Что такое коэффициент полезного действия электровоза


КПД паровоза

Коэффициент полезного действия (КПД) паровоза - величина, с помощью которой можно оценить эффективность использования в паровозе тепла, полученного в результате сжигания топлива. КПД паровоза - это отношение тепла, затраченного на работу по перемещению паровоза к максимальному количеству тепла, которое это топливо может выработать.

Первые паровозы появились в Великобритании в начале XIX столетия. Их коэффициент полезного действия был очень низок. С течением времени паровозы совершенствовались, но на коэффициент это практически не влияло. Максимальный КПД самых совершенных паровозов, выпускавшихся в начале XX века, не превышал 6-8%, средний - 4%. Модернизация паровозов этот вопрос практически не решала - их КПД почти не превышал 7%.

Настоящим прорывом в решении данного вопроса стало применение перегретого пара. Это позволило увеличить мощность и скорость. Произошло это в начале XX века. Однако, использование перегретого пара позволило увеличить мощность более, чем в 100 раз, скорость - в 15 раз, а КПД - только в 2 раза.

Так почему же так сложно повысить коэффициент полезного действия паровоза? Много своих работ изучению этого вопроса посвятил академик С. П. Сыромятников. Он связывал увеличение коэффициента с уменьшением массы парового котла и установкой различных устройств для повышения мощности и экономичности. Сыромятников считал, что передняя часть труб внутри парового котла вырабатывает не более 15% от общего количества пара. По проекту академика был создан паровоз с изменениями в паровом котле: укороченной передней трубной частью и установленным в специальной камере выносным перекрестночным пароперегревателем. Кроме того, по мнению Сыромятникова, увеличению КПД должно было способствовать сжигание угля в измельченном виде. Однако, в связи с этим появлялась проблема - загрязнение задней трубной решетки шлаком и золой. Для решения этой проблемы было предложено увеличить объем топки за счет отказа от зольника. Угольная пыль должна была сгорать в месте нахождения зольника, а не перед трубной решеткой.

Проблема низкого коэффициента полезного действия паровоза связана с тем, что пар, покидая машину, уносит с собой значительную часть полученной тепловой энергии. Температура уходящего пара составляет 120-180 градусов, давление - около 1,5 атмосфер. Теплосодержание этого пара равно примерно 650 килокалорий. Это довольно значительная потеря, которая составляет около 40%. Кроме этой, существуют еще другие потери: от неполного расширения пара, утечка его через неплотности, противодавление на нерабочую сторону поршня. Все эти потери значительно снижают КПД паровоза. К ним еще добавляется потери на преодоление сил трения при движении. Поэтому КПД паровоза в процентах не превышает 12-14.

Подводя итог, можно сказать, что низкий КПД паровоза связан со значительной потерей энергии из-за выброса пара и невозможностью использовать эту энергию из-за движения. В стационарных же установках такая энергия используется, например, на отопление или горячее водоснабжение.

Читайте также:

Что такое электровоз? (с иллюстрациями)

Электровоз - это поезд, работающий от электричества. Этот источник электричества обычно поступает из внешней области, такой как третий рельс, аккумулятор или воздушные электрические линии. Локомотивы, в состав которых также входит дизельный или газовый двигатель, классифицируются как дизель-электрические локомотивы. Несмотря на то, что электровоз существует до сих пор, первый электропоезд был разработан в 1800-х годах.

Многие «дизельные» локомотивы на самом деле являются дизель-электрическими агрегатами, поскольку дизельный двигатель обеспечивает питание тяговых электродвигателей, приводящих в движение колеса локомотива.

Роберт Дэвидсон из Абердина, Шотландия, создал первый электропоезд в 1837 году. Поезд Дэвидсона питался от батарей, хотя в то время батареи назывались «гальваническими элементами». Позже Дэвидсон создал еще один поезд, названный «Гальвани», который демонстрировался в Королевском шотландском обществе искусств в 1841 году. Гальвани был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго, хотя недостаточное время автономной работы делало поезд непрактичным для использования пассажирами.

Многие современные локомотивы работают на электричестве.

Только в 1879 году был изобретен первый пассажирский электропоезд. Опираясь на более раннее изобретение Дэвидсона, Вернер фон Сименс создал электровоз, приводимый в движение двигателем мощностью 2,2 кВт. С помощью третьего рельса, который был подключен к источнику электроэнергии, поезд фон Сименса был довольно эффективным; Этот поезд перевез более 90 000 пассажиров за четыре месяца.

До появления электровоза паровые поезда были популярным видом транспорта, особенно в 1800-х годах.

До изобретения электровоза большинство поездов приводилось в движение паром.Однако в городах, где была железнодорожная станция, также было много жителей, которые жаловались, так как пар от более ранних локомотивов считался вредным. Таким образом, большинство муниципалитетов по всему миру стремились заменить паровые двигатели электровозами.

Дизель-электрические локомотивы впервые начали применять в Швеции в 1913 году.

Первая большая линия электровозов была открыта в Балтиморе, штат Мэриленд, в 1895 году. Чтобы построить эту линию, пришлось прорыть различные туннели вокруг города Балтимор. После успешного завершения этого проекта во многих европейских городах начали строить линии электропоездов. Фактически, все поезда в Швейцарии сегодня полностью работают на электричестве. Вскоре после этого почти во всех странах мира начали строить линии электропоездов.

Сегодня электровоз по-прежнему пользуется большой популярностью во всем мире. Многие страны Европы все еще полагаются на электровозы, а многие пригородные рельсы в Соединенных Штатах питаются от электричества. Основное различие между оригинальными электропоездами и поездами, которые можно увидеть сегодня, - это скорость, с которой движутся современные поезда.Один из самых быстрых двигателей, разработанных до сих пор, был изобретен в 2006 году.

Когда компания Siemens Electric создала принтер Eurosprinter ES64-U4, способный преодолевать расстояние до 357 километров или 221 мили в час, мир электропоездов изменился навсегда. Современные поезда теперь могут работать на чрезвычайно высоких скоростях, что делает электропоезд более эффективным, чем когда-либо прежде.Электровоз прошел долгий путь с момента своего появления, и можно с уверенностью сказать, что этот вид транспорта останется здесь еще много лет.

На тепловозе с коротким капотом дизельный двигатель, доступ к которому осуществляется через люки для обслуживания, находится за кабиной..

Что такое электрические локомотивы и их типы в Индии?

Благодаря широкому спектру преимуществ по сравнению с системами тепловозов и паровозов, системы электровозов стали наиболее популярными и широко используемыми системами для тяговых систем.

С появлением силовых электронных устройств современные электрические тяговые системы используют многоуровневые инверторы для улучшения тяговых характеристик, таких как высокая точность, быстрая реакция и более высокая надежность.


Системы электровозов

Оценка конструкции электродвигателей и технологий электрификации не только привела к созданию высокоскоростных локомотивов (метро и пригородные железные дороги), но и повысила общую энергоэффективность.

Что такое электротяга или локомотив?

Движущая сила, приводящая в движение транспортное средство, называется системой тяги. Система тяги бывает двух различных типов: система неэлектрической тяги и система электрической тяги.

Неэлектрическая тяговая система

Тяговая система, в которой не используется электричество на любом этапе движения транспортного средства, называется неэлектрической тяговой системой. Такая система тяги используется в паровозах, двигателях внутреннего сгорания и в поездах на магнитной подвеске (высокоскоростные поезда).

Электрическая тяговая система

Тяговая система, в которой используется электричество на всех или некоторых этапах движения транспортного средства, называется электрической тяговой системой.

Электрическая тяга против неэлектрической

В системе электрической тяги движущая сила, тянущая поезд, создается тяговыми двигателями. Системы электрической тяги можно условно разделить на две группы: одна с автономным приводом, а другая - с системой третьего рельса.

Системы с автономным питанием включают дизель-электрические приводы и аккумуляторные электроприводы, которые могут генерировать свою собственную энергию для буксировки поезда; в то время как системы третьего рельса или воздушные провода используют энергию от внешней распределительной сети или сетей, и примеры включают трамваи, троллейбусы и локомотивы, приводимые в движение от воздушных линий электропередачи.

Типы систем электрификации путей

Электрификация путей относится к типу систем электроснабжения, которые используются при питании систем электровоза. Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступность электроснабжения, тип области применения или такие услуги, как городские, пригородные и магистральные линии и т. Д.

Три основных типа существующих систем электрической тяги: следующим образом:

  1. Система электрификации постоянного тока (DC)
  2. Система электрификации переменного тока (AC)
  3. Составная система.
Система электрификации постоянного тока (DC)

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как габариты и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньшее потребление энергии и скоро.

В этом типе системы трехфазная мощность, полученная от электросетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток выпрямителями и силовыми электронными преобразователями.

3-я рельсовая система

Этот тип источника постоянного тока подается на транспортное средство двумя различными способами: первый способ - через 3-ю рельсовую систему (боковой ход и подведенный электрифицированный путь и обеспечивающий обратный путь через ходовые рельсы), а второй. Путь проходит через воздушную линию постоянного тока. Этот постоянный ток подается на тяговый двигатель, например, на двигатели постоянного тока или составные двигатели для привода локомотива, как показано на рисунке выше.

Системы электропитания для электрификации постоянного тока включают питание 300-500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные системы (600-1200 В) для городских железных дорог, таких как трамваи и легкие метро, ​​а также питание 1500-3000 В для пригородных и магистральных служб, таких как легкое метро и тяжелое метро. поезда.Системы 3-го (контактного рельса) и 4-го рельса работают при низких напряжениях (600-1200 В) и высоких токах, тогда как системы воздушных рельсов используют высокие напряжения (1500-3000 В) и малые токи.

Система электрификации постоянного тока

Благодаря высокому пусковому моменту и умеренному регулированию скорости, двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Контроллер скорости электродвигателя используется путем изменения приложенного к нему напряжения.Специальные приводные системы, которые используются для управления этими электродвигателями, включают устройство РПН, тиристорное управление, управление прерывателем и управляющие приводы микропроцессора.

К недостаткам этой системы можно отнести сложность отключения токов при высоких напряжениях при возникновении неисправности и необходимость размещения подстанций постоянного тока на небольших расстояниях.

Система электрификации переменного тока (AC)

Тяговая система переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве тяговых систем из-за ряда преимуществ, таких как быстрая доступность и генерация переменного тока, которая может быть легко повышенная или пониженная, легкое управление двигателями переменного тока, меньшее количество подстанций и наличие легких контактных сетей, которые передают низкие токи при высоких напряжениях и т. д.

Системы электроснабжения электрификации переменного тока включают одно-, трехфазные и композитные системы. Однофазные системы состоят из источника питания от 11 до 15 кВ при 16,7 Гц и 25 Гц для обеспечения регулируемой скорости коммутирующих двигателей переменного тока.
Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения и фиксированной промышленной частоты.

Однофазная конфигурация 25 кВ при 50 Гц является наиболее часто используемой конфигурацией для электрификации переменного тока. Он используется для систем перевозки тяжелых грузов и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты.Это один из широко используемых типов композитных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

Система электрификации переменного тока

Трехфазная система использует трехфазный асинхронный двигатель для привода локомотива, и он имеет номинальную мощность 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в электродвигатель этой мощности с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельс является еще одной фазой, но это создает много проблем на пересечениях и перекрестках.

На приведенном выше рисунке показана работа электровоза переменного тока, в которой контактная сеть получает однофазную мощность от воздушной системы. Питание повышается трансформатором, а затем преобразуется в постоянный ток выпрямителем. Сглаживающий реактор или звено постоянного тока фильтрует и сглаживает постоянный ток, чтобы уменьшить пульсации, а затем постоянный ток преобразуется в переменный с помощью инвертора, который изменяет частоту для получения переменной скорости тягового двигателя (аналогично частотно-регулируемому приводу).

Составная система

Эта система объединяет в себе преимущества систем постоянного и переменного тока.Эти системы в основном бывают двух типов: однофазные с трехфазными или система Кандо, а другие однофазные с системой постоянного тока.

Однофазный - трехфазный или система Kando

В системе Kando одна воздушная линия передает однофазное питание 16 кВ, 50 Гц. Это высокое напряжение понижается и преобразуется в трехфазное питание той же частоты в самом локомотиве через трансформатор и преобразователи.

Это трехфазное питание дополнительно подается на трехфазный асинхронный двигатель, который приводит в движение локомотив.Поскольку система с двумя воздушными линиями трехфазной системы заменяется этой системой на одну воздушную линию, это является экономичным.

Как мы уже обсуждали при электрификации переменного тока, очень популярна однофазная система в постоянный ток, это самый экономичный способ подключения одной воздушной линии и имеет широкий спектр характеристик двигателей постоянного тока.
В этой конкретной системе однофазное питание 25 кВ, 50 Гц системы воздушных линий понижается трансформатором внутри локомотива, а затем преобразуется в постоянный ток выпрямителями.Постоянный ток подается в систему привода постоянного тока для привода последовательного двигателя и управления его скоростью и тормозными системами.

Это все о системах электровозов. И мы надеемся, что предоставили вам обширную и актуальную информацию о различных системах подачи, используемых в тяговых системах.

Мы рекомендуем вам писать свои предложения, комментарии и отзывы об этой статье или идеях проекта в разделе комментариев, приведенном ниже, а также ожидаем, что ваши предложения уменьшат вероятность коротких замыканий в системах тяги.

Фото

.

Локомотив | автомобиль | Британника

Локомотив , любая из различных самоходных машин, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила для состава поезда может быть встроена в вагон, в котором также есть пассажирские, багажные или грузовые помещения, она чаще всего обеспечивается отдельным блоком, локомотивом, который включает в себя механизмы для выработки (или, в корпус электровоза для преобразования) мощности и передачи ее на ведущие колеса.Сегодня существует два основных источника энергии для локомотива: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма двигателя, использовался почти повсеместно примерно до Второй мировой войны; с тех пор на смену ей пришла более эффективная дизельная и электрическая тяга.

Паровоз был самодостаточной единицей, имеющей собственное водоснабжение для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный источник топлива, но мощность дизельного двигателя не может быть напрямую связана с колесами; вместо этого необходимо использовать механическую, электрическую или гидравлическую трансмиссию.Электровоз не самодостаточен; он принимает ток от контактного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Подача третьего рельса используется только на городских скоростных железных дорогах, работающих на низковольтном постоянном токе.

В 1950-х и 60-х годах газовая турбина была принята на вооружение одной американской и некоторыми европейскими железными дорогами в качестве альтернативы дизельному двигателю. Несмотря на то, что его преимущества были сведены на нет достижениями в технологии дизельной тяги и повышением цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для организации высокоскоростных железнодорожных перевозок в регионах, где нет инфраструктуры для выработки электроэнергии.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Основные особенности, которые сделали паровоз Rocket 1829 года успешным - его многотрубный котел и система отвода пара и создания тяги в его топке - продолжали использоваться в паровозе до конца его карьеры. Вскоре увеличилось количество сцепленных ведущих колес. У Rocket была только одна пара ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре сдвоенных колеса, и в конце концов некоторые локомотивы были построены с 14 сдвоенными машинами.

Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. Средний диаметр составлял около 1829–2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов.

Запасы топлива (обычно угля, но иногда и нефти) и воды можно было перевозить на самой раме локомотива (в этом случае она называлась цистерной) или в отдельном транспортном средстве, тендере, соединенном с локомотивом.Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9 000 кг (10 тонн) угля и 30 000 литров (8 000 галлонов) воды. В Северной Америке были распространены более высокие мощности.

Для удовлетворения особых потребностей тяжелых грузовых перевозок в некоторых странах, особенно в Соединенных Штатах, было получено большее тяговое усилие за счет использования двух отдельных агрегатов двигателя под общим котлом. Передний двигатель был сочлененным или шарнирно соединенным с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты.Шарнирно-сочлененный локомотив был изобретен в Швейцарии, первый из которых был построен в 1888 году. Самым большим из когда-либо построенных был Big Boy от Union Pacific, который использовался в горных грузовых перевозках на западе Соединенных Штатов. Big Boy весил более 600 коротких тонн, включая тендер. Он мог развивать тяговое усилие 61 400 кг (135 400 фунтов) и развивать более 6000 лошадиных сил на скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных шарнирно-сочлененных конструкций была модель Beyer-Garratt, которая имела две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, на которых были установлены резервуары для воды.Два шасси разделяла другая рама, на которой находился котел, кабина и подача топлива. Этот тип локомотива был ценен на слегка проложенных путях; он также может преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Постепенно совершенствовался поршневой паровоз с различными доработками. Некоторые из них включали более высокое давление в котле (до 2000–2060 килопаскалей [290–300 фунтов на квадратный дюйм] для некоторых из последних локомотивов по сравнению с примерно 1300 килопаскалей [200 фунтов на квадратный дюйм] для более ранних конструкций), перегрев, питательная вода предварительный нагрев, роликовые подшипники и использование тарельчатых (перпендикулярных) клапанов, а не скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых современных паровозов редко превышал около 6 процентов. Неполное сгорание и потери тепла из топки, котла, цилиндров и других объектов рассеивали большую часть энергии сожженного топлива. По этой причине паровоз устарел, но медленно, поскольку имел компенсирующие преимущества, в частности, простоту и способность противостоять злоупотреблениям.

Попытки приводить в движение железнодорожные вагоны с использованием аккумуляторов относятся к 1835 году, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда на выставке в Берлине появился электровоз.Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных и городских железных дорогах. Один из первых появился в 1895 году, когда Балтимор и Огайо электрифицировали участок пути в Балтиморе, чтобы избежать проблем с дымом и шумом в туннеле. Одной из первых стран, использовавших электрическую тягу для работы на магистральных линиях, была Италия, где система была открыта еще в 1902 году.

локомотив; Сименс, Вернер фон Первый электровоз, построенный электрической компанией Сименс, 1879 г. Британская энциклопедия, Inc.

К началу Первой мировой войны несколько электрифицированных линий работали как в Европе, так и в США. После той войны были предприняты крупные программы электрификации в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 20-х годов почти в каждой европейской стране имелся хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электротяга также была внедрена в Австралии (1919 г.), Новой Зеландии (1923 г.), Индии (1925 г.), Индонезии (1925 г.) и Южной Африке (1926 г.).В период с 1900 по 1938 год в Соединенных Штатах был электрифицирован ряд столичных терминалов и пригородных линий, а также электрифицировано несколько магистральных линий. Появление тепловоза препятствовало дальнейшей электрификации магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительный процент путей стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирован, например, в Японии (100 процентов), Швейцарии (92 процента), Бельгии (91 процент), Нидерландах (76 процентов), Испании ( 76 процентов), Италия (68 процентов), Швеция (65 процентов), Австрия (65 процентов), Норвегия (62 процента), Южная Корея (55 процентов), Франция (52 процента), Германия (48 процентов), Китай (42 процента). процентов) и Соединенное Королевство (32 процента).Напротив, в Соединенных Штатах, где около 225 000 км (140 000 миль) железнодорожных путей стандартной ширины, электрифицированные маршруты почти не существуют за пределами Северо-восточного коридора, где компания Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , DC

Вторая половина века также ознаменовалась созданием в городах по всему миру многих новых электрифицированных городских скоростных железнодорожных систем, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги при условии наличия дешевой электроэнергии и плотности движения, оправдывающей высокие капитальные затраты.Электровозы, будучи просто преобразователями энергии, а не генерирующими, имеют ряд преимуществ. Они могут использовать ресурсы центральной электростанции для выработки мощности, значительно превышающей их номинальные характеристики, для запуска тяжелого поезда или для преодоления крутого подъема на высокой скорости. Типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в этих условиях в течение короткого периода времени развивает до 10 000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише, чем другие типы, и не производят дыма и дыма.Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низкие, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самыми большими недостатками электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарной станции (тяговые провода, конструкции и силовые подстанции), а также дорогостоящие изменения, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их схем от помех от высоких энергий. напряжения тягового тока и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым за счет электрической тяги.

.Локомотив

- wikiwand

Для более быстрой навигации этот iframe предварительно загружает страницу Wikiwand для Locomotive .

Подключено к:
{{:: readMoreArticle.title}}

Из Википедии, свободной энциклопедии

{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}} Эта страница основана на статье в Википедии, написанной участники (читать / редактировать).
Текст доступен под Лицензия CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия.
Изображения, видео и аудио доступны по соответствующим лицензиям.
{{current.index + 1}} из {{items.length}}

Спасибо за жалобу на это видео!

Пожалуйста, помогите нам решить эту ошибку, написав нам по адресу support @ wikiwand.com
Сообщите нам, что вы сделали, что вызвало эту ошибку, какой браузер вы используете и установлены ли у вас какие-либо специальные расширения / надстройки.
Спасибо! .

Смотрите также