Тепловое аккумулиров ание энергии

Локомотив с аккумулированием пара

Локомотив с аккумулированием пара снабжен сосудом - аккумулятором со скользящим давлением вместо котла и

топки, в которой сжигается уголь или нефтепродукты. При его эксплуатации не образуется ни дыма, ни искр. Поэтому локо­мотив с аккумулированием пара может использоваться на предприятиях, где существует опасность возгорания. Он также удобен для маневровой работы, где требуется высокая пико­вая, но низкая средняя мощность (только 7,5—10% от пико­вой). Зарядка такого локомотива занимает от 10 до 30 мин; зарядные станции снабжаются непосредственно от парового котла, от сети паропроводов или от зарядного аккумулятора, который в свою очередь может быть заряжен непосредственно или через теплообменник [8.8—8.14].

Давление в аккумуляторе такого «бестолочного» локомо­тива изменяется от максимального рабочего давления, состав­ляющего примерно 1,3 МПа, до менее чем 0,3 МПа. Эффек­тивная эксергетическая емкость аккумулятора невелика (со­ставляет только ~3—2,2 кВт-ч/м3); довольно низок и КПД разрядки (эксергетический от 11 до 15%, энергетический от 3,5 до 4,8%). Также невелика и дальность пробега, состав­ляющая 10—20 км (в зависимости от нагрузки).

Бестолочный локомобиль, изобретенный д-ром Ламмом, был впервые пущен в эксплуатацию в качестве транспортного средства в Новом Орлеане в 1873 г. Уже в 1875—1876 гг. маршрутные локомобили такого типа, сконструированные Л. Франком, в которых были использованы дросселирование и перегрев рабочего пара, курсировали между Сент-Огюсте­ном и Нейи (Франция) и несколько позднее в Батавии (Индо­незия) [8.10]. Перегрев не применялся во многих бестолоч­ных локомотивах, построенных в последующие десятилетия в Германии и других странах. Такие локомотивы имели рабочее давление около 3 МПа, объем аккумуляторов до 23 м3 и мас­су до 70 т [8.10].

В 1930-х годах локомотивный завод во Флоридсдорфе (Вена) изготовил локомотив с аккумулированием пара высо­кого давления, разработанный Гилли [8.8—8.14]. На рис. 8.5 показана принципиальная схема такого локомотива [8.10, 8.12]. Пар, поступающий из сосуда-аккумулятора высокого давления (обычно от 6 до 10 МПа), дросселируется в редук­торе до рабочего давления (1,4—1,7 МПа). Затем он снова возвращается в барабан аккумулятора, подогревается остав­шимся в сосуде паром за счет конденсации пара высокого давления и, наконец, через золотниковый клапан направ­ляется к двигателю. Между пароперегревателем и регулято­ром расположен небольшой буферный аккумулятор для смяг-

Зис. 8.7. Локомотив с аккумулированием пара высокого давления (54 т, 1,6 МПа, 100 л. с.).

чения колебаний давления рабочего пара, особенно в период пуска и движения с малой скоростью. Рис. 8.6 иллюстрирует процесс для полностью и наполовину заряженного аккумуля­тора в координатах энтальпия — энтропия. По сравнению с

типично бестопочным локомотивом плотность аккумулируемой энергии в данном случае выше. КПД паровой машины при­мерно в 2 раза выше, чем у бестопочного локомотива, благо­даря постоянству рабочего давления и перегреву пара. Длина пробега такого локомотива примерно в 3 раза больше, чем у бестопочного.

Первый локомотив описанного типа был построен в 1934 г. для работы в системе теплоснабжения венского му­ниципалитета. Он был использован в качестве тягового локо­мотива для перевозки угольных составов (1500 т) от желез­нодорожной станции на расстояние ~1,5 км с уклоном до 17%, на преодоление которого требовалась тяга до 200 МН. Локомотив имел 10 колес и весил 82 т; давление в аккуму­ляторе составляло 11,8 МПа [8.9]. В период между 1934 и 1963 гг. Венским тепловозостроительным заводом во Фло - ридсдорфе было построено около 40 таких локомотивов. Эти локомотивы в своем большинстве были шестиколесными; их сосуды-аккумуляторы (с давлением 4,0—10,0 МПа) были в значительной части сварными. На рис. 8.7 показан один из этих локомотивов [8.14].

После 1953 г. на заводе фирмы «Хеншель и сын» в Кас­селе была построена новая серия локомотивов; кроме того, четыре шестиколесных локомотива с давлением в аккумуля­торе 8,5 МПа (рис. 8.8) были выпущены между 1961 и 1973 гг. фирмой SGP для австрийской нефтеперерабатываю­щей фирмы OMV в Швехате, близ Вены.

Вследствие высокой стоимости топлива и обслуживания дизельных двигателей [8.10] в настоящее время локомотивы с аккумулированием пара высокого давления должны быть выгоднее дизельных тепловозов для маневровой работы на больших заводах и железнодорожных станциях, не имеющих электрической тяги. Более того, в Соединенных Штатах было предложено такие локомотивы с аккумулированием пара вы­сокого давления заряжать солнечной энергией [8.15].