Дизель -электрическая трансмиссия , или дизель-электрическая трансмиссия , — система трансмиссии транспортных средств с дизельными двигателями на автомобильном, железнодорожном и морском транспорте . Дизель-электрическая трансмиссия основана на бензин-электрической трансмиссии — системе трансмиссии, используемой в бензиновых двигателях .
Дизель-электрическая трансмиссия используется на железных дорогах в дизель-электрических локомотивах и дизель-электрических поездах , поскольку электродвигатели способны развивать полный крутящий момент при 0 об/мин . Дизель-электрические системы применяются также на морском транспорте , в том числе на подводных лодках, и на некоторых наземных транспортных средствах.
Определяющей характеристикой дизель-электрической трансмиссии является то, что она позволяет избежать необходимости в коробке передач за счет преобразования механической силы дизельного двигателя в электрическую энергию (через генератор переменного тока ) и использования электрической энергии для приведения в движение тяговых двигателей , которые приводят в движение транспортное средство. механически. Тяговые двигатели могут питаться напрямую или от аккумуляторных батарей , что делает автомобиль разновидностью гибридного электромобиля . Этот метод передачи иногда называют электрической трансмиссией, поскольку он идентичен бензин-электрической трансмиссии , которая используется на транспортных средствах с бензиновыми двигателями, и турбинно-электрической трансмиссии , которая используется для газовых турбин .
Дизель-электрические трансмиссии представляют собой разновидность бесступенчатой трансмиссии . Отсутствие коробки передач дает ряд преимуществ, поскольку устраняет необходимость переключения передач, устраняя тем самым неравномерность ускорения, вызванную выключением сцепления . При достаточном количестве батарей двигатели могут работать в течение определенного периода времени только на электричестве, например, когда шум или выхлоп двигателя являются проблемой, например, при попадании в зону чистого воздуха . [1]
Недостатками дизель-электрической трансмиссии являются потенциальная сложность, стоимость и повышенные потери из-за преобразования энергии.
_north_of_Alaska.jpg/1280px-USCGC_Healy_(WAGB-20)_north_of_Alaska.jpg)
Первым дизель- электроходом стал также первый дизель-электрический корабль — русский танкер « Вандал» из Бранобеля , спущенный на воду в 1903 году . Паротурбинно-электрическая силовая установка применяется с 1920-х годов ( линкоры типа «Теннесси »), с использованием дизель-электрических силовых установок. в надводных кораблях в последнее время возросло. Финские корабли береговой обороны «Ильмаринен» и « Вяйнямёйнен» , заложенные в 1928–1929 годах, были одними из первых надводных кораблей, использовавших дизель-электрическую трансмиссию. Позже технология была использована на дизельных ледоколах . [ нужна цитата ]
Во время Второй мировой войны ВМС США строили дизель-электрические надводные корабли. Из-за нехватки техники эсминцы эскорта классов Эвартс и Кэннон были дизель -электрическими, с половиной проектной мощности ( классы Бакли и Раддероу были паротурбинно-электрическими на полную мощность). [2] Ледоколы класса Wind , с другой стороны, были разработаны для дизель-электрической силовой установки из-за ее гибкости и устойчивости к повреждениям . [3] [4]
Некоторые современные дизель-электрические суда, в том числе круизные лайнеры и ледоколы, используют электродвигатели в капсулах, называемых азимутальными подруливающими устройствами, расположенными внизу, чтобы обеспечить вращение на 360 °, что делает корабли гораздо более маневренными. Примером тому является «Симфония морей» , крупнейшее пассажирское судно по состоянию на 2019 год. [5]
Газовые турбины также используются для выработки электроэнергии, а на некоторых кораблях используется их комбинация: Queen Mary 2 имеет набор дизельных двигателей в нижней части корабля плюс две газовые турбины, установленные рядом с главной воронкой; все они используются для выработки электроэнергии, в том числе и для привода винтов . Это обеспечивает относительно простой способ использования высокоскоростной турбины с низким крутящим моментом для приведения в движение тихоходного гребного винта без необходимости использования чрезмерного понижающего редуктора. [ нужна цитата ]
В большинстве ранних подводных лодок использовалась прямая механическая связь между двигателем внутреннего сгорания и гребным винтом, переключаясь между дизельными двигателями для надводного хода и электродвигателями для подводного движения. По сути, это был гибрид «параллельного» типа, поскольку двигатель и двигатель были соединены с одним и тем же валом. На поверхности двигатель (приводимый в движение двигателем) использовался в качестве генератора для подзарядки аккумуляторов и питания других электрических нагрузок. Двигатель будет отключен для работы под водой, а батареи будут питать электродвигатель, а также обеспечивать всю остальную энергию. [6]
В настоящей дизель-электрической трансмиссии, напротив, гребной винт или гребные винты всегда приводятся в движение напрямую или через редукторы одним или несколькими электродвигателями , в то время как один или несколько дизель-генераторов вырабатывают электроэнергию для зарядки аккумуляторов и привода двигателей. Хотя это решение имеет несколько недостатков по сравнению с прямым механическим соединением дизельного двигателя и гребного винта, которое изначально было обычным явлением, в конечном итоге преимущества оказались более важными. Одним из нескольких существенных преимуществ является то, что он механически изолирует шумный моторный отсек от внешнего прочного корпуса и снижает акустическую сигнатуру подводной лодки при всплытии. Некоторые атомные подводные лодки также используют аналогичную турбоэлектрическую двигательную установку с маршевыми турбогенераторами , приводимыми в движение паром реакторной установки. [7]
Среди первых пользователей настоящей дизель-электрической трансмиссии был ВМС Швеции со своей первой подводной лодкой HMS Hajen (позже переименованной в Ub no 1 ), спущенной на воду в 1904 году и первоначально оснащенной полудизельным двигателем ( двигателем с горячей лампой , в первую очередь предназначенным для работать на керосине), позже замененном настоящим дизелем. [8] С 1909 по 1916 год ВМС Швеции спустили на воду еще семь подводных лодок трех разных классов (2-й класс, класс Лаксен и класс Браксен), все с использованием дизель-электрической трансмиссии. [9] Хотя Швеция временно отказалась от дизель-электрической трансмиссии, поскольку в середине 1910-х годов она начала закупать конструкции подводных лодок за границей, [10] эта технология была немедленно вновь внедрена, когда в середине 1930-х годов Швеция снова начала проектировать свои собственные подводные лодки. С этого момента дизель-электрическая трансмиссия последовательно использовалась для всех новых классов шведских подводных лодок, хотя и дополнялась воздухонезависимой силовой установкой (AIP) , обеспечиваемой двигателями Стирлинга, начиная с HMS Näcken в 1988 году . [11]
Другим ранним пользователем 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 введена в эксплуатацию. в производство класса Porpoise 1930-х годов. С этого момента он продолжал 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 малых скоростях, лишь немногие военно-морские силы, за исключением военно-морских сил Швеции и США, до 1945 года широко использовали дизель-электрическую трансмиссию. [13] После Во время Второй мировой войны, напротив, он постепенно стал доминирующим способом движения для обычных подводных лодок. Однако его принятие не всегда было быстрым. Примечательно, что советский ВМФ не использовал дизель-электрическую трансмиссию на своих обычных подводных лодках до 1980 года ( класс «Палтус» ) . [14]
Во время Первой мировой войны возникла стратегическая необходимость в железнодорожных локомотивах без шлейфов дыма над ними. Дизельная технология еще не была достаточно развита, но было предпринято несколько предварительных попыток, особенно для бензиново-электрических трансмиссий, французами (Crochat-Collardeau, патент от 1912 года, также используемый для танков и грузовиков) и британцами ( Dick, Kerr & Co и British Westinghouse). ). Около 300 из этих локомотивов, из которых только 96 стандартной колеи, использовались в различные моменты конфликта. [ нужна цитата ]
В 1920-х годах дизель-электрическая технология впервые нашла ограниченное применение в маневровых локомотивах (Великобритания: маневровые локомотивы ), локомотивах, используемых для перемещения поездов по железнодорожным станциям, а также их сборки и разборки. Первой компанией, предлагающей локомотивы Oil-Electric, была American Locomotive Company (ALCO). Серия дизель-электрических переключателей ALCO HH была запущена в серийное производство в 1931 году. В 1930-х годах система была адаптирована для обтекаемых поездов , самых быстрых поездов того времени. Дизель-электрические силовые установки стали популярными, потому что они значительно упростили способ передачи движущей силы на колеса , а также потому, что они были более эффективными и значительно сокращали требования к техническому обслуживанию. Трансмиссии с прямым приводом могут оказаться очень сложными, учитывая, что типичный локомотив имеет четыре или более осей . Кроме того, дизельному локомотиву с прямым приводом потребуется непрактичное количество передач, чтобы поддерживать двигатель в пределах диапазона мощности; соединение дизеля с генератором устраняет эту проблему. Альтернативой является использование гидротрансформатора или гидромуфты в системе прямого привода для замены коробки передач.
Также производятся дизель-электрические автобусы, в том числе гибридные системы, способные работать и хранить электроэнергию в батареях. 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, а Orion Bus Industries и Nova Bus являются основными заказчиками системы BAE HybriDrive. Mercedes-Benz производит собственную дизель-электрическую систему привода, которая используется в их Citaro . Единственный автобус, работающий на одной дизель-электрической трансмиссии, — это низкопольный концептуальный автобус Mercedes Benz Cito, представленный в 1998 году.
Примеры включают в себя:
В автомобильной промышленности дизельные двигатели в сочетании с электрическими трансмиссиями и аккумуляторными батареями разрабатываются для будущих систем привода транспортных средств. Партнерство для нового поколения транспортных средств — это совместная исследовательская программа между правительством США и производителями автомобилей «Большой тройки» ( DaimlerChrysler , Ford и General Motors ), которые разрабатывали дизельные гибридные автомобили. [ нужна цитата ]
Дизель-электрическая силовая установка была опробована на некоторых военных машинах , например, на танках . Прототипы сверхтяжелых танков TOG1 и TOG2 времен Второй мировой войны использовали сдвоенные генераторы с приводом от дизельных двигателей V12. Более поздние прототипы включают модульную бронемашину SEP и T95e . В будущих танках могут использоваться дизель-электрические приводы для повышения топливной эффективности при одновременном уменьшении размера, веса и шума силовой установки. [26] Попытки применения дизель-электрических приводов на колесных военных машинах включают неудачные ACEC Cobra , MGV и XM1219 Armed Robotic Vehicle . [ нужна цитата ]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )