 1,3 ч.
Максимальная выгода пароаккумуляторного локомотива достигается там, где присутствуют необходимые в производстве «тепловые отбросы», то есть тепло, которое можно превратить в пар, или технологически готовый пар. Следует также упомянуть предприятия, где сам продукт является источником энергии и который можно применить для движения локомотива, что принесет дополнительную прибыль предприятию. Это в первую очередь коксохимическое и металлургическое производство, нефтеперегонные заводы, где стоимость продажи сэкономленного дизтоплива сразу даст экономический эффект. Также необходимо учитывать полную пожаробезопасность локомотива, что важно для нефтехимических и газодобывающих предприятий.
Промышленные локомотивы обычно работают только около 10–30% рабочего времени. Современный паровой аккумулятор с хорошей изоляцией может сохранять давление в течение многих часов, что значительно снижает эксплуатационные расходы по сравнению с тепловозами, дизель которых работает на холостом ходу.
Пароаккумуляторные локомотивы полностью безопасны в эксплуатации, взрыв котла исключен, хотя изначально необходимо соблюдать все меры предосторожности при работе с сосудом высокого давления и теплоносителем высоких параметров – температуры и давления.
Проведенные сравнительные оценки локомотивов ПАЛ–9П и ТЭМ2 выявили реальную экономию по дизельному топливу в среднем 0,75–1,0 т/сут на один тепловоз. Только за счет экономии дизельного топлива срок окупаемости составляет 12–15 мес. Срок эксплуатации пароаккумуляторных локомотивов составляет 50–60 лет. «Жизненный цикл» в семь раз дешевле тепловоза ТГМ4 и в двенадцать раз тепловоза ЧМЭ3.
Валентин БАЛАБИН, доктор технических наук, профессор,
Российский университет транспорта,
Алексей СЕРБУЛОВ,
главный конструктор фирмы ООО «Белспецлесмаш»
