В январе 2021 г. компания Stadler и британский оператор Rail Operations UK (ROUK) подписали рамочное соглашение о поставке 30 четырехосных локомотивов новой серии 93, способных работать от нескольких источников энергии. К испытаниям первого из них предполагается приступить осенью 2022 г.
Содержание
Особенности конструкции
Некоторые технические решения, примененные в конструкции тепловоза серии 68 с электрической передачей мощности и локомотива серии 88 с комбинированным приводом, которые компания Stadler ранее выпускала для британского рынка, использовались и при создании локомотива серии 93. В то же время он отличается рядом существенных особенностей, самая важная из которых — возможность работы в четырех режимах: при питании тяговых двигателей от контактной сети, от бортового дизель-генератора, от дизель-генератора и подзаряжаемых от него аккумуляторов, только от аккумуляторов. Подобный локомотив появится на железных дорогах Великобритании впервые.
При питании от контактной сети напряжением 25 кВ, частотой 50 Гц полезная мощность локомотива в стандартном режиме составляет 4 МВт, при использовании аккумуляторов для создания дополнительного тягового усилия — 4,6 МВт. Мощность установленного на локомотиве дизельного двигателя С32, изготовленного компанией Caterpillar и соответствующего европейским экологическим нормам уровня V, — 900 кВт. В гибридном режиме, когда вместе с дизель-генератором задействованы две батареи литий-титанат-оксидных аккумуляторов, поставленные компанией ABB, мощность локомотива составляет 1300 кВт.
Такие батареи будут установлены на локомотивах, предназначенных для Великобритании, впервые, при этом возможно питание тяговых цепей только от батарей. Первоначально в состав технического задания данное требование не было включено, однако заказчик обратился к компании Stadler с соответствующей просьбой, предполагая, что такая опция должна оказаться целесообразной при использовании локомотива на неэлектрифицированных линиях, особенно на станциях, в тоннелях и на других участках, где принципиально важно соблюдение предельных показателей по уровню вредных выбросов и шума.
При решении этой задачи возникли некоторые проблемы. Вследствие ограничений, действующих на сети железных дорог Великобритании, суммарная масса локомотива не должна превышать 86 т. С учетом данного требования было установлено максимальное значение массы батарей. Кроме того, пространство внутри локомотива для размещения батарей также ограниченно.
В качестве компромиссной меры было предложено отказаться от установки на локомотиве тормозных резисторов. При реостатном торможении кинетическая энергия поезда преобразуется в электрическую, тяговые двигатели переводятся в режим генераторов. Выработанная энергия преобразуется в тормозных резисторах в тепло и рассеивается в атмосфере. С точки зрения потребления энергии реостатное торможение является неэффективным, к тому же его применение лишь незначительно влияет на уменьшение износа тормозных колодок. В связи с этим было решено не применять тормозные резисторы и расположить на их месте тяговые аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию, выделившуюся при торможении, и эффективно использовать ее.
За счет применения литий-титанат-оксидных батарей продолжительность зарядки аккумуляторов сокращается до 10 – 20 мин. Вариативность этого показателя зависит от того, от какого источника энергии проводится зарядка — от контактной сети или бортовой дизель-генераторной установки. Кроме того, имеют значение окружающие условия и возраст батареи. Литий-титанат-оксидные батареи имеют технический диапазон заряда 10 – 90 %, что существенно шире по сравнению с батареями других типов, у которых этот показатель находится в пределах 40 – 80 %. Срок службы таких батарей составляет примерно 8 лет. Кроме того, они отличаются более эффективным тепловым регулированием, несмотря на то что на долю системы охлаждения все еще приходится 50 % общей массы батареи.
Локомотив оснащен воздушными тормозами, а также электропневматической тормозной системой, за счет чего обеспечивается возможность его использования с пассажирскими поездами. Ни один другой локомотив в Великобритании в стандартном исполнении не оборудован системой электропневматического торможения.
Локомотив оснащен сцепным устройством CargoFlex, поставленным компанией Voith и рассчитанным на нагрузку 850 кН. Высоту сцепного устройства можно регулировать, выбирая один из пяти уровней, принятых в Великобритании. Новый локомотив потенциально готов к переходу на технологию цифровой автосцепки, которая в настоящее время проходит испытания в континентальной Европе, если данная технология получит применение в Великобритании. Наряду с электрическим разъемом с 42 контактами на локомотиве применен разъем UIC 558 для передачи данных. Локомотив также подготовлен к переходу на стандарт связи 5G и европейскую систему управления движением ETCS.
Впереди — испытания
В июле 2022 г. компания Stadler объявила, что на ее предприятии в Валенсии (Испания) завершены работы по изготовлению кузова первого локомотива серии 93 для ROUK (рисунок), после чего был начат монтаж оборудования и подсистем локомотива.
Сборка локомотива серии 93 на заводе компании Stadler
Испытания первого построенного локомотива планируется начать в ноябре 2022 г. на заводе компании Stadler в Альбушеке (Испания), где имеется участок пути небольшой протяженности, а затем продолжить в Великобритании, куда, как предполагается, новый локомотив прибудет в марте 2023 г. Ходовые испытания будут продолжаться до июля, еще через месяц локомотив после завершения процедуры сертификации должен поступить в эксплуатацию. По вопросам сертификации компания Stadler сотрудничает с компанией TÜV Rhineland, при этом считается, что проводить испытания гибридного локомотива на полигоне в Велиме (Чехия) нет необходимости, поскольку он на 90 % основан на конструкции локомотива серии 88.
Поскольку на локомотиве серии 93 установлены тяговый трансформатор новой конструкции, поставленный компанией ABB, и преобразователи на транзисторах IGBT, требуется провести его испытания на электромагнитную совместимость. Кроме того, специальные испытания необходимы вследствие изменений габарита приближения строений и динамических показателей нового локомотива по сравнению с выпускавшимися ранее: максимальная скорость локомотива серии 93 достигает 177 км/ч, серии 68 – 160 км/ч.
Существенная особенность нового локомотива — усовершенствованное вторичное пневматическое подвешивание. В состав системы подвешивания входят две пружины и три гидравлических демпфера с каждой стороны тележки. Таким образом, каждая тележка оборудована четырьмя пружинами и шестью гидравлическими демпферами. Установлены также демпферы, предотвращающие виляние и поперечный относ. Кроме того, по сравнению с локомотивами серии 88 применена другая конструкция редуктора.
Оптимизированы также тяговые характеристики. Предполагается, что локомотив новой серии сможет преодолевать значительные уклоны в Камбрии на северо-западе Англии со скоростью 80 км/ч, тогда как сейчас скорость некоторых грузовых поездов на этом участке приходится ограничивать 32 км/ч. Режим движения будет необходимо выбирать не только исходя из требований соблюдения графика, но и с учетом расхода топлива и электроэнергии. В то же время надо учитывать, что на магистрали Западного побережья, где планируется использовать локомотив, обращаются поезда нескольких категорий, отличающиеся по величине эксплуатационной скорости и другим показателям.
В связи с этим руководство ROUK полагает, что сложившаяся еще в 1960‑е годы система приоритетов поездов определенных категорий требует изменений. Возможно, вопреки установившимся нормам следовало бы признать, что во внепиковые часы пропустить в первую очередь поезд, везущий ценные грузы, значительно важнее для экономики и общества, чем пригородный, которым в это время пользуется незначительное число пассажиров.
ROUK оказывает услуги по предоставлению тягового подвижного состава для пассажирских и грузовых поездов, чартерных перевозок, а также мониторинга и тестирования объектов инфраструктуры на всей сети железных дорог Великобритании. Локомотив серии 93 пригоден для выполнения всех перечисленных видов работ. Особенно важно, что ввод в эксплуатацию новых локомотивов будет способствовать развитию мультимодальных перевозок. Предполагается, что в дальнейшем максимальная скорость поездов ROUK в эксплуатации будет превышать 120 км/ч. Поставки локомотивов серии 93 открывают для компании Stadler новые возможности на британском рынке.
Согласно контракту Stadler поставит ROUK первую партию локомотивов серии 93, насчитывающую 10 ед., в 2023 г. Вопрос о поставке второй партии, также состоящей из 10 локомотивов, предстоит решить к декабрю 2022 г. В общей сложности ROUK может получить 60 – 70 локомотивов этой серии.
В условиях, когда возраст многих из 650 работающих на железных дорогах Великобритании магистральных грузовых локомотивов, прежде всего тепловозов серии 66, приближается к 25 годам, ROUK, по‑видимому, будет не единственным заказчиком новых локомотивов постройки компании Stadler в стране. Этот локомотив имеет потенциал для того, чтобы стать основным в грузовом парке в ближайшие несколько лет.
Материалы Rail Operations UK (www.railopsgroup.co.uk); International Railway Journal, 2022, № 9, pp. 36 – 37.
Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2022, № 10.
