【科普】牵引电动机复合式通风系统的尝试——苏联铁道部VL81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)
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直—直流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,向直流牵引电动机供给直流电。苏联铁道部VL12型电力机车为直—直流电传动形式。
直—交流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,经过逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。法国国营铁路CC 1100型电力机车为直—交流电传动形式。
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,向直流牵引电动机供给直流电。本文提及的苏联铁道部VL81型电力机车为交—直流电传动形式。
交—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,无需经过变压—整流—逆变,直接变频后向交流牵引电动机供给交流电。法国国营铁路BB 13000型电力机车及BB 14000型电力机车为交—交流电传动形式。
交—直—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压—整流—逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。白俄罗斯铁路BKG1型电力机车为交—直—交流电传动形式。
双电流制电力机车:本文提及的“双电流制”,是指采用交—直流电以及直—直流电双制式电传动的电力机车。苏联铁道部VL61D型电力机车即为双电流制电力机车。
俄罗斯联邦诺沃切尔卡斯克电力机车制造厂在本文均简称“NEVZ”⑴。
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概述
VL81型电力机车⑵是苏联铁道部的干线货运电力机车车型之一,适用于25kV50Hz单相交流制的电气化铁路,由NEVZ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,试验牵引电动机全悬挂转向架和复合式通风系统,仅试制一组并未投入批量生产。

研制和运用
NEVZ除了研制采用单电机全悬挂转向架的VL83型电力机车外,也开始研制采用双电机全悬挂转向架的两节重联式八轴交流干线货运电力机车。在全苏电力机车研究与设计院的指导下,NEVZ于1976年底试制了首组原型车——VL81-001号机车,定型为VL81型。
在研制双电机全悬挂转向架的同时,NEVZ设计师们决定研制牵引电动机复合式通风系统,目的是减少通风能耗来提高交流电力机车的效率。

1977年,VL81-001号机车在进行了通风系统和动态强度的初步测试后,开始试运行。 1978年,VL81-001号机车通过了动态强度测试。测试完成后,NEVZ将VL81-001号机车的全悬挂转向架替换为安装NB-418K6型牵引电动机的轴悬式转向架,就近交付北高加索铁路局巴泰斯克机务段运用。
2008年,VL81-001号机车在其变压器起火后停用,数年后拆解。
技术设计
VL81型电力机车的车体是结构是在VL80T型、VL83型电力机车基础上改进而成,其变化与全悬挂转向架以及某些新型电气设备的使用有关。电力机车的长度为32840mm,与VL80T型机车相同。
与VL80T机车相比,VL81型机车具有更高的输出功率和牵引力⑶。在持续速度为52.6km/h时,VL81型机车产生的牵引力为510kN,持续牵引力为471kN;最高运行速度为120km/h。
机械部分
像VL83型机车一样,VL81型机车采用全悬挂转向架,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,静态挠度为58.5mm;二系悬挂采用螺旋弹簧和横向摩擦阻尼器,静态挠度为73.5mm。牵引力或制动力通过中间低位牵引拉杆传递。
牵引变速箱包括一个单侧单级正齿轮箱、一个带轴承组件的空心销、一个带有弹性元件的联轴器,以及将联轴器固定到齿轮和齿轮中心的零件组成。 变速箱的齿轮比为22:65 = 1:2.955,齿轮齿数为14。
转向架的轴距为2700mm,每节机车总轴距为10400mm,车轮直径为1250mm,轴重为25t。

电气部分
VL81型机车安装了EKG-8Zh型司机控制器、VUK-4000T型硅整流器、VOV-25-4M型主开关。与VL80T电力机车的OTDCE-5000/25B型主变压器不同的是,安装在VL81电力机车上的OTDCE-5000/25V型主变压器两侧安装了油冷散热器。
VL81型机车采用六极、带补偿绕组的NB-507型脉流牵引电动机。牵引电动机主电极采用“Monolith-2”型绝缘层,其余部分采用聚酰胺绝缘层。牵引电动机的电压为1000V,冷却空气流量为100m3/min时,小时输出功率为930kW。
为了减少通风能耗,VL81型电力机车使用了复合式通风系统,提高了变压器、整流器、平波电抗器、牵引电动机等电气部件的冷却效率,通风系统仅占整台机车能量消耗的8%,比VL80型电力机车的18%能量消耗有了大幅下降。
后记
与VL83型机车一样,VL81型机车虽然也是实验性车型,但NEVZ不仅仅是测试全悬挂转向架的可行性,同时也测试了复合式通风系统,为日后研制的EP1型等型电力机车打下了基础。

注释
⑴俄语:Новочеркасский ЭлектроВозостроительный Завод。
⑵俄语:ВЛ81。
⑶在小时模式下,VL81型机车的输出功率和牵引力分别高于VL80T型机车13.8%和15%;在设计的运行速度下,VL81型机车的输出功率更高出20%。
参考
《List of the vehicles — VL81 — TrainPix》:https://trainpix.org/list.php?mid=181
《ОПЫТНЫЕ ГРУЗОВЫЕ ЭЛЕКТРОВОЗЫ ВЛ81 И ВЛ84》,V·A·拉科夫著,《Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорого Советского Союза 1976-1985 гг.》,第20页~第25页