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谭笑古今

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【转载】专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样!  

2017-07-07 06:24:18|  分类: 世界揽胜 |  标签: |举报 |字号 订阅

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专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样!

青藏铁路上的"雪域神舟"号内燃机车,系中国自主研发,装有中国目前功率最大的柴油机。能抗风防雷,还能全方位抵抗紫外线。

2017-07-06 · 了不起的中国制造

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  出品| 网易新闻学院

  作者| 王麟,科普作家、铁路工程师

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  在被称为“地球第三极”的青藏高原修建铁路,工程之艰巨世界瞩目。这里海拔高、纬度低,生态环境极为脆弱,全长1956千米的青藏铁路,穿越海拔4000米以上地段就有960多千米,占据全长的49%,铁路要跨越海拔5072米的唐古拉山口,还要经过多年冻土地段550多千米。

  沿线地理条件复杂,有戈壁荒漠、沼泽湿地、雪山草原和多年连续冻土地带,并且该地区还有5级烈度的地震带,昼夜温差最高达40℃,最高风速达32.6米每秒,常年风沙雨雪,并有较长的雷暴区段,空气稀薄,气压很低,空气中的含氧量仅为海平面的50%左右,且伴随强烈的紫外线照射。自然条件之恶劣可见一斑。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  青藏铁路的修建,可谓克服了重重艰难,创造了世纪工程。而铁路修好,在铁路上跑的火车更要与严酷的自然环境作斗争。

  (一)在青藏高原上跑火车存在哪些困难?

  经过分析,对行车影响最大的几个自然因素包括:高海拔,大风沙,多雷电,高寒低温;对行车影响最大的工程因素包括:铁路线路坡度较陡、坡道长、跨越无人区需要采用机车长交路。

  1、高海拔——影响柴油机和冷却系统工作

  青藏铁路海拔最高点为唐古拉山口,高程为5072米,拉萨市海拔为3628米,全程海拔超过4000米的地段有965千米。高海拔造成的直接后果就是气压低和空气稀薄,环境气压仅为57.0~ 72.5 kPa,空气中的含氧量仅为海平面的50%左右,使得内燃机车的柴油机和增压器受到较大影响,同时水的沸点降低,影响机车冷却装置和冷却系统的正常工作。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  2、多雷电——精密电子仪器遭破坏

  而多发雷电则很容易对机车上面的精密电子仪器造成破坏,需要采取可靠的防护措施。青藏铁路一年中的风沙天气是100多天,对机车的各个部件影响也很大,造成其使用寿命缩短。

  3、低温——制动系统等受影响

  在格尔木至拉萨段,铁路沿线的气温最高为25℃,最低为-45℃,平均气温-2~ -6℃。低温对机车的油水、电气、制动等系统均有很多不利的影响。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  青藏铁路

  4、坡陡且长——需要大功率机车牵引

  而青藏铁路的线路陡坡、长坡道以及机车长交路,都对机车的牵引性能提出更高的要求,需要配备功率更加强大的机车。

  如此恶劣的环境,要是还用普通机车,会连正常额定功率的一半都发挥不出来,无法承担繁重的运输任务。所以,就需要针对特殊的严酷条件,研发新型的铁路机车,而这种新型的“大力士”要满足在高原上启动、制动、牵引、环保等一系列技术要求。

  目前在青藏铁路上使用两种车型,一是从美国进口的NJ2型内燃机车,二是国内自主研发成功的“雪域神舟”号大功率内燃机车。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  进口内燃NJ2型机车

  (二)大功率机车的技术独到之处

  在高原条件下,限制机车柴油机功率有三个重要参数:增压器最高转速、最大排气温度和爆发压力,这三个参数的任何一个不达标都会造成不良后果。

  1、完善的增压匹配,抵消机械能损耗

  柴油机在高海拔条件工作时,由于受增压器特性的限制,做功生热而机械能减少。但是柴油机还得满足牵引功率要求,所以就得更具海拔高度,完善柴油机的增压匹配,并对相关的机械结构做适当的调整。

  2、高温冷却方式,提高水的沸点

  高原的高海拔和低气压使得机车冷却水的沸点降低,会影响冷却效果。因此机车冷却水系统必须采用加压冷却(高温冷却)方式,即给冷却水系统加上压力调节阀,将高温冷却系统与大气隔开。当高温冷却水的温度上升时,在整个高温水系统中产生一定压力,以提高水的沸点,避免冷却水过早气化,从而提高柴油机高温冷却水的水温。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  NJ2型机车

  3、柴油空气滤清系统+堆雪排障器,可抗高原风沙

  为了适应高原风沙大的特点,机车需采用过滤精度高、纳污能力强的柴油空气滤清系统和主发电机、牵引电动机通风系统。除此之外,对机车上的一些敏感器件应具有良好的防寒、保温、预热和安全防护措施。

  机车上还要有针对大风堆雪的排障器,配备性能良好的防空转、防滑行控制装置。由于青藏铁路某些段落坡度很大,机车应装有重联装置,应能满足3台及其以上机车重联的要求。

  4、供氧设备+抗紫外线设计,保护司机!

  由于高压缺氧,需要对司机室配备供氧设备,还要采取特殊的涂料,对机车的外表进行抗紫外线设计,以有效保护机车和司机。

  5、大容量油箱,满足长途跋涉需求

  由于机车需要跑长途交路,中间由于条件限制,不能随时补充燃料,就需要采用大容量的油箱满足机车长途跋涉对能源的需求。

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  青藏铁路

  (三)国产“雪域神舟”号内燃机车:装有中国最大功率柴油机

  在借鉴国外NJ2型内燃机车的基础上,中国研发成功“雪域神舟”号内燃机车。车身采用高强度低合金钢材料制造的棚式或者桁架式侧壁承载结构,可满足隔热和吸震要求。

  由于青藏铁路部分段落坡度较陡,机车一般采用双机重联,车上安装有中国目前功率最大的16V280ZJA型柴油机,在海拔5100米之处,其最大运用功率可达2700千瓦,在海拔2800米处的最大运用功率为3400千瓦,最高时速100公里/小时。

  1、增压器、冷却方式满足高原“跑路”需求

  柴油机配备高原增压器,实现柴油机功率随着海拔不同而自动修正的功能。

  “雪域神舟”号机车的冷却系统采用加压冷却方式,以保证在海拔5100米处,水系统内压力不低于1个大气压,水的沸点不低于100℃,以保证机车柴油机正常冷却的需要。

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  国产内燃“雪域神舟”号机车

  2、阀控式镍镉碱性蓄电池:耐低温还减重

  高原海拔高、气温低对柴油机起动性能影响很大,“雪域神舟”号利用低温性能较好的阀控式镍镉碱性蓄电池。一般在-20 ℃时,电池能放出额定容量的80%左右;即使在-40℃大电流运用时,对蓄电池的寿命影响甚微,电池的使用寿命较长。采用碱性蓄电池,还可让机车减重1000kg。

  3、机车涂料+镀膜玻璃:全方位抵抗紫外线

  为了解决机车抗紫外线的问题,技术人员通过试验筛选出耐高寒、抗辐射老化的橡胶件和油漆,用作机车涂料,同时在司机室前窗和侧窗玻璃均采用防紫外线镀膜玻璃。

  “雪域神舟”号针对高原缺氧采取的措施,在司机室上部安装有变压吸附式制氧机,通过氧面罩和整仓供氧2种方式向司机室供氧。制氧机工作时,可以通过管道将氧气送入司机室,还可以将氧气充入氧气瓶以备不时之需。

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  机车驾驶室

  4、“雪域神舟”号针对高寒采取的措施:

  一是采用了自控式预热锅炉,油水管路采用特殊防寒包扎、电伴热装置;

  二是机车车体、转向架和冷却装置钢结构等主要受力部件采用低温性能好的材料;

  三是采用了承载式燃油箱结构,车体的强度和刚度比现有DF8B 机车有显著提高;

  四是采用滚动轴承抱轴式转向架,轮对采用整体车轮,减振垫采用低温性能好、抗辐射的橡胶减振垫。

专为青藏铁路设计,现实版的“雪域列车”长这样! - 钟儿丫 - 响铃垭人

  5、既能抗风,又能防雷

  雪域神舟”号针对大风沙采取的措施,柴油机空气滤清系统采用四层钢丝网、旋风式空气滤清器、纸质滤芯组成的三级空气滤清系统。

  为了防雷,机车的车体与转向架侧梁、转向架侧梁与轴箱端盖之间用电缆连接,车轴端部设置接地电刷,以确保将机车车体在可能受到雷击的时候,迅速将电流引入地下,以保证行车的安全。

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  投稿请联系newsresearch_ntes@163.com,稿件一经刊用,将提供千字800元的稿酬。

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  编辑| 于冉帝

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