【铁道科普】苏联直—直流电传动电力机车的巅峰之作——VL15型电力机车

文章作者:西瓜昌真湿基(B站和百度昵称:宁柳跨越)
提示
交—直流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压-整流后,向直流牵引电机供给直流电。苏联VL80型电力机车以及在此基础上出口至中国的8G型电力机车均为交—直流电传动形式。
直—直流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,向直流牵引电机供给直流电。苏联VL10型、VL11型电力机车以及本文提及的VL15型电力机车均为直—直流电传动形式。
概述
VL15型电力机车⑴是苏联的干线货运电力机车车型之一,也是目前世界上功率最大的直流电力机车车型之一,由格鲁吉亚第比利斯电力机车制造厂(以下简称“第厂”)和俄罗斯联邦诺沃切尔卡斯克电力机车厂(以下简称“诺厂”)合作设计生产。其中诺厂负责机械部分制造,第厂负责电气部分制造。

VL15型机车是在VL11型电力机车基础上,借鉴VL85型电力机车的Bo-Bo-Bo轴式,由两节结构相同的Bo-Bo-Bo轴式机车连接而成。
研发背景
1977年到1980年间,苏联计划生产采用架悬式牵引电动机全悬挂转向架八轴直流电力机车,以代替八轴设计的VL10型和VL11型电力机车。在一些技术文献和文献中,新型电力机车的车型代号为VL14。全苏电力机车研究与设计院完成了这种电力机车的工作图纸,其机械部分与VL84型电力机车⑵最大程度地统一。

然而,在测试VL81型⑶和VL84型机车的架悬式牵引电动机全悬挂转向架时发现的问题,以及为了制造交—直流电传动十二轴设计的VL85型机车而进行的准备工作,导致对新的货运电力机车的设计的修改,最终推出直—直流电传动十二设计的VL15型电力机车。

生产历史
VL15型和VL15S型(ВЛ15 и ВЛ15С)
1984年12月到1991年3月间,第厂为苏联铁道部制造44组VL15型机车,编号为VL15-001到VL15-044。

VL15-024号、VL15-026号、VL15-028号以及VL15-032号机车因为配备了机车重联装置,而被定型为VL15S型⑷。

VL15A型(ВЛ15А)
1988年到1990年间,第厂为摩尔曼斯克州Apatit矿业公司制造6组VL15A型机车⑸,编号为VL15A-001到VL15A-006。和第厂先前为诺里尔斯克铁路制造的VL10N型机车一样,VL15A型机车不设置再生制动,并且由于缺少与该模式相关的设备而与VL15型机车不同。

运用
交付到苏联铁道部的44组VL15型机车最初配属于东西伯利亚铁路局伊尔库茨克调车机务段,苏联解体后这些机车由新组建的俄罗斯铁路继承。1995年,斯柳江卡到济马区间由直流3千伏供电改为交流25千伏50赫兹供电后,这些机车转配至十月铁路局坎达拉克沙机务段。2001年,楼希到摩尔曼斯克区间由直流3千伏供电改为交流25千伏50赫兹供电后,这些机车再次转配至十月铁路局沃尔霍夫机务段至今。

截至2019年4月,沃尔霍夫机务段尚有23组VL15型机车仍在运用状态,2组VL15型机车停用封存,3组VL15型机车出借给Apatit矿业公司。

交付到Apatit矿业公司的6组VL15A型机车当中,除VL15A-001号机车已报废除籍外,其余5组VL15A型机车仍在运用状态。而Apatit矿业公司在2016年到2018年间,从十月铁路局沃尔霍夫机务段租借VL15-001号、VL15-010号以及VL15-040号机车至公司内运用。

改造
GT1h-001号机车(ГТ1h-001)
2006年12月,俄罗斯铁路与萨马拉库兹涅佐夫设计局签署协议,研制基于NK-32型涡轮扇发动机的NK-361型燃气涡轮扇发动机,以此为研发GT1型燃气涡轮机车做好准备。2007年,时配属于十月铁路局沃尔霍夫机务段的VL15-008号机车被送往沃罗涅日内燃机车修理厂。在那里,机车装上NK-361型燃气涡轮扇发动机,定型为GT1-001号机车。

2008年7月4日,GT1-001号机车在古比雪夫铁路局的基涅利到朱古廖夫海区间首次进行3千吨列车牵引试验。2012年,GT1-001号机车改造后更换了自己需要的柴油机和牵引发电机,定型为GT1h型(“h”指混合动力)。

技术设计
VL15型机车轴式为Bo-Bo-Bo+Bo-Bo-Bo,轴重为25吨,全重为300吨,全长为45000毫米,宽度为3180毫米,轮径为1250毫米,适用于轨距为1520毫米的直流3千伏电气化铁路;在速度为10公里/小时时通过的最小半径曲线为125米。机车的牵引电动机小时功率为9000千瓦,持续功率为8400千瓦;最大牵引力为650千牛,持续牵引力为590千牛;持续速度为49.9千米/小时,最高速度为100千米/小时。

受电弓
在每节机车的顶部有两个T-5M1型受电弓。在VL15型机车的操作过程中,规定停放和刚起动时升三个受电弓(行进方向的第一个、第二个和第四个)。当加速到5-10公里/小时的速度时,行进方向的第一个受电弓降下。
牵引电动机
每组VL15型机车有12台TL-3型牵引电动机,其尺寸可与VL10型电力机车安装的TL-2K型电动机互换。电机有六个主电源、六个附加电极和一个补偿绕组。所有绕组的绝缘为F级,额定电压为3000伏。当电压为1.5千伏且冷却空气流量为110立方米/分钟时,TL-3型牵引电动机最大功率为750千瓦,持续功率为700千瓦,最大电流为535安,持续电流为500安,持续旋转为810转/分钟。
每节机车的牵引电动机可以做到串联(六个牵引电动机)、串并联(两个并联的三个牵引电动机串联组)和并联(三个并联的两个牵引电动机串联组)三种连接。通过KG-020型三位组开关切换这些连接,和从电路中切除启动电阻,可以获得四级磁削。

牵引电动机由KME-001型司机控制器手柄控制。使用单独的电动气动接触器(PC-358、PC-359和PC-360)切换到再生制动模式;再生制动期间的自动控制由SAURT设备执行。当将牵引电动机从一个连接切换到另一个连接时,将分离二极管引入电路,限制推力的冲击。
在再生制动期间,3000伏、22安的直流电经过转换器转换,提供365伏、600安的直流电至牵引电动机的励磁绕组。该转换器的工作频率为300-320赫兹,质量为2500千克。每个部分还有一个40K-125型可充电电池。
辅助设备
每节机车具有两个TL-110M型离心式电机风扇,由TL-122型电动机驱动,转速为515转/分钟。电机风扇支持串联和并联两种连接方式。
后记
作为苏联直—直流电传动电力机车的巅峰之作,VL15型电力机车以其小时功率为9000千瓦、持续功率为8400千瓦、最大牵引力为650千牛以及持续牵引力为590千牛的特点,成为世界上功率最大的直流电力机车车型之一⑹。

然而,VL15型机车停产时,却也正值苏联解体前夕。而随着解体后俄罗斯和格鲁吉亚两国关系的逐渐紧张,第厂和诺厂的合作关系亦告破裂,成为彼此的竞争对手,VL15型机车也因此成为两家工厂最后合作研发的电力机车车型。但即便如此,第厂官方网站至今保留着VL15型机车的产品介绍。
注释
⑴俄语:ВЛ15。
⑵俄语:ВЛ84。本型机车是苏联铁路的干线货运电力机车车型之一,适用于25千伏工频单相交流制的电气化铁路,由诺厂于1979年设计制造。该型机车是在VL81型电力机车(见注释⑶)基础上开发研制的实验性车型,试验采用架悬式牵引电动机全悬挂转向架,仅试制二台并未投入批量生产。
⑶俄语:ВЛ81。本型机车是苏联铁路的干线货运电力机车车型之一,适用于25千伏工频单相交流制的电气化铁路,由诺厂于1976年设计制造。该型机车是在VL80T型电力机车基础上开发研制的实验性车型,试验采用架悬式牵引电动机全悬挂转向架和复合式通风系统,仅试制一台并未投入批量生产。根据全悬挂转向架的设计,牵引电动机的全部重量都支承在转向架构架上,大幅减少了簧下重量;一系悬挂采用轴箱两侧螺旋弹簧,二系悬挂采用螺旋弹簧和横向摩擦阻尼器,牵引力或制动力通过中间低位牵引拉杆传递。
⑷其中“S”指“Система многих единиц”。
⑸其中“A”指“Апатит”。
⑹诺厂于2014年推出的3ES4K型电力机车,其小时功率为9600千瓦、持续功率为8880千瓦、最大牵引力为651千牛以及持续牵引力为586.5千牛。而乌拉尔机车厂于2008年推出的2ES6型电力机车,其小时功率为6〇440千瓦、持续功率为6000千瓦、最大牵引力为46〇4千牛以及持续牵引力为418千牛;于2010年推出的直—交流电传动2ES10型电力机车,在机车增加中间补机机车时的小时功率为13200千瓦、持续功率为12600千瓦、最大牵引力为855千牛以及持续牵引力为807千牛。
参考
《List of the vehicles - VL15 - TrainPix》:https://trainpix.org/list.php?mid=111
《List of the vehicles - VL15A - TrainPix》:https://trainpix.org/list.php?mid=569
《ВЛ15 — Википедия》:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%9B15
《Завод Производитель Грузинских Электровозов АО "Электровозстроитель"》:http://glmf.ge/?lang=rus&action=products_item&id=11
《Электровоз ВЛ15》:http://trainshistory.ru/article/lokomotivy/magistralnye-elektrovozy/dvuhsistemnye/gruzovoi-elektrovoz-vl15
