Общая масса газа:

М _{г общ} = N · m₁ = 60 · 164 = 9840 кг.

Общий вид платформы с баллонами представлен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Газобаллонный тендер с баллонами БМА-50-20

Недостатком данной конструкции является отсутствие сквозного прохода между секциями.

2.3 Безопасность газобаллонных тендеров по сравнению с тендерами сжиженного газа

Вопросы взрывобезопасности и пожаробезопасности являются решающими для любой конструкции тендера, транспортирующего газообразное топливо в составе газотепловоза.

Серьезность проблемы криогенного тендера связана, прежде всего, с большим объемом двух цистерн, в которых хранится и транспортируется сжиженный газ и их конструкцией, рассчитанной на незначительное давление паров природного газа над поверхностью газа в жидкой фазе. Несмотря на наличие вакуумной полости, в аварийных ситуациях возможно повреждение стенок цистерн. В этом случае на железнодорожный путь может вылиться до 10 - 15 т жидкого газа. В процессе его испарения возникает газовое облако, слои которого имеют взрывоопасную концентрацию. Взрыв может быть инициирован случайным тепловым источником в процессе аварийных работ.

Нерешенность проблем безопасности криогенных тендеров является одной из главных причин продолжающихся испытаний и доводки данных локомотивов.

Преимущество тендера компримированного газа заключается в распределении общего количества газа на множество объемов (36, 48 и т.д.) в соответствии с емкостью баллонов, что исключает возможность одновременного поступления в окружающую среду значительных количеств метана при авариях. Кроме того, баллоны сжатого газа, рассчитанные на внутреннее давление 25 - 32 МПа, обладают значительно большей прочностью по отношению к внешним воздействиям, чем стенки цистерн криогенного газа. В случае нарушения герметичности баллонов сжатого газа метан поступает в воздух в газовой фазе и улетучивается, чем исключается опасность его скопления.

3. Газодизель-генератор 1ГДГ

3.1 Механическая система подачи газа

Основные требования к системе подачи газа

Механическая система управления подачей газа проектировалась исходя из технических требований к тепловозному газодизель-генератору, которыми предусмотрены:

- реализация полной мощности газодизеля, равной 2250 кВт, как на дизельном топливе, так и при работе по газодизельному циклу;

- при работе с использованием газового топлива удельный эквивалентный расход газа и запальной порции дизельного топлива не должен превышать на номинальном режиме 212 г./кВтч;

- запальная доза дизельного топлива не более 15% эквивалентного часового расхода топлива на всех режимах газодизель-генератора;

- работа с использованием газового топлива, начиная с 4-ой позиции контроллера машиниста.

Дополнительными требованиями к конструкции механической системы управления газоподачей при условии ее полной надежности, прочности являлись:

- максимальная приспособленность к конструкции серийных узлов и систем дизеля, исключающая их изменения;

- сохранение доступа к элементам дизеля, требующим регулировки и осмотров, в сочетании с доступностью вновь вводимых конструктивных элементов;

- сохранение функций, выполняемых серийным регулятором числа оборотов и мощности дизель-генератора 1А-9ДГ за соответствующим регулятором газодизель-генератора 1ГДГ.

Дозаторы газа

Для испытаний газодизеля во ВНИТИ [6] был разработан плунжерный газовый дозатор с механической системой управления.

Он представляет собой дроссель переменного проходного сечения, величина которого определяется положением плунжера относительно окна (выреза) втулки, в которой он движется.

Положение плунжера и, следовательно, его проходное сечение, определяются положением вала регулятора скорости двигателя.

Основные параметры газового дозатора представлены в табл. 3.1.

В результате аэродинамических испытаний получены данные о производительности дозатора во всем диапазоне положений плунжера и его коэффициентах сопротивления. Производительность дозатора оказалась на ~15% ниже расчетной. Поэтому на газодизель были установлены параллельно два дозатора. В результате их испытаний был разработан и применен дозатор с увеличенной в 2,4 раза производительностью.

Таблица 3.1. Основные параметры газового дозатора

Параметр	Величина
Ход золотника дозатора, мм	0 - 16
Внутренний диаметр втулки, мм	15
Длина щели дозатора, мм	16,5
Ширина щели дозатора, мм	8,0
Расчетная величина давления перед дозатором, кПа	0 - 170
Расчетный расход газа, нм3/ч	250

Конструктивная схема обоих дозаторов одинаковая. Увеличение производительности достигнуто путем увеличения диаметра втулки.

При выборе оптимального конструктивного решения механического управления подачей газа был рассмотрен ряд вариантов. Конструктивная схема выбранного механизма управления представлена на рис. 3.1.

Механизм управления газоподачей размещен между дизелем и регулятором.



Рис. 3.1. Механизм управления газоподачей

В качестве регулятора частоты вращения и мощности применен регулятор типа 3-М7РС. Валик регулятора через рычаг шарнирно соединен с горизонтальным двуплечим рычагом «Р». Один конец двуплечего рычага воздействует через упругую тягу на механизм привода реек ТНВД. Второй конец двуплечего рычага (см. рис. 3.1. узел К) шарнирно связан с вертикальной тягой, которая передает движение на рычаги дозаторов. Для регулировки начального положения плунжеров дозаторов длина вертикальной тяги может изменяться.

Если положение конца двуплечего рычага (в узле К) зафиксировано пневматическим упором, то вращение вала регулятора передается на упругую тягу, поперечный и продольный валы привода ТНВД. Газодизель работает на жидком топливе, по дизельному циклу. Дозаторы перекрывают проход газа к газовым клапанам крышек цилиндров.

При переходе на работу с использованием газа второй пневматический упор, расположенный на лотке распределительного вала, фиксирует рейки ТНВД в положении подачи запальной дозы жидкого топлива. При этом первый пневмоцилиндр выключается, и дальнейший поворот валика регулятора вызывает перемещение другого конца двуплечего рычага, связанного с дозатором. Плунжер дозатора открывает проход газа к фазирующим газовым клапанам крышек цилиндров. Двигатель начинает работать с использованием газового топлива.

Система фазирования подачи газа в цилиндры

При разработке системы фазирования подачи газа в цилиндры были рассмотрены следующие варианты механического управления подачей газа:

- управление подачей с помощью газового золотника, с приводом от специального кулачка, установленного на опорной шейке распределительного вала;

- управление подачей с помощью дополнительного газового клапана, встроенного непосредственно в крышку цилиндра. Привод клапана осуществляет рычажный механизм, расположенный на крышке цилиндра, движение которому передается штангой от рычага привода впускных клапанов;

- для обоих вариантов подача газа от системы газотепловоза осуществляется к регулятору низкого давления газа и далее к дозаторам газообразного топлива, от которых газ подводится к золотникам (1-й вариант) или клапанам (2-й вариант) подачи газа, установленным в крышках цилиндров. Привод управления дозаторами обеспечивает регулятор через рычажную передачу типа 3-М-7РС. В дальнейшем может быть осуществлено управление микроэлектронной системой.

Регулятор низкого давления газа обеспечивает заданный закон изменения давления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

В первом варианте управления газовый золотник исполняет функции фазатора, с возможностью подстройки количества подаваемого газа по отдельным цилиндрам.

Во втором варианте газовый клапан исполняет функции фазатора и возможности подстройки по отдельным цилиндрам не имеет.

Для оценки эффективности разработанных вариантов были проведены сравнительные испытания конструкций на специально разработанных и изготовленных на заводе технологических установках.

Учитывая результаты сравнительных испытаний для управления подачей газа в цилиндры газодизель-генератора, был выбран вариант фазирования подачи с помощью газового клапана в крышке цилиндра.

Газовый клапан (рис. 3.2.) состоит из корпуса, в котором размещен клапан, удерживаемый в закрытом состоянии пружинами, тарелкой и сухарями. Уплотнение рабочей газовой полости клапана по маслу осуществляется маслосъёмным кольцом, по рабочему газу фасками корпуса и клапана.

Газовый клапан устанавливается в крышку цилиндра, которая отличается от серийного варианта исполнения наличием прилива в верхней части масляной ванны и в воздушной полости.

В верхней части выполняется гнездо под установку газового клапана, и сверлятся каналы для отвода рабочего газа от клапана к специальным направляющим втулкам впускных клапанов с пазами и далее полость впускных газовых каналов крышки цилиндра.

В приливе воздушной полости выполняется отверстие подвода рабочего газа от общей магистральной трубы к газовому клапану.



Рис. 3.2. Устройство газового клапана

1. корпус; 2. клапан; 3. маслосъемное кольцо; 4,5. пружины.

Газ по отверстию в крышке цилиндра поступает в рабочую полость под клапан 2. При движении рычага впускных клапанов на открытие приводится в движение штанга, передающая движение на рычажный механизм газового клапана. Клапан открывается, и газ поступает в рабочую полость корпуса и, далее через отверстия в корпусе, к сверлёным каналам в крышке, к пазам в направляющих втулках, а затем в полость впускных газовых каналов. При открытии впускных клапанов происходит наполнение цилиндра двигателя.

3.2 Коллектор газовый

Газовый коллектор включает систему ввода газа в дизельное помещение тепловоза, снабженную отсечным клапаном с дистанционным пневматическим управлением и регулятором низкого давления газа (рис 3.3. поз. 1).

Рис. 3.3. Коллектор газовый

1. регулятор низкого давления газа; 2. дозатор газа;

3. продольная труба коллектора; 4. крышка цилиндра

Регулятор поддерживает давление в газовом патрубке перед дозаторами в зависимости от давления наддува в воздушном ресивере дизеля. Для полного открытия проходных сечений регулятора предусмотрена подача к нему регулирующего воздуха от тормозной системы тепловоза или баллона со сжатым воздухом. При подаче на регулятор РНД такого давления его сопротивление становится минимальным и газ после клапана поступает к дозатору газа (см. рис. 3.3, поз. 2).

Золотник дозатора управляется рычажной системой от регулятора скорости ЗМ-7РС. Положение золотника определяет величину проходного сечения, количество и давление газа, подводимого к фазирующим газовым клапанам крышек цилиндров (см. рис. 3.3. поз. 4). Этот подвод выполнен с помощью трубок от двух продольных труб коллектора (см. рис. 3.3. поз. 3). Трубы и другие элементы газового коллектора выполнены в соответствии с требованиями к газовому оборудованию.

3.3 Испытания газодизель-генератора 1ГДГ

Испытания газодизеля 1ГДГ производились во ВНИТИ [7] в составе тяговой секции тепловоза 2ТЭ116Г и тендерной газобаллонной секции, обеспечивающей хранение и подачу газа в тяговую секцию.

Схема газовой системы для испытания газодизеля 1ГДГ представлена на рис. 3.4. Тендерная передвижная газобаллонная секция имеет 36 баллонов по 320 литров с рабочим давлением 20 МПа, что обеспечивает запас 2500 кг газа. На секции смонтированы два редуктора высокого давления, снижающие давление газа с 20 до 1 МПа. Подогрев газа после редуцирования осуществляется теплообменником. Теплоноситель - вода дизеля. Схема оборудована запорными вентилями и предохранительным клапаном. В тяговую секцию газ поступает через электромагнитный быстродействующий клапан (см. рис. 3.4. поз. 6). В газовой системе до редуктора низкого давления установлен так же клапан для сбрасывания давления на свечу.

Отладка работы газодизель-генератора проводилась на реостатной станции ВНИТИ после обкатки двигателя на дизельном топливе. Управление газодизель-генератором при отладке работы на дизельном топливе и с использованием природного газа осуществлялось с пульта машиниста тепловоза.



Рис. 3.4. Схема газовой системы для испытания газодизеля 1ГДГ

А - тендерная газобаллонная секция; Б - тяговая секция ТЭ116Г; 1 - газовые баллоны; 2 - вентили; 3 - редуктор 1 ступени;

4 - редуктор 2 ступени; 5 - газоводяные теплообменники; 6 - электромагнитный быстродействующий клапан;

7 - клапан сброса давления на свечу; 8-редуктор низкого давления; 9 - предохранительный клапан; 10 - дозатор;

11 - газовый коллектор; 12 - газовый впускной клапан; 13-регулятор частоты вращения и мощности; 14 - тяга управления

дозаторами; 15 - тяга управления топливными насосами; 16 - упор ограничения подачи дизельного топлива.

Нагружение тягового генератора производилось реостатом станции.

Работа компрессора тепловоза и вентиляторов охлаждающих устройств фиксировалось по приборам и визуально.

Расход дизельного топлива измерялся объемным методом с помощью устройства, содержащего гидромотор, счетчик числа оборотов, термометр, секундомер.

Измерение газового топлива производилась с помощью устройства включающего тарированную шайбу, тензометрические датчики, фиксирующие перепад давления и давление перед шайбой.

Максимальные давления газов в цилиндрах измерялись максиметром. Давления и температуры воды, масла, дизельного топлива, газового топлива, воздуха измерялись штатными и контрольными приборами на секции тепловоза, прошедшими проверку.

Методика испытаний включала в себя предварительные исследования расходных характеристик аппаратуры и узлов подачи топлива и газа на режимах, соответствующих пределам рабочих подач при работе по тепловозной характеристике при газодизельном процессе.

В том числе были проведены стендовые испытания комплектов топливной аппаратуры, газовых дозаторов и газовых клапанов.

Испытания газодизель-генератора 1ГДГ с механической системой подачи газа были проведены на режимах, соответствующих работе двигателя по тепловозной характеристике. Испытания включали режимы обкатки и работы на дизельном топливе, пробную работу на 4 и 5 позициях контроллера с подачей газа через клапан в крышке цилиндров.

Обкатка газодизель-генератора 1ГДГ с механической системой подачи газа на 2ТЭ116Г проведена без нагрузки и под нагрузкой. На всех режимах обеспечивалась устойчивая работа дизеля.

При отладке работы газодизель-генератора на дизельном топливе по режимам тепловозной характеристики 2ТЭ116Г получены показатели, соответствующие показателям серийных тепловозных дизелей 16ЧН26/26 мощностью 2250 кВт. Показатели работы газодизель-генератора 1ГДГ на дизельном топливе представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Показатели работы газодизеля 1ГДГ (дизельный цикл)

Позиция контроллера	Частота вращения, мин -1	Мощность, кВт	Температура газов, передтурбиной,° С	Расход топлива часовой, кг/ч (удельный, г/кВтч)
0	365	-	125	-
1	355	0	135	51,1
2	420	112	-	78,3 (407)
3	460	279	300	80,7 (289)
4	500	400	340	111 (277)
6	670	707	465	169 (239)
8	700	966	500	229 (237)
10	795	1289	505	312 (242)
12	880	1498	490	343 (229)
14	980	1885	490	404 (214)
15	1010	2205	505	464 (210)

В результате этих работ установлено, что механическая система управления топливоподачей обеспечивает работу газодизель-генератора на газотепловозе 2ТЭ116Г на дизельном топливе на режимах тепловозной характеристики и может быть применена при использовании газового топлива.

Достижимые мощностные и экономические характеристики работы газодизеля 1ГДГ с применением газодизельного цикла по результатам работы двигателя с подводом газа непосредственно перед турбокомпрессором приведены в табл. 3.3. и на рис. 3.5. Можно видеть, что в диапазоне нагрузок по тепловозной характеристике от 4 до 15 позиции контроллера газодизельный цикл обеспечивает работу двигателя 1ГДГ с запальной порцией от 14.15% (12-15 позиция) до 20% (4 позиция).

Удельные расходы топлива при газодизельном и дизельном циклах в диапазоне 80 - 100% мощности примерно одинаковы и составляют 220 - 230 г./кВт·ч. При снижении нагрузки газодизельный цикл более экономичен, чем дизельный.

Таблица 3.3. Показатели работы газодизель-генератора 1ГДГ на контрольных режимах газодизельного цикла с подводом топлива перед турбокомпрессором

Позиция контр.	Частота вращения, мин -1	Мощность, кВт	Эквивалентный расход топлива, г/кВтч	Запальная порция жидкого топлива, %
			эксперим. данные	расчётные данные	эксперим. данные	расчётные данные
4	500	400	…	232,0	…	20
6	670	707	290,0	224,0	34	18
8	700	966	275,0	217,0	36,5	16
9	730	979	239,0	…	11,2	…
10	795	1289	215,1	216,0	8	15
12	880	1498	214,1	215,0	12,1	13
14	980	1885	…	217,0	…	13,5
15	1010	2205	222,0	218,0	13	14

Применение подвода газа в газодизель 1ГДГ по альтернативной схеме непосредственно перед турбокомпрессором неприемлемо для тепловозных двигателей из-за соображений обеспечения безопасности в эксплуатации. В этом случае в ресивере газодизеля при нагрузках близких к номинальной будет находиться газовоздушная смесь, близкая по составу к взрывоопасному пределу.

Рис. 3.5. Удельные расходы топлива при работе дизеля 1ГДГ

1. дизельный процесс; 2. газодизельный процесс (по расчёту);

3. газодизельный процесс (по эксперименту).

Поэтому работы по испытаниям и доводке газодизеля 1ГДГ с подачей газа через дополнительные клапаны в крышках цилиндров непосредственно к впускным клапанам дизеля будут продолжены. Зависимость удельного эквивалентного расхода топлива от режима работы газодизеля, полученная при подаче газа на всасывание турбокомпрессора, должна быть использована как ориентир качественного смесеобразования при доводке рабочего процесса тепловозного газодизеля.

4. Перевод участков ж.д. при использовании газомоторного топлива

Программа перевода на газомоторное топливо магистральных и маневровых тепловозов железнодорожного транспорта России разработана ВНИИЖТом на основе анализа имеющихся научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по газодизель-генераторам, полигонов эксплуатации локомотивов, распределения их по депо, прилегающим к существующим газопроводам, и других факторов.

Задачей программы является технико-экономическая оценка использования газового моторного топлива на железнодорожном транспорте, разработка предложений по применению природного газа на тепловозах.

По программе первого варианта намечается осуществить перевод на сжатый природный газ маневровых и магистральных тепловозов для сети железных дорог, имеющих прилегание к магистральным газопроводам (см. Приложение 2).

По программе второго варианта - расширить газификацию локомотивов, для этого необходимо подготовить инфраструктуру по производству, транспортировке и снабжению сжиженного природного газа. В этом случае парк тепловозов, работающих на КПГ и СПГ, может быть значительно увеличен.

Анализ показывает, что к настоящему времени в стране наиболее отработана технология применения сжатого природного газа, как в плане конструктивном (перевод двигателей на газодизельный цикл, газобаллонная техника), так и в разработке систем заправки и обслуживания. В России создана уникальная газотранспортная система, включающая 150 тыс. км магистральных газопроводов и 470 тыс. км распределительных сетей. ОАО «Газпром» ставит задачу более широкого применения КПГ в автомобильном транспорте. В ближайшие 5-10 лет намечено строительство более 200 АГНКС, прогнозируется увеличение парка газобаллонных автомобилей ежегодно не менее, чем на 20%. В связи с этими процессами целесообразно осуществлять перевод тепловозов на газовое топливо поэтапно.

В связи с тем, что в настоящее время наиболее проработанные решения как по газотепловозам, как и по газоснабжению относятся к применению КПГ, для перевода на газомоторное топливо на первом этапе были рассмотрены участки двенадцати железных дорог, работающих на тепловозной тяге и имеющих прилегание к сети действующих газопроводов (табл. 4.1.).

Для рассматриваемых участков железных дорог в табл. 4.1. приведен эксплуатируемый парк тепловозов, подлежащий переводу на газ. Выбор локомотивных депо, парк тепловозов которых планируется перевести на газовое топливо, определялся количеством тепловозов в депо (не менее 20-25 ед.), наличием в районе газопроводов, а также необходимостью улучшения экологической обстановки для крупных городов.

Общее количество переводимых на газ магистральных тепловозов в эксплуатируемом парке составляет 1504 единицы, маневровых 2089 единиц. Замещение дизельного топлива этими тепловозами будет составлять 951 тыс. т.

Для обеспечения газотепловозов газомоторным топливом потребуется около 1,2 млрд. м³ сжатого природного газа и строительство 73 заправочных станций, в том числе станций с производительностью превышающей производительность автомобильной станции АГНКС-500.

Парк тепловозов по дорогам, подлежащий переводу на газ, был выбран с учетом имеющихся технических решений по переоборудованию в газотепловозы.

Годовой расход дизельного топлива грузовыми и маневровыми тепловозами по видам хозяйственной деятельности на разных дорогах различен.

Поэтому для удобства анализа и расчета потребляемого и замещаемого дизельного топлива в каждом депо помимо удельного показателя расхода на единицу выполненной работы учитывался также показатель расхода топлива на единицу эффективной мощности тепловоза. Это позволило выделить расход топлива в каждом депо отдельно на тепловозы, переводимые на газомоторное топливо.

Таблица 4.1. Планируемый эксплуатационный парк тепловозов для перевода на газовое топливо на железных дорогах России, расчетное замещение дизельного топлива и потребность в газозаправочных станциях

Дорога	Магистральные тепловозы	Маневровые тепловозы	Расчётное замещение дизельного топлива, тыс. тонн	Потребность в газозаправочных станциях, ед.
	2ТЭ10-	2ТЭ116	ТЭМ2-	ЧМЭ3	магистральный парк	маневровый парк	смешанный парк	маневровый парк
Горьковская	116			187	30,483	19,800	5	-
Дальневосточная	9		8		5,334	1,850	1	-
Западно-Сибирская			161	38	0	13,638		4
Куйбышевская	140		72	82	54,623	23,814	5	1
Московская	57		56	368	32,351	37,012	2	10
Октябрьская	77	85	66	14	85,634	8,316	3	2
Приволжская	110	37		153	87,916	18,606	6	1
Свердловская		163	139	22	99,132	17,650	3	4
Северная	337			155	171,503	21,651	5	1
Северо-Кавказская	37	21		129	37,933	20,097	2	4
Юго-Восточная		209		215	77,020	21,240	8	1
Южно-Уральская	106			224	44,160	21,368	4	1
ИТОГО	989	515	502	1587	726,089	225,042	44	29
Всего по дорогам		1504		2089		951,131		73

Замещение дизельного топлива на магистральных газотепловозах принято 75% от расходуемого в грузовом движении. Для маневровых газотепловозов - 50% на маневровой и хозяйственной работе (подтверждено эксплуатационными испытаниями газотепловоза ТЭМ18Г в Щербинке).

При подсчетах расхода газомоторного топлива был применен коэффициент 1.14, учитывающий его большую теплотворную способность (теплотворная способность дизельного топлива 42,5…42,3 МДж/кг, природного газа 48,9…48,5 МДж/кг).

В таблице 4.2. (по данным РГУПС) на основании анализа приведенных данных подсчитано количество локомотивов по дорогам и в целом по сети, переводимых на газомоторное топливо.

В перспективе, при создании инфраструктуры по производству, транспортировке и снабжения сжиженным природным газом, тепловозы могут быть переведены на газомоторное топливо практически в любом пункте, вне зависимости от наличия подводящих газопроводов.

В табл. 4.2. дан инвентарный парк тепловозов (на 2002 г.) с анализом возможности перевода на газомоторное топливо магистральных и маневровых тепловозов. Можно видеть, что с использованием СПГ на малодеятельных и электрифицированных участках инвентарный парк маневровых газотепловозов, работающих с применением газомоторного топлива может составлять 4950 единиц, а магистральных - 2100 единиц.

Таким образом, общее замещение дизельного топлива по магистральным газотепловозам будет составлять 805,45 тыс. тонн, по маневровым - 435 тыс. тонн, а в целом по сети около 1,28 млн. тонн.

Программы имеют разделы по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам (НИОКР) и внедрению маневровых и магистральных газотепловозов.

Они включают в себя разработку технической документации по переоборудованию и испытаниям опытных образцов маневровых газотепловозов типа

Таблица 4.2. Существующий парк тепловозов (на 2002 г.) и парк тепловозов, планируемый к переводу на природный газ

Дорога	Инвентарный парк	Эксплуатируемый парк
	Переводятся на газ	Существующие	Существующие
	магистральные	маневровые	магистральные	маневровые	магистральные	маневровые
Куйбышевс-кая	200	372	200	379	132	296
Октябрьская	405	219	477	372	375	299
Свердловс-кая	138	370	270	370	137	249
Северная	72	409	339	390	230	309
Северо-Кавказская	66	362	214	429	109	305
Юго-Восточная	108	329	237	362	137,5	235
Горьковская	189	381	232	420	104,5	285
Дальневосточная	278	295	307	306	161,7	218
Приволжс-кая	132	221	290	243	153	175
Западно-Сибирская	104	319	120,5	363	47,5	254
Южно-Уральская	46	404	136	362	69	235
Московская ж.д.	131	772	199	667	78,5	448
Забайкальская	86	180	95	204	56	134
Сахалинская	25	15	25	15	25	15
Красноярс-кая	73	164	82	164	36,5	100
Восточно-Сибирская	47	136	77	242	36,2	137
Всего по сети, тепловозов:	2100	4950	3300,5	5288	1888,4	3694
Всего газотепловозов по сети, %:	64,5	95,4	-	-	57,2	69,9

ЧМЭ3 и ТЭМ2. Предусматривается также завершение доводочных работ по газодизель-генератору 1ГДГ для магистральных газотепловозов, разработка технической документации и создание тендеров для магистрального газотепловоза, проведение цикла испытаний газотепловоза 2ТЭ116Г в составе двух тяговых секций с тендером посредине.

Завершение НИОКР по маневровым газотепловозам планируется в I кв. 2005 г., по магистральным газотепловозам в IV кв. 2006 г.

Комплексная программа работ по второму варианту включает более расширенный перечень научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в том числе по разработке новых газодизель-генераторов, криогенных систем для магистрального и маневрового газотепловозов ТЭ25, ТЭ35 для работы на природном газе.

Предусматривается подготовка двух базовых депо с организацией газоснабжения КПГ и СПГ и сравнительные испытания опытных партий газотепловозов, работающих с использованием сжатого и сжиженного природного газа.

На основе оценки и анализа результатов испытаний и опытной эксплуатации образцов газотепловозов будут разработаны планы по переводу тепловозов на КПГ и СПГ.

Исполнителями программы НИОКР являются:

- по маневровым тепловозам ВНИИЖТ, ВНИКТИ, ОАО «БМЗ-Тепловоз», ОАО «Пенздизельмаш»;

- по магистральным газотепловозам ВНИИЖТ, ВНИКТИ, НИИМАШ, РГУ ПС, ОАО «Уралвагонзавод», ОАО «Криогенмаш», ОАО «Коломенский завод», ОАО «БМЗ-Тепловоз».

Внедрение маневровых и магистральных тепловозов включают в себя этап оценки полигонов железных дорог с выделением депо и парка тепловозов, подлежащих переводу для работы с использованием газомоторного топлива.

Переоборудование магистральных и маневровых газотепловозов в программе совмещено с планом КРП тепловозов по сети железных дорог на локомотиворемонтных заводах. Строительство тендеров для магистральных газотепловозов планируется на отечественных предприятиях.

Кроме того, исполнителями работ по внедрению газотепловозов будут являться строительно-ремонтные службы железных дорог.

На основании проработанных материалов по анализу парку тепловозов, подлежащему переводу на природный газ, с учетом имеющихся технических решений, а также необходимости капитальных затрат по переоборудованию парка и обеспечению его газовым топливом, дополнительных затрат на реконструкцию деповского хозяйства была проведена экономическая оценка окупаемости проектов газотепловозов на КПГ (см. Раздел 7 диплома) и СПГ.

Технико-экономическая оценка эффективности внедрения газотепловозов произведена из условий, что переоборудование тепловозов для работы на газе, оснащение депо для их обслуживания и ремонта финансируют ОАО «РЖД» и их инвесторы. Локомотивное хозяйство ОАО «РЖД» несет расходы по дополнительным объемам трудозатрат по содержанию газотепловозов.

Доходы от использования газотепловозов взамен тепловозов формируются за счет экономии эксплуатационных затрат. Прежде всего, снижаются затраты на топливо и моторные масла. В расчете учитывается экономия средств от снижения выплат за загрязнение окружающей среды.

Финансирование строительства инфраструктуры по газоснабжению тепловозов природным газом должно осуществляться из средств ОАО «Газпром» и их инвесторов. Затраты инвестирования ОАО «Газпром» учитываются в стоимости газового топлива за счет разницы цен на газ, производимый газоперерабатывающими предприятиями и отпускаемой локомотивному депо. Строительство расходных хранилищ СПГ в депо, криогенных цистерн для перевозки СПГ и оборудование экипировочных устройств финансируется ОАО «РЖД».

5. Станция заправки сжатым природным газом

5.1 Назначение и область применения

Для заправки тепловозов, работающих на компримированном природном газе, газонаполнительные станции не прорабатывались. В системе Газпрома созданы и эксплуатируются стационарные автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), которые могут быть прототипами газозаправочных станций (ГЗС) тепловозов. Были представлены технические предложения на создание таких станций заправки. В эти требования внесены уточнения, согласованные с ВНИИГАЗом.

Основной концепцией при разработке технических требований является принцип совмещения ГЗС с пунктами экипировки тепловозов, включение системы утилизации газа. Производительность станции должна удовлетворять нормам простоя МПС на экипировке, станция должна удовлетворять всем требованиям безопасности и надежной работы.

Газозаправочные станции предназначены для экипировки сжатым природным газом магистральных и маневровых газотепловозов колеи 1520 мм, с двигателями, работающими по газодизельному циклу.

ГЗС должна обеспечивать снабжение газовым топливом одновременно со снабжением дизельным топливом, смазочным маслом и другими расходуемыми материалами на одной позиции установки газотепловоза.

ГЗС КПГ могут располагаться в основных и оборотных тепловозных депо, а также отдельно вблизи железнодорожных станций, на которых необходимо производить экипировку тепловозов.

Количество станций заправок для обеспечения КПГ должно соответствовать количеству экипировочных узлов для снабжения тепловозов дизельным топливом.

Производительность станций ориентировочно должна составлять: 20-40 тыс. тонн в год - 60-70%, до 80 тыс. тонн - 20-35%, до 160 и более тыс. тонн - 5%.

Кроме того, на полигонах, где в депо будут эксплуатироваться на газовом топливе только маневровые тепловозы (по 10-25 единиц) необходимы ГЗС КПГ производительностью около 10 тыс. тонн в год.

5.2 Параметры, характеристика и общие требования к ГЗС

ГЗС КПГ для газотепловозов представляет собой стационарный комплекс технических средств, обеспечивающих периодическую экипировку газовым топливом и размещенный на отдельной территории с соблюдением соответствующих охранных зон.

ГЗС КПГ должна размещаться вблизи экипировочного хозяйства депо и иметь с ним общую позицию для снабжения газотепловозов дизельным топливом, газовым топливом, смазочными и другими экипировочными материалами.

Совмещение территорий (площадок) с экипировочным хозяйством депо и с комплексом оборудования ГЗС должно выполняться с соблюдением норм безопасности и установленных СНИП санитарных зон.

При этом необходимо учесть, что существующие локомотивные депо и их экипировочное хозяйство располагаются на территориях крупных железнодорожных узлов, вблизи путей формирования и отправления поездов, и, следовательно, ограничены в свободных территориях.

При невозможности по условиям безопасности размещения ГЗС рядом с существующим экипировочным хозяйством депо потребуется отнесение ГЗС КПГ и экипировочного хозяйства за пределы станционных и деповских территорий. Расстояние отнесения ГЗС должно быть наименьшим, так как оно будет определять дополнительное время на вывод локомотива из эксплуатации, а, следовательно, уменьшение его производительности.

По согласованию с ОАО РЖД в отдельных случаях допускается строительство ГЗС на отдельной территории в случае невозможности совмещения позиций экипировки газотепловозов газовым топливом, дизельным топливом и другими расходуемыми материалами.

Экипировка газотепловозов дизельным топливом и другими расходуемыми материалами в этом случае будет осуществляться отдельно на имеющихся в депо экипировочных площадках.

Снабжение магистральных газотепловозов сжатым природным газом должно производиться только на стационарных газонаполнительных компрессорных станциях. Станции заправки должны включать в себя: оборудование для сжатия газа, охлаждения, хранения, очистки природного газа от механических примесей, серы и воды, поступающих к компрессорам непосредственно из магистральных газопроводов, а также оборудование и подъездные пути для заправки тендерных емкостей газотепловозов.

Для маневровых газотепловозов в отдельных случаях возможна заправка непосредственно от передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ) или от раздаточных узлов, оборудованных дополнительными ёмкостями. Доставка газа к раздаточным узлам будет выполняться передвижными автогазозаправщиками, заправка которых будет производится на автомобильных газозаправочных станциях.

Газонаполнительная станция КПГ для заправки газотепловозов может быть выполнена на базе стационарной автогазонаполнительной станции АГНКС-500 или АГНКС другого типа. При повышении коэффициента загрузки компрессоров такой станции с 0.5 до 0.8 - 0.85, по сравнению с автомобильным транспортом, станция может обеспечить производительность тонн сжатого газа в сутки или 18-22 тыс. тонн в год.

Основная потребность в газовом топливе для газотепловозов может быть обеспечена путем спаривания таких станций. При необходимости увеличения производительности ГЗС более 40-80 тыс. тонн в год необходима разработка и установка более производительного компрессорного оборудования.

В состав ГЗС КПГ дополнительно, помимо основного технологического оборудования; входящего в комплект стационарных АГНКС, необходимо включить:

- аккумуляторы газа увеличенного объема для хранения и обеспечения заданного времени заправки тендеров газотепловозов;

- позиции экипировки тепловозов, снабженные гибкими стыковочными устройствами для присоединения систем ГЗС к приемным узлам тендеров (баллонов) сжатого газа газотепловозов;

- компрессорную станцию сжатого воздуха для питания газовой аппаратуры;

- оборудования для хранения запаса азота, необходимого для проведения инертизации газового оборудования тепловозов и ГЗС, а также для обеспечения наддува стационарных и транспортных ёмкостей;

- комплекс технологического оборудования для проведения работ по контролю прочности и плотности газовых баллонов, газовой аппаратуры и газовой системы в целом;

- систему утилизации сбросов газа, обеспечивающую их сбор, подготовку, подачу в газопровод низкого давления, а также для обеспечения технологических продувок;

- систему контроля и автоматического управления процессами заправок тепловозов, технологических продувок утилизации и других операций;

- систему контроля и сигнализации концентрации природного газа в воздухе помещений на территории ГЗС, а также внутри газовых резервуаров и хранилищ при их дегазации;

- здания для размещения операторской с пультами управления административных, бытовых, подсобных и складских помещений;

- системы водоснабжения, теплоснабжения, канализации, связи;

- системы энергоснабжения ГЗС в нормальном и аварийном режимах;

- системы вентиляции;

- системы пожарной сигнализации и автоматического пожаротушения с резервуарами для хранения запаса воды и прочими устройствами;

- устройствами наружного и внутреннего штатного и аварийного освещения;

Комплекс ГЗС должен размещаться на площадках, включающих:

- места для размещения сооружений, устройств и оборудования, упомянутых выше;

- подъездные дороги с твердым покрытием;

- железнодорожные пути для экипировки тепловозов (сквозные), пути отстоя (ожидания, подготовки) тепловозов, объездные пути и пожарные подъезды;

- ограждение с не менее чем двумя въездами на территорию ГЗС.

Позиции экипировки должны располагаться на открытом воздухе и быть оборудованы смотровыми канавами на всю длину тепловоза.

Должна быть обеспечена поточность процесса экипировки газотепловозов. Выбор оборудования ГЗС, в том числе производительность компрессорных установок, объем аккумуляторов газа или других обустройств должен обеспечивать заправку тепловозного тендера в соответствии с нормами, установленными ОАО «РЖД» в течение 35 - 40 минут. Масса газа в тендере магистрального тепловоза около 10т, маневрового, при компоновке газовых баллонов на тепловозе - 1 тонна, при наличии тендера у маневрового тепловоза - 5 тонн.

Оборудование ГЗС должно быть рассчитано на максимальный темп экипировки тепловозов, равный 2 тепловозам в час.

Оборудование ГЗС должно обеспечивать экипировку КПГ или его прием с тепловоза для утилизации при максимальном давлении в емкостях как в нормальном, так и аварийном режимах.

Оборудование ГЗС, а также принятая технология ее работы должны обеспечивать минимально возможные потери КПГ.

Суммарный объем основных и промежуточных аккумуляторов (емкостей) должен быть достаточным для обеспечения снабжения тепловозов с максимальным темпом экипировки (2 тепловоза в час). Конструкция емкостей должна допускать их одновременное наполнение и опорожнение.

Для обеспечения нормальной работы ГЗС в связи с отсутствием на ней хранилищ газа необходимо предусмотреть резервирование мощностей, агрегатов, а также иметь систему нескольких закольцованных подводов газопроводов, обеспечивающих надежность газоснабжения и автоматическое перекрытие их в непосредственной близости ГЗС при авариях.

Заправочные линии должны быть снабжены скоростными отсечными клапанами, обеспечивающими перекрытие линий при их разгерметизации. Гибкие стыковочные устройства, которыми оборудованы позиции экипировки, должны обеспечивать быстрое присоединение и отсоединение от емкостей транспортных средств.

Производительность системы утилизации должна обеспечивать прием максимального количества газа при наихудшем, с точки зрения сбросов, сочетания технологических операций, проводимых на ГЗС как в нормальном, так и в аварийной режимах.

Должна быть предусмотрена возможность:

- аварийного выпуска газа из емкостей тендера тепловоза и аккумуляторов ГЗС на свечу или и в атмосферу;

- аварийного перепуска, газа из емкостей тендера тепловоза в аккумуляторе ГЗС, системе утилизации.

На территории ГЗС должны быть указаны места установки тепловозов для безопасного проведения сброса газа при технологических и аварийных выпусках.

Должны быть предусмотрены меры по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности аккумуляторов газа в жаркое время года и в случае пожара.

Оборудование ГЗС должно быть снабжено устройствами для отбора проб, поступающего на экипировку газа.

Должна быть предусмотрена сигнально - предупредительная окраска и знаки безопасности трубопроводов, аппаратуры и баллонов высокого давления в соответствии с ГОСТ 12.4.026-76.

Все оборудование ГЗС по возможности должно поставляться в виде блоков полной заводской готовности, укомплектованных электрооборудованием, приборами автоматики.

В системе энергоснабжения должно быть предусмотрено питание:

- трехфазным переменным током промышленной частоты с напряжением 380 и 220 В;

- постоянным током 12, 75 и 110 В.

ГЗС должна быть оборудована соответствующими подъемно - транспортными устройствами, необходимыми для эксплуатации, ремонта и обслуживания оборудования ГЗС и газового оборудования тендеров газотепловозов.

5.3 Условия эксплуатации

Сооружения, устройства и оборудование ГЭС должны иметь климатическое исполнение «У» по ГОСТ 15150-69 категории размещения 1 - для располагаемых на открытом воздухе и 2 - для располагаемых внутри помещений.

Сейсмичность районов, где расположена ГЗС, не должна превышать 6 баллов.

Режим работы ГЗС должен быть непрерывным и круглосуточным.

Экипировка тепловозов дизельным топливом, дизельным маслом, и остальными расходуемыми материалами осуществляется локомотивными бригадами и операторами экипировочными хозяйства. Экипировка газовым топливом производится оператором газового хозяйства.

Проведение экипировки разрешается только при заторможенном тепловозе и заглушенных дизелях.

Точность установки тепловозов на позиции экипировки составляет ±0,3 м.

Все операции экипировки должны проводиться в условиях достаточного освещения.

Все разъемные соединения стыковочных устройств в нерабочем состоянии должны быть закрыты заглушками, предотвращающими их загрязнение и попадание влаги.

На территорию ГЗС для прохождения экипировки или маневровой работы допускаются тепловозы только с исправными искрогасителями. Необходимо также учитывать возможность случайного выброса искр из искрогасителей тепловоза, особенно при запуске дизелей.

Необходимо учитывать возможность срабатывания предохранительных клапанов и сброса газа в атмосферу у тепловозов, находящихся на территории ГЗС, в том числе во время экипировки.

Следует учитывать повышенную запыленность воздуха на позициях экипировки в случаях, если рядом с ГЗС предусмотрено снабжение тепловозов песком.

Запрещается производство каких-либо работ по техническому обслуживанию и ремонту тепловозов на территории ГЗС.

Запрещается нахождение на территории ГЗС посторонних лиц.

5.4 Требования к контролю и управлению

Все основные технологические процессы и операции на ГЗС, включая экипировку тепловозов, ликвидацию аварийных ситуаций, должны быть по возможности полностью автоматизированы, а процесс присоединения и отсоединения стыковочных устройств при экипировке тепловозов механизирован.

ГЗС должна быть оснащена системой контроля и сигнализации, а также комплектом контрольно-измерительных приборов для обеспечения управления работой и защиты оборудования, устройств и сооружений.

Должен быть обеспечен контроль следующих параметров:

- давления в аккумуляторах и на различных участках газовых трубопроводов, в системе утилизации и другом оборудовании ГЗС;

- расхода газового продукта и возврата при экипировке с точностью не менее 25 кг;

- давления в стыковочных устройствах при экипировке и сливе.

ГЗС должна быть оснащена системой сигнализации и контроля концентрации природного газа в воздухе на территории ГЗС, в помещениях и внутри оборудования (для проведения его дегазации). Кроме того, ГЗС должна быть оснащена комплектом автономных, стационарных и переносных газоанализаторов для дублирования основной системы контроля, проведения детального исследования загазованности, обеспечения личной безопасности обслуживающего персонала.

Измерение концентрации природного газа в воздухе должно осуществляться в пределах 0-20% (по объему) с точностью 0,1%.

ГЗС должна быть оборудована светофорной системой сигнализации для управления движением и маневровой работой на позициях экипировки и отстоя.

Должна быть, предусмотрена блокировка герметичности присоединения стыковочных устройств в системе управления экипировкой, а также светофорной сигнализации.

Должна быть предусмотрена световая и звуковая индикация срабатывания защит, а также недопустимых отклонений в протекании технологических процессов.

ГЗС должна быть оснащена громкоговорящей связью, системой внутренней проводной связи, а также сигнальной системой объявления тревоги с включением из различных, точек на территории ГЗС и индикаций места подачи сигнала.

Система автоматического управления, контроля и сигнализации должна быть выполнена на базе-передовой электронной и микропроцессорной техники.

5.5 Требования к надежности, ресурсу и обслуживанию

Конструкция и принятая технология работы ГЗС должны обеспечивать современные требования по надежности, ресурсу, долговечности, ремонтопригодности.

Компоновка оборудования ГЗС должна обеспечивать свободный доступ к нему при эксплуатации, обслуживании и ремонте.

Организация и проведение работ по обслуживанию и плановому ремонту ГЗС не должны приводить к задержкам в процессе экипировки тепловозов.

Наработка на отказ основного оборудования - не менее 4000 часов.

Остановки на профилактический ремонт и осмотр - не чаще, чем через 8000 час.

Срок службы основного оборудования ГЗС - 25 лет.

Надежность оборудования и принятая система технического обслуживания и ремонта должны обеспечивать вероятность безотказной работы этого оборудования не ниже 95% в период между ремонтами, на которых предусмотрено его обслуживание.

5.6 Требования безопасности

Конструкция и принятая технология работы ГЗС должны обеспечивать современные требования безопасности (при эксплуатации, обслуживании и ремонте), охраны труда, промышленной санитарии и гигиены, экологии и пожарной безопасности.

Система контроля и защиты ГЗС должна содержать необходимые предохранительные устройства и автоматику, гарантирующие надежную работу, а также безопасную эксплуатацию и обслуживание.

Аккумуляторы, и промежуточные емкости ГЗС должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления в них выше допустимого.

Производительность предохранительных клапанов должны обеспечивать сброс газа без превышения допустимого давления в наихудшем из следующих случаев или их сочетании:

- максимальное воздействие солнечной радиации, при максимальной температуре воздуха в жаркое время года;

- двухчасовое воздействие открытого пламени.

Сооружения, устройства и оборудование ГЭС должны иметь предел огнестойкости не менее двух часов или должны быть надежно защищены от действия открытого огня в течение этого срока.

Должна быть обеспечена герметичность газового оборудования ГЗС и их соединений.

Запорная и регулирующая аппаратура, имеющая дистанционное управление, должна иметь также ручной привод.

Должен быть обеспечен свободный доступ к запорной и регулирующей арматуре, а также к средствам пожаротушения, как в нормальных условиях, так и в аварийных ситуациях.

Устройства ГЗС, газовое оборудование должны быть надежно защищены от накопления и разряда статического электричества, а также оборудованы устройствами защиты от молний.

При нормальном режиме работы на территории ГЗС и в помещениях, независимо от атмосферных условий, должна быть обеспечена концентрация природного, газа в воздухе ниже предельно допустимых пределов (с точки зрения санитарных норм и взрывобезопасности). Это должно достигаться конструктивными и технологическими мерами без применения принудительной вентиляции.

Помещения ГЗС должны быть оборудованы автоматической системой принудительной вентиляции для обеспечения в аварийных ситуациях концентрации природного газа в воздухе ниже предельной.

Система вентиляции должна быть регулируемой, допускать переключение на режим внутреннего воздухообмена и исключать захват и подачу природного газа в вентилируемые помещения.

При любых режимах работы, включая срабатывание защиты, переходные процессы, возникающие в агрегатах ГЗС, не должны приводить к возникновению аварийных ситуаций, неустойчивой работе оборудования или потере газа.

На территории ГЗС запрещается:

- курение, кроме специально отведенных и оборудованных для этого мест;

- проведение любых огневых работ без специального разрешения и принятия соответствующих мер безопасности;

- работа машин и механизмов, использующих открытое пламя, не оборудованных искрогасителями.

Штат ГЗС должен комплектоваться из числа лиц, не моложе 18 лет, прошедших специальное обучение для работы на ГЗС, правилам оказания первой помощи и сдавших экзамен. ГЗС должна быть снабжена медицинской аптечкой для оказания первой помощи, штатным и запасным комплектом спецодежды и защитных средств (включая изолирующие противогазы) для работы при экипировке тепловозов.

Список литературы

топливо тепловоз природный газ

1. Национальная Газомоторная Ассоциация. Применение газа на железнодорожном транспорте. http://ngvrus.ru/story_05.shtml.

2. Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко, Л.С. Золотаревский. Транспорт на газе. - М.: Недра, 1992. - 344 стр.

3. Секция криогенная. Расчёт вероятности возникновения пожара (взрыва). ВНИТИ. 1992. - 11 стр.

4. Г.А. Фофанов. Природный газ - моторное топливо для тепловозов // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - №4.

5. Goldman D.E. and von Gierke H.E.: The Effect of Shock and Vibration on Man. №. 60-3. Lecture and Review Series. Naval Medical Research Institute, Bethesda Maryland, U.S.A. 1960.

Размещено на Allbest.ru