CC BY
13
УДК 629.423.1.016.3
М. Б. КУРГАН, Н. П. ХМЕЛЕВСЬКА, С. Ю. БАЙДАК (ДНУЗТ)
Кафедра «Проектування i будiвництво дор^», Днiпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, УкраТна, 49010, тел.: (056) 373-15-48, ел. пошта: kunibor@mail.ru. ОЯСЮ: orcid.orq/0000-0002-8182-7709
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ЕЛЕКТРИФ1КАЦП ОДНОКОЛ1ЙНИХ ЗАЛ1ЗНИЦЬ ДЛЯ П1ДВИЩЕННЯ ПРОПУСКНО1 СПРОМОЖНОСТ1
Аналiз стану проблеми
В найближчш перспективi Укрзалiзниця плануе реалiзовувати проекти з електрифшацн дшянок залiзниць, що ведуть до порпв Одеси й Миколаева, а також до кордошв iз Польщею та Бшоруссю.
В республiцi Бiлорусь ведуться роботи з електрифшацп залiзниць з перспективним ви-ходом на територда Укра1ни за декiлькома на-прямками: Гомель - Чернiгiв i Жлобин - Кали-нковичi - Коростень. В свою чергу в Укра1ш зараз допрацьовуеться документацiя щодо еле-ктрифшацн напрямкiв на Бiлорусь i Польщу: Бердичiв - Коростень - Словечно - Держкор-дон, Чершпв - Горноста1вка - Держкордон (рис.1), Ковель - 1зов - Держкордон (рис. 2).
Рис. 1. Вих1д з Бшоруа в Украшу (електрична тяга - Гомель-Жлобин-Бобруйск)
Таким чином, це буде перший пострадянсь-кий досвщ електрифшацн через новi кордони.
Зпдно з проектом, плануеться перевести на електротягу мапстральну дiлянку Львiвськоl залiзницi Ковель - Володимир-Волинський -1зов (див. рис. 2). Крiм того, проект лежить в контексп розвитку маршруту «Вшнг» за раху-нок створення додаткового напрямку Польща -Чорне море по електрифшованому коридору.
{ X
L I л 4
i о
-■..ее__ .
Мацеев
m .с v
Влалимир-Волынский \
Х_Киверцы Луцк^
Рис. 2. Вих1д в Польщу (Ковель - 1зов - Держкордон)
Для Укрзалiзницi електрифiкацiя дiлянки Чершпв - Гомель дуже важлива, бо це дозволить завершити електрифшащю Чернiгiвського вузла й продовжити тягове плече для електро-возiв вiд Киева до Гомеля на напрямку Мшськ - Жлобин - Гомель - Чершпв - ЬПжин (рис. 3).
Рис. 3. Вихвд з Бшоруа на Бахмач i Коростень
На напрямку з Бшорус на пiвдень i схiд Укра1ни (див. рис. 3) значний рух вантажних по1здв, але ршення щодо електрифшацн дшя-нки Гомель - Бахмач поки що не прийнято.
Також е проект електрифшацн дшянки Жлобин - Калинковичи - Коростень i домовлешсть з литовською залiзницею про з'еднання елект-рифшовано! мережi Бiлорусi з електрифкова-ною дiлянкою Литви в райош Вiльнюса (рис. 4)
[Минановичи
Рис. 4. Вихвд з Бшоруа до Литви
У 2015 рощ планусться завершити електри-фшащю трьох дшянок: Гомель - Жлобин, Жлобин - Калинкович1 { Молодечно - Гудогай -Держкордон. Таким чином, буде створено единий м1жнародний електрифшований коридор з Укра1ни через Бшорусь в кра1ни Балтн.
На сьогодш пропускна спроможшсть одно-колшних д1лянок зал1зниць з тепловозною тягою не задовольняе вимогам щодо обсяпв пе-ревезень, швидкосп руху, екологп та економн енергоресурс1в.
У тепершнш час вщ Киева до Гомеля (334 км) маршрутна швидюсть складае 51,5 км/год. Середня швидюсть руху по1зд1в Ки1в - Мшськ 1 Ки1в-Санкт-Петербург м1ж станщями наведена на пстогра\п (рис. 5).
90
80
=1 70
о
Е 60
У
л 50
о 5 40
=1
03 30
э 20
10
0
85.3
50,7
516
45.0
КиУв- Шкгин- Чершпв- Горност- Терюха-Жжин Черн ¡г1б Горност. Терюха Гомель
Рис. 5. Пстограма розпод1лу швидкосп руху по д1лянкам
Як видно з рис. 1, 3 { 5, техшчне оснащення дшянок зал1знищ суттево впливае на експлуа-тацшш показники. Так, дшянка Ки1в-Н1жин двоколшна, електрифшована, Н1жин-Чершпв -одноколшна, електрифшована, шш1 три дшянки - одноколшш, на тепловознш тяз1. На напрямку Чершпв - Горноста1вка - Терюха - Гомель, середня швидюсть руху в 1,2-1,3 рази нижче, шж на одноколшнш електрифшованш дшянщ { в 1,6-1,9 рази нижче, шж на двоколшнш.
Мета роботи
Представляеться доцшьним дослщити, на скшьки покращуються тягово-енергетичш по-
казники при замш1 тепловозно1 тяги на елект-ричну на дшянках, що характеризуються р1з-ними умовами експлуатацн, р1зною крутизною ухитв { обрисом поздовжнього профшю.
Методика дослщження
Методика базуеться на анал1з1 потужностей локомотив1в { стало1 швидкосп, що реал1зуеть-ся по1здом на р1зних дшянках поздовжнього профшю. Проведемо сшвставлення тягових характеристик тепловоза, наприклад, 2ТЕ116 { електровоза змшного струму 2ЕЛ5 як це рекомендовано в робой [1], (рис. 6).
Швидюсть руху по1зда на достатньо! довжи-ни елеменп поздовжнього профшю залежить вщ типу локомотива, маси по1зда 1 загального опору руху. Так як тягов1 характеристики тепловоза 1 електровоза (див. рис. 6) суттево в1др1зняються в д1апазош 30...70 км/год, то й швидкосп руху на однакових елементах поздовжнього профшю будуть р1зш Для виявлення стало1 швидкосп на р1зних за крутизною елементах профшю скорис-таемося сполученими графшами К (V)- тягова характеристика локомотива 1 Ж (V) - крива загального опору руху.
Загальний отр руху складаеться з основного опору руху Ж0, опору вщ ухилу Ж I опору вщ кривизни коли Жг [2, 3]: Ж = Ж0 + + Жг .
Абсциса точки перетину графшв К (V) { Ж (V) вщповщае сталш швидкосп руху по1зда на ухил1 1.
Вщомо, що переваги електрично! тяги най-бшьше проявляються на крутих затяжних пщ-йомах. Значення стало1 швидкосп для р1зних ухитв наведеш в табл. 1
З анал1зу рис. 6 { табл. 1 випливае, що ванта-жний по1зд однаково1 маси (для прикладу взято 4000 т) з локомотивом 2ЕЛ5 рухаеться ¡з швид-юстю в 1,9 { 2 рази швидше на ухилах вщповщ-но 8 { 10%о у пор1внянш з тепловозною тягою.
Для визначення фактор1в, яю впливають на енергетичш витрати, при тепловознш { елект-ричнш тяз1, розглянемо р1вняння руху по1зда
К = та + Ж + Ж + Ж .
(1)
При вщомш сил1 тяз1, що витрачаеться на тягу по1зд1в, можна визначити мехашчну роботу локомотива на дшянщ довжиною Ь:
Ям =$ Кк dS = Е Кк,
(2)
де I - частина дшянки Ь, на якш сила тяги локомотива Кк >0.
Тягов1 характеристики та крив! опору руку (маса поГзда 4000т)
Ше. идк сть км/год
-рк{2ЕС5к| —□—«ПГ>=4| -О—«то»«) -рк{5ТЕ 116) —а—Ик{М10) -О-1Лк{|=в) —X—1Л к{ 1=2) —ж—Щк(р1 2|
Рис. 6. Тягов1 характеристики и крив1 повного опору руху
Таблиця 1
Стала швидкасть вантажних поТзд1в на крутих п1дйомах
Ухил, Стала швидкють, км/год Зростання швидкоси, разiв
%о 2ТЕ116 2ЕЛ5 2ТЕ116 - 2ЕЛ5
2 69 82 1,2
4 51 72 1,4
6 40 65 1,6
8 31 59 1,9
10 26 53 2,0
12 22 30 1,4
До дiлянок I вщносяться дiлянки розгону, а також дшянки, на яких по!зд рухаеться з пос-тiйною швидкiстю на тдйомах, площадках i спусках, якщо сила додаткового опору руху вiд ухилу Ж i кривизни колн Жг не перевищуе величини основного опору руху, тобто (Ж + Жг )< Ж0 . Основний отр руху мае мiсце при рус по!зда по прямiй i горизонтальнiй коли, i, в свою чергу, залежить вiд тертя кочення i ковзання колiс по рейкам, втрат живо! сили вщ ударiв i коливань, тобто в кшцевому пiдсумку -вiд стану рухомого складу i коли.
Для економiчноl оцiнки витрат енергоресур-ив при тепловознiй i електричнiй тязi можна визначити витрати дизельного палива О (кг) i електроенергн А (кВт-год) через механiчну роботу локомотива Ям (ткм) як О = к^ • Ям - теп-
ловозна тяга; А = ка • Ям - електрична тяга.
Таю залежносп випливають з наступного. Вь домо, що мехашчна робота визначаеться через дотичну силу тяги i пройдений шлях (2). Записавши пройдений шлях через швидкють V i час Д?, отримаемо Ям = ^ Ек •V •А?. Витрати палива визначаються через одиничнi витрати g i час А/:
О = | gdt = £ g •А/.
(3)
Аналогiчно, витрати електроенергн можна визначити через напругу и, струм I i час Д?:
А = и • I • dt = ^и • I •А?.
(4)
Для визначення коефщенпв kg i ка необ-хiдно знайти спiввiдношення мiж g , и • I i ¥к •V . В робот [4], запропонованi апроксиму-ючi залежностi:
а) для тепловозiв:
к% = 0,00002V2 - 0,003V + 0,92; (5)
б) для электровозiв змiнного струму:
ка = 0,0002V2 - 0,033V + 4,97. (6)
При виконанш тягових розрахункiв на кожному крощ визначаеться середня швидкють руху. По середнш швидкостi розраховуються значення коефiцiентiв kg або ка, а по змiнi
мехашчно1 роботи визначаеться прирiст витрат палива або електроенергн.
В робот дослщжено питання змши енерго-емност вантажного по1зда, що рухаеться на р1зних за крутизною шдйом1в дшянках зал1зни-щ. Для пор1внянност1 результата були прийня-т маси вантажного по1зда вщ 3000 т до 4500 т, кер1вний ухил змшювався вщ 8 до 12%о.
Розрахунки виконувались для р1зних за обри-сом еталонних д1лянок (профшь у вигщщ «горба», «ями» { «тдйом-спуск»). Найбшьший ефект вщ впровадження електрично1 тяги досягаеться в третьому випадку. Так як найбшьша р1зниця стало1 швидкосп мае мюце при ухит 10%о (див. табл. 1), то результати тягово-енергетичних роз-рахунюв наведено для профшю у вигляд1 затяжного шдйому з таким ухилом (табл. 2).
Р1зниця у вартосп витрат енергоресурс1в на тягу по1зд1в складае 28-31% на користь елект-рично1 тяги (в залежносп вщ сшввщношення вартост 1 тонни палива 1 1000 кВт-год електро-енергп) (рис. 7, 8).
Так як середня швидюсть руху по1зд1в на затяжному пщйом1 при електричнш тяз1 в 1,7-2,0 рази вища шж при тепловознш, то час руху скорочуеться (рис. 9), а пропускна спроможшсть одноколшно1 дшянки зростае.
Тягово-енергетичш розрахунки на 1
Сказане можна прошюструвати таким прикладом. Пропускна спроможшсть одноколшних перегошв у раз1 парного непакетного графша визначаеться за формулою
(1440 - 1 тех ) а = (1440 - 1тех ) ан
t + t +Т1 +Т2
Т
, (7)
де t, t - час руху по обмежуючому перегону вщповщно в непарному { парному напрям-ках з урахуванням розгошв { сповшьнень, хв;
Т, Т2 - вщповщно станцшш штервали на станщях, що обмежують перегш [5].
При довжиш перегону 1п перюд графша руху по1зда буде Тн = (t0 + to ) • 1п + т + т . При
1п = 15 км, мас по1зда Q =4000 т \ t0, t0 (за даними табл. 2) отримуемо Тн = 58 хв. при тепловознш тяз1 \ Тн = 39 хв. - при електричнш. За формулою (7) пропускна спроможшсть складае вщповщно 21 { 31 пар по1зд1в на добу. Отже, в розглянутому приклад1 впровадження електрично1 тяги шдвищуе пропускну спроможшсть на 10 пар по1зд1в на добу.
Таблиця 2
поТздо-км для проф1лю «шдйом-спуск»
Напрямок руху Vmax, км/год Усер, км/год Витрати енергоноспв, кг (кВттод) Мех. робота, ткм Робота гальм1вних сил, ткм Час руху, хв
2ТЕ116, 0=3000 т
непарн. 51 34 28,0 36,4 1,0 1,76
парний 80 73 1,2 1,5 21,9 0,82
2ЕЛ5, 0=3000 т
непарн. 73 61 141,5 38,2 1,6 0,98
парний 80 74 6,8 1,7 21,6 0,81
2ТЕ116, 0=3500 т
непарн. 47 30 32,1 41,5 1,1 2,00
парний 80 73 1,2 1,6 25,2 0,82
2ЕЛ5, 0=3500 т
непарн. 70 58 163,1 43,7 1,9 1,04
парний 80 73 7,5 1,9 24,9 0,82
2ТЕ116, 0=4000 т
непарн. 45 27 36,2 46,6 1,2 2,26
парний 80 73 1,4 1,8 28,4 0,83
2ЕЛ5, 0=4000 т
непарн. 67 55 185,0 49,3 1,6 1,09
парний 80 73 8,2 2,1 28,2 0,82
2ТЕ116, 0=4500 т
непарн. 40 23 40,4 51,7 0,8 2,62
парний 80 72 1,4 1,9 31,7 0,83
2ЕЛ5, 0=4500 т
непарн. 61 44 208,5 53,4 1,8 1,36
парний 80 73 8,8 2,3 31,4 0,82
пн =
350
300 я 25. V О
S. я™ £ i £"^150
I ^ v со л I С ¿100
Ê.S-
со 50
0
3000 3500 4000 4500
Maca повда. т
□2TE116 ■2ЕЛ5
Рис. 7. Вартють енергоресурав (пцщом)
Тип профтю - «спуск» 1 J ,t
о
3000 350D 4000 4500
Млел по'|зда, т 02ТЕ116 И2ЕЛ5
Рис. 8. Вартють енергоресурав (спуск)
Тип профтю - «шдйом»
3,0
Е 2,5 а
£ 2,0 ni
X
« 1>5
Ч
с
к
Ё 0,5 и
Рис. 9. Час руху ватажного по1'зда ввднесений до 1 км
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Курган М. Б. Ефективтсть впровадження нових титв електровоз1в [Текст] / М. Б. Курган, Н. П. Хмелевська, С. Ю. Байдак / Електрифшацш транспорту - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2014. - Вип. 8. - С. 93-98.
2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с.
3. Гребенюк П. Т. Тяговые расчеты: Справочник [Текст] / П. Т. Гребенюк, Долганов А. Н., Скворцова А. И. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.
4. Корженевич И. П. Оценка расхода топлива или электроэнергии через механическую работу локомотива [Текст] // В1сн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2009. - Вип.29. - С. 88-90.
5. 1нструкщя з розрахунку наявно1 пропускно1 спроможносп зал1зниць Украши [Текст]: (ЦД/0036). - К., - 2002. - 376 с.
Висновки
Розрахунки пропускно1 спроможносп вико-наш для перегошв у вигляд1 «ями», «горба» i «шдйому-спуску» шдтверджують ефектившсть впровадження електрично1 тяги незалежно вщ обрису профшю, якщо мають мюце крут тд-йоми з ухилами 8-12 %о на яких вантажш по1з-ди рухаються з1 сталою швидюстю.
2. За рахунок збшьшення маси вантажних по1зд1в при впровадженш нових титв електро-воз1в i зростання середньо1 швидкосп руху в 1,5-2,0 рази ефектившсть досягаеться також за рахунок скорочення парку електровоз1в у порь внянш з тепловозною тягою.
3. Збшьшення швидкосп руху на крутих т-дйомах у пор1внянш з тепловозною тягою при-зводить до скорочення часу руху по перегонах, що мае велике значення для шдвищення пропу-скно1 спроможносп, перш за все, одноколшних дшянок.
4. При впровадження електровоз1в нового поколшня слщ також враховувати, що 1хня по-тужнють не використовуеться в повнш м1р1 ¡з-за обмеження норми маси довжиною прийма-льно-вщправних колш, а швидкосп руху часто обмежуються станом колшного господарства перегошв i станцш [6, 7]. Отже, на напрямках (рис. 1-3) паралельно електрифшаци необхщно виконувати роботи з модершзаци зал1знично1 коли, перевлаштування плану лши для усунен-ня обмежень швидкосп за параметрами кривих.
Надшшла до друку 15.06.2015.
REFERENCES
1. Kurhan M. B., Khmelevska N. P., Baidak S. Yu. Efektyvnist' vprovadzhennya novykh typiv elektrovoziv. Scientific journal Electrification of transport. Dnipropetrovs'kyy Natsional'nyy Universytet Zaliznychnoho transportu imeni imeni akademika V. Lazariana, 2014, issue 8, pp. 93-98.
2. Pravila tyagovyih raschetov dlya poezdnoy rabotyi. Moskow, Transport, 1985, 287 p.
3. Grebenyuk P. T. Tyagovyie raschetyi: Spravoch-nik. Moskow, Transport, 1987, 272 p.
4. Korzhenevich I. P. Otsenka raskhoda toplyva yly эlektroэnerhyy cherez mekhanycheskuyu rabotu loko-motyva. Visnyk Dnipropetrovskoho Natsionalnoho Universytetu Zaliznychnoho transportu imeni akademi-ka V. Lazariana, 2009, issue 29, pp. 88-90.
5. Instruktsiya z rozrakhunku nayavnoyi propusknoyi spromozhnosti zaliznyts' Ukrayiny. Kyyiv,
10,0 i. IL 10,S rHf
II 11
6. Корженевич I. П. Вплив тдвищення швидкосп руху по1здв на витрати енергоресурав [Текст] / I. П. Корженевич, М. Б. Курган, Ю. С. Бараш, Д. М. Курган // В1сн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. - Вип. 20. - С. 233-239.
7. Проведения дослвджень та оцшка економ1чно1 ефективносп усунення обмеження швидкосп за параметрами 1 станом затзнично1' коли: Звгт про НДР [Текст] / Дншропетр. нац. ун-тет затзн. трансп.; Дого-в1р №78/2011-Цтех-142/2011-ЦЮ вад 12.09.2011 р. Номер держреестраци 0111и008909. Д., 2011. - 64 с.
Внутршнш рецензент Сиченко В. Г.
2002, 376 p.
6. Korzhenevich I. P., Kurgan M. B., Barash Yu. S., Kurgan D. M. Vpliv pidvischennya shvidkosti ruhu poyizdiv na vitrati energoresursiv. Visnyk Dnipropetrovskoho Natsionalnoho Universytetu Zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana, 2008, issue 20, pp. 233-239.
7. Provedennya doslidzhen' ta otsinka ekono-michnoyi efektyvnosti usunennya obmezhennya shvydkosti za parametramy i stanom zaliznychnoyi koliyi. Dnipropetrovs'kyy Natsional'nyy Universytet Zaliznychnoho transportu imeni imeni akademika V. Lazariana, 2011, 64 p.
Зовшшнш рецензент Панасенко М. В.
В дашй сгатп на прикладi залiзничних напрямкiв з тепловозною тягою, що зв'язують УкраТну з Бiлоруссю й Польщею, дослщжуеться ефективнiсть Тх електрифiкацiТ' для пщвищення пропускноТ спроможностi. Для досяг-нення мети дослщження проаналiзовано ряд проекпв, згiдно яких плануеться електрифiкацiя юнуючих одноко-лiйних залiзниць. Показано, як техшчне оснащення дiлянок залiзницi впливае на експлуатацшш показники. За результатами розрахунюв зроблено висновок щодо впливу обрису поздовжнього профшю, величини ухилiв, типу електровозiв i маси по'тздв на ефективнiсть електрифiкацiТ одноколiйних залiзниць.
Ключовi слова: електрифiкацiя; енергоемнiсть; модершзашя колiТ; обмеження швидкостi; змiнний струм.
УДК 621.331.3
Н. Б. КУРГАН, Н. П. ХМЕЛЕВСКАЯ, С. Ю. БАЙДАК (ДНУЖТ)
Кафедра «Проектирование и строительство дорог», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел.: (056) 373-15-48, эл. почта kunibor@mail.ru. ORCID: orcid.orq/0000-0002-8182-7709
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ОДНОПУТНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
В данной статье на примере железнодорожных направлений с тепловозной тягой, связывающие Украину с Белоруссией и Польшей, исследуется эффективность их электрификации для повышения пропускной способности. Для достижения цели исследования проанализирован ряд проектов, по которым планируется электрификация существующих однопутных железных дорог. Показано, что эксплуатационные показатели зависят от технического оснащения железной дороги. По результатам расчетов сделан вывод о влиянии очертания продольного профиля, величины уклонов, типов электровозов и массы поездов на эффективность электрификации однопутных железных дорог.
Ключевые слова: электрификация; энергоемкость; модернизация пути; ограничения скорости; переменный ток; эффективность.
Внутренний рецензент Сыченко В. Г. Внешний рецензент Панасенко Н. В.
UDC 621.331.3
M. B. KURHAN, N. P. KHMELEVSKA, S. YU. BAIDAK (DNURT)
Department of Engineering And Construction Of Roads, Dnipropetrovsk National University Of Railway Transport Named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel.: (056) 373-15-48, e-mail kunibor@mail.ru, ORCID: orcid.orq/0000-0002-8182-7709
RESEARCH EFFICIENCY ELECTRIFICATION SINGLE TRACK RAILWAY TO INCREASE CAPACITY
In this article, the example of the railway routes with diesel traction connecting Ukraine, Belarus and Poland, studied the effectiveness of their electrification. To achieve the objectives of the study analyzed a number of projects, which are planned for the electrification of the existing sinqle-track railways. It is shown that the performance indicators depend on the technical equipment of the railway. The study concluded that the effect of the contour of the longitudinal profile, slope, type and weight of trains affect the efficiency of a single-track railway electrification.
Keywords: electrification; energy consumption; modernization of the way; the speed limit; alternating current; effectiveness.
Internal reviewer Sichenko V. G. External reviewer Panasenko M. V.
© Курган М. Б. та ш., 2015
