автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование характеристик высокофорсированного двигателя типа Д49 перспективного тепловоза

Г6 од

^ • МПС РФ

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

На правах рукописи

КИЗЕЛЬШТЕЙН ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВКСОКОФОРСИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ТИПА Д49 ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог

и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Коосов Е.Е.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техники Российской Федрации, доктор техничес ких каук, профессор Фуфрянский H.A. - кандидат технических наук, доцент Васильев В.Н.

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский институт тепловозов и путевых машин (ВНЙТИ). '

Защита состоится " ¿^ 1994г. в час.

J_ыин. на заседании специализированного совета Д114.05.05

Московского государственного университета путей сообщения.

Аул.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУПС за _дней до защиты.

Автореферат разослан vf£_" ¿¿^/О. 199 Уг.

Отзывы йа автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, направлять по адресу: 101475, Москва, ул. Образцова, 15.

Ученый секретарь специализированного совета

доктор технических наук, профессор __ .Филиппов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На протяжении всего периода развития железнодорожного транспорта совершенствование тягового подвижного состава проводилось путей повышения мощности силовых установок. Это определялось экономическими сообраяениями: ростом весовых норм поездов, задачей повьшения скоростей двияения к др. Повыпение мощности локомотивов, оборудование их нетрадиционными системами, такими как централизованное энергоснабжение вагонов пассажирского поезда, электрическим тормозом, диагностическим«- устройствами и др. при существующих в настоящее время ограничениях по нагрузке от колесной пары на рельсы (для российских тепловозов 22,5-23 тс, по техническим требованиям ФРГ - 20 тс) поставили перед локомо-тивостроителями проблему поиска снижения массы локомотива путем: -снижения массы металлоконструкции; -применения более прогрессивных передач тяги; -снижения массы силовой установки.

В диссертации рассмотрена возможность замены двигателей типа 16ЧН 26/26 мощность» Ре =2940 квт. на 12ЧН 26/26 той же мощности при сохранении топливной экономичности, что и обуславливает целесообразность темы диссертационной работы.

Вместе с тем, на железнодорожном транспорте процесс обновления техники связан с существенными капитальными затратами, поэтому особенно актуальна проблема повыиения технико-экономических показателей за счет существующего и выпускаемого в настоящее время оборудования.

Иелью диссертационной работы является определение путей и способов форсирования двигателя 12 ЧК 26/26 до Ре=2940 КВт с учетом получения характеристик, отвечающих требованиям тепловозной тяги, для замены дизеля 16ЧН 26/26.

Для достинения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

проведен анализ развития современного двигателестроешш с точки зрения повышения технико-экономических показателей;

выполнены экспериментальные исследования на двигателе, форсированном до Ре = 2,15 ИПа, для оценки интегральных показателей рабочего процесса;

разработаны математические модели рабочих процессов высо-кофорсированних комбинированных двигателей при работе на установившихся и переходных режимах, учитывающие особенности схем системы воздухоснабкения и совместной работы поршневого двигателя с агрегатами газотурбинного наддува;

выбрана перспективная схема комбинированного двигателя типа 12ЧН 26/26 мощностью 2940 КВт и обоснована целесообразность его использования в качестве первичного двигателя автономного локомотива

Объект исследования. Экспериментальные исследования характеристик и ' динамических качеств двигателей проводились на одноцилиндровом отсеке и опытных двигателях, установленных на испытательных стендах дизель-экспериментального' цеха ПО "Коломенский завод". Численные исследования проводились' путем моделирования процессов' с применением ПЭВМ используя численные методы решения систем алгебраических уравнении и интегрирования систем дифференциальных уравнений.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем :

разработана компактная универсальная математическая модель рабочих процессоз форсированных дизелей на установивпихся и неустановившихся режимах, учитывающая особенности двигателей с различными системами воздухоснабдения;

на основании экспериментальных данных создана математическая модель для определения индикаторного КПД ( ) в зависимости от четырех независимых факторов: цикловой подачи топлива, оборотов коленчатого вала двигателя, давления во впускной и выпускном коллекторах. Модель представляет собой регрессионное уравнение в виде полинома четвертой степени и используется в основной модели для расчета рабочего процесса в цилиндре двигателя;

с помощью разработанной методики произведено сравнение эффективности работы высокофорсирозанных дизелей с различными схемами систем воздухоснабяения;

обоснована целесообразность использования для двигателей типа 12ЧН 26/26 с Ре =2940 КВт (Рме=2,15 НПа) системы воздухоснабжения по схеме ТК + СТ (свободный турбокомпрессор + силовая турбина) и определены основные характеристики двигателя 12ЧК 26/26 для выбранной схемы.

Практическая ценность. Показана возможность и целесообразность применения на тепловозах высокофорсированного двигателя с форсировкой по Рме=2,15 МПа и сложными системами воздухоснабжения. При этом обеспечивается высокая экономичность двигателя и требования к приемистости. Данное исследование выполнено по рекомендации ПО "Коломенский завод" с учетом перспективы создания

двигателя 12ЧН 26/26 Ре=2940 КВт для тепловоза ТЭП-70 и внедрения в производство предложенной схемы системы воздухоснабнения высокофорсированного комбинированного двигателя внутреннего сгорания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции молодых ученых и специалистов ЦИИТа (Москва, 1993), на межвузовской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 20-летию СИИТа, (Самара, 1993), на заседании секции "Тепловозные ДВС" МИИТа (Москва, 1993), на заседании кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа (1993).

Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано три

*

научных статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Текстовая часть работы излонена на 120 страницах машинописного текста и содержит 44 рисунка, 16 таблиц. Список, использованных источников включает 102 работы.

Автор вырашает глубокую признательность руководителю сектора испытаний и доводки дизелей ртдела главного конструктора по машиностроению ПО "Коломенский завод" к.т.н. Улановскому Э.А. за оказанную помощь в экспериментальных и расчетных исследованиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы и кратко излонены основные направления исследований.

В первой главе: проведен анализ характеристик тепловозных комбинированных двигателей и соответствие их требованиям тепловозной тяги.

В связи с перспективой развития иелезнодоронного транспорта требуется увеличение мощности (Ре) дизель-генераторов. Форсирование двигателя по среднему эффективному давлении (Рпе) приводит к уменьпению габаритов дизеля за счет сокращения числа цилиндров и, следовательно, более удобного размещения вспомогательного оборудования тепловоза, повышения к.п.д. тепловоза ( ^г ) путем повывения механического к.п.д. ( ), уменьпения затрат на ремонт и

обслуживание а, следовательно, экономии капиталовложении. Форсирование по Рве, в свою очередь, связано с повышением давления наддува. Возрастает роль системы воздухоснабжения.

Исследования ученых и ряда организаций показывают, что дизели с высоким наддувом имеют значительные резервы по повыпению экономичности, надежности, удовлетворению требований тяги и зацнты окружающей среды. Причем, использование этих резервов не требуют существенных капитальных затрат н, следовательно, отличаются высокой экономической эффективностью.

Форсирование двигателя по среднему эффективному давлению (т.е. повышению давления наддува) приводит к расширению диапазона работы системы воздухоснабжения и топлнвоподачн, что должно сказаться на

изменение характеристик двигателя в области эксплуатационных режимов и, в частности, его экономической характеристике.

Для выявления качественных изменений статических характеристик дизелей на основании анализа отечественной и зарубеаной литературы были проведены расчетные исследования, где теоретически менялись лик!ь характеристики агрегатов наддува, при постоянных ограничительных параметрах.

Такие исследования проводились для двигателя 16ЧН 26/26 при температурах газа перед турбиной 7^^=603 С при номинальных мощностях 22Й0, 2940, 3700 КВт.

В результате оказалось, что с увеличением форсировки по среднему эффективному давлению происходит относительное дефорсирование

области эксплуатационных режимов двигателя, т.е. снижение мощности

»

по позициям контроллера машиниста.

Поэтому при повыиении форсировки возникает задача в расширении области эксплуатационных режимов. Это позволит:

- повысить моторессурс двигателя за счет смещения эксплуатационных режимов в зону меньших оборотов;

- снизить тепловую л механическую напряженность на частичных режимах;

- улучшить экономичность за счет повьшения механического КПД тепловоза;

Расширение области допустимых режимов работы достигается в большей степени за счет совершенствования системы воздухо-снабжения.

В связи с этим, был проведен анализ влияния различных схем системы воздухоснабжения на основные показатели работы двигателя.

Из 'чен опит исследования и совершенствования различных систем турбонаддува следующих ученых: Портнова Д.Л., Циннера К., Иван-

чепко H.H., Никитина Е.А., Деховича Д.А., Коссова Е.Е., Иванова П.В., Симеона А.Э., Вырубова Д.Н., Степанова Г.В., Кириллова И.И., Улановского Э.А., Володина А.И., Хомича А.З. и других.

В главе 1 такие показаны преимущества и недостатки двигателей с различными ступенями наддува, ступенями распирения, с различными кинематическими связями и видами компрессоров и турбин.

При использовании комбинированных двигателей, высокофорсири-ванних по наддуву, неясно, какой из сложных компановочных схем необходимо отдать предпочтение как по экономичности, так и по работе на переходных реаимах и можно ли их использовать для транспортных силовых установок.

Поэтому целью исследования проведенного в данной работе явилась сравнительная оценка статических и динамических характеристик комбинированных двигателей перспективных схем (на примере двигателя 12ЧН 26/26, Ре=2940 КВт) при использовании их в качестве первичного двигателя автономного локомотива.

Для достижения поставленной цели в конце главы сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

- разработка математической модели совместной работы двигателя и тягового привода тепловоза на установивпемся и переходном режимах;

- разработка методики и проведение экспериментальных исследований с целью получения интегральных характеристик объекта, обеспечивающих наибольпую достоверность модели;

- проведение расчетного эксперимента по влиянию схем возухо-снабжения на эксплуатационные показатели дизеля и тепловоза;

- выбор схемы в^здухоснабжения двигателя 12ЧН 26/26 Ре=2У40 КВт, расчет его характеристик и выбор тепловозной характеристики;

- обобщение результатов расчетного эксперимента по выбору сх воздухоснабжения для форсированных дизелей.

Вторая глава посвящена разработке математической модеЛ" рабочих процессов тепловозного дизель-генератора на установившихся и переходных режимах.

Был проведен анализ существующих математических моделей» полученных в МВТУ, ХИИТе, ХПИ, ВЗИИТе и во многих других организациях. Рассмотрены работы Кру.това В.И., Алехиной В.К., Соколова С.С., Эпштейна A.C., Тимановской Г.К. и др. авторов.

В результате, на основании методики, созданной в МИИТе,

которая является наиболее удачной для решения поставленных в

данной работе задач исследования, была разработана математическая

/

модель рабочего процесса высокофорсированного двигателя для различных схем системы воздухоснабжения.

Система уравнений математической модели состоит из трех групп:

- уравнений, описывающих квазистационарное течение рабочего тола по элементам дизеля и системы воздухоснабжения при фиксированных величинах подачи, топлива, частот вращения коленчатого вала дизеля и роторов турбокомпрессоров, температур теплоносителей, корпусных деталей выпускного тракта и наружного воздуха;

- дифференциальных уравнение, описывающих изменение во времени названных выше фиксированных величин;

- дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающих-характерные особенности устройств управления подачей топлива и нагрузкой дизеля или требования к таким устройствам.

- и -

Известно, что давление рабочего тела перед двигателем (перед компрессором) и за двигателем (за турбиной) равно атмосферному. В

этом случае верно выражение: i'n

П. = ¿4,2..

п.

(i)

где /£.£ - степень повышения или понижения дазления в ].-тсм

сечении тракта двигателя. Выражение (1) позволяет решить систему алгебраических уравнений, которые представляют собой зависимость перепадов и температур по сечению дизеля и системы воздухоснабжения от расхода рабочего тела.

' Я

- jt = 1а)

Т - Т (Tii, Gcüstt Ta, ) I Лг = % - [7L(J TA)

(2)

7T„ - (Gq t Tn )

где Pajar давление и температура атмосферного воздуха;

Gcü^jCf суммарный расход соответственно воздуха и газа; P¿, U - давления и температуры рабочего тела в сечениях дизеля и системы воздухоснабжения; - КПД агрегатов системы воздухоснабжения. Параметры расчитываемые, в выражении (2), являются фиксированными, в то время как они зависят' от времени а оказывают существенное влияние на изменение рабочих параметров.

В модели они задаются в виде дифференциальных уравнений:

(»«Л

где - момент инерции вращающихся масс;

Ты - температура элементов выпускного коллекгора;

площадь, коэффициент теплопередачи, масса элементов выпускного коллектора.

На основании методики составлена и отлажена программа для ЭВЙ на алгоритмическом языке Турбо-Паскаль, позволяющая учитывать работу высокофорсированных двигателей 'с различными схемами системы воздухоснабжения. Программа позволяет провести исследования двигателей с пятью различными схемами система воздухоснабжения и предусматривает три системы управления переходным процессом.

В модели дополнительно учтено влияние ,!а коэффициент

наполнения ( ¡^у ), на работу насосных ходов, на коэффициент остаточных газов. Получена аппроксимирующая зависимость влияния расхода воздуха на потери в решетках соплового аппарата и рабочего колеса турбины.

Проверка адекватности разработанной математической модели проведена применительно к двигателю типа 20ЧН 26/26 с наиболее сложной из использующихся на Д49 системой воздухоснабжения: с двухступенчатым наддувом и охлаждением воздуха после каждой ступени.

Анализ полученных экспериментальных и расчетных данных показал, что расхождение основных параметров на установившихся режимах не превыпает 3%, а на переходных 5-754.

Удовлетворительная адекватность разработанной модели двигателю с вышеописанной компановочной схемой поволила использовать эту модель при исследовании двигателей с другими схемами системы воздухоснабжения.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям рабочих процессов двигателя типа Д49 при форсиров'ке до Рше=2,15 МПа в широком диапазоне давлений во впускном и выпускном коллекторах, частоты вращения коленчатого вала двигателя и цикловой подачи топлива.

В разработанной модели, описанной в 2 главе, рабочий процесс в дизеле считается упрощенно. Температура рабочего тела в конце расиирония определяется по одной из известных зависимостей из уравнения баланса энергии:

члс- температура воздуха в ресивере; Срту- теплоемкость газа. Исследованиями многих авторов были получены экспериментальные зависимости от коэффициента избытка воздуха оС и частоты вращения коленчатого вала ).

где %едтг коэффициенты потери тепла и недожога;

Ни. - низшая теплотворная способность топлива; & - индикаторный КПД дизеля;

- расход соответственно газов и топлива;

В ю ке время прямая продувка и заброс газов в зависимости от отношений давлений во впускном и выпускном коллекторах Pint/Pg оказывают существенное влияние на ход рабочего процесса и изменение потерь тепла от газов в стенки цилиндра, что приводит к изменению доли тепла, используемой на совершение индикаторной работы.

Экспериментальные зависимости ф =Qi(ctj!b), полученные ранее снимались в основном при сС >1,6, в то время как необходимо иметь данные при сС =1,2 и ниже. С этой целью были проведены экспери-ментые исследования на одноцилиндровом отсеке. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что основными независимыми факторами, влияющими на индикаторный КПД ( ), .являются частота вращения коленчатого вала (п), цикловая подача топлива (qy), давление наддувочного воздуха С).и давление в выпускном коллекторе (Pg).

Обобщение экспериментальных данных по определению индикаторного КПД ( ф ) и коэффициента потерь тепла ( ^ ) проводилось на основании планирования эксперимента и путем аппроксимации результатов испытаний. Впервые были получены регрессионные модели Гу. , ii^r в виде полинома четвертой степени от четырех независимых факторов:

Y= А0*bii<(x<f/«?...х„) + /\vh(х<Л... + Ат., fn,-,{*<,*2-Л»),

где Xf...Xn- независимые факторы;

функции от независимых факторов; коэффициенты уравнения регрессии;

Ао - свободный член.

Графическое представление поверхности ^пока-

зано на рис.1.

Графическое представление поверхности /£¿ (^U/Ptnt^j Py^j

РИС 1.

Высокое качество эксперимента позволило свести погрешность в модели аппроксимационных зависимостей до минимума и тем самым повысить точность расчета рабочего процесса в цилиндре дизеля, а, следовательно, и всей модели двигателя в целом.

Кроме того, в главе 3 представлены результаты экспериментальных исследований на двигателе 20ЧН 26/26 с двухступенчатой наддувом с двумя свободными турбокомпрессорами на переходных и установившихся режимах, что позволило оценить правильность функционирования разработанной модели путем проверки ее адекватности.

Четвертая глава посвящена исследованию характеристик двигателя типа 12ЧН 26/26 с различными системами воздухоснаб(жения.

Анализ отечественной и зарубежной литературы, проведенный d главе 1, позволил для двигателя типа 12ЧН 26/26 мощностью Ре«2940 КВт (Рше=2,15 МПа) с учетом условий его работы на локомотиво из множества схем систем воздухоснабиения выбрать три:

- свободный турбокомпрессор (ТК);

- свободный турбокомпрессор + силовая турбина (ТК+СТ);

- свободный турбокомпрессор + силовая турбина + объемный нагнетатель механически связанный с коленчатым валом двигателя во второй ступени сжатия (ТК+СТ+ОК)

Для выбранных вариантов схем путем оптимизации были проведены:

1. Расчетные исследования параметров рабочего процесса двигателя при заданных начальных условиях с выбором оптимальных значений давления наддува (Pint) и выпускных газов перед турбиной (Pgj). Полученные выходные параметры рабочего процесса двигателя на номинальном режиме: Pint, Pg^, Tgj Gajr явились исходными для проектирования системы турбонаддува.

2. Расчетные исследования по влиянию мощности силовой турбины на основные показатели двигателя. С увеличением мощности силовой

турбины до Рст=300-350 КВт и передачи ее на коленчатый вал дизеля существенно уменьшается удельный расход топлипа (Ье). В дальнейшем растет давление выпускных газов перед турбиной (Pgl) а> следовательно, и работа насосных ходов и повышается температура которая является ограничительным параметром (принято < 650 С). В результате была выбрана мощность силовой турбины и контрольные параметры на полной мощности.

3.Расчетные исследования по выбору оптимального числа оборотов силовой турбины. Они оказались в интерпале 14000-15000 об/мин.

4. Расчетные исследования по влиянию '.степени повышения давления в объемном компреесбре на основные параметра двигателя.

Результаты расчетов использовались в разработанной модели при сравнении исследуемых схем систем воздухоснабжения, критериями оценки которых послужили следующие характеристики:

- универсальная характеристика = У (Ре, , позволяющая определить общий уровень экономичности по режимам и ограничительную характеристику по дыму;

- ограничительная характеристика, позволяющая оценить преимущество системы воздухоснабжения по расширению области допустимых режимов работы двигателя:. чем больший момент развивается при тех не оборотах, тем при прочих равных условиях выше КПД тепловоза (см. рис.2);

- показатели переходного процесса оцениваются по величине приемистости (см. рис.3).

Анализ расчетных исследований позволил выбрать для высокофорсированного двигателя типа 12ЧН- 26/26 Ре=2943 (Рсе=2,15МПа) КВт систему воздухоснабжения по схеме ТК+СТ по следующим причинам:

Показатели работы комбинированных двигателей по ограничительной характеристике .

*-хТК + ОК + СТ, х----х ТК+СТ, *----^ ТК

РИС.2.

Показатели работы комбинированных двигателей на переходных процессах

/-х ТК, *----*ТК+СГ, х----тк+ох->ст

РИС.3.

1. Преимущества схемы ТК+СТ по сравнению со схемой ТК однозначны по всем показателям двигателя. Применение теплостойких материалов, охландение крышек цилиндра, изменение фаз газораспределения - все эти и другие мероприятия позволят сохранить надежность узлов двигателя на высоком уровне, несмотря на повыаение температуры и давления газов перед турбиной.

2. Улучшение экономичности на эксплуатационных рекимах по сравнению со схемой ТК+СТ+ОК достигает 3,5%.

3. Показатели переходного процесса для схемы ТК+СТ соответствуют техническим требованиям по приемистости. Дальнейшее ускорение переходного процесса двигателя, как, например, по схеме ТК+СТ+ОК является нецелесообразным, т.к. но оправдывается усложнением конструкции двигателя.

4. Применение объемного нагнетателя связано с дополнительными капитальными затратами завода-изготовителя.

На универсальной характеристике, полученной путем численного эксперимента, выбрано поле тепловозных характеристик, иихней границей которого является экономическая характеристика, а верхней -ограничение по дыму. Для обеспечения запаса по дыму, г.оло тепловозных характеристик опущено ближе к экономической характеристике, что позволит повысить экологические показатели двигателя.

В диссертации приведен расчет техннко-экономнческнй эффективности предлагаемых мероприятий по совершенствованию системы воэдухоснабжения. Показано, что экономический эффект при замене двигателя типа 16ЧН 26/26 на двигатель типа 12ЧН 26/26 одинаковой мощностью Ре =2940КВт с предложенной схемой системы воз-духоснабжения ТК+СТ на 01.10.93г. составляет 11,41 млн. руб./год па одну секцию локомотива.

- гх -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации поставлена и решена народно-хозяйственная задача замены двигателя 16ЧН 26/26 мощностью Ре=2940 КВт на двигатель 12ЧН 26/26 той яе мощности за счет совершенствования характеристик в соответствии с требованиями потребителя путем повышения форсировки по Рме, выбора схем компоновки и комплектации агрегатами наддува.

Проведенные в диссертации исследования позволили получить следующие научные и практические результаты:'.

1. На основании анализа зарубежной и отечественной литературы сделан вывод о том, что одним из наиболее перспективных способов улучшения технико-экономических показателей в современном двигателестроении является увеличение форсировки двигателей по среднему эффективному давлению и утилизации полученной энергии путем применения силовой турбины. Это достигается за счет совершенствования системы воздухоснабжения. Расчетные исследования вариантов систем воздухоснабжения, сравнительная оценка эксплуатационных характеристик, двигателя и основных параметров рабочего процесса позволили выбрать наиболее перспективную схему системы воздухоснабжения для высокофорсированного двигателя 12ЧН 26/26, с точки зрения высокой топливной экономичности, приемистости, надежности и компактности узлов, высоких экологических показателей и ДР •

2. В результате теоретических исследований получено:

2.1. На основе выбранной методики разработаны компактные математические модели рабочих процессов высокофорсированных комбинированных двигателей при работе на установившихся и

- ¿л. -

переходных режимах, которые позволяют учитывать совместную работу поршневого двигателя с различными системами воздухоснабжения.

2.2. На основе экспериментальных исследований откорректирована математическая модель и проверена адекватность разработанной модели на примере двигателя 20ЧН 26/26 со слокной системой воздухоснабжения (двухступенчатым наддувом и двумя свободными турбокомпрессорами). Расчетами на ЭВМ подтверждено, что модель достоверно отражает качественные и количественные характеристики реальных процессов.

2.3. Для выбранных трех схем системы воздухоснабжения (ТК.ТК+СТ, ТК+СТ+ОК) проведено численное исследование по оценке контрольных параметров двигателя на номинальном режиме и расчета конструктивных параметров систем турбонаддува исследуемых схем.

2.4. Разработана методика, проведено расчетное исследование основных характеристик двигателей и проведено теоретическое исследование по оценке влияния систем воздухоснабжения на основные характеристики высокофорсированного двигателя.

3. В результате проведенных экспериментальных исследований на одноцилиндровом отсеке 0Д49 и испытательных стендах получено:

3.1. Регрессионные уравнения по определению индикаторного КПД ( tjl ) и коэффициента потерь тепла ( Wz ) в виде полинома • 4-ой степени.

3.2. Качество эксперимента позволило свести погрешность в модели аппроксимационных зависимостей до минимума и тем самым повысить точность при расчете модели рабочего процесса двигателя.

3.3. Определены основные показатели переходного и установившегося процессов двигателя 20ЧН 26/26.

4. Теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие практические результаты:

4.1.. Показано, что применение на магистральном тепловозе форсированного до Ргае=2,15 МПа двигателя 12ЧН 26/26, оснащенного одноступенчатой системой наддува со свободным турбокомпрессором, нецелесообразно с точки зрения обеспечения требований потребителя К энергетической установке тепловоза ( низкая приемистость, низкая экономичность и др.).

4.2. Предложено для транспортного двигателя 12ЧН 26/26 мощностью Ре=2940 КВт (4003 л.с.) применение системы воздухо-снабжения по схеме ТК+СТ, что позволяет полностью удовлетворить потребности тяги как по переходным, так и установившимся режимам, а также по уровню эксплуатационных характеристик (тепловозных). На номинальном режиме удельный эффективный расход топлива (Ье) составляет 191 г/КВтч.

4.3. Для предложенной схемы воздухоснабжения на основании расчета выбраны конструктивные параметра лопаточных машин и связи силовой турбины и коленчатого вала, расчетным путем выбрана тепловозная характеристика с учетом экономических и экологических показателей двигателя 12ЧК 26/26, а также получены основные параметры двигателя в*области эксплуатационных режимов.

4.4. Материалы диссертации переданы на ПО "Коломенский завод" и приняты для практического использования при создании двигателя 12ЧН 26/26 мощностью Ре =2940 КВт с целью замены дизеля 16ЧН 26/26.

4.5. Применение высокофорсированного двигателя типа 12ЧН 26/26 мощностью Ре=2940 КВт с предложенной системой воздухоснабжения по схеме ТК+СТ дает экономический эффект 11,4 млн.руб. в год на 01.10.93г. на одну секцию локомотива.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кизельштейн E.H. Совершенствование характеристик форсированных дизелей сложных компановочных схем. /Материалы межвузовской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 20-летию института./ Самара, 1993, 115-116 с.

2. Кизельштейн Е.М. Исследование влияния системы воздухоснабжения на показатели процесса сгорания. /Материалы межвузовской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 20-летию института./ Самара, 1993, 116-117. с.

3. Кизельштейн Е.М. Исследование характеристик двигателя типа 12ЧН 26/26 с различными системами воздухоснабжения./ Тезисы доклада на Всероссийской конференции, посвященной 80-летню присвоения МИИТу статуса института путей сообщения./ Москва, 1993.

КИЗЕЛЬШТЕЙН ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСОКОФОРСИРОВАННОГО

ДВИГАТЕЛЯ ТИПА Д49 ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог

и тяга поездов

Сдано в набор //, 03,91/,

Подписано к печати ОЗ.Э'/'.

Формат бумаги 60x90 1/16 Заказ С.

Объем £ Тираж 100

Типография МИИТа, 101475, ГСП, Москва, Л-55, ул.Образцова,15