Глава 10
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ ТРАНСПОРТА ТОРФА
§ 10-1. Общие сведения
Первые опыты в области электрификации торфотранспорта были проведены в 1948 г. по инициативе коллектива работников торфобрикетного завода в Тоотси (Эстонская ССР). Для электрификации тяги были использованы рудничные электровозы постоянного тока напряжением 220 В со сцепным весом 7 т, приспособленные. к условиям надземной работы на открытом воздухе.
Для работы на временных погрузочных путях, где устройство контактной сети неэкономично, электровоз был дооборудован агрегатом, состоящим из двигателя внутреннего сгорания и генератора, т. е. был превращен в электротепловоз.
Применение электротяги на заводе в течение ряда лет показало ее экономичность по сравнению с мотовозной.
Опыты по внедрению электрической тяги на торфопредприятиях получили свое дальнейшее развитие на Шатурском торфопредприятий, где в 1954 г. проходили испытания электровоза типа П-КО-1, изготовленного для магистральных путей узкоколейного (750 мм) железнодорожного транспорта предприятия. Однако большой вес электровоза П-КО-1 (28 т) не позволил использовать его на временных погрузочных железнодорожных путях, что сдерживало дальнейшую электрификацию торфотранспорта. Частичное устранение этого недостатка привело к созданию узкоколейного электротепловоза ЭД-16 весом 18,6 т, замененного затем более совершенной конструкцией — электротепловозом ЭД-18. Электротепловозы прошли успешное испытание на железнодорожных путях Шатурского торфопредприятия.
Перспективным для дальнейшего развития электротяги на торфопредприятиях явилось создание электротепловоза, имеющего гидродинамическую передачу (тип ТЭУ).
Технико-экономические расчеты, опыт эксплуатации электрифицированного железнодорожного транспорта на торфопредприятиях показали, что электрическая тяга может быть рентабельна на средних и крупных торфопредприятиях с годовой вывозкой торфа от 500 до 700 тыс. т в год и более. На предприятиях с меньшим объемом вывозки более рентабельной является тепловозная тяга.
§ 10-2. Электровозы и электротепловозы узкоколейного транспорта торфопредприятий
На торфопредприятиях находят применение контактные электровозы, получающие энергию от контактной электрической сети, и электротепловозы, получающие энергию либо от контактной сети, либо от установленного на них дизеля.
Рис. 10-1. Принципиальная схема электрической тяги с контактным электровозом.
Принципиальная схема электрической тяги с контактным электровозом приведена на рис. 10-1. Ток, поступающий от сборных шин тяговой подстанции 1 через провод 2, контактную сеть 3 и токоприемник 4 (пантограф) на электровоз 5, проходит непосредственно или после предварительного преобразования через обмотки тяговых электродвигателей и возвращается через рельсовый путь 6 и провод 7 на сборные шины подстанции.
Контактные сети выполняются на постоянном и переменном токе.
В Советском Союзе наиболее распространенной является система тяги на постоянном токе (трамваи, троллейбусы, метро, пригородные и магистральные электрифицированные железные дороги, промышленный транспорт).
В последние годы в связи с широкой электрификацией железных дорог и увеличением мощности магистральных электровозов применение системы электрической тяги на постоянном токе стало экономически невыгодным.
Более экономично решение, когда в контактную сеть подается однофазный переменный ток промышленной частоты высокого напряжения порядка нескольких десятков тысяч вольт с последующим преобразованием его в постоянный. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется на электровозах с помощью ртутных преобразователей или кремниевых выпрямителей.
Приведенная система однофазно-постоянного тока внедряется не только на магистральных железных дорогах, но и на строящихся открытых угольных и рудных карьерах, а также на торфопредприятиях.
На рис. 10—2 приведена принципиальная электрическая схема электровоза однофазно-постоянного тока типа П-КО-1 с ртутным выпрямителем, используемого для узкоколейных магистральных путей крупных торфопредприятий.
Электрическая энергия переменного тока напряжением 6000 В, 50 Гц поступает из контактной сети в первичную обмотку трансформатора 320 кВА. Вторичная секционированная обмотка трансформатора питает шестианодный ртутный выпрямитель, имеющий сеточное регулирование 0...600 В. Выпрямленное напряжение 600 В через сглаживающие дроссели Др подается на зажимы тяговых электродвигателей последовательного возбуждения, имеющих каждый часовую мощность 62 кВт и напряжение 300 В. Электродвигатели соединены по два последовательно в две параллельные группы.
Рис. 10-3. Принципиальная схема электротепловоза ЭД-16.
Скорость вращения тяговых электродвигателей регулируется: параллельным или последовательным включением двух групп последовательно соединенных электродвигателей (на схеме показано параллельное включение групп); ослаблением магнитного потока путем шунтирования обмоток возбуждения электродвигателей;
включением ртутного выпрямителя на первую или вторую ступень трансформации силового трансформатора, что позволяет получить соответственно 300 В или 600 В выпрямленного напряжения; сеточным регулированием ртутного выпрямителя.
Управление пуском, регулирование скорости и реверсирование осуществляются вручную при помощи контроллера. Конструктивная скорость движения электровоза равна 50 км/ч.
Для работы на неэлектрифицированных и временных железнодорожных путях торфопредприятий применяются электротепловозы ЭД-16 и ЭД-18.
Узкоколейный электротепловоз типа ЭД-16 (рис. 10-3) имеет двойное питание: от контактной сети однофазного тока 6000 В, 50 Гц и от собственной дизель-электрической установки напряжением 460 В. Два тяговых электродвигателя с часовой мощностью по 80 кВт каждый получают питание от генератора постоянного тока.
При работе от контактной сети генератор приводится во вращение асинхронным трехфазным электродвигателем с часовой мощностью 195 кВт, работающим в однофазном режиме. Так как однофазный электродвигатель не развивает пускового момента, то его предварительно разгоняют, используя для этой цели генератор. Источником энергии для генератора, работающего в режиме стартера, служит аккумуляторная батарея.
После окончания разгона асинхронного электродвигателя аккумуляторная батарея отключается, и генератор, вращаемый теперь электродвигателем, переходит в свой нормальный режим.
На неэлектрифицированных участках железной дороги генератор отсоединяется от асинхронного электродвигателя и сочленяется с дизелем, выполняя аналогично в процессе разгона роль стартера.
Управление тяговыми электродвигателями на электротепловозе ЭД-16 ручное и осуществляется при помощи специального контроллера. Регулирование скорости электродвигателей производится шунтированием последовательных обмоток возбуждения и изменением подводимого напряжения путем воздействия на ток возбуждения генератора.
Конструктивная скорость движения электротепловоза ЭД-16 равна 40 км/ч.
Электротепловоз ЭД-18 отличается от электротепловоза ЭД-16 более усовершенствованной конструкцией и некоторыми изменениями в электрической схеме.
Дальнейшей модернизацией электротепловозов явилось создание узкоколейного электротепловоза ТЭУ-1 с турбомеханической передачей.
Электротепловоз ТЭУ-1 по кузову, экипажной части и установке двигателей унифицирован с электротепловозом ЭД-18, но в отличие от него имеет возможность электрического торможения с рекуперацией энергии.
Применение электрической тяги на торфопредприятиях очень перспективно. В настоящее время проводятся широкие работы по изысканию путей повышения рентабельности электрической тяги. К ним можно отнести: применение однофазного переменного тока промышленной частоты при напряжении в контактном проводе 10 000 В; замену медного контактного провода стальным и упрощение конструкции контактной сети; создание новых типов электровозов с кремниевыми выпрямителями, что позволит повысить к.п.д. и упростить конструкцию локомотива.
§ 10-3. Электрооборудование узкоколейных путевых машин
Содержание и ремонт узкоколейных железнодорожных путей на торфотранспорте требует значительной затраты труда. Трудоемкость путевых работ составляет 25—30% общей трудоемкости на транспорте.
Для механизации путевых работ созданы и внедряются машины и механизмы, имеющие электрический привод. К ним относятся балластеры УПК, путепереукладчики ППР.
Балластировочная машина УПК-1M состоит из самоходной электростанции и прицепного оборудования для балластировочных работ.
Самоходная электростанция путевой машины ЭСУ представляет собой четырехосный узкоколейный тепловоз с механической передачей. Силовой агрегат состоит из дизельного двигателя КДМ-100Б и генератора трехфазного тока типа ЕС-92-6С мощностью 50 кВт, напряжением 400 В.
Оборудование для балластировочных работ включает балластер балочного типа, предназначенный для дозирования балластного слоя; подъемки рельсошпальной решетки на новый балластный слой; механизм смещения рельсошпальной решетки в плане и оправки балластной призмы.
Рельсовый захват машины УПК-1М — механический (планируется его замена на электромагнитный), на нем смонтирован механизм перекоса пути.
Все основные механизмы балластировочного оборудования, а также механизм перекоса пути имеют электрический привод с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.
Узкоколейные путепереукладчики (ППР) позволяют механизировать одну из наиболее тяжелых и трудоемких работ по перекладке временных погрузочных путей; они также широко используются на замене рельсошпальной решетки при капитальном ремонте и при строительстве новых путей.
В настоящее время серийно выпускаются путепереукладчики марки ППР-2М (взамен устаревшей конструкции ППР-2).
Путепереукладчик ППР представляет собой специализированный поезд, состоящий из головного крана (ГПК), платформ для перевозки звеньев пути (ППЛ — промежуточная и КПЛ — концевая) и самоходной электростанции (СЭП).
Самоходная электростанция путепереукладчика СЭП-2М имеет силовой агрегат, состоящий из дизеля СМД-14 и генератора трехфазного тока типа ЕС-91-4С мощностью 50 кВт, напряжением 400 В.
Механизм передвижения СЭП имеет два электродвигателя кранового типа по 11 кВт каждый. Оба электродвигателя соединены с валом двухскоростного редуктора и могут включаться в сеть параллельного или по схеме каскадного соединения (см. § 4-2), что позволяет получить две скорости. Используя дополнительно две ступени скорости редуктора, получают четыре скорости передвижения самоходной электростанции, а именно: 2,5—5,0—7,5 и 15 км/ч.
Путепереукладчик ППР-2М имеет следующие электроприводы с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями: грузовую лебедку — 3,5 кВт, тяговую лебедку — 1,7 кВт и лебедку пакетоподачи — 2,8 кВт. Общая установленная мощность электродвигателей — 30 кВт.
Вопросы для самопроверки
- Поясните системы электрической тяги, применяемые на торфопредприятиях.
- Поясните принцип работы контактного электровоза П-КО-1.
- Рассмотрите способы регулирования скорости тяговых электродвигателей, установленных на электровозе П-КО-1.
- Поясните принцип работы электротепловоза ЭД-16 при литании от контактной сети и при сочленении с дизелем.
- Рассмотрите способы регулирования скорости тяговых электродвигателей, установленных на электротепловозе ЭД-16.
