Дизель -электрическая трансмиссия , или дизель-электрический силовой агрегат , представляет собой систему трансмиссии для транспортных средств, работающих на дизельных двигателях , на автомобильном, железнодорожном и морском транспорте . Дизель-электрическая трансмиссия основана на бензин-электрической трансмиссии , системе трансмиссии, используемой для бензиновых двигателей .
Дизель-электрическая передача используется на железных дорогах в тепловозах и дизель-электрических моторвагонах , поскольку электродвигатели способны развивать полный крутящий момент с 0 об/мин . Дизель-электрические системы также используются в морском транспорте , включая подводные лодки, и на некоторых наземных транспортных средствах.
Определяющей характеристикой дизель-электрической трансмиссии является то, что она избегает необходимости в коробке передач , преобразуя механическую силу дизельного двигателя в электрическую энергию (через генератор ) и используя электрическую энергию для привода тяговых двигателей , которые механически приводят транспортное средство в движение. Тяговые двигатели могут питаться напрямую или через перезаряжаемые батареи , что делает транспортное средство типом гибридного электромобиля . Этот метод трансмиссии иногда называют электрической трансмиссией, поскольку он идентичен бензин-электрической трансмиссии , которая используется на транспортных средствах, работающих на бензиновых двигателях, и турбинно-электрической трансмиссии , которая используется для газовых турбин .
Дизель-электрические трансмиссии являются типом бесступенчатой трансмиссии . Отсутствие коробки передач устраняет необходимость переключения передач, что предотвращает неравномерное ускорение, вызванное выключением сцепления . С вспомогательными батареями двигатели могут работать только на электричестве, например, когда шум или выхлоп двигателя нарушают зону чистого воздуха . [1]
Недостатками дизель-электрической трансмиссии являются потенциальная сложность, стоимость и снижение эффективности из-за преобразования энергии. [ сомнительно – обсудить ] Дизельные двигатели и электродвигатели известны тем, что имеют высокий крутящий момент на низких оборотах, это может привести к тому, что высокие обороты будут иметь небольшой крутящий момент. Обычно бензиновый двигатель работает в паре с электродвигателями по этой причине. Бензиновый двигатель выдает наибольший крутящий момент на высоких оборотах, дополненный крутящим моментом электродвигателей на низких оборотах.
_north_of_Alaska.jpg/1280px-USCGC_Healy_(WAGB-20)_north_of_Alaska.jpg)
Первый дизельный теплоход был также первым дизель-электрическим судном, русским танкером Vandal из Branobel , который был спущен на воду в 1903 году. Паротурбинно-электрическая тяга использовалась с 1920-х годов ( линкоры класса Tennessee ), использование дизель-электрических силовых установок на надводных кораблях в последнее время возросло. Финские корабли береговой обороны Ilmarinen и Väinämöinen , заложенные в 1928–1929 годах, были одними из первых надводных кораблей, использовавших дизель-электрическую трансмиссию. Позднее эта технология была использована на дизельных ледоколах . [ требуется цитата ]
Во время Второй мировой войны ВМС США строили надводные корабли с дизель-электрическим двигателем. Из-за нехватки машин эскортные миноносцы классов Evarts и Cannon были дизель-электрическими, с половиной своей проектной мощности ( классы Buckley и Rudderow были паротурбинно-электрическими на полную мощность). [2] Ледоколы класса Wind , с другой стороны, были спроектированы для дизель-электрического двигателя из-за его гибкости и устойчивости к повреждениям. [3] [ 4]
Некоторые современные дизель-электрические суда, включая круизные суда и ледоколы, используют электродвигатели в гондолах, называемых азимутальными подруливающими устройствами , которые обеспечивают вращение на 360°, что делает суда гораздо более маневренными. Примером этого является Symphony of the Seas , крупнейшее пассажирское судно по состоянию на 2019 год. [5]
Газовые турбины также используются для выработки электроэнергии, а некоторые корабли используют комбинацию: Queen Mary 2 имеет набор дизельных двигателей в нижней части корабля, а также две газовые турбины, установленные около главной трубы; все они используются для выработки электроэнергии, включая те, которые используются для привода винтов . Это обеспечивает относительно простой способ использования высокоскоростного, низкокрутящего момента турбины для привода тихоходного винта, без необходимости чрезмерного редуктора. [ необходима цитата ]
Большинство ранних подводных лодок использовали прямое механическое соединение между двигателем внутреннего сгорания и винтом, переключаясь между дизельными двигателями для работы на поверхности и электродвигателями для подводного движения. Это был фактически «параллельный» тип гибрида, поскольку двигатель и двигатель были соединены с одним и тем же валом. На поверхности двигатель (приводимый в действие двигателем) использовался как генератор для подзарядки батарей и питания других электрических нагрузок. Двигатель отключался для работы под водой, при этом батареи питали электродвигатель и также поставляли всю остальную энергию. [6]
В настоящей дизель-электрической трансмиссии, напротив, гребной винт или винты всегда приводятся в действие напрямую или через редукторы одним или несколькими электродвигателями , в то время как один или несколько дизель-генераторов обеспечивают электроэнергию для зарядки аккумуляторов и приведения в действие двигателей. Хотя это решение имеет несколько недостатков по сравнению с прямым механическим соединением между дизельным двигателем и гребным винтом, которое изначально было распространено, преимущества в конечном итоге оказались более важными. Одним из нескольких существенных преимуществ является то, что оно механически изолирует шумный отсек двигателя от внешнего корпуса высокого давления и снижает акустическую сигнатуру подводной лодки при всплытии. Некоторые атомные подводные лодки также используют похожую турбоэлектрическую двигательную систему с турбогенераторами , приводимыми в действие паром реакторной установки. [7]
Среди пионеров, использовавших настоящую дизель-электрическую трансмиссию, был шведский флот с его первой подводной лодкой HMS Hajen (позже переименованной в Ub № 1 ), спущенной на воду в 1904 году и изначально оснащенной полудизельным двигателем ( двигатель с горячим баллоном, в первую очередь предназначенный для работы на керосине), позже замененным на настоящий дизель. [8] С 1909 по 1916 год шведский флот спустил на воду еще семь подводных лодок трех разных классов (2-го класса, класса Laxen и класса Braxen), все из которых использовали дизель-электрическую трансмиссию. [9] Хотя Швеция временно отказалась от дизель-электрической трансмиссии, поскольку начала закупать проекты подводных лодок за рубежом в середине 1910-х годов, [10] эта технология была немедленно возобновлена, когда Швеция снова начала проектировать свои собственные подводные лодки в середине 1930-х годов. С этого момента дизель-электрическая трансмиссия последовательно использовалась для всех новых классов шведских подводных лодок, хотя и дополнялась воздухонезависимой силовой установкой (ВНЭ), представленной двигателями Стирлинга, начиная с HMS Näcken в 1988 году. [11]
Другим ранним последователем дизель-электрической трансмиссии был ВМС США , чье Бюро паровой инженерии предложило ее использование в 1928 году. Впоследствии она была опробована на подводных лодках S-класса S-3 , S-6 и S-7, прежде чем была запущена в производство на подводных лодках класса Porpoise в 1930-х годах. С этого момента она продолжала использоваться на большинстве обычных подводных лодок США. [12]
За исключением британских подводных лодок класса U и некоторых подводных лодок Императорского флота Японии , которые использовали отдельные дизель-генераторы для движения на низкой скорости, лишь немногие флоты, кроме флотов Швеции и США, широко использовали дизель-электрическую трансмиссию до 1945 года. [13] После Второй мировой войны, напротив, она постепенно стала доминирующим видом движения для обычных подводных лодок. Однако ее принятие не всегда было быстрым. Примечательно, что советский флот не вводил дизель-электрическую трансмиссию на своих обычных подводных лодках до 1980 года с классом Paltus . [14]
Во время Первой мировой войны существовала стратегическая необходимость в железнодорожных локомотивах без дымовых шлейфов над ними. Дизельная технология еще не была достаточно развита, но было сделано несколько попыток-предшественников, особенно для бензиново-электрических трансмиссий французами (Crochat-Collardeau, патент от 1912 года, также использовался для танков и грузовиков) и британцами ( Dick, Kerr & Co и British Westinghouse ). Около 300 таких локомотивов, только 96 из которых были стандартной колеи, использовались в различных точках конфликта. [ необходима цитата ]
В 1920-х годах дизель-электрическая технология впервые получила ограниченное применение в маневровых локомотивах (Великобритания: маневровые локомотивы ), локомотивах, используемых для перемещения поездов по железнодорожным станциям, а также для их сборки и разборки. Первой компанией, предлагавшей локомотивы «Oil-Electric», была American Locomotive Company (ALCO). Серия дизель-электрических маневровых локомотивов ALCO HH поступила в серийное производство в 1931 году. В 1930-х годах система была адаптирована для обтекаемых поездов , самых быстрых поездов своего времени. Дизель-электрические силовые установки стали популярными, поскольку они значительно упростили способ передачи движущей силы на колеса , а также потому, что они были более эффективными и имели значительно сниженные требования к техническому обслуживанию. Трансмиссии с прямым приводом могут стать очень сложными, учитывая, что типичный локомотив имеет четыре или более осей . Кроме того, дизельному локомотиву с прямым приводом потребовалось бы непрактичное количество передач, чтобы удерживать двигатель в пределах своего диапазона мощности; соединение дизеля с генератором устраняет эту проблему. Альтернативой является использование гидротрансформатора или гидромуфты в системе прямого привода вместо коробки передач.
Также были произведены автобусы на базе дизель-электрических двигателей, включая гибридные системы, способные работать на аккумуляторах и хранить электроэнергию в них. Двумя основными поставщиками гибридных систем для дизель-электрических транзитных автобусов являются Allison Transmission и BAE Systems . New Flyer Industries , Gillig Corporation и North American Bus Industries являются основными заказчиками гибридных систем Allison EP, в то время как Orion Bus Industries и Nova Bus являются основными заказчиками системы BAE HybriDrive. Mercedes-Benz производит собственную дизель-электрическую приводную систему, которая используется в их Citaro . Единственный автобус, работающий на одной дизель-электрической трансмиссии, — это концептуальный автобус Mercedes Benz Cito с низким полом, представленный в 1998 году.
Вот несколько примеров:
В автомобильной промышленности дизельные двигатели в сочетании с электрическими трансмиссиями и аккумуляторной батареей разрабатываются для будущих систем привода транспортных средств. Партнерство для нового поколения транспортных средств было совместной исследовательской программой между правительством США и «Большой тройкой» производителей автомобилей ( DaimlerChrysler , Ford и General Motors ), которые разработали дизельные гибридные автомобили. [ необходима цитата ]
Дизель-электрическая силовая установка была опробована на некоторых военных транспортных средствах , таких как танки . Прототипы сверхтяжелых танков TOG1 и TOG2 Второй мировой войны использовали сдвоенные генераторы, приводимые в действие дизельными двигателями V12. Более поздние прототипы включают модульную бронированную машину SEP и T95e . Будущие танки могут использовать дизель-электрические приводы для повышения топливной экономичности при одновременном уменьшении размера, веса и шума силовой установки. [26] Попытки использования дизель-электрических приводов на колесных военных транспортных средствах включают неудачные ACEC Cobra , MGV и вооруженный роботизированный автомобиль XM1219 . [ требуется ссылка ]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )