Proč dieselové elektrické vlaky vyžadují motor i elektromotory? A kam do rovnice zapadají turbodmychadla? Odpovědi mohou být překvapivé.
Publikováno 14. února 2023, za poplatek! redakční tým
V průběhu minulého století a více výrobci vozidel experimentovali a usadili se na široké škále různých pohybů a pohybů zdroje paliva, od síla páry, na spalovací motor, k elektromotorům. Někdy, jako s dieselové elektrické vlaky, vozidla disponují více než jednou technologií pro poskytování nejúčinnějšího hnacího ústrojí.
V případě dieselových elektrických vlaků se dieselový motor používá k výrobě elektřiny, která pohání elektromotory, které zase pohánějí lokomotivu. To vyvolává spoustu otázek: Proč nepohánět vlak jednoduše pomocí motoru? Nebo proč nenapájet motory pomocí baterií nebo externího napájecího vedení? Jaké jsou výhody kombinace více než jedné technologie?
Použití dieselových motorů místo elektrického vedení nebo baterií
Elektromobily jsou stále rozšířenější, ale způsob jejich pohonu se mezi vozidly liší. Zatímco elektromobily nebo autobusy jsou obecně poháněny bateriemi, vlaky – které jezdí na delší vzdálenosti po dlouhou dobu – vyžadují zdroj energie, který lépe vyhovuje jejich specifickým požadavkům.
Mnoho elektrických lokomotiv získává energii potřebnou k napájení svých elektromotorů z elektrického vedení, které vede podél trati – buď přímo na zemi, nebo ve formě nadzemního elektrického vedení. To však není vždy možné nebo ekonomicky životaschopné, a proto existují také dieselové elektrické vlaky.
Tam, kde není možné elektrické vedení, je generování energie pro elektromotory pomocí dieselového motoru obzvláště efektivní a poskytuje řadu výhod, kterým se řešení, jako jsou baterie, nemohou rovnat.
Aby vlaky ujely stovky nebo tisíce mil na jeden průjezd, vyžadovaly by obrovské množství baterií, například by zvýšily hmotnost, snížily rychlost, kapacitu nákladu a zvýšily prostoje s nutností nabíjení mezi cestami nebo během nich.
Vznětový motor je relativně cenově dostupné a flexibilní řešení pro výrobu energie. Vyžaduje malý prostor ve vlaku, lze jej rychle natankovat téměř kdekoli na světě a snadno jej udržují zkušení technici. A na rozdíl od plně elektrických vlaků mohou dieselové elektrické vlaky jezdit tam, kde elektrické vedení není možné.
Proč tedy používat elektromotory?
Je snadné vidět výhody dieselových motorů jako prostředku k výrobě energie, ale proč vůbec představovat cenu a složitost elektromotorů a proč nepoužít k pohonu vlaku pouze dieselový motor? Vše se týká účinnosti; elektromotory jsou mnohem účinnější než spalovací motory, pokud jde o vytváření mechanické energie, a to je zvláště důležité u vlaků.
Povaha železnice stop-start a potřeba přesunout tisíce tun se ideálně hodí pro výkonné elektromotory s vysokým točivým momentem, které nevyžadují mechanickou převodovku, spojky nebo jiné díly, které mohou snadno selhat nebo se předčasně opotřebovat. testovacích podmínkách, zatímco dieselový motor může místo toho běžet při konstantní zátěži, kde je méně ovlivněn náročnějšími provozními podmínkami.
To znamená vyšší účinnost, nižší spotřebu paliva a nižší emise. A protože motor potřebuje pohánět pouze elektromotory, nikoli celý vlak, snižuje se riziko poruch.
Použití turbodmychadel pro ještě vyšší účinnost
Stejně jako u spalovacích motorů, které se používají tradičnějšími způsoby, jsou motory používané jako generátory energie v dieselových elektrických vlacích také výrazně účinnější díky použití turbodmychadel.
Přeplňování turbodmychadlem může poskytnout až o 400 % vyšší výkon než atmosférický motor podobné velikosti, což umožňuje výrobcům používat menší motory bez dopadu na výkon, ale tím výhody nekončí. Použití nucené indukce přináší potenciál ušetřit značné množství paliva a zároveň snížit emise.
Naši zákazníci také viděli výhody používání turbodmychadel v náročnějších podmínkách, jako je jízda na železnici Golmud-Lhasa, v srdci Tibetské náhorní plošiny, kde extrémní teploty a nadmořská výška podrobují stroje nejvyšší zkoušce.
V tomto případě jsme spolupracovali s CRRC Dalian na optimalizaci jeho lokomotiv pomocí turbodmychadla TPR61-F, čímž jsme výrazně zvýšili přívod vzduchu do naftového válce. V důsledku toho vznětový motor těžil ze zlepšené teploty výfukových plynů a spotřeby paliva na plošině, snížení emisí kouře a také zvýšení spolehlivosti a účinnosti motoru.
I když se tedy může zdát, že kombinace technologií, jako jsou elektromotory, spalovací motory a turbodmychadla, je složité řešení, v některých případech je také nejspolehlivější a nejefektivnější.
Bohatý seznam možností pro každý produkt na trhu svědčí o tom, že se výrobci snaží vyhovět požadavkům zákazníků. Způsob, jakým je zařízení poháněno, se nijak neliší, zákazníci požadují různé konfigurace napájecích zdrojů. Jaký zdroj energie byste si tedy měli vybrat?
Vznětové/hydraulické i elektrické konfigurace mají své klady a zápory. Největší výhodou naftového/hydraulického zdroje energie je, že je soběstačný a potřebuje pouze palivo. To umožňuje umístění jednotky ve vzdálených místech, kde není k dispozici zdroj elektrické energie. Další významnou výhodou je, že není třeba manipulovat s žádnými těžkopádnými elektrickými kabely.
Vybavení každého závodu dieselovými/hydraulickými pohonnými jednotkami poskytuje větší flexibilitu. Operátoři mohou svůj systém jednoduše a rychle rozdělit. Pokud konkrétní zařízení není vyžadováno, lze motory jednoduše vypnout. Příkladem toho může být, že pokud k výrobě produktu není vyžadováno další další drcení nebo prosévání, jednotky, které se v tomto procesu nepoužívají, mohou být odstaveny, což snižuje náklady operátora. To může pomoci kompenzovat náklady na palivo a údržbu provozu.
Samostatné pohonné jednotky jsou obecně tvořeny dieselovým motorem spojeným s hydraulickými čerpadly, regulačními ventily pro ovládání systému a hydraulickými motory. Tento jednoduchý obvod eliminuje potřebu drahých ovládacích panelů, startérů, kabelů a konektorů. Tento okruh umožňuje snadnější servis, protože mechanik na naftu, který obsluhuje váš nakladač na místě, může být schopen opravit váš pásový dopravník nebo bubnu. Elektrické systémy jsou obecně mnohem komplikovanější a mohou vyžadovat vyškoleného servisního technika.
Výhody zařízení s elektrickým pohonem oproti dieselovým modelům daleko přesahují zřejmou úsporu nafty. Elektricky poháněná zařízení mohou výrazně snížit náklady na provoz a údržbu a zároveň poskytují nepřekonatelnou spolehlivost a dobu provozuschopnosti. Elektrické systémy jsou mnohem účinnější než jejich hydraulické ekvivalenty a spolehlivější bez ohledu na klima, ve kterém pracují. Dieselové/hydraulické pohonné jednotky mají tendenci být temperamentnější v extrémních klimatických podmínkách, jako jsou vysoké nadmořské výšky. Společnost Edge Innovate nedávno uvedla do provozu dva 65ft pásové dopravníky vysoko v rakouských Alpách. Vzhledem k místu, kde měly být nasazeny, byly jednotky vybaveny elektromotory a diesel/hydraulickou pohonnou jednotkou. Dieselová pohonná jednotka byla využita pro přesun dopravníku do polohy a pro nastavení úhlu dopravníku. Jakmile byl operátor na svém místě, poháněl dopravní pás pomocí jeho elektromotorů.
Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, jsou emisní předpisy. Snažit se držet krok s novými předpisy o úrovni motorů může být obtížné, u elektrických pohonných jednotek takový problém neexistuje. V závodech, které vyžadují více pohonných jednotek, je pro elektrické systémy mnohem snazší získat povolení než pro jejich dieselové/hydraulické protějšky v mnoha částech světa. Vzhledem k jejich bezemisnímu provozu mohou být elektrické jednotky provozovány uvnitř nebo přesunuty mezi vnitřní a venkovní aplikace. Při neustálém kolísání cen nafty umožňují elektricky poháněné jednotky mnohem přesnější předpovědi a také eliminují potřebu skladovat nebo manipulovat s naftou na místě.
Kromě úspor na naftě eliminují elektrické zařízení náklady a prostoje spojené s údržbou naftového motoru a chladiče. Přestože elektrický systém může vyžadovat, aby prováděli údržbu vyškolení servisní technici, pravidelnost servisu je mnohem menší než u dieselového motoru a způsobí kratší prostoje kvůli ucpanému filtru, výměně oleje a chladicí kapaliny, výměně vzduchového filtru, prasklé hadici nebo prašné prostředí.
Nedávno však; více výrobců se vrací k elektrickým variantám, ale s pohodlím samostatné pohonné jednotky. Volba Edge Onboard Genset Option je příkladem tohoto myšlení. Diesel Genset přináší uživateli unikátní trojici vysoce efektivních řešení pro provoz. Diesel/elektrický generátor umožňuje, aby byl dopravní pás na stroji poháněn přímým elektrickým pohonem. Tato funkce může být až o 40 % účinnější než tradiční diesel/hydraulický systém nebo jiné typy systémů Dual Power sestávající z elektrické/hydraulické kombinace. Možnost Edge Genset také umožňuje připojení k elektrické síti. To umožňuje obsluze snadno vypnout generátor a přepnout na síťovou elektriku, pokud je k dispozici. To je maximální efektivita provozních nákladů. Tato možnost navíc umožňuje snadno nastavit jednotku Edge tak, aby byla poháněna jiným dieselovým/elektrickým strojem v blízkosti. To má zjevné výhody z hlediska nákladů na provoz a údržbu. Přestože u této možnosti existuje rozdíl v nákladech, poskytuje koncovým uživatelům všechny výhody samostatné dieselové/hydraulické pohonné jednotky a výhody elektrického systému.
Takže otázka, kterou je třeba ještě zodpovědět; která konfigurace zdroje napájení je nejlepší volbou? Jednoduchost dieselového/hydraulického systému nelze přehlédnout spolu s jeho vynikající flexibilitou pro práci na vzdálených místech. Existuje řada aplikací, u kterých by byla doporučena dieselová/hydraulická pohonná jednotka před elektrickým protějškem, jako je; jednotky k pronájmu z měsíce na měsíc, jednotky, které bylo třeba pravidelně stěhovat a které je nutné rozdělit na četné podsestavy, aby bylo možné přepravovat a pokud má být jednotka umístěna míle od nejbližšího zdroje elektrické energie. Naštěstí je EDGE Innovate jednou z takových společností, která dokáže uspokojit všechny aspekty tohoto odvětví. Možnosti napájecích zdrojů nabízené u produktové řady Edge Innovate zahrnují; Diesel/hydraulický, elektrický, duální výkon a elektrický generátor. Přestože jsou k dispozici různé možnosti, je životně důležité vybrat správnou konfiguraci napájení, která bude vyhovovat vašim potřebám a prostředí, ve kterém má být produkt používán.
