Vectron - Railvolution

Druhá generace
interoperabilních lokomotiv
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Ostrava
15.6.2011
Strana
1
Jiří Pohl
© Siemens,
s.r.o.s.r.o.
2011
Siemens,
Elektrické lokomotivy třídy 6,4 MW
Stavbu kolejových vozidel výrazně ovlivnily tři nástroje polovodičové
elektrotechniky:
-
výkonové měniče,
počítačové řízení,
komunikace po datových sběrnicích.
Tato technika se uplatnila i v oblasti elektrických lokomotiv. Náhrada
tradičně používaných stejnosměrných trakčních i pomocných pohonů
frekvenčně řízenými střídavými pohony přinesla řadu kvalitativních i
kvantitativních změn:
-
vyšší parametry,
nižší náklady na údržbu,
nižší náklady na energii.
Strana 2
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Frekvenčně řízené střídavé trakční pohony
„Komutátor se přestěhoval z podvozku do strojovny“:
odolnější a údržbově nenáročný trakční motory,
menší a lehčí trakční motory,
odolnější a údržbově nenáročná přístrojová část,
menší a lehčí přístrojová část
~
-
+
~
=
+
-
=>
~
Strana 3
~
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Současnost:
„Všechna elektrická vozidla jsou stejná“
Dieselelektrická
Elektrická (závislá) - DC
Elektrická (závislá) - AC
Akumulátorová
(lokomotivy, jednotky, trakční vozy, metro, tramvaje, trolejbusy, ...)
Diesel ~
~
usměrňovač
=
=
~
F
600 V až 3 000 V
Elektrická DC
=
~
15, 25 kV
Elektrická AC
~
=
=
~
=
Akumulátorová
Strana 4
~
~
Jiří Pohl
~
-v
~
~
BZ
JP
JZ
BP
-F
Siemens, s.r.o.
v
Zvýšení technických parametrů pohonu dvojkolí
Frekvenčně řízené střídavé asynchronní trakční motory umožnily
ve srovnání s tradičními stejnosměrnými komutátorovými motory:
-
zvýšení poměru točivý moment (respektive výkon) / rozměry (hmotnost)
zhruba o 60 %. To umožňuje stavět pro lokomotivy s individuálním
pohonem dvojkolí trakční motory k výkonu nikoliv jen 1 MW, ale 1,6 MW,
-
zvýšení v praxi využitelných hodnot součinitele z hodnoty cca 0,2 na
hodnotu cca 0,3, tedy zvýšení trvalých tažných sil lokomotiv z hodnot
kolem 45 kN na hodnoty kolem 65 kN na jedno dvojkolí,
-
zvýšení regulačního rozsahu od nejvyšších hodnot rozjezdových
tažných sil odpovídajících součinitele adheze 0,35 až do maximální
rychlosti 230 km/h.
Strana 5
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Zvýšení technických parametrů
elektrických lokomotiv
Aplikace vysoce výkonných pohonů dvojkolí umožňuje stavět:
-
čtyřnápravové lokomotivy o výkonu nikoliv jen 4 MW, ale o výkonu 6,4
MW s pozitivním dopadem na zvýšení cestovní rychlosti jak vlaků
osobní přepravy (zvýšení měrného výkonu z 10 kW/t na 15 kW/t), tak i
nákladních vlaků (zvýšení měrného výkonu ze 2 kW/t na 3 kW/t),
-
náhrada šestinápravových lokomotiv jednoduššími, lehčími a levnějšími
čtyřnápravovými lokomotivami s příznivějšími účinky na trať (při
zachování stejné hodnoty trvalých i adhezních tažných sil),
-
použití univerzálních lokomotiv schopných při jediném převodovém
poměru obsáhnout nejvyšší tažné síly (300 kN) i nejvyšší rychlosti (230
km/h), tedy vhodných pro vozbu nákladních vlaků, i EC/IC vlaků.
Strana 6
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Trakční charakteristika ES 64 U4
Trakční charakteristika
tažná síla na obvodu kol (kN)
300
250
200
150
100
50
0
0
Strana 7
50
100
150
rychlost (km/h)
Jiří Pohl
200
250
Siemens, s.r.o.
Pro srovnání - sv diagram lokomotivy o výkonu 3 200 kW (zátěž T4 2 000 t)
sv diagram loko 3 200 kW
stoupání (promile)
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
rychlost (km/h)
Strana 8
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
sv diagram lokomotivy ES 64 F4 zátěž T4 2 000 t)
sv diagram loko 6 400 kW
stoupání (promile)
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
rychlost (km/h)
Strana 9
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Pro srovnání: lokomotiva o výkonu 3 200 kW
Rozjezd nákladního vlaku o hmotnosti 2 000 t do stoupání 3,5 promile na rychlost 80 km/h
lokomotivou o výkonu 3 200 kW (rozjezdová dráha 8 km)
90
80
Rychlost (km/h)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ujetá vzdálenost (m )
Strana 10
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Lokomotiva ES 64 F4
Rozjezd nákladního vlaku o hmotnosti 2 000 t do stoupání 3,5 promile na rychlost 80 km/h
lokomotivou o výkonu 6 400 kW (rozjezdová dráha 3,4 km)
90
80
Rychlost (km/h)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ujetá vzdálenost (m )
Strana 11
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Nižší náklady na údržbu
Přínos bezkomutátorových trakčních i pomocných motorů a bezkontaktní
regulace trakčních i pomocných pohonů:
-
výrazné prodloužení proběhu mezi preventivními prohlídkami (vizuální
prohlídka po ujetí 25 000 km) a snížení rozsahu preventivní údržby,
-
minimální poruchovost a nízká pracnost korektivní údržby,
-
lokalizační diagnostika,
-
disponibilita 98 %
Strana 12
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Nižší náklady na energii
Všestranná optimalizace energetické náročnosti:
-
vysoká účinnost trakčního pohonu,
-
výkonné rekuperační brzdění,
-
odběr jen činné složky výkonu,
-
úsporně řízené pomocné pohony,
-
nízký odpor valení (kotoučová brzda),
-
nízký aerodynamický odpor (zaoblené tvary).
Strana 13
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Ekonomické přednosti nadnárodního
použití lokomotiv
Náklady na pořízení lokomotivy v přepočtu na ujetý kilometr:
c = k . C / (T . 365 . Ld)
k … součinitel navýšení finančních nákladů (směrná hodnota: 1,3),
C … cena lokomotivy (směrná hodnota: 100 mil. Kč),
T … doba splatnosti úvěru
Ld … denní běh lokomotivy
a) národní použití – kratší vozební ramena (Ld = 500 km/den)
c = k . C / (T . 365 . Ld) = 1,3 . 100 000 000 / (10 . 365 . 500) = 71 Kč/km
b) nadnárodní použití – delší vozební ramena (Ld = 800 km/den)
c = k . C / (T . 365 . Ld) = 1,3 . 100 000 000 / (10 . 365 . 800) = 45 Kč/km
Strana 14
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
První generace interoperabilních lokomotiv
Eurosprinter ES 64 U4, ES 64 U4
Eurorunner ER 20
Princip národních balíčků:
Lokomotiva je vytvořena jako platforma, modifikovatelná pro použití v
jednotlivých zemích (sběrač, odrušení, vlakový zabezpeč, radiostanice…).
Počet současně instalovaných národních balíčků bývá zhruba 3 až 5.
Strana 15
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Evropské lokomotivy v nákladní dopravě
Nákladní lokomotivy Eurosprinter ES 64 F4 pomáhají odlehčit dálnice
od dopravy kontejnerů z Rotterdamu, Hamburgu a Brém do vnitrozemí.
Strana 16
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Evropské lokomotivy
Již od prosince roku 2008
společně provozují České
dráhy (ČD) a Rakouské
dráhy (ÖBB) rychlíky mezi
Prahou a Vídní bez výměny
lokomotiv na hranicích.
Vozbu zajišťují lokomotivy
Eurosprinter ES 64 U4.
Strana 17
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Interoperabilní lokomotivy odlehčují silnice a dálnice
Strana 18
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Inovační krok: Vectron
Na základě zkušeností s úspěšným provozem 1 600 lokomotiv typu
Eurosprinter a Eurorunner ve 20 evropských zemích vznikl další nový typ
lokomotivy - Vectron.
 schopnost rychle dopravovat těžké vlaky napříč Evropou,
 vysoká spolehlivost, podpořená novými formami služeb v oblasti
údržby,
 snadné a rychlé přizpůsobení pro provoz ve vybraných zemích.
Strana 19
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron: vlastnosti a parametry
Pokračovat v tradici lokomotiv ES 64 a ER 20:
 vysokým trakčním výkonem umožnit rychlou a proto plynulou jízdu
nákladních vlaků v souběhu s osobní dopravou na silně zatížených
tratích,
 zvládat vysoké normativy zátěže bez postrků a přípřeží,
 ve čtyřnápravovém provedení nahradit dražší a složitější
šestinápravové lokomotivy
 vracet při brzdění energii zpět do sítě,
 odebírat ze sítě jen činnou složku střídavého proudu (cos φ = 1),
 dosahovat disponibilitu 98 %,
 jezdit bez prohlídky v depu 25 000 km, …
Plus k tomu něco navíc: flexibilita ke změnám železniční infrastruktury a
přepravních potřeb
Strana 20
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vývoj infrastruktury a přepravních potřeb
Životnost lokomotivy je zhruba 30 let.
Jaké změny nastanou mezi roky 2011 a 2041?
Přinejmenším tak zásadní, jako mezi roky 1981 a 2011.
1981
Strana 21
Jiří Pohl
2011
Siemens, s.r.o.
Vývoj infrastruktury a přepravních potřeb
2011 - 2041
Evropu čeká:







uplatňování zásad interoperability,
postupná náhrada národních typů vlakových zabezpečovačů systémem
ETCS,
postupná náhrada DC systémů elektrizace systémem 25 kV,
zvyšování traťových rychlostí (na konvenční síti do 200 km/h),
rozšiřování přeprav směrem k Asii,
narůst kombinované přepravy,
racionální náhrada silniční, vodní a letecké dopravy železnicí v
elektrické trakci (v reakci na stále dražší ropu)…
Strana 22
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vstříc potřebám budoucnosti
Na nové podmínky na straně infrasatruktury a přepravních potřeb, které
nastanou v průběhu životnosti vozidla, je nejlépe se připravit:
a) volbou parametrů a vybavení lokomotivy na úrovni reality roku 2011?
b) provedením lokomotivy, zahrnujícím všechny očekávané alternativy do
roku 2041?
c) otevřenou koncepcí lokomotivy s možností průběžného doplňování
podle aktuálního vývoje infrastruktury a přepravních proudů?
Strana 23
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vstříc potřebám budoucnosti
Na nové podmínky na straně infrasatruktury a přepravních potřeb, které
nastanou v průběhu životnosti vozidla, je nejlépe se připravit:
a) volbou parametrů a vybavení lokomotivy na úrovni reality roku 2011?
b) provedením lokomotivy, zahrnujícím všechny očekávané alternativy
do roku 2041?
c) otevřenou koncepcí lokomotivy s možností průběžného doplňování
podle aktuálního vývoje infrastruktury a přepravních proudů?
c) je správně.
Strana 24
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Druhá generace interoperabilních lokomotiv
Vectron
Princip maximálního řešení:
-
Lokomotiva je zkonstruována, typově vyzkoušena a schválena v
maximální verzi vhodné pro provoz v 15 evropských zemích:
je řešena jako čtyřsystémová (1,5 kV, 3 kV, 15 kV 16,7 Hz, 25 kV 50 Hz),
je vybavena 4 sběrači proudu různých tvarů
je vybavena 13 typy vlakových zabezpečovačů (ETCS level 2, 12
národních systémů),
je vhodná pro nákladní i osobní dopravu (6,4 MW, 300 kN, 200 km/h).
Všechny komponenty mají své pevné místo.
modifikace je prováděna vypouštěním některých komponent,
jejich doplnění v průběhu životnosti vozidla je možné
Strana 25
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Požadavky na budoucí evropskou
kolejovou dopravu
Změna struktury
zákazníků menší
objemy na jednu
přepravu
Strana 26
Narůstající tok
zboží
na velké
vzdálenosti
Jiří Pohl
Změna požadavků
daná zákony a
normami
Kompletace
portfolia
Siemens, s.r.o.
Vectron
Trvalá hospodárnost
Trakce v různých výkonnostních třídách pro nejrůznější dopravní úkoly
MS-Loko
AC-Loko
AC-Loko
DC-Loko
vysoký výkon
vysoký výkon
střední výkon
střední výkon
Strana 27
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
Výjimečná jistota do budoucnosti
Uspořádání strojovny
Vectron MS vysoký výkon
Hlavní transformátor
Trakční měnič
Olejový a vodní chladič
Vzduchový kompresor
Brzdové zařízení
Brzdový odporník
DC-vysokonapěťové zaříz.
Nízkonapěťové zařízení
Ventilátor trakčního motoru
Trafo pomocných provozů
Skříň akumulátoru
Strana 28
Zařízení pomocného provozu
Zabezpeč. zaříz. vlaku 1/2
Zabezpeč. zaříz. vlaku 3
Zaříz. pro likvidaci požáru
AC-vysokonapěťové zaříz.
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
Mehrsystem X4 - A
Výjimečná jistota do budoucnosti
Uspořádání strojovny
Hlavní transformátor
Trakční měnič
Olejový a vodní chladič
Vectron AC
MS vysoký výkon
Vzduchový kompresor
Brzdové zařízení
Nízkonapěťové zařízení
Ventilátor trakčního motoru
Trafo pomocných provozů
Strana 29
Skříň akumulátoru
Zařízení pomocného provozu
Zabezpeč. zaříz. vlaku 1/2
Zabezpeč. zaříz. vlaku 3
Zaříz. pro likvidaci požáru
AC-vysokonapěťové zaříz.
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
Výjimečná jistota do budoucnosti
Uspořádání strojovny
Vectron AC
DC high
střední
výkon
Vectron
power
Síťový filtr
Trakční měnič
Olejový a vodní chladič
Vzduchový kompresor
Brzdové zařízení
Brzdový odporník
DC-vysokonapěťové zaříz.
Nízkonapěťové zařízení
Ventilátor trakčního motoru
Trafo pomocných provozů
Skříň akumulátoru
Strana 30
Jiří Pohl
Zařízení pomocného provozu
Zabezpeč. zaříz. vlaku 3
Zaříz. pro likvidaci požáru
Siemens, s.r.o.
Vectron
svoboda bez hranic
Koncept zabezpečovacích zařízení pro nasazení v Evropě
Zohledněna byla zabezpečovací zařízení pro provoz v:
Belgie, Německo, Francie, Itálie, Chorvatsko, Lucembursko, Nizozemí, Rakousko, Polsko,
Rumunsko, Švýcarsko, Slovensko, Slovinsko, Česká republika, Maďarsko
 Evropské systémy:
ETCS L1, ETCS L2
 Národní systémy:
ATB-EG, TBL1+, Memor, KVB, SCMT, RSxC,
LZB80, PZB90, Mirel, SHP, ZUB262ct, Integra
Výhledově pro provoz v Dánsku, Švédsku a Norsku:
 Národní systémy: ZUB123, ATC-2
Strana 31
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
svoboda bez hranic
Nový, inteligentní koncept zabezpečovacích zařízení pro flexibilitu dnes i v budoucnu
U
MIREL VZ1
Schrank für dezentrale I/O
U
U
U
U
ATBL-NL-EG
LZB 80E
PZB 90
U
Lüfter
U
U
U
MIREL
STB-box
Frankreich - Modul
Vorschaltgerät
U
U
Integra
ZUB
262 ct
IVC_Alstom
- ETCS
- SCMT
- TBL1+
/Memor
U
Zusatzkomponenten
KVB und ATESS
U SHP
STM KVB
Lüfter
U
ATESS
- RPS
U
U
Euroloop
13,5 MHz
U
Klemmen
Klemmen
Klemmen
Kabelzuführung
Beschleunigungssensor
Klemmen
GSM-R (ETCS L2)
U
Rekorder
Pevně definovaná místa vestavby pro všechna zabezpečovací zařízení střední Evropy.
>>> flexibilní osazení dle místa nasazení
Strana 32
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
svoboda bez hranic
Příklad osazení zabezpečovacími zařízeními pro koridor „D-A-CZ-SK-HU“
U
MIREL VZ1
Schrank für dezentrale I/O
U
U
U
LZB 80E
PZB 90
U
U
U
MIREL
STB-box
IVC_Alstom
- ETCS
U
U
Euroloop
13,5 MHz
U
Klemmen
Klemmen
Klemmen
Kabelzuführung
Beschleunigungssensor
Klemmen
GSM-R (ETCS L2)
U
Rekorder
Výbava pro provoz v:
Německo, Rakousko, Česká republika, Slovensko, Maďarsko
Strana 33
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
svoboda bez hranic
Příklad osazení zabezpečovacími zařízeními pro koridor „D-A-CH-I-NL“
Schrank für dezentrale I/O
U
U
U
U
ATBL-NL-EG
LZB 80E
PZB 90
U
Lüfter
Systemausbau
zum Betrieb in:
 Deutschland
 Österreich
 Schweiz
 Italien
 Niederlande
U
IVC_Alstom
- ETCS
- SCMT
Vorschaltgerät
U
U
Integra
ZUB
262 ct
U
U
U
Euroloop
13,5 MHz
U
Klemmen
Klemmen
Klemmen
Kabelzuführung
Beschleunigungssensor
Klemmen
GSM-R (ETCS L2)
U
Rekorder
Výbava pro provoz v:
Německo, Rakousko, Švýcarsko, Itálie, Nizozemí
Strana 34
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
Výjimečná jistota do budoucnosti
Vectron MS – uspořádání střešních komponentů
Poloha D
AC-1.950 mm
Strana 35
Poloha C
DC-1.950 mm
Poloha B
DC-1.450mm
Jiří Pohl
Poloha A
AC-1.450 mm
Siemens, s.r.o.
Vectron
Výjimečná jistota do budoucnosti
Vectron AC - uspořádání střešních komponentů
Poloha D
AC-1.950mm
Strana 36
Poloha C
volná
Poloha B
volná
Jiří Pohl
Poloha A
AC-1.950 mm
Siemens, s.r.o.
Vectron
největší výkonnost na trhu
Nový universální koncept podvozku pro rychlost do 200 km/h
 160 a 200 km/h
 jeden rám podvozku
 jeden pohon
 jedno rozhraní na rám a pohon
 volitelně: aktivní tlumiče vrtivých
pohybů ADD pro malé poloměry
oblouků
Strana 37
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Odpružený trakční pohon (dutým hřídelem pastorku)
Lamelová spojka
Přívod vzduchu
Dutý hřídel
pastorku
Stator
Skříň
převodovky
Rotor
Velké ozubené
kolo
Náprava
Strana 38
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
největší výkonnost na trhu
Snadná oprava po nehodě díky odmontovatelnému čelu
Strana 39
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron
nejvyšší provozuschopnost
integrovaný
měnič
pomocných
pohonů (HBU)
výroba a úprava
stlačeného vzduchu hlavní vypínač DC
sběrač
hlavní vypínač AC
Sitrac
brzdový odporník
vysokonapěťové
chladící
IGBT střídače
věž
podvozky s
přenosem tažné
síly otočným
čepem
Strana 40
kompaktní
brzdové čelisti
Jiří Pohl
čelo
pohon
brzdové kotouče
skříň trafa
umístěné v discích kol
pomocných
pohonů (HTG)
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
flexibilita a vlídnost k životnímu prostředí
Strana 41
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
flexibilita a vlídnost k životnímu prostředí
Technická data
Spalovací motor:
2 200 kW / 2 400 kW se Stage IIIB
Uspořádání náprav:
Bo‘Bo‘
Rozchod:
1 435 mm
Průjezdný profil:
UIC 505-1
Tažná síla při rozjezdu:
275 kN
Objem palivové nádrže:
4 000 l
Brzdná síla EDB:
150 kN
Výkon EDB na obvodu kol:
1 700 kW
Nejvyšší provozní rychlost:
160 km/h
Hmotnost:
cca 83 t (závisí na zvoleném provedení)
Strana 42
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
strojovna
prostor chlazení
Strana 43
prostor
spalovacího
motoru
Jiří Pohl
část elektrických a
pneumatických
komponent
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
flexibilita a vlídnost k životnímu prostředí
Strana 44
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
uspořádání se spalovacím motorem Stage IIIB
filtr pevných
částic
spalovací motor
Stage IIIB
předehřev
Strana 45
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Vectron DE
spalovací motor plnící normu Stage IIIB
Data spal. motoru Stage IIIB
 MTU 4000 R44
 Výkon:
2200 kW nebo 2400 kW
 zpětné vedení spalin
s mezichlazením
 dvoustupňové přeplňování
se současným chlazením
stlačeného vzduchu
 k dispozici pouze s filtrem
pevných částic
vývojový model spol. MTU
Strana 46
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Dopravní politika EU
Bílá kniha – plán jednotného dopravního prostoru (28.3.2011):
- zvýšit podíl železnice v nákladní dopravě – převzít ze silnice přepravy na
vzdálenost nad 300 km,
- zvýšit podíl železnice v osobní dopravě – zajistit dopravu osob mezi
evropskými městy
Strana 47
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.
Děkuji Vám za Vaši pozornost.
Strana 48
Jiří Pohl
Siemens, s.r.o.