Локомотивная тяга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

автономный локомотив подвижной

1. Характеристика видов тяги

2. Экономический анализ видов локомотивной тяги. Анализ и недостатки исследований эффективности локомотивной тяги

3. Экономическая эффективность применения различных видов тяги

1. Характеристика видов тяги

Для передвижения поезда к нему необходимо приложить в направлении движения определенную силу, называемую силой тяги. Сила тяги создается тяговым подвижным составом, к которому относятся локомотивы, а также мотор-вагонный подвижной состав. Мотор-вагонные поезда состоят из нескольких моторных вагонов, имеющих тяговые двигатели, и из прицепных вагонов. К таким поездам относятся, например, пригородные электропоезда.

Локомотивы делятся на паровозы, тепловозы, газотурбовозы, электровозы и моторовозы. Первые локомотивы приводились в действие силой пара и назывались паровозами. Паровоз имел паровой котел и паровую машину. В паровом котле под действием тепла от сжигаемого в топке угля вода превращалась в пар. Пар поступал в цилиндр паровой машины и перемещал поршень, связанный с колесом паровоза кривошипно-шатунным механизмом. Проект паровой машины непрерывного действия был разработан И.И. Ползуновым в 1763 г.

В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель создал двигатель внутреннего сгорания, названный впоследствии его именем. Дизельный двигатель, как более совершенный, нашел широкое применение на локомотивах, называемых тепловозами. В тепловозах энергия дизеля через силовую передачу передается на колесные пары. Другим тепловым двигателем, применяемым на локомотивах, является газовая турбина. В этом случае локомотив называется газотурбовозом. Локомотивы с тепловыми двигателями относятся к категории автономных, так как энергия для осуществления тяги вырабатывается на самом локомотиве. Существует еще один вид тягового подвижного состава -- неавтономный. Он получает энергию от внешнего источника. К этому виду подвижного состава относятся электровозы и моторные вагоны. Они получают электроэнергию от контактной сети через специальный токоприемник -- пантограф.

Коэффициент полезного действия автономных локомотивов, в зависимости от типа, применяемого на них теплового двигателя, колеблется в широких пределах. Самый низкий коэффициент полезного действия (КПД 5--7 %) имеют паровозы. Кроме того они требуют частого пополнения запасов угля и воды. Тепловозы обладают более высоким КПД (около 30 %) и применяются в качестве основного тягового подвижного состава. Введение тепловозной тяги дало возможность значительно увеличить массу поезда, повысить скорость движения и увеличить расстояние между остановочными пунктами. В то же время, в отличие от паровоза, у которого в момент трогания с места имеется запас готовой энергии пара в котле, дизель тепловоза такого запаса не имеет. Электрическая тяга при питании тяговых подстанций от ГЭС имеет КПД до 60--65 %, а тяговые характеристики электровозов позволяют работать на подъемах при режимах выше номинальных, а на спусках возвращать в контактную сеть часть энергии движения поезда, преобразовав ее в электрическую. Этот процесс называется рекуперацией, а происходящее при этом торможение состава называется рекуперативным. Конструкция электровозов проще, чем тепловозов, следовательно, ниже затраты на их эксплуатацию и ремонт.

Наибольшей надёжностью в работе обладают электровозы, которые, не имея собственной силовой установки, получают необходимую электроэнергию извне.

По конструкции более простым является электровоз, а наиболее сложным - тепловоз. Паровоз по конструкции проще тепловоза и электровоза, но требует значительных затрат на содержание его в эксплуатации.

По величине пробегов между ремонтами первое место занимают электровозы, а затем тепловозы. Пробеги без экипировки ограничивают: для электровозов - ёмкость песочниц, для тепловозов - ёмкость баков топлива и песочниц ,для паровозов - ёмкость тендера по количеству угля или нефти и воды. У тепловозов и электровозов пробег без экипировки достигает 600-1000 км в зависимости от веса поезда и профиля пути. У паровозов максимальный пробег при нефтяном отоплении достигает 350-450 км, а при угольном без добора угля 150-250 км в зависимости от веса поезда и профиля пути. Экономичность локомотива зависит от рода потребляемого топлива, затрат металла на единицу мощности, капиталовложений в них устройства локомотивного хозяйства, сроков их окупаемости и величины коэффициента полезного. Самым экономичным является электрический локомотив, потребляющий электроэнергию, вырабатываемую на гидроэлектрических станциях. Тепловозы используют наиболее калорийное и высокоскоростное топливо.

При оценки различных видов тяги сравнивают основные эксплуатационные показатели, характеризующие использование подвижного состав, провозную и пропускную способность участков, ежегодные эксплуатационные расходы, а также величину капитальных затрат, состоящих из суммы прямых и сопряжённых капиталовложений.

К прямым капиталовложения при внедрении новых видов тяги относятся стоимость подвижного состава (локомотивов и вагонов), устройств электроснабжения, в том числе тяговых подстанций, контактной сети и других устройств, а также затраты на реконструкцию основных и оборотных депо , устройств экипировочного хозяйства.

К капиталовложениям относятся затраты на создание заводской базы ремонта локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава, электроэнергетике, топливодобывающей и топливоперерабатывающей промышленности. Основными показателями для сравнения электрической и тепловозной тяги являются: производительность труда, расход металла, потребность в топливе и в вагонном парке для выполнения плана перевозок. Окончательная оценка видов тяги производится по результирующим показателям, которыми является себестоимость перевозок и срок окупаемости капитальных вложений.

2. Экономический анализ видов локомотивной тяги. Анализ и недостатки исследований эффективности локомотивной тяги

Исследования эффективности тепловозной и электрической тяги в условиях ограниченных ресурсов лежат в основе решения о закупке новых электровозов или модернизации тепловозов и поэтому являются крайне необходимыми и актуальными. Тепловозы уже длительное время являются основным видом тягового подвижного состава. С середины прошлого века началась массовая элекрофикация железных дорог, которая продолжается сегодня и запланирована на ближайшее будущее. Чем не устраивают нас тепловозы сегодня?? Во многих случаях - этот ответ на вопрос простой: элетротяга эффективнее теплотяги. Однако такое утверждение лишено смысла до сих пор, пока не будет назван показатель (критерий эффективности), по величине которого проводилось сравнение.

Если выбранный критерий окажется достаточно общим, то в результате сравнения можно получить любой желаемый результат.

Если выбранный критерий окажется недостаточно общим, то в результате сравнения можно получить желаемый результат. В некоторых расчётах сказано, что затраты на электроносители в теплотяге в 5 -6 раз больше чем в электротяге. Другие расчёты показывают, что удельный расход топлива при тепловозной тяге в 1.5-1.7 раза больше, чем электрической, а электрификация дороги позволит снизить расходы на обслуживание тяги на 40 %.

Учитывая важность вопроса, попробуем разобраться, действительно ли электротяга эффективней теплотяги и в какой степени приведенные выше и другие показатели эффективности соответствуют действительности.

Во-первых, расход энергоносителя на единицу работы зависит не только от качества машины, но и от условий её эксплуатации. Мы же в общую графу «теплотяга» (или «электротяга») вносим без разбора весь имеющийся в наличии подвижной состав. Не нужно доказывать, что при другой номенклатуре подвижного состава будет получен другой результат. Мало того, мы пытаемся сравнивать тепловозы и электровозы, которые работают на разных дорогах, на разных линиях, с составами разного веса и с разной осевой нагрузкой, при разной организации работы и разном техническом состоянии подвижного состава и пути.

Следуя такой логике, можно легко доказать, и не на бумаге, а опытным путём, что самый хороший электровоз по расходу электроносителя на единицу работы хуже самого плохого паровоза. Для этого электровозу нужно прицепить один вагон, а к паровозу - такой состав, какой он в состоянии потянуть, и пусть каждый из них перевозит свой груз. При этом желательно, чтобы электровоз двигался всё время на подъём, да ещё с ограничением скорости из-за состояния пути, а паровоз с составом на другом направлении пусть катится под горку. Нет сомнения, что в этом случае по выбранному показателю паровоз будет более эффективным.

Во-вторых, при перерасчёте расхода электроэнергии в условное топливо принимают, что энергию для электротяги поездов получают с удельным расходом топлива 0.325 кг у.т., что соответствует КПД 37.8 % . Однако наши электростанции не так хорошо работают, как показывают расчёты. На самом деле КПД тепловых электростанций в лучшем случае составляет 33-35 % . Кроме того, имеют потери электроэнергии в различных элементах системы электроснабжения электровозов. Как минимум, нужно учитывать потери на повышенных подстанциях, в линиях электропередач, на тяговых подстанциях. Если возьмём среднее значение КПД названных элементов ,получим действительный КПД по выработке электроэнергии для электротяги - 0ю228, что соответствует удельному расходу условного топлива -0.427.

Таким образом, при оценке видов тяги допускают двойную ошибку. Первая из них заключается в том, что сравнивают показатели, которые нельзя сравнивать из-за метода их получения. Вторая ошибка заложена в пересчёте единиц измерений без учёта реальностей.

Для устранения первой ошибки необходимо проведение специальных испытаний, что требует значительных затрат времени и средств. Результатов таких испытаний с современным подвижным составом нет, поэтому ничего не остается, как пользоваться фактическими данными эксплуатации.

Для устранения второй ошибки нужно правильно пересчитывать фактические данные, при этом расход условного топлива для электротяги с учётом 0.325 кг у. в /кВт.ч) а затем вновь в расход условного топлива ,но с учётом действительного значения удельного расхода топлива -0.427 кг . у.т /кВт-ч).

Таким образом, по расходам энергоносителей никакого преимущества электротяги по сравнению с теплотягой на самом деле нет. Этому преимуществу неоткуда взяться, потому что природу не обманешь. Затраты на энергоносители значительно больше, чем у теплотяги (в 3.3-4.2 раза). Однако ни достоинства электровозов, ни недостатки тепловозов здесь решающего значения не имеют, поскольку это определяется действующими ценами на энергоносители.

В данном случае важны не столько сами цены, сколько их соотношение, а в последние годы в соотношении цен на различные энергоносители имеется явная диспропорция. По ценам на электроэнергию и дизтопливо имеет диспропорцию в 3.9 раза. Если исходить из современных реалий, то по рассмотренным выше показателям (расход энергоносителей и затраты на них) электротяга в сравнении с теплотягой существенно выигрывает по затратам на энергоносители. Однако в этих двух показателях не может не учитываться весь спектр различных видов тяги. Для объективного сравнения видов тяги необходим более ёмкий критерий эффективности. В нём следовало бы учесть в первую очередь, что электротяга требует значительных капиталовложенений в электрификацию дорог. Основными составляющими капиталовложений являются затраты на опоры контактной сети, их установку и на сооружение тяговых подстанций.

3. Экономическая эффективность применения различных видов тяги

Прогрессивные виды тяги - электрическая и тепловозная - начали развиваться на железнодорожном транспорте в 20- е годы. В 1950-1970 -е годы эти видя тяги, практически вытеснили устаревшую паровозную тягу.

В настоящее время ОАО «Российские железные дороги» обладает самой протяжённой в мире сетью электрифицированных железных дорог более 42- тыс.км. С учётом многолетнего опыта повышения эффективности перевозок на электротяге Стратегической программой развития ОАО РЖД до 2010 года предусмотрено довести общую протяжённость электрифицированных участков к 2010 г до 44.5 тыс. км, на них будет выполняться до 84 % перевозок.

Основными показателями электрификации и энергопотребления на жд транспорте за последние годы представлены в таблице.

В настоящие время электрификация железных дорог продолжается. Перевод на электрическую тягу предусматривается в первую очередь для наиболее загруженных направлений и участков, а также соединительных линий между электрифицированными направлениями для унификации видов тяги.

В 2008 году запланирована электрификация направления Сызрань-Сенная (Куйбышевская и Приволжская дороги), в 2008 -2009 Карымская-Борзя (Забайкальская дорога).

В результате элетрофикации ряда направлений за период действия программы модернизации транспортной системы России (2001-2010) планируется высвобождение 1315 тепловозов будет обеспечено сокращение потребности дизельного топлива в количестве 6785 тыс. тонн.

Повышение участковой скорости грузовых поездов с 33до 49 км/ч, сокращение эксплуатационного штата на 4200 человека, а также сокращения вредных выбросов в атмосферу в размере 105.2 тыс. тонн(2010 года).

В период до 2015 года предполагается расширение полигона электрифицированных линий примерно на 735 км, в том числе за счёт средств Инвестиционного фонда РФ.

Электрификация железных дорог сопровождается совершенствованием локомотивом, улучшением их технико-экономических характеристик. Современные тепловозы также имеют улучшенные характеристики, большую автономность применения на конкурентном рынке.

Рост пропускной и провозной способности электрической тяги как более надёжной по сравнению с тепловозной происходит, во-первых за счёт увеличения массы поезда, что объясняется особенностью тяговых характеристик электровозов, мощность которых при небольших скоростях в условиях трудового профиля значительно повышается, у тепловозов же она постоянна в большом диапазоне скоростей; во - вторых, за счёт увеличения ходовой и технической скоростей движения поезда, а также участковой скорости, особенно на однопутных линиях.

Средние ходовые и технические скорости при электрической тяге на 10-15 % выше, чем у тепловозов. На загруженных двухпутных линиях применения электрической тяги позволяет благодаря росту ходовой скорости и сокращению интервала попутного следования между поездами увеличить максимальную пропускную способность по перегонам со 144-160 до 180-200 пар поездов (на 25%).

В результате повышения массы и скорости движения поездов при электрической тяге существенно увеличивается производительность электровоз по сравнению с тепловозами. Она растёт ещё и потому, что электровозы могут работать на длинных тяговых плечах, совершая большие безостановочные рейсы , при которых значительно увеличивается время их полезной работы. Наибольший прирост производительности электровозов достигается в условиях трудового профиля, так как скорость движения электровоза на руководящем подъёме может почти вдвое превышать скорость движения тепловоза. Электровозы, кроме того, могут работать по системе многих единиц, т. е эксплуатироваться при синхронном управлении соединёнными секциями с одного поста, что позволяет увеличить массу поезда в несколько раз.

Производительность труда работников локомотивного хозяйства при электрической тяге значительно выше, чем при тепловозной, а расходы по локомотивному хозяйству - ниже. Это обуславливается более высокой производительностью электровозов по сравнению с тепловозами, а также значительным сокращением численности работников, занятых на ремонте и техническом обслуживании электровозов. В сопоставимых условиях при одинаковом объёме перевозной работы в тонно0километрах брутто стоимость ремонта электровозов примерно вдвое, а техническому обслуживанию - втрое ниже, чем тепловозов.

Вместе с тем при электрической тяге возникает потребность в дополнительном штабе работников и дополнительных эксплуатационных расходах, которых нет при тепловой тяге. К ним относятся расходы на содержание, ремонт и амортизацию контактной сети, тяговых подстанций и дистанций электроснабжения. Но эти расходы относительно не велики и составляют примерно 5 % в себестоимости перевозок при электрической тяге. В целом внедрение электрической тяге, вместо тепловой сокращает эксплуатационный контингент работников на 20-30%. Затраты на топливо в денежном выражении при тепловой тяге в сопоставимых условиях примерно в 1.5 раза больше затрат энергии при электрической тяге.

В сопоставимых условиях (при одинаковой грузонапряжённости) внедрение электрической тяги, вместо тепловозной снижает себестоимость перевозок снижает на 10 %. Различие фактической себестоимости перевозок сравниваемых видов тяги более существенны. Это объясняется тем, что полигон сети, обслуживаемый электрической тягой, имеет примерно вдвое большую грузонапряжённость и лучшее техническое оснащение. Это преимущественно двухпутные линия с более высокой участковой скоростью, меньшим числом остановок и меньшими затратами механической работы на разгоны и торможение.

Применение электрической тяги позволяет осуществлять рекуперацию электроэнергии, т. е возврат её в электрическую сеть при движении поезда под уклон, когда тяговые двигатели работают, как электрогенераторы. Экономия электроэнергии при этом достигает при тяжёлом профиле 20-30 %, а при профиле средний трудности 10-15 %.При рекуперации одновременно обеспечивается главное торможение, уменьшается износ тормозных колонок и повышается безопасность движения поездов, хотя при оборудовании электровозов устройствами рекуперативного торможения несколько увеличивается их первоначальная стоимость. Рекуперация также оказывает влияние на составление ходовых частей вагонов и верхнего строения пути.

Особенно эффективно применение электрической (мотор-вагонной) тяги в пригородном пассажирском сообщении и в метро. Раздельные пункты на линиях размещены часто, при движении происходит много остановок, разгонов и торможения. Экономится значительное время при быстром наборе и снижении скорости при работе электродвигателей мотор-вагонных секций. Участковая скорость движения пригородных электропоездов на 10-15 % выше, чем пригородных дизель поездов.

Электрическая тяга позволяет использовать низкосортное дешёвое топливо (уголь, сланцы, и др.) при сжигании его на ТЭС и дешёвую электроэнергию ГЭС при тепловой же тяге используется в основном дорогостоящие дизельное топливо.

В то же время на маневровой работе тепловозная тяга по сравнению с электрической имеет ряд преимуществ. Применение тепловозов на манёврах по сравнению с обычными питающимися от контактной сети неаккумуляторными электровозами не требует дорогостоящего оборудования этой сети над всеми станционными путями местах производства маневров особенно эффективна работа применения на маневровой работе тепловозов с гидромеханической и электрической передачами.

На первых этапах электрификация жд дорог проводилась на постоянном токе напряжением 3000 тысяч вольт для магистральных междугородных линий и 1500 вольт для пригородных вольт-это создавало определённые трудности в бесперебойном движении грузовых поездов на пригородных участках. В настоящие время все линии с постоянным током переведены в стандартное напряжение 3000 тыс. вольт электрификация на переменном токе впервые была осуществлена в 1958 году на участке Ожерелье-Павелец Московской дороги.

Электрификация железных дорого на переменном токе имеет ряд дополнительных экономических преимуществ по сравнению с электрификацией на постоянном токе. Повышается КПД электрифицированной линии (в среднем на 3-5 %) так, как уменьшаются потери энергии на тяговых подстанциях и в контактной сети. В двое сокращается (до 2.5-3.5 т. км для однопутных и 5-7 км для двухпутных линий) расход цветных металов (преимущественно меди), так как высокое напряжение переменного тока даёт возможность подвешивать контактный провод меньшего сечения при этом облегчается подвеска и экономится материал опор контактного провода, сокращается стоимость сооружения каждой тяговой подстанции и их количества. При переменном токе тяговые подстанции можно размещать через 30-50 км, а при постоянном через 10-25 км. Тяговые подстанции переменного тока значительно проще, надёжнее и дешевле. Это существенно сокращает капитальные затраты по электрификации линии, себестоимость перевозок при этом сокращается на 3-4 %.

Наличие двух систем тока называют, вызывает необходимость в специально оборудованных станциях со стыкованием контактной сети или требует постройки электровозов постоянного - переменного тока (двойного питания). Применение таких электровозов снижает простои поездов при переходе с одной системы тока на другую, стоимость этих электровоз меньше, чем дорогостоящих и сложных переключающихся устройств станции стыкования.

Недостатком электрификации жд дорог на переменном токе является то, что нарушается нормальная, надёжная работа воздушных линий связи, которые приходится заменять кабельными подземными линиями связи, а - это требует дополнительных вложения. В целом электрификация железных дорог на переменном токе обходится на 15-20 % дешевле, чем на постоянном токе. В перспективе при создании принципиально новых систем передачи электроэнергии постоянного тока на большие расстояния указанные соотношения затрат могут измениться в пользу электрификации на постоянном токе.

При оценки эффективности и электрилизации железных дорого на переменном токе нужно учитывать не только её экономические, но и социальные преимущества, которые не всегда можно измерить в стоимостном выражении: улучшение условий труда железнодорожников, условий жизни трудящихся в крупных городах и районах тяготения к электрифицированным железнодорожным линиям, создание больших удобств и комфорта при поездах пассажиров, уменьшения загрязнения окружающей среды. С применением элетрофикации на переменном токе создаётся возможность снабжения дешёвой электроэнергии не тяговых потреблений во всех отраслях хозяйства железных дорог в прилегающих сельскохозяйственных районах ( путейных работ на перегонах,погрузочных разгрузочных и других работ на крупных и малых станциях.).

Оценка экономической эффективности замены тепловозной тяги электрической на действующих железнодорожных линиях и участках или введения электрической тяги на участках нового строительства производится на основе общепринятой методики определения экономической эффективности технических решений.

При определении капитальных вложений необходимо, в первую очередь, перейти от густоты грузопотока на участке к среднесуточной густоте движения поездов т.е. рассчитать пропускную способность участка (число пар поездов) для каждого видя тяги N:

Где Г гр. - густота грузопотока в грузовом направлении .млн т нетто в год;

f бр - коэффициент ,характеризующий отношение массы поезда брутто к массе поезда нетто, исходя из структуры грузопотока по родам грузов;

Qбр - норма массы поезда брутто, т.

Потребный парк локомотивов для сравнения видов тяги.

=,

Где - расчётный норматив времени полного оборота локомотива на участке, ч.

К н. - внутригодовой (месячный) коэффициент неравномерности грузовых перевозок на участке;

- коэффициент, учитывающий долю локомотивов в ремонте и резерве.

Потребный парк грузовых вагонов при сравниваемых видах тяги.

=,

где Г уч - густота грузопотока в обоих направлениях, млн. т. нетто в год;

Lобр- протяжённость участка обращения локомотивов, км;

К рр- коэффициент ,учитывающий долю вагонов в резерве и в ремонте;

Pдин- динамическая нагрузка вагона рабочего парка, т.

Суммарные инвестиции в локомотивный и вагонные парки определяют произведением цены одного локомотива или вагона на их число.

Суммарные инвестиции в постоянные устройства для сравниваемых видов тяги на участках новостроек или на действующих при замене тепловозной тяги электрической могут быть рассчитаны как произведение укрупнённых нормативов удельных капитальных затрат на 1 км (по видам тяги) на общую протяжённость участка обращения локомотивов.

Общую сумму эксплуатационных расходов при сравниваемых видах тяги можно определить методами непосредственного расчёта или расходных ставок.

Наряду с выбором наиболее экономического вида тяги методами сравнительной эффективности капитальных вложений в сравниваемые виды тяги и устанавливать степень и характер её влияния на общую коммерческую эффективность использования действующих производственных фондов на участке или железнодорожной линии, что особенно важно в условиях перехода на рыночные условия хозяйствования.

Многообразие природно-географических и эксплуатационных - технических условий, в которых осуществляется развитие и работа железнодорожного транспорта, позволяет наиболее экономично сочетать оба вида тяги с учётом их технико-экономических особенностей т.е. устанавливать сферы эффективного применения электрической и тепловозной тяги без противопоставления их друг другу.

Определение сфер эффективного применения каждого вида тяги с экономико-математической точки зрения представляет собой решение многовариантной задачи. Степень экономичности видов тяги зависит от множества условий и факторов. Важнейшими из них являются:

- Грузонапряжённость с учётом перспективы её роста;

- Стоимость постоянных устройств электроснабжения.

Тип и стоимость локомотивов (электровозов и тепловозов), соотношение цен на топливо и электроэнергию во времени и по территориальным районам страны.

Размещено на Allbest.ru