Совершенствование системы электроснабжения рефрижераторных контейнеров для перевозки скоропортящихся грузов

 

В зарубежной практике в связи малой протяженности между поставщиком и потребителем (не более 400-600 км) транспортировку КРК в основном осуществляют с помощью автомобильного транспорта. При этом используются навесные холодильно-отопительные установки, совмещенные с дизель-генераторами, и которые развивают мощность до 16 кВт при напряжении 360/460В и частотой 50 Гц. Современные дизель-генераторы имеют расход топлива при 75% нагрузки всего 2,7 л/ч.

В отечественной практике в связи с сокращением парка рефрижераторных вагонов из-за прекращения их выпуска в начале 90-х гг. все большую популярность приобретают железнодорожные перевозки продуктов питания в рефрижераторных контейнеров на фитинговых грузовых платформах (рисунок 2.3).

 

Рисунок 2.3 – Фитинговая платформа

 

Источником питания холодильно-отопительных установок рефрижераторных контейнеров служат навесные дизель-генераторные установки небольшой мощности.

Однако стоимость 1кВт электрической энергии в таких установках по сравнению с энергией, поступающей из контактной сети к локомотиву в несколько раз выше из-за низких значений коэффициентов полезного действия агрегатов малой мощности и необходимости транспортировки в составе поезда топлива для каждого агрегата.

Для пассажирских вагонов, требующих электроснабжения систем кондиционирования и отопления, проблема была успешно решена путем установки на раму тележки подвагонного генератора, связанного ременной передачей с осью колесной пары вагона. При этом электроснабжение потребителей пассажирского вагона осуществляется от контактной сети. Применение такого способа для фитинговых платформ оказалось невозможным из-за отсутствия на тележках грузовых вагонов, в отличие от тележек пассажирских вагонов, рамы, на которую можно было бы установить подвагонный генератор.

Учитывая численность грузовых вагонов, идея разработки для них новой тележки с рамой, чтобы установить подвагонный генератор, представляется абсолютно бесперспективной. Оригинальное, защищенное патентом (патент ПМ № 105861, публикация 27.06.2011 г., B60L 1/00) решение задачи было найдено путем подвешивания подвагонного генератора, связанного ременной передачей с осью колесной пары, на хребтовую балку фитинговой платформы [16].

В результате была разработана система автономного электроснабжения (САЭ) железнодорожных грузовых платформ. На рисунке 2.4 представлена общая схема САЭ, принцип работы которой состоит в следующем: генератор 1 расположен в подвагонном пространстве на дополнительной площадке 2, которая через тягу 3, имеющую на концах сферические шарниры 4, соединена с хребтовой балкой 5 платформы. Для выработки электричества вал генератора 6 приводится в движение через ведомый шкив 7, соединенный при помощи приводного ремня 8 и ведущего шкива 9, соединенного с осью 10 колеса 11 платформы, расположенного на рельсе 12. Натяжение приводных ремней 12 осуществляется натяжным устройством 13. Дополнительная площадка соединена с осью колеса при помощи разрезных резиновых втулок 14, обеспечивающих центровку оси колеса и передачу момента на разрезной полный вал 15, имеющий на концах своей поверхности концентрические проточки 16, для качения вдоль них выполненных в виде роликов 17 разъемных опор 18, позволяющих оси колеса свободно вращаться.

 

 

1 – генератор; 2 – дополнительная площадка; 3 – тяга; 4 – сферические шарниры; 5 – хребтовая балка; 6 – вал генератора; 7 – ведомый шкив; 8 – приводный ремень; 9 – ведущий шкив; 10 – ось колеса; 11 – колесо; 12 – рельс; 13 – натяжное устройство; 14 – резиновые втулки; 15 – разрезной полный вал; 16 – концентрические проточки; 17 – ролики; 18 – разъемные опоры

Рисунок 2.4 – Общая схема автономного электроснабжения железнодорожных грузовых платформ

 

Как показано на рисунке 2.4, площадка соединена с хребтовой балкой платформы при помощи тяги, имеющей на концах сферические шарниры, которые позволяют площадке за счет вертикальных перемещений занимать любое положение относительно хребтовой балки платформы, тем самым создавая условия для прохождения платформой кривых участков пути.

Такую систему электроснабжения железнодорожных грузовых фитинговых платформ следует считать как промежуточное техническое решение, поскольку ей присущи ряд недостатков:

– низкий коэффициент полезного действия такой системы электроснабжения вследствие многоступенчатой передачи электроэнергии от контактной сети к двигателю холодильно-отопительной системы;

– установка на каждую платформу подвагонного генератора в значительной степени снижает ее надежность и одновременно увеличивает стоимость ремонтно-восстановительных работ;

– мощность, передаваемая ременной передачей от оси колесной пары к генератору, ограничена передаточным числом ведущего и ведомого шкивов, которая зависит от размера колеса и от высоты подвагонного пространства с учетом нормативна на высоту строения пути в подвагонном пространстве;

– для замены приводного ремня, необходимо выкатить из-под вагона или платформы тележку и освободить колесную пару для надевания на ее ось нового ремня;

– минимальная длина ремня (определяется) возможностью его надевания на колесо, что приводит к увеличению габаритов жесткой рамы подвески генератора.

В соответствии с техническим решением были разработаны «Технические требования на опытный образец комплекса устройств для энергоснабжения фитинговых платформ от оси колесной тележки типа 18 – 100 грузового вагона».

В соответствии с «Техническими требованиями…» комплекс устройств для энергоснабжения фитинговой платформы от оси колесной пары должен включать в себя:

– генератор с приводом от оси колесной пары;

– статический преобразователь;

– разводку и крепление приводов.

Известными время мировыми поставщиками КРК являются:

– Carrier Transicold Ltd – контейнеры марки CARRIER;

– Thermoкing Corporation – контейнеры марки THERMOKING;

– SPTA.

Следует отметить, что работа КРК всех выше перечисленных фирм осуществляется от дизель-генераторов, мощностью от 6 до 16,8 кВт (для двадцати и сорока футовых контейнеров соответственно), которые вырабатывают трех фазное переменное напряжение 380-400 В, частотой 50 – 60 Гц.

Для перевозки КРК предлагается использовать платформы модели 13-2116-01 или 1-13-4012М, разработанные в ОАО «АЛТАЙ ВАГОН», которые оборудованы розетками для подачи напряжения в низковольтную магистраль, а также для подключения рефрижераторного контейнера и подачи напряжения к соседним платформа.

Порядок размещения КРК и общий вид дооборудованных платформ представлен на рисунке 2.5

Транспортировка грузов в специализированных рефрижераторных контейнерах на железной дороге имеют свои особенности. Так как для работы холодильного оборудования, интегрированной в корпус рефрижераторного контейнера требуется электропитание, рефрижераторные контейнеры перевозятся по железной дороге в составе сцепов, включающих вагон-дизель-электростанцию.

 

 

1 – розетка для подключения рефрижераторного контейнера; 2 – розетка для подачи напряжения в низковольтную магистраль; 3 – низковольтная магистраль для передачи электрической энергии

Рисунок 2.5 – Порядок размещения КРК и общий вид дооборудованных платформ

 

В состав сцепа, кроме вагона-дизеля-электростанции, могут входить от 4 до 12 платформ и более, но Тарифы на перевозки грузов и услуги инфраструктуры, выполняемые российскими железными дорогами Прейскуранта 10-01 определяют оптимальную стоимость для перевозки рефрижераторных контейнеров для сцепа в более чем 12 платформ. Фитинговые платформы для таких перевозок должны быть электрифицированы, т.е. должна обеспечиваться подача электропитания от вагона - дизеля - электростанции, который находится в середине сцепа, до рефрижераторных установок всех рефрижераторных контейнеров, следующих в составе этого поездного формирования. В вагоне дизеле-электростанции имеется служебное помещение для двух рефрижераторных механиков, которые в пути следования осуществляют контроль за температурным режимом в рефрижераторных контейнерах, а также могут выполнять роль сопровождающих, в случаях когда это требуется для определенных грузов. Для централизованного обеспечения рефрижераторных контейнеров предлагается использование усовершенствованной контейнер-электростанции.

Установленная контейнер-электростанция, на фитинговую железнодорожную платформу, позволяет обеспечивать электроснабжение рефрижераторных контейнеров как при следовании рефрижераторного состава по электрифицированным участкам, так и по не электрифицированным участкам железной дороги. Блок-схема разработанного контейнера-электростанции приведена на рисунке 2.6

 

1 – дизельный двигатель тепловоза; 2 – тепловоз; 3 – синхронный генератор; 4 – топливный бак тепловоза; 5 – контейнер; 6 – высоковольтный кабель; 7 – высоковольтная розетка; 8 – гидравлический разъем; 9 – топливный трубопровод; 10 – высоковольтный контактор; 11 – топливный бак; 12 – полупроводниковый преобразователь; 13 – дизельный двигатель; 14 – синхронный электродвигатель; 15, 16 – синхронный генератор; 17 – низковольтный контактор; 18 – пульт управления; 19 – низковольтный кабель; 20 – низковольтная розетка; 21 – контейнер; 22 – фитинговая платформа.

Рисунок 2.6 – Схема электроснабжения КРК от контейнера-электростанции

 

При движении рефрижераторного подвижного состава по не электрифицированным участкам железной дороги электрическая энергия, выработанная дизель-генератором 13, расположенного в контейнер-электростанции подается через низковольтный контактор 17 и низковольтный кабель 19 в розетку 20 подается в низковольтную магистраль фитинговых платформ для подключения рефрижераторных контейнеров. С целью непрерывной и длительной работы предлагаемой контейнер-электростанции дизельное топливо с бака тепловоза 4 через гидравлический разъем 8 и топливный трубопровод 9 поступает в топливный бак контейнер-электростанции.

Схема электроснабжения рефрижераторных контейнеров с электрической тягой поездов, питающегося от контактной сети напряжением 3 кВ постоянного тока представлена на рисунке 2.7

При следовании рефрижераторного подвижного состава по электрифицированным участкам железных дорог напряжение из высоковольтной магистрали электровоза 6, розетку 7, высоковольтный межвагонный соединитель 8 подается на высоковольтный контактор контейнер-электростанции. Полупроводниковым преобразователем 10 напряжение 3 кВ преобразуется в трехфазное переменное напряжение 380 В для питания электродвигателя 11.

Напряжение, выработанное генератором 12, через низковольтный контактор 13, низковольтный кабель 15, розетку 16, низковольтный вагонный соединитель 17 подается в низковольтную магистраль фитинговой платформы 22.

Таким образом, предлагаемая унифицированная система электроснабжения рефрижераторных транспортных средств характеризуется годной для работы в составах железнодорожного (электрифицированного и не электрифицированного участков), автомобильного и водного транспорта. Одновременно отличается высокой энергетической эффективностью вследствие отсутствия промежуточных звеньев при получении и передачи электрической энергии потребителям.

 

 

1 – электровоз; 2 – разрядник; 3 – высоковольтный выключатель; 4 – контактный провод; 5 – токоприемник; 6 – высоковольтная магистраль; 7 – высоковольтная розетка; 8 – высоковольтный соединитель; 9 – высоковольтный контактор; 10 – преобразователь напряжения; 11 – синхронный двигатель; 12 – синхронный генератор; 13 – низковольтный контактор; 14 – пульт управления; 15 – низковольтный кабель; 16, 19, 20 – низковольтная розетка; 17, 18 – низковольтный соединитель; 21 – контейнер; 22 – фитинговая платформа.

Рисунок 2.7 – Схема электроснабжения рефрижераторных контейнеров с электрической тягой поездов, питающегося от контактной сети напряжением 3 кВ постоянного тока

 

Контейнерные электростанции - это проверенное временем оборудование, установленное в надежном специализированном контейнере, видимая экономия ресурсов заказчика.

Контейнерные дизельные электростанции имеют следующие достоинства:

– эргономичность

Всё оборудование удобно установлено внутри контейнера, с сохранением достаточного количества места для обслуживания и правильной организацией технических приемов для подачи топлива и отвода газов. Антивандальное исполнение контейнерных ДГУ гарантирует сохранность оборудования при транспортировке и эксплуатации;

– надежность

Стационарные контейнерные электростанции оборудованы современными отечественными и европейскими генераторными установками. Точный расчет, профессиональный монтаж и высокое качество контейнера позволяют гарантировать долголетнюю эксплуатацию;

– безопасность

Стационарные дизельные электростанции оснащаются многоуровневой защитой и безопасны в эксплуатации. Они обеспечиваются современными системами автоматического контроля;

– многофункциональность

При необходимости, электростанция дизельная контейнерного исполнения может быть перевезена на другой объект при условии совпадения технических данных для подключения;

– доступность

Большинство компаний предлагают услуги по техническому обслуживанию и модернизации дизельных электростанций контейнерного типа. Легкий и быстрый монтаж/демонтаж.

Контейнерная электростанция может размещаться в любом месте без постройки специальных помещений. Для монтажа контейнера «Север» с электростанцией достаточно подготовленной площадки, затраты на планирование площадки и прокладку коммуникаций минимальны (по сравнению с монтажом электростанции в специально отведенном помещении).

Благодаря габаритным размерам контейнерные электростанции очень удобны своей мобильностью и могут быть перемещены на новое место без существенных затрат. Для перемещения контейнерных электростанций используются типовые транспортные и погрузочные средства, применяемые в контейнерных перевозках. Возможна установка контейнера «Север» на мобильное шасси.

Высокая противопожарная безопасность ДГУ в контейнере, достигаемая использованию негорючих материалов, системам пожаротушения и использованию пожарно-охранной сигнализации.

Дизельные генераторные установки в контейнере – это полная независимость от внешнего энергоснабжения, а также хорошая возможность обеспечить бесперебойным питанием объекты при частых отключениях основной электросети. Генераторные установки в контейнере являются самыми надежными источниками питания, которые используются в качестве резерва. Электростанция контейнерного исполнения выступает как универсальный источник питания. Для каждого объекта можно подобрать свою мощность электроустановки, тип контейнера и его функциональность.

Моментальная готовность к работе после установки. Не требуется пуско-наладочные работы полного цикла.

При транспортировке контейнер надежно защищает всё оборудование, расположенное внутри него. Конструкция контейнера удобна для технического осмотра и ремонта электростанции. Имеется возможность погрузки и транспортировки контейнера за верхние крепления.

Ограждения оборудования (самого генератора, двигателя, систем управления, электрических соединений и т.п.) от несанкционированного доступа или случайных прикосновений самого персонала.

Защиты оборудования от природных воздействий. Крыша и стены предохраняют не только от атмосферных осадков и солнечных лучей, но и от элементарной пыли и грязи. Эффективности шумоизоляции. Агрегаты можно устанавливать вблизи жилых массивов и даже в помещениях. Системы электроснабжения КРК, питающегося от контактной сети напряжением 3 кВ постоянного тока имеют модульный принцип построения, по аналоги с современными отечественными пассажирскими вагонами, позволяют создавать такое вагонное электрооборудование, которое можно размещать в шкафах, в контейнерах для установки под кузовом или на крыше вагона. Компоновка силовой части на базе IGBT транзисторов и применение модульного принципа конструирования позволяют создавать такое вагонное электрооборудование, которое можно размещать в шкафах, а также в контейнерах под кузовом или на крыше вагона. Появление новых элементов силовой электроники, позволяют обеспечивать прогресс в области стандартизации, повышения надежности, и упрощения технического обслуживания систем электроснабжения рефрижераторных контейнеров [ ].