Trakcja i wagony nr. 10 z 1978
Zdzisław Pahl
st. radca w Dyrekcji Trakcji
Lokomotywa spalinowa SP47
Lokomotywa spalinowa SP47 (typu 302D), z przekładnią elektryczną, o mocy
2200 kW, o układzie osi CoCo (rys. 1) jest przeznaczona do prowadzenia
pociągów osobowych o masie około 600 t i lekkich pociągów ekspresowych o
masie 300-400 t. Lokomotywa jest wyposażona w prądnicę ogrzewczą prądu
stałego 3000 V o mocy 440 kW dla ogrzewania pociągów. Jest ona przewidziana
do pracy w temperaturach od -30°C do +40°C oraz do wysokości 1000 m n.p.m.,
przy średniej wilgotności powietrza 70%.
Opis ogólny
Pudło lokomotywy stanowi element nośny i łącznie z ostoją przenosi wszystkie
obciążenia wzdłużne, pionowe i poprzeczne. Wytrzymałość pudła zapewnia
przenoszenie obciążeń wzdłużnych i pionowych zgodnie z zaleceniami UIC.
Pudło o konstrukcji spawanej jest podzielone na pięć części: dwie kabiny
maszynisty (umieszczone na czołach lokomotywy) i trzy przedziały maszynowe
(znajdujące się między nimi), tj. sprężarkowy, silnika spalinowego i maszyn
elektrycznych. Wykroje okienne i żaluzje znajdują się w górnej partii pudła.
Ostoja pudła składa się z dwóch czołownic, ostojnic i belek poprzecznych. Do
ostojnic przy spawano cztery wsporniki służące do zamocowania urządzenia do
przenoszenia siły pociągowej, jak również wsporniki do podnoszenia pudła.
Czołownica lokomotywy przewidziana jest do zabudowy sprzęgu śrubowego, a w
przyszłości sprzęgu centralnego. Do czołownicy przykręcono osłony odśnieżne
dla zabezpieczenia przed przedostawaniem się śniegu do wnętrz silników
trakcyjnych.
Ze względu na źródło hałasu, jakim są silnik spalinowy i sprężarka
powietrzna, zastosowano w pudle izolację akustyczną. Ściany i dach po
stronie wewnętrznej pokryte są masą tłumiącą. Tylne ściany kabin maszynisty
dodatkowo wyłożono dźwiękochłonnymi matami z waty szklanej o grubości 50 do
70 mm, przykrytymi aluminiowymi blachami perforowanymi.
Przy ścianie czołowej kabiny maszynisty, za pulpitem sterowniczym, znajduje
się nagrzewnica powietrza, która zapewnia odpowiednia temperaturę wnętrza
kabiny (w warunkach zimowych + 15°C przy temperaturze otoczenia -20°C i
szybkości maksymalnej lokomotywy). W kabinie, oprócz urządzeń
kontrolno-pomiarowych, znajdują się dwa krzesła dla obsługi (z regulowaną
wysokością) oraz dwie gaśnice halonowe - dwulitrowe. W kabinie A umieszczono
umywalkę odchylną, chowaną we wnęce ściany tylnej, a w kabinie B, w ścianie
tylnej, znajdują się drzwi do szafy rozdzielczej niskiego napięcia.
Dla ułatwienia obsługi urządzeń w lokomotywie służy przejście wzdłuż
lokomotywy z jednej kabiny do drugiej. W podłodze lokomotywy wykonano klapy
inspekcyjne, umożliwiające kontrolę przewodów oraz skrzynek odgałęźnych.
Rozmieszczenie urządzeń zainstalowanych w lokomotywie przedstawiono na
rysunku 2.
Lokomotywa ma dwa wózki trzyosiowe. Ramę wózków stanowi spawana konstrukcja
skrzynkowa. Do podłużnic ramy przyspawano wsporniki dla prowadzenia maźnic,
umocowania wahaczy resorowych oraz innych urządzeń montowanych na ramie
wózka, a do poprzecznicy ramy - wsporniki dźwigni hamulcowych oraz wsporniki
do zamocowania silników trakcyjnych i wieszaki umożliwiające podniesienie
wózka wraz z pudłem lokomotywy.
W lokomotywie SP47 zastosowano zestawy kołowe odmienne od powszechnie
stosowanych przez PKP. Dla zwiększenia elastyczności i zmniejszenia masy
nieodsprężynowanej silnika trakcyjnego zabudowano między wieńcem a piastą
koła zestawu wkładki gumowe firmy "SAB". Zawieszenie ramy na maźnicach
rozwiązano za pomocą sprężyn piórowych i śrubowych oraz wahaczy. Napęd od
silnika trakcyjnego jest przenoszony na zestaw jednostronnie czołową
przekładnią zębatą. Silniki trakcyjne (po trzy na każdym wózku) zawieszone
systemem tramwajowym "za nos" spoczywają na blokach gumowych. Wszystkie
silniki zwrócone są "nosami" do środka lokomotywy. Układ taki pozwala
wykorzystać w maksymalnym stopniu współczynnik ciężaru napędowego. Silnik
trakcyjny nie ma klasycznych łożysk ślizgowych zawieszenia; w zamian
zastosowano łożyska walcowe.
Wózek jest wyposażony w hamulce działające na wszystkie koła. Hamowanie
odbywa się za pośrednictwem sześciu cylindrów (9") wyposażonych w
automatyczne nastawiacze klocków, każdy cylinder hamulcowy uruchamia układ
dźwigniowy działający z obu stron koła. Do regulacji klocków służy śruba
regulacyjna zabudowana w cięgłach. Ponadto każdy wózek ma hamulec ręczny
działający na jeden zestaw, uruchamiany z kabiny maszynisty.
Pudło spoczywa na czterech podporach umieszczonych na ramie wózka,
przenoszących przez elementy gumowe ruchy skrętne i poprzeczne. Siły
poprzeczne są tłumione dodatkowo przez dwa amortyzatory hydrauliczne,
umieszczone w przedniej części ramy wózka. Obciążenia pionowe przenoszone są
przez elementy gumowe podparcia na ramę wózka, a stąd przez wahacze,
wieszaki, sprężyny śrubowe i piórowe na maźnice oraz zestawy. Siły podłużne
(uciągu i hamowania) przenoszone są z zestawów kołowych przez prowadniki
mażnic (systemu Alsthoma) na ramę wózka, a stąd układem dźwigni
kolankowych - na pudło. Wózek w przypadku zerwania cięgieł (przenoszących
siły podłużne) zabezpieczono przed wysunięciem się spod pudła czterema
wspornikami oporowymi (przyspawanymi do ramy wózka) i czterema czopami
(przytwierdzonymi do ostojnicy pudła). Elementy stalowe pudła i ramy wózka
zabezpieczono przed korozją, używając odpowiednich gatunków stali i
antykorozyjnych powłok malarskich.
Podstawowe parametry techniczno-eksploatacyjne lokomotywy:
-szerokość toru 1435 mm
-układ osi CoCo
-masa lokomotywy z pełnymi,
zapasami 114 t + 3%
-nacisk zestawu kołowego 19,0 + 3%
-skrajnia zwężona wg UIC-505
-najmniejszy promień łuku toru 100 m
-średnica okręgu zestawu (nowa) 1100 mm
-długość lokomotywy ze zderzakami 20180 mm
-szerokość lokomotywy 3034 mm
-wysokość maksymalna lokomotywy 4258 mm
-rozstaw teoretyczny osi skrętu wózka 11590 mm
-rozstaw osi zestawu wózka 1800/1950 mm
-zapas paliwa 5500 l
-masa wody w obiegu silnika
spalinowego 1,165 t
-zapas piasku 0,540 t
-zapas oleju smarnego w silniku 0,300 t
-moc znamionowa lokomotywy 2200 kW
-moc na cele trakcyjne (na zaciskach
prądnicy głównej bez ogrzewania
i przy wyłączonych wszystkich
napędach pomocniczych) 1915 kW
-prędkość maksymalna 140 km/h
-prędkość ciągła przy załączonych napędach pomocniczych (przy nowych
okręgach tocznych zestawu) 36,2 km/h
-siła pociągowa przy prędkości ciągłej (przy nowych okręgach tocznych
zestawu) 160,0 kN
-maksymalna siła pociągowa przy współczynniku przyczepności 0,33 (na
obwodzie kół) 360,0 kN
-przełożenie przekładni osiowej 3,35
-hamulce systemu Oerlikona
-ciśnienie powietrza w przewodzie
zasilającym 750-850 kPa
hamulcowym 500 kPa
-ciśnienie powietrza w cylindrze hamulcowym przy:
- I stopniu hamowania hamulcem zespolonym 440 kPa
- II stopniu hamowania hamulcem zespolonym 620 kPa
- użyciu hamulca dodatkowego 390 kPa
- użyciu hamulca przeciwpoślizgowego 110 kPa
-sprawność przekładni hamulcowej 90%
-intensywność hamowania hamulcem zespolonym przy:
- I stopniu hamowania 89,5%
- II stopniu hamowania 131,3%
-pojemność zbiorników głównych 900 l
-pojemność zbiornika pomocniczego 200 l
-odsprężynowanie:
na I stopień przypada 77,7%,
na II stopień przypada 22,3%.
Napęd główny lokomotywy
W skład zespołu prądotwórczego wchodzą: silnik spalinowy, 3-fazowa prądnica
główna, prostownik główny, wzbudnica oraz regulator mocy i obrotów typu
Woodwarda. Silnik spalinowy (wykonany na podstawie licencji firmy Fiat) typu
2116 SSF z doładowaniem i chłodzeniem powietrza doładowującego ma
następujące parametry:
-rodzaj cyklu pracy czterosuw, wysokoprężny
-moc znamionowa 2200 kW
-znamionowa prędkość obrotowa 1500 obr/min
-prędkość obrotowa biegu jałowego 696 obr/min
-prędkość obrotowa przy zadziałaniu regulatora bezpieczeństwa 1650-1700
obr/min.
-liczba cylindrów i układ 16 V
-kąt między cylindrami 90°
-średnica cylindra 210 mm
-skok tłoka 230 mm
-średnia prędkość tłoka 11,5 m/s
-jednostkowe zużycie paliwa przy mocy znamionowej
223,5 g/kWh
-jednostkowe zużycie oleju przy
mocy znamionowej 3,5 g/kWh
-moment rozruchowy 5,2 kJ +/-10%
-najmniejsza prędkość obrotowa
zapłonu 100 obr/min
-moment przy prędkości obrotowej
zapłonu (w temp. 5°C) 2,6 kJ +/- 10%
-ilość wody w silniku 300 l
-typ sprężarki doładowującej VRT250
-maksymalne, dopuszczalne ciśnienie na ssaniu 15 MPa
-ilość powietrza zasysanego przy
mocy znamionowej 12,4 t/h
-temperatura gazów wylotowych
za turbosprężarką 380-420°C
-maksymalne nadciśnienie na wydechu silnika 20 MPa.
Do kadłuba silnika spalinowego podłączono kołnierzowo kadłub prądnicy
głównej. Wał prądnicy jest także połączony z wałem korbowym silnika
spalinowego przez tarczę elastyczną. Agregat prądotwórczy stanowi sztywny,
monolityczny zespół, nie wymagający dodatkowej ramy; spoczywa on na sześciu
poduszkach gumowych, przymocowanych do ostoi pudła.
Prądnica główna typu LSG-2,2-150 jest synchroniczną prądnicą prądu
przemiennego, trójfazową o częstotliwości 150 Hz. o następującej
charakterystyce:
prąd prąd stały
przemienny (za prostownikiem)
praca ciągła przy napięciu wyższym:
moc 2140 kVA 2040 kW
napięcie 337 V 680 V
prąd 2355 A 3000 A
prędkość obrotowa 1500 obr/min
praca ciągła przy napięciu niższym:
napięcie 252 V 425 V
prąd 3670 A 4800 A
izolacja uzwojenia klasy F
napięcie 535 V 735 V
prąd zwarcia 7050 A 9850 A
Prądnica główna ma własne chłodzenie. Masa jej wynosi 4,3 t. Uzwojenie
wzbudzenia prądnicy głównej jest zasilane ze wzbudnicy prądu stałego.
Regulację napięcia prądnicy uzyskuje się przez zmianę prądu wzbudzenia.
Załączanie prądu wzbudzenia odbywa się przez zamknięcie stycznika wzbudzenia
pola SWP. Przed każdym otwarciem obwodu obciążenia prądnicy konieczny jest
uprzedni zanik jej pola przez załączenie uzwojenia wzbudzenia prądnicy na
odpowiedni rezystor PGP. Końce uzwojeń stojana prądnicy podłączone są do
prostowniczego mostka trójfazowego.
Wzbudnica typu LS2a-280, przeznaczona do wzbudzania prądnicy głównej, ma
następującą charakterystykę:
-moc znamionowa - 26,3 kW;
-prąd znamionowy - 250 A;
-napięcie znamionowe - 105 V;
-prędkość obrotowa - 2200 obr/min;
-wzbudzenie: bocznikowo-szeregowe (trzy uzwojenia: bocznikowe, szeregowe i
obce);
-chłodzenie własne;
-masa - 0,35 t.
Wzbudnica jest zabudowana na kadłubie prądnicy głównej i napędzana za pomocą
przekładni pasowej. Uzwojenie bocznikowe ma za zadanie wytwarzanie przepływu
dla uzyskania wymaganego napięcia, zaś uzwojenia szeregowe i obcowzbudne są
uzwojeniami regulacyjnymi. W obwodzie wzbudzenia bocznikowego znajduje się
regulowany rezystor Rbd a w obwodzie wzbudzenia obcego, zasilanego napięciem
110 V, z prądnicy pomocniczej - rezystory wstępnych pozycji nastawnika jazdy
oraz rezystor RRW regulatora silnika spalinowego. Wzbudnica pracuje w
układzie regulacyjnym powiązanym przez regulator Woodworda z silnikiem
spalinowym.
Prostownik główny służy do prostowania prądu przemiennego dla zasilania
silników trakcyjnych lokomotywy i jest zamontowany pod dachem przedziału
maszyn elektrycznych. Prostownik ten jest włączony na stałe i bezpośrednio
na zaciski prądnicy synchronicznej, a ponadto jest chłodzony trzema własnymi
wentylatorami oraz ma własny system zabezpieczeń przed zwarciami
wewnętrznymi (za pomocą bezpieczników) i sygnalizację uszkodzenia diod
(przez zapalanie się lampki w kabinie maszynisty). Prostownik główny
PK-80/0,6 ma napięcie znamionowe wyprostowane 800 V i prąd znamionowy
wyprostowany 8000 A. Zapotrzebowanie powietrza do jego chłodzenia wynosi
1,65 m^3/s.
Urządzenia elektryczne
Do podstawowych urządzeń elektrycznych zabudowanych w lokomotywie należą:
silniki trakcyjne, prądnica-rozrusznik, prądnica ogrzewcza, silnik
wentylatora silników trakcyjnych, silnik sprężarki, bateria akumulatorów,
urządzenia i aparaty elektryczne w obwodzie głównym trakcyjnym i w obwodzie
głównym ogrzewczym oraz urządzenia i aparaty elektryczne w obwodach
pomocniczych.
Silniki trakcyjne zasilane są z prądnicy głównej przez prostownik główny PG
i włączone są w jego obwód przez styczniki liniowe SL. Silnik trakcyjny typu
LSb-493 ma następujące parametry:
- moc ciągła 310 kW
- napięcie znamionovre 425 V
- prąd znamionowy 800 A
- napięcie maksymalne 680 V+/-5%
- prąd maksymalny 1360 A
- maksymalna prędkość obrotowa 2410 obr/min
- izolacja uzwojeńklasy H
- osłabienie wzbudzenia 50%
- chłodzenie obce.
Zapotrzebowanie powietrza do chłodzenia wnętrza silnika trakcyjnego wynosi
90 m^3/min, a masa silnika wynosi 2,85 t. Osłabienie pola (bocznikowanie)
odbywa się na drodze automatycznej, przy osiągnięciu przez lokomotywę
prędkości około 55 km/h. Powrót do normalnego wzbudzenia odbywa się
samoczynnie, po przekroczeniu prądu ciągłego silnika 800 A, co powoduje
zadziałanie przekaźnika powrotu PPP w obwodzie trzeciego silnika. Każdy
silnik jest chroniony przekaźnikiem nadmiarowym (PW). W gałęzi trzeciego
silnika znajdują się dwa boczniki B5 i BA2. Do bocznika B5 podłączony jest
przekaźnik PPP, natomiast do bocznika BA2 podłączony jest amperomierz do
pomiaru prądu w gałęzi tego silnika.
Prądnica-rozrusznik napędzana jest od wału prądnicy ogrzewczej i zadaniem
jej jest w okresie pracy prądnicowej ładowanie baterii akumulatorów oraz
zasilanie obwodów rozrządu, oświetlenia i sygnalizacji, a także napędów
pomocniczych (silników sprężarki, wentylatorów, pompek paliwowych, wodnej i
olejowej). W okresie pracy rozruchowej prądnica-rozrusznik jest odłączona od
wymienionych wyżej obwodów, a zasilana z baterii akumulatorów - napędza
silnik spalinowy w celu jego rozruchu. Prądnica-rozrusznik typu LSP-560 ma
praca prądnicowa - przy prędkości obrotowej silnika
spalinowego 700-1500 obr/min
-moc ciągła 80 kW
-napięcie 110 V
-prąd 726 A
-wzbudzenie uzwojenie samowzbudne, bocznikowe.
-napięcie wzbudzenia 110 V
-prąd wzbudzenia 6,6 A
-spadek napięcia na regulatorze tyrystorowym 1 V
praca silnikowa - zasilanie z baterii zasadowej SI-200
-moment rozruchowy
(n = 0 obr/min) 5,2 kJ +/- 10%
-moment przy obrotach zapłonowych 2,5 kJ +/- 10%
-prędkość obrotowa przy zapłonie 130 obr/min.
Prądnica-rozrusznik posiada chłodzenie własne, a jej masa wynosi 1,95 t.
Przy pracy w charakterze rozrusznika prąd zasilający płynie z baterii przez
styki stycznika rozruchowego SR1, SR2. Maszyna pracuje jako silnik
szeregowy. Uzwojenie bocznikowe CD jest w tym czasie zwarte przez styki
bierne stycznika SR2. Uzwojenie bocznikowe jest czynne w okresie pracy
prądnicowej. W obwód tego uzwojenia wchodzi tyrystorowy regulator napięcia
RN, podtrzymujący napięcie w granicach 110 +/- 2,5 V.
Prądnica ogrzewcza przeznaczona jest do elektrycznego ogrzewania składów
pociągów osobowych. Usytuowana jest za prądnicą główną i połączona z jej
wałem za pomocą jarzmowego sprzęgła elastycznego typu "Vulkan", które
napędza prądnicę ogrzewczą z zachowaniem swobodnego ruchu wzajemnego silnika
spalinowego, prądnicy głównej - zespołu prądnic. Prądnica ogrzewcza i
prądnica-rozrusznik zamocowane są na wspólnej ramie, opartej na ostoi pudła.
Prądnica ogrzewcza jest maszyną prądu przemiennego, 9-fazową, współpracującą
z prostownikiem PPO, umieszczonym na jej obudowie. Prądnica i prostownik
stanowią jeden zespół i są chłodzone w jednym obiegu. Prądnica ogrzewcza
typu LCP-400 ma następujące parametry:
-moc 440 kW
-prąd znamionowy 133,3 A
-napięcie znamionowe 3000 V
-maksymalne napięcie (przy prądzie obciążenia 121 A i 1500 obr/min) 3300 V
+/- 10%
-wzbudzenie (obce) 110 V
-masa 1,74 t.
Uzwojenie wirnika (magnesujące) prądnicy składa się z części podłużnej,
zasilanej napięciem 110 V z prądnicy pomocniczej przez tyrystorowy regulator
napięcia RNO oraz z części poprzecznej, przez którą przepływa pełny prąd
obwodu ogrzewania. To ostatnie uzwojenie przeciwdziała reakcji twornika i
ogranicza pulsację prądu wyprostowanego. Zasilanie części podłużnej
uzwojenia wirnika prądnicy może być załączone lub wyłączone za pomocą
stycznika SWPO. Przewidziany w obwodzie przełącznik ogrzewania pozwala
maszyniście na wybranie jednego z następujących pięciu napięć ogrzewania:
3300 V, 3000 V, 2700 V, 2400 V i 2100 V, a więc odpowiedniego obciążenia
ogrzewczego w zależności od doraźnych potrzeb trakcyjnych. Wybrany poziom
napięcia ogrzewczego utrzymany jest z dokładnością +/- 10%, niezależnie od
zmiany obciążenia i prędkości obrotowej prądnicy ogrzewczej dzięki działaniu
tyrystorowego regulatora napięcia RNO. Przy załączonym ogrzewaniu prędkość
obrotowa silnika spalino...
eres68