СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

При работе любого трансформатора, независимо от типа, происходят потери энергии, ведущие к нагреву рабочих элементов, в особенности обмоток и сердечника.

Продолжительное безаварийное функционирование всех элементов, в частности изоляции, напрямую зависит от точности соблюдения температурного режима.

При этом, чем мощнее устройство, тем эффективнее необходимы системы охлаждения трансформаторов. Основные типы охлаждения силовых трансформаторов, технические характеристики, достоинства, недостатки и область использования каждого из них.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «С»

Система охлаждения сухих трансформаторов маркируется в отечественных нормативах буквой «С». В таких устройствах не предусмотрено использование охлаждающего масла.

Нормализация температуры магнитопровода и обмотки происходит путем естественной циркуляцией конвекционных потоков воздуха.

• С — открытое исполнение корпуса;
• СГ — устройство герметично;
• СЗ — корпус защищен от внешнего механического воздействия;
• СД — возможна установка дополнительных элементов для принудительной циркуляции воздушных потоков направленных на охладительный радиатор корпуса.

Воздушное охлаждение характеризуется низкой эффективностью, поэтому для контроля температуры обмоток каждой фазы в таких устройствах устанавливается термические сенсоры. Сухие трансформаторы имеют небольшую мощность, параметры большинства моделей не превышают 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.

• «А» — 60°С;
• «Е» — 75°С;
• «В» — 80°С;
• «F» — 100°C;
• «Н» — 125°С.

1. Высокая устойчивость к ударному и переменному напряжению;
2. Возможность эксплуатации при повышенной влажности и загрязненности;
3. Высокий уровень пожарной безопасности;
4. Экологическая безопасность — нет риска загрязнения окружающей среды выбросами масла;
5. Небольшие размеры;
6. Низкий уровень шума;
7. Нет необходимости в систематическом обслуживании;
8. Высокая устойчивость коротким замыканиям и длительным тепловым нагрузкам;
9. Гибкость установки — возможна реализация различных вариантов использование внешних вентиляторов, что допускает увеличение мощности некоторых моделей до 50%.

Область применения силовых трансформаторов с сухой системой охлаждения разнообразна. Прежде всего, это системы распределения электроэнергии в зданиях и сооружениях общественного, административного, бытового и жилого назначения с повышенными требованиями пожаро- и взрывозащищенности, а также необходимостью низкого уровня шумового загрязнения.

Чаще всего они применяются в гостиницах, офисных центрах, банках, больницах высотных зданиях любого типа и электротранспорте, как наземном, так и метрополитене.

Рынок может предложить потребителю сухие трансформаторы, рассчитанные на особые условия эксплуатации: тропический или северный климат, регионы с высокой сейсмической активностью.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «М»

Для трансформаторного оборудования средней мощности характерно использование более эффективного – жидкостного охлаждения. Чаще всего используется трансформаторное масло. Наиболее простая схема предусматривает естественную циркуляцию охлаждающей жидкости – тип «М».

Тепло, выделяемое обмотками и магнитопроводом, передается через масло в окружающее пространство. Внешний теплообменник представляет собой совокупность трубопроводов, радиаторов и бака накопителя для масла.

Максимальная температура теплоносителя в верхней части теплообменника (наиболее разогретые слои) не должна превышать +95°С.

Для трансформаторов типа «М» применение дополнительных охлаждающих устройств типа воздушного принудительного обдува не предусмотрено. Такое оборудование применяется в устройствах мощностью не более 16 МВА.

Отсутствие подвижных частей и дополнительных приспособлений значительно упрощает использование трансформаторного оборудования. Техобслуживание сводится к контролю уровня температуры масла.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «Д»

Принудительное отведение тепла от обмоток и магнитопровода трансформатора реализовано несколькими способами:

Тип «Д» – естественная циркуляция масла и обдув радиаторов вентиляторами. Принудительный обдув включается автоматически при достижении в верхних слоях масла граничной температуры +55°С или при выходе оборудования в рабочий режим с номинальной нагрузкой на обмотки более 100%. Применяется для оборудования мощностью 16-80МВА.

Тип «ДЦ» – кроме обдува в предусмотрена принудительная циркуляция масла.

• существенное возрастание эффективности контроля и нормализации температуры;
• компактные размеры теплообменника;
• возможность размещения радиаторов отдельно от основного корпуса;
• увеличение номинальной мощности трансформатора до 65-160 МВА.

Системы охлаждения трансформатора тип «Д» с обдувом и циркуляцией масла должны функционировать постоянно. Отказ или выход из строя хотя бы одной подсистемы приводит к немедленному отключению все комплекса оборудования

Тип «НДЦ» – фактически повторяет конструкцию трансформаторного оборудования тип «ДЦ» с той разницей, что поток масла имеет строгую направленность. Это делает охлаждение обмоток еще более эффективным.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «Ц»

Трансформаторное оборудование мощностью более 160МВА комплектуется масляно-водяной системой отвода тепла. Водяной контур располагается между пластинами радиатора, что помогает более эффективно выводить тепло.

Маслопроводы располагаются в непосредственном контакте с трубами воды. Это повышает коэффициент теплопередачи. Практикуется применение как однотрубного так и двухтрубных контуров.

Такие конструкции устанавливаются, как правило, в закрытых помещениях оборудованных системой отопления, чтобы вода не замерзла при отрицательных температурах. Область применения включает сталелитейные предприятия, обогатительные комбинаты и другие производства с агрессивной средой.

Гибридные масляно-водяные охладители имеют компактные размеры. В них используются как трубчатые или радиаторные, так и плоские (мембранные) контуры. Максимальная рабочая температура в верхних слоях масла не должна превышать +70°С. Оба охлаждающих контура функционируют непрерывно и включаются в работу автоматически, при подаче электроэнергии на обмотку.

Протечки воды в маслопровод может вывести из строя все электрооборудование. Поэтому давление в масляном контуре немного превышает аналогичный показатель в водяном.

Тип «НЦ» – для систем такого типа характерно применение направленного движения охлаждающих жидкостей.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ

Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.

Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.

Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.

1. Помещение имеет небольшую площадь;
2. Работа оборудования характеризуется частыми перегрузками;
3. Расположение оборудования в помещении приводит к нарушению естественной циркуляции воздушных потоков;
4. Температура внешней среды превышает 20 о С;
5. Эксплуатируются трансформаторы типа С.

МАРКИРОВКА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПО МЕЖДУНАРОДНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

В международных нормативах принята четырёхбуквенная маркировка систем охлаждения трансформаторов:

• «О» — минеральные масла или синтетические хладагенты с температурой воспламенения около 300 o С;
• «К» — синтетические хладагенты и изоляционные жидкости с температурой воспламенения более 300 o С;
• «L» — изоляционные жидкости и масла с неопределяемой точкой воспламенения.

• «N» — естественно-принудительная;
• «D» — принудительная;
• «F» — принудительная в системе охлаждения и термосифонная в обмотках.

• «А» — воздушное;
• «W» — водяное.

• «N» — естественный;
• «F» — принудительный.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Системы охлаждения силовых трансформаторов могут включать следующее дополнительное оборудование:

Защитное газовое реле.

При повреждениях масляной системы охлаждения или иных нарушениях функционирования маслопровода, масло начинает разлагаться, выделяя некоторое количество газов.

Газовое реле, в зависимости от заложенной функциональности, может подавать сигнал тревоги (при незначительном количестве газа) или отключать трансформатор, при скачкообразном возрастании объема газа.

Индикатор уровня масла.

Может быть выполнен, как в виде стеклянного патрубка (работает по принципу сообщающихся сосудов), так и в виде аналогового циферблата соединенного с поплавковой системой измерения.

Температурные датчики.

Индикаторы на основе термопар установленные в точках с максимальной температурой масла.

Влагопоглотители.

Устанавливаются в емкостях для масла и поглощают образующийся конденсат, препятствуя попаданию влаги в охлаждающую жидкость.

Система регенерации масла.

Используются термосифонные фильтры, наполненные крупнофракционным абсорбентом. Регенерация производится непрерывно, без снятия рабочей нагрузки.

Устройства сброса давления.

Механический предохранительный клапан многоразового срабатывания с возможностью регулировки граничной величины.

Как правило, конечный пользователь, будь то небольшой объект или крупное предприятие, в таких случаях обращается к представителям энергетической компании, которые и порекомендуют организацию, осуществляющую монтаж, подключение и последующее обслуживание трансформаторного оборудования.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Системы охлаждения силовых трансформаторов

Нормальная продолжительная безаварийная работа силовых трансформаторов обеспечивается при условии контроля и соблюдения допустимых пределов различных параметров, одним из которых является температурный режим. Соблюдение температурного режима в пределах установленных для того или иного типа трансформатора норм обеспечивается специально предусмотренными системами охлаждения. Рассмотрим, какие бывают системы охлаждения силовых трансформаторов.

Охлаждение типа С, СГ, СЗ, СД

Буква С в маркировке показывает, что силовой трансформатор сухой – то есть в нем не предусмотрено использование трансформаторного масла для охлаждения. В данном случае обмотки и магнитопровод трансформатора охлаждаются естественной циркуляцией воздуха. Существуют модификации данной системы охлаждения: СГ – герметичное исполнение, СЗ – защищенный корпус.

Возможно наличие принудительной циркуляции воздуха на корпус трансформатора – это охлаждение системы СД.

Системы охлаждения С и их модификации характеризуются низкой эффективностью, поэтому применяются на трансформаторах малой мощности, как правило, до 1,6 МВ*А класса напряжения 6 и 10 кВ.

На трансформаторы данной системы охлаждения монтируются датчики температуры для возможности контроля температуры по каждой из фаз трансформатора.

Система охлаждения М

Более мощные трансформаторы требуют более производительной системы охлаждения – масляной. Масло обеспечивает более эффективный отвод тепла от обмоток и магнитной системы трансформатора, обеспечивая их равномерное охлаждение.

Система охлаждения М предусматривает естественную циркуляцию масла в баке трансформатора. Тепло масла передается баку трансформатора, который охлаждается окружающим воздухом. Данная система охлаждения не предусматривает принудительной циркуляции воздуха.

Для более эффективного охлаждения на баке трансформатора устанавливаются радиаторы, состоящие из ребер или труб, по которым осуществляется циркуляция масла.

Система охлаждения М используется на силовых трансформаторах номинальной мощностью до 16 МВ*А. Отсутствие дополнительных устройств в конструкции трансформаторов данной системы охлаждения упрощает их эксплуатацию.

Обслуживающему персоналу необходимо лишь проверять уровень масла и температуру его верхних слоев. Уровень масла должен примерно соответствовать среднесуточной температуре окружающей среды с учетом нагрузки трансформатора (это актуально для всех типов охлаждения). Температура верхних слоев масла трансформаторов с охлаждением М и Д не должна превышать 95 град.

На рисунке ниже показан трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением (с естественной циркуляцией масла) серии ТМ-250/6-10-66 мощностью 250 кВа, предназначенный для преобразования переменного трехфазного тока напряжением 6 — 10 кВ на стороне ВН, на стороне НН 0,23; 0,40; 0,69 кВ как для внутренней, так и для наружной установки.

Силовой серии TM-250/6-10 с термосифонным фильтром для непрерывной очистки масла: 1 — катки; 2 — болт заземления; 3 — бак; 4 — съемные радиаторные охладители; 5 — крышка; 6 — селикогелевый воздухоосушитель; 7 — расширитель с маслоуказателем; 8 — выводы BH; 9 — выводы НН; 10 — ртутный термометр; 11 — пробка для заливки и взятия проб масла; 12 — переключатель; 13 — пробивной предохранитель; 14 — термосифонный фильтр очистки для непрерывной масла.

Охлаждение типа Д

Система охлаждения трансформатора Д – с дутьем и естественной циркуляцией масла. Трансформаторы данной системы охлаждения конструктивно имеют вентиляторы обдува, устанавливаемые в навесные радиаторы, по которым циркулирует трансформаторное масло.

Обдув трансформатора данной системы охлаждения включается при достижении температуры верхнего слоя трансформаторного масла 55 и более град., либо при достижении номинальной нагрузки трансформатора, не зависимо от температуры масла. Система охлаждения Д является более эффективной и используется для трансформаторов номинальной мощностью 16-80 МВ*А.

Системы охлаждения ДЦ, НДЦ

Система охлаждения ДЦ отличается от системы Д наличием принудительной циркуляции масла. Вентиляторы обдува, как и в системе Д охлаждают радиаторные трубы. По радиаторным трубам непрерывно циркулирует трансформаторное масло, которое перекачивается электрическими насосами, встроенными в маслопроводы бака трансформатора.

Быстрая циркуляция масла по радиаторам и их обдув обеспечивают высокую теплоотдачу. Благодаря данной системе охлаждения значительно снижены габариты силового трансформатора (автотрансформатора) и увеличена их номинальная мощность до пределов 63-160 МВ*А.

Принудительная циркуляция масла позволяет отойти от традиционной конструкции трансформаторов — бак трансформатора и охладитель могут стоять раздельно, соединенные между собой маслопроводами.

В отличие от охлаждения типа Д, вентиляторы обдува охлаждения ДЦ должны быть всегда включены в работу вместе с насосами принудительной циркуляции масла. В случае отключения одной из систем охлаждения трансформатор не может находиться в работе.

НДЦ отличается от охлаждения ДЦ наличием направленного потока масла, что позволяет повысить эффективность охлаждения и соответственно увеличить мощность трансформатора, не изменяя его размер.

Системы охлаждения Ц, НЦ

Трансформаторы и автотрансформаторы мощностью от 160 МВ*А оборудуются системами охлаждения типа Ц. Это охлаждение масляно-водяное, по радиаторам трансформатора осуществлена циркуляция не только масла, но и воды.

Вода принудительно циркулирует по трубкам охлаждающего устройства, между которыми, в свою очередь, циркулирует трансформаторное масло. Перед входом в охладитель монтируются специальные датчики температуры для контроля температуры циркулируемого масла, которая не должна превышать 70 град.

Устройства принудительной циркуляции масла и воды должны быть всегда в работе, не зависимо от температуры и нагрузки, они должны включаться в работу автоматически одновременно с подачей напряжения на трансформатор (автотрансформатор).

При наличии конструктивно нескольких охладительных устройств, количество их одновременного включения в работу определяется величиной нагрузки и температурой охлаждающей среды — трансформаторного масла.

Данная система охлаждения одна из наиболее эффективных систем, но ее основным недостатком является сложность конструктивного исполнения и эксплуатации.

Для трансформаторов (автотрансформаторов) мощностью от 630 МВ*А применяется более эффективная масляно-водяная система охлаждения с направленным потоком масла — НЦ.

Охлаждение трансформаторов в закрытых камерах

В закрытых камерах, закрытых трансформаторных подстанциях, где расположены силовые трансформаторы, должна быть предусмотрена система вентиляции, которая обеспечивает нормальную работу трансформаторов во всех нормированных режимах.

Помещение, в котором расположен силовой трансформатор, должно быть спроектировано таким образом, чтобы в процессе эксплуатации трансформатор не подвергался перегреву, что обеспечивается при наличии достаточной внутренней площади в помещении, а также наличию эффективной системы вентиляции.

Особое внимание уделяется трансформаторам системы охлаждения С, которые охлаждаются естественной циркуляцией воздуха. В камерах трансформаторов данного типа устанавливается принудительная вентиляция, осуществляющая циркуляцию воздуха для более эффективного охлаждения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Системы охлаждения силовых установок тепловозов

Аппаратно-программный комплекс для диагностирования и управления теплотехническим состоянием ДГУ тепловозов

Аппаратно-программный комплекс представляет собой микропроцессорный комплекс, устанавливаемый на тепловозе с комплектом датчиков состояния дизель-генераторной установки и системой передачи данных в локальную компьютерную сеть депо. Комплекс предназначен для диагностирования дизель-генераторных установок (ДГУ) тепловозов серии ТЭМ2, ТЭМ18, ТЭ10, ТЭ116, ЧМЭ3, ТЭМ7 , ТГМ4, ТГМ6 и контроля за их теплотехническим состоянием.

• Преимущества
• Технические характеристики
• Условия эксплуатации
• Комплектность
• Функциональные возможности

Что Вы получите, сотрудничая с нами?

Экономия бюджета. Благодаря установке АПК Вы сможете сэкономить финансовые средства, так как будет исключена возможность несанкционированного слива (кражи) топлива, налажен мониторинг технического состояния узлов локомотива, мониторинг режимов эксплуатации и оперативное информирование машиниста для предотвращения нарушений, которые в итоге приводят к дополнительным расходам.

Диагностика и мониторинг технического состояния локомотива и режимов его эксплуатации. АПК отслеживает параметры работы и техническое состояние узлов локомотива, выдаёт рекомендации для определения причин неисправностей и их и оперативного устранения, наблюдает за режимами эксплуатации тепловоза, при вероятности их нарушений быстро информирует машиниста.

Контроль над несанкционированным сливом топлива. АПК позволит Вам контролировать количество дизельного топлива в баке и по объему, и по массе. Он даёт возможность определить наличие подтоварной воды в топливных баках (при кражах топлива с одновременным доливанием в бак воды). Благодаря программе «Kontrol» Вы будете получать оповещения при подозрении кражи топлива с координатами локомотива.

Эффективная организация процесса учёта и анализа топлива. АПК обеспечивает автоматический контроль прихода и расхода топлива при эксплуатации локомотива, в том числе использования горючего системами подогрева дизеля. Осуществляет автоматическую синхронизацию с пунктом экипировки (если в нём соответствующее оборудование). Формирует статистическую базу данных о расходе топлива на тягу поездов.

Мобильность и надёжность передачи данных. Регистрация и передача данных происходит от АПК одним из способов: 1) на заданный сервер (происходит в режиме реального времени по беспроводному каналу GPRS); 2) на SD-карту, установленную в блок обработки данных АПК. Информация с неё периодически считывается, а карта используется как резервный канал передачи данных.

Мониторинг работы парка тепловозов в режиме online. Отследить интересующие Вас данные по парку тепловозов и совокупности смен можно с помощью Web-приложения «Борт».

Возможность организации новой системы нормирования по фактическому расходу топлива.

• *продолжительность непрерывной работы — круглосуточно;
• *время установления рабочего режима после включения не более 1 часа;
• передачу данных измерений с помощью переносного модуля памяти для анализа на ЭВМ;
• объём энергонезависимой памяти переносного модуля не менее 128 Мб;
• время хранения информации на переносном модуле памяти в отсутствие внешнего питания не менее 100 часов;
• количество перезаписей в переносной модуль памяти не менее 100000;
• Установленный ресурс до технического обслуживания и проверки настроечных характеристик — 1 год.
• Средняя наработка на отказ — не менее 10000 часов;
• Средний срок службы — не менее 10 лет.

Габаритные размеры не более:

• *основные блоки (КБС, КБ, БИ) — 255x185x85 мм;
• *преобразователи сигналов (датчики состояния ДГУ) — 222x135x80 мм;
• *датчики уровня топлива — 125x80x1200 мм;
• *длина кабелей — от 200 до 11000 мм.
• Общая масса комплекса (без упаковки) не более 50 кг.

Таблица параметров, контролируемых комплексом:

Температура топлива, ºС

Текущая плотность, кг/м3

Параметры, контролируемые комплексом, можно проанализировать с помощью программы Kontrol в любой момент времени в виде графического изображения в процессе экипировки, рис.3. , в тяговом режиме, рис.4 с получением отчета.

По данным комплекса можно построить сравнительную диаграмму удельного расхода топлива (рис.7) для тепловозов, с целью определения возможной неисправности топливной аппаратуры или проанализировать загруженность тепловозов в процессе эксплуатации (рис.8).

Рис.7. Диаграмма удельного расхода топлива

Рис.8. Диаграмма загрузки локомотивов

В случаях отправки тепловоза, оборудованного комплексом , на средний или капитальный ремонт, комплекс временно демонтируется на время проведения ремонтов, а рабочие отверстия в топливном баке закрываются технологическими заглушками.

Аппаратура комплекса, установленная на тепловозе, позволяет взаимодействовать с другими штатными технологическими системами ДГУ. В свою очередь, отказ аппаратуры комплекса по каким-то причинам не влияет на работоспособность систем тепловоза. В случае возникновения неполадок со стороны комплекса, машинисту достаточно выключить тумблер питания на коммутаторе бортовой сети, установленном в распределительном щите тепловоза.

В процессе эксплуатации комплекс непрерывно обеспечивает определение объема и массы топлива в баке тепловоза, скорости тепловоза, частоты вращения коленвала дизеля, позиции контроллера машиниста, тока и напряжения тягового генератора, времени работы силовой установки и тепловоза на разных режимах, давления масла и топлива в магистралях дизеля. Для воспроизведения любого из указанных текущих параметров машинисту необходимо нажать кнопку управления на индикаторном блоке.

Положительным эффектом от внедрения на тепловозах комплекса для машинистов является возможность контролировать параметры:

• Основные технические параметры ДГУ (давление масла и топлива, температура контура охлаждения дизеля, частота вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора). Это позволит машинисту оперативно оценить техническое состояние ДГУ в начале смены и в процессе рабочей смены.
• Мощность тягового генератора — позволяет машинисту зафиксировать объем работ, проделанных тяговым генератором за смену.
• Пробег тепловоза за смену, км.
• Удельный расход топлива за смену (кг/кВт ч).
• Наличие подтоварной воды в топливном баке с выдачей информации на блок индикации.
• Объем и массу топлива в баке, что позволяет:

• дублировать показания штатных уровнемеров (особенно в местах, недоступных визуальному наблюдению);
• вести учет расхода топлива тепловозом за смену работы машиниста;
• проводить баланс количества топлива, отпущенного на пункте экипировки, и топлива, залитого в бак;
• определять экономию или перерасход топлива за рабочую смену.

Контрольная эксплуатация парка тепловозов, оборудованных комплексом, позволила систематизировать статистическую базу данных, которая в свою очередь выявила положительный дополнительный эффект от внедрения комплекса:

• дублировать показания штатных уровнемеров (особенно в местах, недоступных визуальному наблюдению);
• восстановление бортовых систем контроля ДГУ тепловоза, в части замены неисправных датчиков давления масла, топлива, температуры контура охлаждения и тахометров, позволило улучшить контроль технического состояния;
• оснащение турбокомпрессора датчиком контроля частоты вращения ротора позволило оценивать техническое состояние турбины (для ЧМЭ 3);
• измерение объема топлива в баке тепловоза позволило машинисту в любое время, независимо от состояния мерных стекол, измерять объем топлива, не покидая кабины машиниста;
• возможность измерения веса (массы) топлива в килограммах;
• возможность посменного контроля данных по работе, проделанной тяговым генератором, пройденному тепловозом пути и расходу топлива.

Температура окружающего воздуха, °С:

Важными проблемами при эксплуатации тепловозов являются правильность анализа параметров работы и технического состояния дизель-генераторной установки, корректность учета топлива в баках подвижного состава и обеспечение контроля над несанкционированным его сливом. С помощью аппаратно-программного комплекса вы сможете их решить. Данный АПК представляет собой микропроцессорный комплекс, в состав которого входит комплект модулей и датчиков, контролирующих количество топлива в баке, измеряющих параметры ДГУ тепловоза, определяющих позицию контроллера машиниста, скорость перемещения и координаты локомотива.

Комплекс обеспечивает:

• непрерывный контроль технического состояния ДГУ;
• учет расхода топлива, экипировки и определения случаев его несанкционированного слива;
• создание статистической базы для формирования системы объективной информации о расходе топлива на тягу поездов для конкретной подвижной единицы с учетом условий эксплуатации;
• создание условий для организации новой системы нормирования по фактическому расходу топливных ресурсов, исходя из условий эксплуатации, технического состояния и вида маневровой работы тепловозного парка;
• отображение на встроенном индикаторном табло измеряемых параметров;
• запись параметров в масштабе времени в энергонезависимое устройство памяти (карточку состояния локомотива или личную карточку машиниста) для их передачи на сервер в базу данных или по радиоканалу на базовую станцию с дальнейшей их передачей на тот же сервер;

Аппаратно-программный комплекс разработан и производится в соответствии с ГОСТ Р15.201-2000 “Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство”.

Заводы и тепловозы

В августе 2019 г. железнодорожный холдинг «Синара – Транспортные Машины» (СТМ) представил на Международном железнодорожном салоне «ЭКСПО 1520» четырехосный маневровый тепловоз ТЭМ10. Это новая машина, которая способна стать отправной точкой для создания новой линейки людиновских промышленных тепловозов.

Весной 2020 г. новый локомотив прошел испытания на обкаточном кольце Людиновского тепловозостроительного завода (ЛТЗ), которые подтвердили соответствие конструктивных решений требованиям Технического регламента Таможенного союза, а в июне начаты приемочные и сертификационные испытания тепловоза.

Маневровый тепловоз ТЭМ10

СТМ рассчитывает начать серийный выпуск ТЭМ10 в конце этого года.

Требования

Разговоры о необходимости нового промышленного тепловоза ведутся с 2016г., а в феврале 2019 г. ассоциация “Промжелдортранс” сформулировала требования к перспективному локомотиву промышленного назначения.

Эксперты “Промжелдортанса” считают, что промышленный тепловоз должен обладать низкой стоимостью владения (быть экономичным с точки зрения потребления топлива и расходных материалов, дешевым в техническом обслуживании и ремонте). Он должен сохранять работоспособность при отказе половины бортового оборудования и быть пригодным для ремонта без вывода из эксплуатации. Современный промышленный тепловоз должен уметь работать по системе многих единиц (когда несколько локомотивов управляются с пульта головного локомотива). Отдельно отмечается необходимость бортовой системы диагностики, которая будет выявлять проблемы в работе тепловоза и уведомлять о необходимости упреждающего ремонта.

Требования противоречивые и создать одну модель, которая их всем удовлетворит, невозможно. Поэтому инженеры СТМ пошли по пути создания унифицированной платформы, которая позволит конфигурировать тепловоз под потребности клиента.

Конструкция

При проектировании тепловоза инженеры СТМ взяли за основу модульный принцип компоновки, при котором тепловоз представляет собой набор взаимосвязанных модулей, установленных на общую основу. Каждый модуль выполняет назначенную ему функцию (силовая установка, тормозное оборудование, охлаждение двигателей, преобразователь собственных нужд, кабина, охлаждение ТЭД, коммутационное оборудование). При этом характеристики и функциональность систем тепловоза могут изменяться путем модификации модулей: можно устанавливать агрегаты желаемых производителей, дизель необходимой мощности и т.д.

Модульная конструкция тепловоза ТЭМ10

Такой подход дает возможность не только изготавливать локомотивы с необходимыми заказчику характеристиками, но и изменять характеристики тепловоза в ходе эксплуатации путем модернизации его модулей.

Модульная компоновка сокращает время ремонта тепловоза — при наличии резервных модулей время вывода локомотива из работы соответствует времени замены неисправного модуля на исправный.

Схема компоновки тепловоза ТЭМ10

Основой для нового тепловоза служит рама, установленная на две двухосные тележки. Колесная формула 2О — 2О (две двухосные тележки с ведущими осями) позволяет тепловозу проходить кривые с радиусом от 50 м., что важно для работы на путях промышленных предприятий в условиях заводской застройки. Экипажная часть локомотива позаимствована у серийно выпускаемого тепловоза ТЭМ9.

Силовая установка

Их у ТЭМ10 две — это двухдизельный тепловоз. Точнее, конфигурация ТЭМ10 включает два силовых модуля, каждый из которых содержит дизель, тяговый электромашинный агрегат АТ-428 и систему выхлопа / очистки воздуха.

Поскольку тип дизеля — это свойство тепловоза, которое клиенты любят конфигурировать, инженеры Синары спроектировали силовые модули на основе дизелей Volvo, Cummins и Тутаевского моторного завода. Volvo и Cummins выбрали потому, что дизели этих марок находят широкое применение в горнодобывающей, строительной и тяжелой автомобильной технике. Поэтому клиент может выбрать марку дизеля из соображений уинфикации силовых агрегатов своего технического парка.

Оба силовых модуля работают на общую нагрузку — четыре тяговых электродвигателя типа ЭД-133.

Тепловоз может работать как в режиме одного двигателя, так и в режиме двух. Схема управления тяговыми электродвигателями исключает перепад мощности при переходе локомотива из одного режима работы в другой «на ходу».

Для охлаждения дизелей используется модуль охлаждения, в котором установлены блочные алюминиевые радиаторы и вентилятор со спрямляющим аппаратом. Для сокращения трубопроводов и упрощения конструкции тепловоза она расположена между силовыми модулями тепловоза.

Кабина

Кабина тепловоза тоже реализована как самостоятельный модуль. В ней установлено два пульта машиниста, что позволяет равноценно управлять движением локомотива в обе стороны. Для обеспечения комфорта машиниста кабина оборудована кондиционером.

Модуль кабины тепловоза ТЭМ10

Инженеры ЛТЗ предусмотрели два варианта изготовления тепловоза по габаритам: 1-Т (распространяется на колею 1520 мм.) и 02-ВМ (распространяется на колею 1520 и 1435 мм.). И в первом, и во втором случае используется одна и та же кабина, только для габарита 1-Т она устанавливается на высокую подкабинную раму.

Вид тепловоза спереди, габарит 1-Т

Вид тепловоза спереди, габарит 02-ВМ

При исполнении тепловоза по габариту 1-Т кабина высоко возвышается над капотами, что дает машинисту круговой обзор.

Интерьер кабины тепловоза ТЭМ10

Кроме органов управления, в модуле кабины ТЭМ10 установлен микропроцессорная система управления и диагностики.

Микропроцессорная система управления и диагностики

Для управления и контроля систем тепловоза используется микропроцессорная система управления и диагностики МПСУиД, спроектированная на базе микроконтроллеров российского производства с ядром ARM.

МПСУиД записывает в память 3000 параметров, среди которых показатели датчиков, информация о наработке агрегатов. Система хранит телеметрическую информацию за несколько месяцев работы тепловоза. Эти данные доступны для просмотра на дисплеях пульта машиниста или для анализа в специальном программном обеспечении.

Синара-ТМ поставляет программные средства для анализа собранных параметров работы локомотива и выявления нарушений в работе его оборудования. Это позволяет выполнять технологическое обслуживание, предупреждающее выход агрегатов тепловоза из строя.

МПСУиД дает тепловозу ТЭМ10 возможность работать по системе многих единиц с любым другим локомотивом, оборудованным МПСУиД.

Экономия

• использование двухдизельной конфигурации делает работу тепловоза оптимальной в широком диапазоне работ (от легкой маневровой на территории предприятия до вывозной) и дает экономию топлива от 15 до 35%;
• использование экипажной части серийно выпускаемого ТЭМ9 унифицирует обслуживание и ремонт ходовой части;
• тяговые электродвигатели типа ЭД-133, используемые на ТЭМ10, имеют широкое распространение и развитую ремонтную базу;
• инженеры СТМ оптимизировали параметры отбора мощности на вспомогательные нужды тепловоза на б — 10 % и добились коэффициента полезного использования мощности на тягу до 83%;
• МПСУиД динамически распределяет нагрузку между вспомогательными системами тепловоза, что позволило повысить энергоэффективность локомотива;
• вспомогательные электрические агрегаты, используемые на ТЭМ10 — асинхронные, поэтому требуют меньше обслуживания и экономичны с точки зрения потребления энергии.

Перспективы

У нового тепловоза уже есть первый заказчик — ООО «СинараПромТранс». Это предприятие входит в состав холдинга СТМ и занимается оказанием транспортных услуг. СТМ планирует на собственном опыте отработать аспекты эксплуатации и обслуживания ТЭМ10, выявить возможные детские болезни тепловоза и убедиться в эффективности заложенных в него технических решений. Т.е. у тепловоза есть все шансы пойти в серию.

Что касается дальнейшего развития идей, реализованных в ТЭМ10, то здесь модульный подход позволяет разыграться фантазии.

Первое, что приходит в голову — реалзация однодизельного варианта с использованием более мощной дизель-генараторной установки.

И второй вариант — гибридный локомотив.

ЛТЗ представил в 2012-м году гибридный маневровый тепловоз ТЭМ9Н, который пока не пошел в серию. Но вариант замены одного силового модуля ТЭМ10 на модуль суперкондесаторов может дать идее гибридного маневрового тепловоза второе дыхание: в случае серийного производства ТЭМ10 унифицированный с ним гибридный локомотив будет доступнее по цене и дешевле в эксплуатации, что сделает его более привлекательным для операторов промжелдортранса.

Но это фантазии. А сейчас хочется пожелать людиновцам, чтобы ТЭМ10 стал такой же яркой легендой промжелдортранса, как его предшественники ТГМ4А и ТГМ6А.