| Mon, 27 Mar 2000 16:20:05 -0500
From: "Yahoo" <tumerov@yahoo.com> To: "Charlie Bartholomew" 
Уважаемый Mr Bartholomew!
MK1200G LNG
Модернизация локомотива Маневровый локомотив МК1200G, работающий на сжиженном газе (LNG). В начале 1992 г BLC (бывшая Morrison Knudsen Rail Corporation) почувствовала потребность в развитии новых, высокоэффективных маневровых локомотивов для замены стареющего парка Северной Америки. Приоритетным при решении изготовления новых маневровых тепловозов стало применение новейшей системы контроля и управления для улучшения силы тяги, экономичности и превосходных экологических характеристик. Для этого BLC объединилась в союз Caterpillar, Inc., чтобы спроектировать и построить тепловоз МК1200G мощностью 1200 л.с. работающем полностью на сжиженном газе (LNG) и управляемом микропроцессором, первом в Северной Америке. В 1993 г BLC предложила для железных дорог Union Pacific Railroad(UP) и Atchison, Topeka and Santa Fe Railway(сейчас часть дороги Burlington Northern Santa Fe, BNSF) изготовить по два локомотива МК 1200G для каждой железной дороги, как демонстрационный проект с LNG для работы в районе бассейна Лос Анджелеса. В результате соглашения были поставлены локомотивы - для UP - №1298 и №1299 в августе 1994 , а для ATSF - №1200 и №1201 в декабре 1994.Эти тепловозы начали эксплуатацию на UP c 22 сентября 1994, а на ATSF с 5 декабря 1994 г. BLC в конструкции новых локомотивов МК1200 G включили несколько разработок улучшивших их эксплуатационные свойства и повысившие безопасную работу, так в дизеле Caterpillar G3516- применили искровое зажигание, турбонаддув с охлаждением(SITA),сжижженный газ (LNG) в качестве топлива, V -образный двигатель для понижения выброса нитратов-NO в окружающую среду от дизелей подобного класса. Современное электромашинное оборудование, включая электропривод для воздушного компрессора, поставлялось фирмой KATO Engineering отделения Reliance Electric/Rockwell. BLC- разработал современный микропроцессор для контроля и регулировки силы тяги тепловоза и мощности дизеля. Надежную систему подачи топлива LNG из криогенных баков, трубопроводы, испаритель и контролирующую аппаратуру за работой этого узла спроектировала и поставила фирма Minnesota Valley Engineering (MVE). Из кабины машиниста хороший обзор, а внутреннее ее оборудование отвечает современным требованиям эргономики. Превосходно защищена короткая носовая часть локомотива. Шесть рядов механически закрепленных радиаторов отбирают тепло от воды, перемещаемой по контурам охлаждения, радиаторы охлаждаются двумя 48- дюймовыми вентиляторами на электроприводе. Двухосные тележки типа Blomberg с колесами диаметром 40 - дюймов, с буксами типа G-G на подшипниках качения, соотношение шестерен колеса и редуктора 65: 15, тормоза с композиционными колодками обеспечивают надежную езду, контроль и торможение. ОБЩАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Система дизеля
Основные особенности дизеля
Электронная система воспламенения (EIS)
Дизель G3516 SITA уникален, в сравнении с другими из-за работы на низком давлении в системе подачи жидкого газа LNG и искровой системы зажигания. К дизелю G3516 топливо, поступает через предельный газовый редуктор при низком давлении( 40 пси). Затем газ течет к регулятору форсун ки, откуда он поступает под давлением 6 -8 дюймов водяного столба (увеличивается в зависимости от оборотов дизеля) в дизель через карбюратор. Вспыхивает искра свечи зажигания внутри
цилиндра и начинается
рабочий цикл.
Данные по выбросам в атмосферу
Окись азота
(NO)
2,0 grams/bbphr
ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА
/Слайды Топливного бака /
Внутренние стенки резервуаров изготовлены из нержавеющей стали ASTM 304 толщиной 1 /4 дюйма, чтобы сохранить температуру LNG, которая содержит около минус 260 градусов по Фаренгейту. Внутренняя поверхность покрыта изоляционным материалом толщиной 1/2 дюйма, применяемого в космонавтике , а затем устанавливается внешний кожух, изготовленный из высокопрочной углеродистой стали (ASTM A572), который обеспечивает прочность резервуара. После того, как обеспечена герметичность между резервуарами, из изолированного пространства откачивается воздух и создается вакуум для лучшей термоизоляции топливного бака. Все три резервуара лежат в лотке, который крепится к раме тепловоза. Динамическая прочность системы топливных баков -10G во всех направлениях. Кроме того, на случай крушения, основание лотка резервуаров защищено стальной защитной пластиной от пробоя снизу. Контроль уровня топлива в резервуарах выполнен в трубах (зондами) в каждом отдельно. Процесс поступления топлива упрощен тем, что дизель G5316 работает под низким давлением. Когда топливные баки заполнены, давление насыщенности составляет от 70 до 100 пси. Это значит, что этого давления испаряющегося газа вполне достаточно для того, чтобы топливо поступало в двигатель без насосов. Все трубопроводы и крепежные детали изготовлены из нержавеющей стали , а все клапаны из бронзы из - за криогенного состава топлива. На этом тепловозе располагается три раздельных системы трубопроводов и их клапанов: трубопровод для заправки сжиженного газа LNG в топливные баки и их очистки ; трубопровод подачи топлива LNG от баков до дизеля ; и линия газообразного топлива с разгрузочным клапаном ( будет рассмотрен позже в разделе Безопасность) .Все трубопроводы и стыки в конце топливного бака защищены стальной пластиной от столкновения. Важной частью топливной системы является испаритель, нагреваемый жидкостью. Цель испарителя состоит в том, чтобы помочь, поступающему из топливных баков, жидкому топливу LNG превратиться в газообразное состояние, которое уже используется в рабочем цикле. Испаритель-это цилиндрический теплообменник, в котором для нагрева LNG используется вода из системы охлаждения дизеля. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Синхронный и вспомогательный генераторы соединены в один корпус и получают вращение от коленчатого вала дизеля в соотношении 1:1,33. Синхронный генератор типа КАТО серии 6Р2-1450, машина с вращающимся полем и кольцами на генераторе и щетками. Синхронный генератор вырабатывает 3- фазный ток, номинальное напряжение 183 вольта, 100 Герц при 2000 об \ мин. Возбуждение для главного поля вырабатывает
вспомогательный
генератор.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Система управления возбуждением регулирует мощность Главного генератора тяги. Это, также , связано с системой контроля сцепления колес, которая оптимизирует ее. Регулируя возбуждение , система поддерживает мощность дизеля в соответствии с потребностями силы тяги. Система управления сцеплением колеса, обеспечивает спокойное равномерное движение колеса, чтобы максимизировать сцепление в зависимости от условий пути. Сигналы скорости получают от датчика , расположенного в центре оси. Система управления дизелем поддерживает необходимую частоту вращения дизеля с точностью плюс-минус 1 процент. Частота вращения дизеля подбирается таким образом, чтобы добиться максимальной экономии топлива и избежать резонансных колебаний для каждой рабочей позиции. Контроль системы двигателя обеспечивает низкие обороты работы на холостом ходу, защиту дизеля от перегрева и обеспечивает включение при необходимости вентилятора. Система диагностики контролирует техническое обслуживание локомотива, хранит всю информацию о повреждениях и обеспечивает быстрый поиск неисправностей обслуживающему персоналу для устранение повреждений при выполнении плановых ремонтных работ. Система реагирует на поиск неисправности и подает сигналы, которые требуют вмешательства оператора. Процедуры команд микропроцессору и сведения бортового журнала о повреждениях хранятся в программном обеспечении, аппаратных средствах ЭВМ и независимой памяти. Если потребуется информация, она может быть показана на бортовом экране компьютера, на портативном интерфейсе или сгружена на отдаленный терминал. Тепловоз имеет также постоянно включенные датчики метана, цепи которых включены в систему управления микропроцессора, которая включает -выключает дизель и аварийную систему сигнализации. ПРОТИВОУДАРНЫЕ УСТРОЙСТВА
На тепловозе имеется защита от возгорания топлива, включенная в систему подачи топлива несмотря на то, что LNG трудновозгораемо, потому что на практике возгорание возможно только при очень узком диапазоне соотношения воздух- топливо. Избыточная температура и давление топлива (более 80 пси) сбрасывается регулятором в обычном режиме работы. Имеется пять клапанов на 220 пси - три на коллекторе вентилей и два на системе топливного бака. Коллектор имеет две разрывные мембраны на 270 пси. На испарителе имеется разрывная мембрана на 18 пси с водяной стороны системы охлаждения, если утечка будет развиваться в пределах испарителя. Локомотив оборудован шестью датчиками на метан, которые работают через микропроцессор. Датчики обеспечивают световое и звуковое оповещение в случае опасности. ЗАПРАВКА ТОПЛИВОМ
Топливо готовилось раз в неделю.Заправка производилась через специальные наконечники.Время заправки топливом - 40 минут на первый локомотив и 20 на второй. Ёмкости оборудованы системой гарантирующей безопасность при заправке тепловозов.Всего топлива было приготовлено за период эксплоатации: от запуска в декабре 1994 года и до 30 сентября 1996 года (времени последней поставки на дорогу топлива)- 291783 галлона,среднее число - 217,75 галлонов в сутки. ЗАПРАВКА ТОПЛИВОМ
Всего топлива использовано для снабжения локомотивов на UP за период эксплоатации с22 сентября 1994 года до 30 сентября 1996 года ( времени последней поставки топлива на дорогу)- 239383 галлонов.Это по 161,96 галлонов в сутки. ИТОГИ
На контрольный период на 31 декабря 1996г
тепловозы отработали
На 31 января 1997 года, на последний день
эксплоатации,
за весь период работы на всех тепловозах было 114 отказов.
Неисправность, сообщена, но не найдена и не
повторялась17
14,9
Неисправности вентилятора
охлаждения
2 1,8
Общее количество 114 100 Самое большое количество дефектов -14,9 процента, это те дефекты , которые были сообщены , но в последствии не были найдены ,но они и не повторялись. Традиционно, такие проявления дефектов существуют. Компания BOISE LOCOMOTIVE предполагает, что дефекты этого типа связаны с характерными особенностями работы на новом типе локомотива. Поскольку тепловоз 1200G имеет новый дизель, топливную систему и систему управления полностью отличающуюся от тех, которые производились ранее, машинисты и ремонтники допускали некоторые просчеты, могли иметься недостатки и в диагностировании. Например, называлась неисправность - обратная вспышка, но она так и не проявлялась впоследствии. Аналогично, по неисправностям вспомогательного генератора -13,2 процента. Они назывались в течении нескольких месяцев, а оказалось, что причина связана с попаданием грязного воздуха из соседнего вагона на коллектор и повреждением щеточного аппарата и нарушением коммутации .Чтобы устранить этот недостаток компания поставила дополнительные воздушные фильтры на кожух вспомогательного генератора. С установкой фильтров неисправности прекратились. Потеря давления в топливной системе LNG и потери нагрузки, были вызваны в основном из-за проблем с регулятором LNG (застревание плунжера). Две из наиболее серьезных проблем LNG произошли, когда плунжер не сумел перекрыть отверстие , происходила утечка газа и дизель не запускался. Газ перепускался на систему впуска. Для устранения этой неисправности БЛС пересмотрела кодирование на микропроцессоре, чтобы отключать газовый клапан, когда дизель не запускается. Кроме того, БЛС рекомендовала производить ревизию регулятора на каждом ежегодном осмотре, чтобы предотвратить заедание плунжера при запуске. После выполнения этих процедур проблемы с топливной системой больше не повторялись. Большая часть неисправностей микропроцессора и отсутствия нагрузки относились к цифровой плате №2.В плате был найден внутренний дефект, который был исправлен. После этого проблем по этим вопросам больше не было. Дефекты , связанные с датчиками и другими контрольными приборами были найдены, что было связано с влажностью в соединениях. Улучшенный метод уплотнений в датчике и соединениях устранил эту проблему. Неисправности, связанные с дизелем на LNG, как считают, являются разнообразными ,как детские болезни, кроме тех ,что имели неприятные последствия, такие как обратное воспламенение и отсутствие нагрузки. БЛС полагает, что последние три дефекта связаны с дизельным проектом. Дизель 3516 SITA LNG первоначально разработан как двигатель для выработки электроэнергии, а для них типично работа на номинальных постоянных нагрузках. Из анализа рабочего времени тепловоза 1200 G видно, что на высоких позициях дизель работает мало, a преобладающая работа на холостом ходу. БЛС вместе с фирмой Катерпиллер определили, что работая на холостом ходу и на низких позициях дизеля, турбонагнетатель создает низкое давление, которое не препятствует созданию вакуума при опускании поршня вниз. Этот вакуум затягивает смазывающее дизель масло через клапана и направляющих втулок клапана в цилиндровые гильзы на головки поршней. Когда двигатель начинает работать на высоких позициях, создаются условия вспышки масла - детонации газов и его остановке. Это приводило к проблемам при запусках в холодное время года. Катерпиллер немедленно принял меры по изменению конструкции клапана и уменьшению зазоров между втулкой клапана и клапаном. Изменения были внесены в январе 1997 г. В результате на тепловозе №1200 за все время эксплоатации сгорел всего один клапан. Кроме того, были даны рекомендации сократить время простоя локомотивов. Для того, чтобы ясно представить, как же
работали тепловозы
в течении всего времени эксплоатации, рассмотрим следующие данные:
В 1996 году было 1464 рабочих дня.За это время допущено 30 дефектов,включая и не определенные.Среднее количество дней между дефектами - 48,83 дня. Однако из 30 дефектов в этом году - 27 произошло в первые шесть месяцев, а за последние шесть месяцев- с июля 1996 г до 1 января 1997 года допущено всего - 3 дефекта.За этот период тепловозы практически работали без сообщений о неисправностях - среднее число дней между неисправностями составило 286,67 дней. В соответствии с контрактом между БЛС и железными дорогами - Юнион Пасифик, Бурлингтон Северный и Санта Фе,с одной стороны и BOISE LOCOMOTIVE,с другой стороны,чтобы не платить штрафы БЛС могла производить устранение дефектов в любое время..В большинстве случаев они сделаны в период заправки топливом или в период технического обслуживания. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тепловоз МК1200G работой доказал, что
маневровый
тепловоз на сжижженом газе- LNG -может успешно работать.
|