CC BY
102
Научно-технический прогресс
УДК 629.463.125
т
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Матяш Ю. И., Родченко А. Д., Клюка В. П., Джусупов Н. Б.
Омский государственный университет путей сообщения
Алматинский филиал по ремонту пассажирских вагонов АО «Вагонсервис»
В статье описана унифицированная система электроснабжения рефрижераторных транспортных средств для работы в составах железнодорожного (электрифицированного и не электрифицированного участков), автомобильного и водного транспорта. Даны системы электроснабжения крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров, что отвечает задачам стандартизации, повышения надежности, и упрощения технического обслуживания систем электроснабжения рефрижераторных контейнеров.
Ключевые слова: рефрижераторный контейнер, фитинговая железнодорожная платформа, дизель-генератор, система электроснабжения рефрижераторных транспортных средств
В соответствии с указаниями МПС РФ от 16 июня 1997 года [1] перевозку скоропортящихся грузов (СПГ) на Российских железных дорогах было поручено проводить государственному унитарному предприятию «Рефсервис МПС» (ГУП «Рефсервис МПС»). Этому предприятию был передан весь рефрижераторный подвижной состав, числящийся на балансе железных дорог, в том числе и в холодном отстое. В последнее время в связи с реорганизацией АО «Рефсервис» и тенденцией развития рынка для перевозки скоропортящихся грузов (СПГ) применительно к российским железным дорогам нашли применение следующие виды железнодорожных транспортных средств:
- рефрижераторные секции типа ZВ-5;
- автономные рефрижераторные вагоны (АРВ);
- автономные изотермические вагоны;
- рефрижераторные сцепы.
Однако под влиянием внутрироссийских и мировых макроэкономических факторов в сентябре -ноябре 2008 г. на рынке перевозок СПГ сложилось, так, что перевозки скоропортящихся грузов в России осуществляются, главным образом, двумя видами транспорта: автомобильным и железнодорожным. Вследствие этого рынок перевозок скоропортящихся грузов представлен двумя сегментами:
- сегмент, занимаемый автомобильными перевозчиками;
- сегмент, обслуживаемый железнодорожным транспортом, (изотермический подвижной состав ОАО «Рефсервис»; компании-операторы, имеющие изотермический подвижной состав, в том числе и рефрижераторные контейнеры в собственности или арендующие его в странах СНГ; универсальный под-
вижной состав, включающий крытые вагоны и контейнеры).
При этом доля автомобильного транспорта на рынке перевозок СПГ оценивается примерно в 85 %, а остальная часть рынка приходится на железнодорожный транспорт.
Однаизнаиболееострыхпроблемвсехперевозчи-ков железнодорожного сегмента - это изношенность существующего рефрижераторного контейнерного парка, а также слабая динамика его обновления. К настоящему времени средний возраст вагонов более 20 лет при нормативном сроке службы 25 лет, и в ближайшем будущем предстоит их списание, а новые рефрижераторные вагоны в России не производятся [2].
В зарубежной практике для перевозок СПГ интенсивное развитие получили технологии так называемых интермодальных перевозок «от двери до двери», при которой погрузка осуществляется на складе отправителя, а выгрузка - на складе получателя, что практически исключает дефростацию груза.
Выгодное географическое положение России позволяет ей получать значительные доходы от экспорта транспортных услуг, в том числе и от осуществления транзитных перевозок зарубежных стран по своим транспортным коридорам [3]. В настоящее время по территории России проходят три общеевропейских транспортных коридора. Международный транспортный коридор №2 2 (Берлин - Варшава -Минск - Красное - Москва - Нижний Новгород) создан в целях согласованного развития транспортной инфраструктуры в Европе. Продление МТК № 2 до Екатеринбурга с последующим выходом коридора на Транссибирскую магистраль создаст сухопутный
маршрут обеспечения связей между Европой и странами Азиатско-Тихоокеанского региона и серьезную конкуренцию морскому транспортному коридору.
Транссибирская магистраль, минуя с востока на запад три широтных хода: Екатеринбург - Пермь -Нижний Новгород - Москва, Екатеринбург - Казань - Москва, Челябинск - Уфа - Сызрань - Москва, выходит на развитую сеть железных и автомобильных дорог, речных портов и аэропортов европейской части России.
Согласно транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года [2], предусматривается развитие транзитных перевозок СПГ между Атлантическим транспортным регионом (АТР) и Западной Европой, а для увеличения объемов перевозимых СПГ с помощью Российских железных дорог предполагается обеспечить переключение скоропортящихся грузов из крытых вагонов в рефрижераторные контейнеры.
Другим источником привлечения дополнительных объемов контейнерных перевозок на железную дорогу является привлечение рефрижераторных контейнеров с автомобильного транспорта. В условиях острой конкуренции автомобильных перевозчиков и железных дорог на рынке контейнерных перевозок большое значение приобретает формирование конкурентоспособной по сравнению с автомобильными перевозчиками сквозной тарифной ставки и сокращение сроков доставки грузов в контейнерах «до двери получателя». Это позволяет сократить затраты на перевалку грузов в портах и железнодорожных станциях, исключить порчу груза и одновременно уменьшить сроки их доставки. Такая технология базируется на известном факте, что рефрижераторный контейнер при помощи различных перегрузочных средств можно переставить с одного вида транс-
Национальные приоритеты России. 2013. № 3 (10)
порта на другой (например, с автомобиля в вагон, из вагона на палубу морского или речного судна), что делает рефрижераторный контейнер вездеходным средством доставки ценных товаров в различные на-
Это в свою очередь требует создания унифицированной системы электроснабжения рефрижераторных контейнеров, пригодной для ее использования на железной дороге, в автомобильном и водном транспорте. В зарубежной практике, ввиду малой протяженности между поставщиком и потребителем (не более 400-600 км), перевозку 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 360/460 В и частоте 50 Гц. Современные дизель-генераторы имеют расход топлива при 75 % нагрузки всего 2,7 л/ч.
В отечественной практике автором работ [1] была предложена технология перевозки КРК на специально оборудованных сцепах. В этом случае железнодорожный состав состоит из нескольких фитинговых платформ (от 6 до 12), который дополняется одним вагоном с дизель-генератором от рефрижераторной секции типа 2В-5 для обеспечения электроэнергией перевозимых рефрижераторных контейнеров.
селенные пункты (рис. 1).
Рис. 1. Схема транспортировки рефрижераторных контейнеров
Рис. 2. Сцеп для перевозки крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров: ДЭ+ОБ - служебный вагон с дизель-электростанцией от рефрижераторной секции типа ZB-5 и помещением для обслуживающей бригады; КРК - крупнотоннажный рефрижераторный контейнер
Следует отметить, что такое техническое решение является малоэффективным, поскольку используемый дизель-генератор рефрижераторной секции типа 2В-5 к настоящему времени находится за пределами физического и морального износа, а его ремонт фактически производится путем использования уже изношенных деталей, заимствованных из списанного парка. В связи с этим надежность работы предлагаемого дизель-генератора крайне низкая, а стоимость их ремонта и технического обслуживания - высокая.
Другим методом для решения поставленной задачи, а именно обеспечение электроэнергией КРК, является система автономного электроснабжения грузовых фитинговых платформ от подвагонного генератора [3]. Предлагаемая система автономного электроснабжения железнодорожных грузовых платформ включает подвагонный генератор, связанный ременным приводом с осью колесной пары (рис. 3). Система автономного электроснабжения состоит из генератора электрической энергии 1, расположенного в подвагонном пространстве на дополнительной
Научно-технический прогресс
площадке 2, которая через тягу 3, имеющую на концах сферические шарниры 4, соединена с хребтовой балкой 5 платформы.
Такую систему электроснабжения железнодорожных грузовых фитинговых платформ следует считать, как промежуточное техническое решение, поскольку ей присущ 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 надежность работы такой системы перевозки КРК и одновременно увеличивает стоимость ремонтно-восстановительных работ большого количества подвагонных генераторов.
С учетом большой протяженности Российских железных дорог (более 85 тыс. км), из которых электрифицированы не более 80 %, унифицированная технология электроснабжения должна быть применима для перевозки КРК как по железной дороге (с электрической и тепловозной тягой поездов), так и с помощью автомобильного и водного транспорта. В основу разрабатываемой технологии электроснабжения КРК положен зарубежный опыт перевозки рефрижераторных контейнеров с помощью автомобильного транспорта, который на сегодняшний день является наиболее отработанной технологией.
Рис. 3. Общая схема автономного электроснабжения железнодорожных грузовых платформ
Известно, что в настоящее время мировыми поставщиками КРК являются:
- Carrier Transicold Ltd - контейнеры марки CARRIER;
- ThermoKing Corporation - контейнеры марки THERMOKING;
- Sea Containers Ltd - контейнеры марки SEACOLD и др.
Следует отметить, что работа КРК всех представленных фирм осуществляется от дизель-генераторов, мощностью от 6 до 16,8 кВт (для двадцати- и сорокафутовых контейнеров соответственно), которые вырабатывают трехфазное 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 «Алтайвагон», которые дооборудованы розетками для подачи напряжения в низковольтную магистраль, а также для подключения рефрижераторного контейнера и подачи напряжения к соседним платформам (рис. 4).
Рис. 4. Порядок размещения КРК и общий вид дооборудованных платформ: 1 - розетка для подключения рефрижераторного контейнера;
2 - розетка для подачи напряжения в низковольтную магистраль; 3 - низковольтная магистраль для передачи электрической энергии
Использование вагона-электростанции от скоростного поезда «Аврора» рассматривается как промежуточный вариант, поскольку он не в состоянии обеспечивать электроснабжение рефрижераторных контейнеров при следовании рефрижераторного состава по не электрифицированным участкам железной дороги.
Рис. 5. Схема электроснабжения рефрижераторных контейнеров от электростанции «Аврора: 1 - электровоз; 2 - разрядник; 3 - высоковольтный выключатель; 4 - контактный провод; 5 - токоприемник; 6 - высоко-вольтная магистраль электровоза; 7 - высоковольтная розетка электровоза; 8 - межвагонный высоковольтный соединитель; 9 - высоковольтная розетка вагона-электростанции; 10 - высоковольтная магистраль; 11 - тиристорный
преобразователь; 12 - синхронный электродвигатель; 13 - синхронный генератор; 14 - Низковольтный кабель; 15 - низковольтная розетка; 16 - Низковольтный соединитель для подачи напряжения в рефрижераторный контейнер; 17, 24, 25 - розетка; 18 - низковольтная магистраль фитинговой платформы; 19 - распределительная коробка; 20 - вагон-электростанция; 21 - контакторный ящик; 22 - пульт управления; 23 - - низковольтный соединитель для подачи напряжения в фитинговую платформу; 26 - низковольтный кабель; 27 - рефрижераторный контейнер
Национальные приоритеты России. 2013. № 3 (10)
Поэтому авторы настоящей работы предлагают контейнер-электростанцию, которая позволяет обеспечивать электроснабжение рефрижераторных контейнеров как при следовании рефрижераторного состава по электрифицированным участкам (постоянного и переменного электрического тока), так и по неэлектрифицированным участкам железной дороги. Блок-схема разработанного контейнера-электростанции приведена на рис. 6.
Напряжение с высоковольтной магистрали электровоза - 3 кВ постоянного или переменного тока. Блок-схема разработанного контейнера-электростанции приведена на рис. 7.
6. Блок-схема контейнер-электростанции: 1 - гидравлический разъем; 2 - топливопровод; 3 - топливный бак; 4 - контейнер-электростанция; 5 - дизель-генераторная установка; 6 - низковольтный кабель; 7 - высоковольтная розетка; 8 - ящик высоковольтный; 9 - полупроводниковый преобразователь; 10 - синхронный электродвигатель; 11 - генератор синхронный; 12 - ящик низковольтный; 13 - пульт управления; 14 - низковольтная розетка
Рис. 7. Схема электроснабжения КРК от контейнера-электростанции: 1- тепловоз; 2 - дизель-генераторная установка тепловоза; 3 - низковольтная магистраль тепловоза; 4 - топливный бак тепловоза; 5 - топливопровод тепловоза; 6, 8 - гидравлический разъем; 7 - низковольтная розетка; 9 - топливопровод контейнер-электростанции; 10 - топливный бак; 11 - распределительная коробка; 12 - дизель-генераторная установка контейнер-электростанции; 13 - низковольтная магистраль фитинговой платформы; 14 - низковольтный провод; 15 - низковольтная розетка контейнер-электростанции; 16 - низковольтный соединитель; 17 - розетка для подачи напряжения в низ-ковольтную магистраль фитинговой платформы; 18 - топливопроводный соединитель; 19 - высоковольтная розетка; 20 - ящик высоковольтный; 21 - полупроводниковый преобразователь; 22 - синхронный электродвигатель; 23 - генератор синхронный; 24 - ящик низковольтный; 25 - пульт управления; 26 - контейнер-электростанция; 27 - низковольтный соединитель; 28,29 - низковольтная розетка для подключения рефрижераторного контейнера;
30 - рефрижераторный контейнер
При движении рефрижераторного подвижного состава по неэлектрифицированным участкам железных дорог формируется «сцеп» (см. рис. 7), включающий тепловоз 2, контейнер-электростанцию 5 и ряд фитинговых платформ 21 (от 6 до 12 штук) на которых размещаются перевозимые КРК.
При движении рефрижераторного состава по неэлектрифицированным участкам железных дорог порядок использования разработанной системы электроснабжения КРК следующий.
Электрическая энергия, выработанная дизель-генератором 13 и 15, (Д и ГС), через низковольтный контактор 17 и кабель 19 подается в розетку 20, куда и подключаются рефрижераторные контейнеры 21. Для обеспечении длительной и непрерывной работы контейнер-электростанции, дизельное топливо из бака тепловоза 4 через гидравлический разъем 8 и топливный трубопровод 9 поступает в топливный бак контейнер-электростанции.
При движении рефрижераторного подвижного состава по электрифицированным участкам железных дорог формируется «сцеп» (рис. 8), включающий электровоз 1, контейнер-электростанцию 5 и ряд фитинговых платформ 21 (от 6 до 12 штук) на которых размещаются перевозимые КРК. В этом случае электроснабжение КРК осуществляется так.
Напряжение из контактной сети 4 через токоприемник 5, высоковольтный выключатель 3, высоковольтную магистраль электровоза 6, розетку 7, высоковольтный межвагонный соединитель 8 подается на высоковольтный контактор 9. Полупроводниковым преобразователем 10 высоковольтное напряжение преобразуется в трехфазное переменное напряжение 380 В, частотой 50 Гц, которое затем используется для питания синхронных электродвигателей (11).
Рис. 8. Схема электроснабжения рефрижераторных контейнеров с электрической тягой поездов, питающегося
от контактной сети напряжением 3 кВ постоянного тока: 1 - электровоз; 2 - разрядник; 3 - высоковольтный выключатель; 4 - контактный провод; 5 - токоприемник; 6 - высоковольтная магистраль электровоза; 7 - высоковольтная розетка электровоза; 8 - гидравлический разъем; 9 - топливопровод контейнер-электростанции; 10 - топливный бак; 11 - распределительная коробка; 12 - дизель-генераторная установка контейнер-электростанции; 13 - низковольтная магистраль фитинговой платформы; 14 - низковольтный провод; 15 - низковольтная розетка контейнер-электростанции; 16 - низковольтный соединитель; 17 - розетка для подачи напряжения в низ-ковольтную магистраль фитинговой платформы; 18 - топливопроводный соединитель; 19 - высоковольтная розетка; 20 - ящик высоковольтный; 21 - полупроводниковый преобразователь; 22 - синхронный электродвигатель; 23 - генератор синхронный; 24 - ящик низковольтный; 25 - пульт управления; 26 - контейнер-электростанция; 27 - низковольтный соединитель; 28, 29 - низковольтная розетка для подключения рефрижераторного контейнера;
30 - рефрижераторный контейнер
Напряжение, выработанное генератором 12, через контактор 13, кабель 15, розетку 16 и межвагонный соединитель 17 подается в низковольтную магистраль фитинговой платформы 22 и далее в розетку 20, куда и подключаются рефрижераторные контейнеры 21.
Таким образом, предлагаемая унифицированная система электроснабжения рефрижераторных транспортных средств является пригодной для работы в составах железнодорожного (электрифицированного и не электрифицированного участков), автомобильного и водного транспорта. Одновременно характеризуется высокой энергетической эффективностью вследствие отсутствия промежуточных
звеньев при получении и передаче электрической энергии потребителям.
Кроме этого, системы электроснабжения КРК, представленные на рис. 7 и 8, имеют модульный принцип, по аналогии с современными отечественными пассажирскими вагонами конструирования, позволяют создавать такое вагонное электрооборудование, которое можно размещать в шкафах, а также в контейнерах для установки под кузовом или на крыше вагона. Компоновка силовой части на базе ЮВТ транзисторов позволяет обеспечивать существенный прогресс в области стандартизации, повышения надежности, и упрощения технического обслуживания систем электроснабжения рефрижераторных контейнеров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Науменко С. Н., Теймуразов Н. С. Актуальные проблемы развития хладотранспорта // Железнодорожный транспорт. - 2008. - № 4. - С. 88-91.
2. Ткаченко В. Я, Ольховиков С. Э. «Стратегия - 2030» и проблемы транспортного освоения азиатской Сибири // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2008. - № 2. - С. 7-9.
3. Науменко С. Н., Теймуразов Н. С., Просеков А. В. Система автономного электроснабжения железнодорожных грузовых фитинговых платформ от оси колесной пары // Вестник ВНИИЖТ. - 2012. - № 3. -С. 17-19.
Матяш Юрий Иванович - доктор технических наук, профессор; Родченко Александр Дмитри- Статья поступила в редакцию евич - кандидат технических наук, доцент; Клюка Владислав Петрович - кандидат технических 19 ноября 2013 г. наук, доцент, заведующий кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Омского государственного университета путей сообщения.
Джусупов Нуртуган Байжугитлович - директор Алматинского филиала по ремонту пассажирских вагонов АО «Вагонсервис».
© Ю.И. Матяш, А.Д. Родченко, В.П. Клюка, Н.Б. Джусупов, 2013
