автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Комбинированная система защиты энергетической установки тепловоза в условиях низких температур

На правах рукописи

САЛАМАТИН Михаил Александрович 1

КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЗА В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 М * Р 2012

Самара 2012

005010875

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (СамГУПС) на кафедре «Электрический железнодорожный транспорт»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

АНДРОНЧЕВ Иван Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КОССОВ Евгений Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент ЯКУШИН Роман Юрьевич

Ведущая организация: Петербургский государственный

университет путей сообщения

Защита диссертации состоится <=> 5 2012 г. в V *часов на заседании диссертационного совета Д218.011.01 в Самарском государственном университете путей сообщения по адресу: г. Самара, ул. Свободы, 2а, корп. 5, ауд. 5216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан <ЮЬ> о г 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета Д218.011.01: 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., 18, СамГУПС, факс: (846) 262-30-76

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.011.01 кандидат технических наук, доцент

В.С. Целиковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На железнодорожном транспорте весьма значительная часть потребляемых энергоресурсов идет на обеспечение горячего простоя тепловозов в холодное время года. Так на эти цели во всех видах движения в 2008 г. было израсходовано 502 тыс. т дизельного топлива, в 2009 г. - 530 тыс. т, в 2010 - 517 тыс. т. Таким образом, снижение расходов энергии на единицу транспортной продукции является одной из главных государственных задач. Это подтверждается тем, что на снижение издержек по данному вопросу отводится третий раздел в «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008г. №877р и распоряжением ОЛО «РЖД» от 11 февраля 2008г. №269р.

С учетом нарастающего дефищгга традиционных источников энергии (нефти, угля, торфа и т.д.) вопросы экономии дизельного топлива приобретают приоритетное значение. Это определяет необходимость совершенствования разработки методов и технических решений, направленных на уход от затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов.

Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре «Локомотивы» и «Электрический железнодорожный транспорт» в Самарском государственном университете путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2006 по 2011 годы. Работа поддержана грантом Самарской государственной академии путей сообщения, стипендиальной наградой правительства РФ и поручением президента ОАО «РЖД» В.И. Якунина по итогам конкурса «Новое звено».

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование методов, технических и технологических решений, направленных на оптимизацию процессов прогрева тепловоза по критерию минимума расхода дизельного топлива.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены следующие задачи:

- провести критический анализ состояния проблемы прогрева тепловоза;

- разработать модель процесса охлаждения водяной системы тепловоза, как сложного регулируемого объекта с тепловым аккумулятором и подогревателем;

- разработать методику исследования и выполнить математическое моделирование процессов охлаждения маневрового тепловоза с тепловыми аккумуляторами и подогревателем;

- выполнении, экспериментальные исследования процессов охлаждения и прогрева в системе охлаждения тепловозного дизеля;

- рассчитать технико-экономическую эффективность результатов исследования.

Объект исследования: система прогрева тепловоза.

Предмет исследования: тепловые процессы в системе прогрева с внешними источниками тепла в виде теплового аккумулятора и подогревателя.

Методика исследований. При выполнении работы использованы методы математического моделирования теплофизических процессов, методы математической статистики, сходимости эксперимента и обработки результатов исследования, компьютерного моделирования. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в водяной системе тепловозного дизеля выполнена в среде MathCAD. Устройство автоматического управления реализовано на базе ОЭВМ Siemens 80С552, с использованием внутрисхемного эмулятора на стадии отладки программного обеспечения. Программное обеспечение написано на языке С+ с частичным использованием языка Assembler.

Научная новизна работы Обоснованы особенности построения и разработана математическая модель процессов съема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.

Исследован характер и установлены закономерности протекания процессов сьема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.

Исследован и предложен способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя, постановка гипотезы исследования.

- Теоретические и экспериментальные исследования тепловых процессов в системе прогрева с использованием тепловых аккумуляторов и подогревателя.

- Методика расчета характеристик теплового аккумулятора и подогревателя для тепловоза.

Достоверность научных положений и выводов.

Достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов, устройств измерений и анализа ошибок; положительными результатами внедрения предложенных технических решений в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинель, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».

Практическая ценность работы

Полученные результаты позволили разработать методику расчета тепловых аккумуляторов и подогревателя, характеристики которых обеспечивают поддержание заданного температурного режима.

Разработанная методика расчета системы теплового аккумулятора и подогревателя позволяет на стадии проектирования рассчитать теплоотдачу системы и определить ее массогабаритные характеристики.

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, практические результаты, полученные в диссертационной работе, нашли применение в производственной деятельности в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинель, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-

филиала ОАО «РЖД».

Полученные результаты получили поддержку президента ОАО «РЖД» Якунина В.И. № ПП-96 от 17.11.09 и старшего вице-президента Гапановича В .А. № П-ВГ-421 от 26.10.09.

Апробация работы. Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2006г., МИИТ), на международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (г. Екатеренбург, 2006г., УрГУПС), на 3-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Самара, 2006г., СамГАПС), на IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2008г., СамГУПС), на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009г., СамГУПС).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 13 печатных работах, в том числе статей - 8 , из них 2 - в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, патентов на полезную модель - 5, общим объемом - 3,35 п.л., авторский вклад - 60%.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, заключения, библиографического списка и приложений. Материалы диссертации содержат 126 страниц основного текста, 24 рисунка , 17 таблиц и приложения на 4 страницах. Список использованных источников содержит 122 наименования. Общий объем работы 131 страница.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой в диссертационной работе научной проблемы, сформированы объект, предмет исследования и цель работы, направления и методы исследований, изложены

основные результаты работы, отмечается их научная новизна и достоверность, а также приведены сведения о реализации результатов исследований.

В первой главе приведен сравнительный анализ методов, средств пуска и тепловой защиты энергетической установки тепловоза, разработанных специалистами ВНИИЖТ, ВНИТИ, ХК «Лугансктепловоз», МИИТ, ОАО «НИИ технологии, контроля, диагностики» (г.Омск), управляющей компании «Дэлвэй Менеджмент» (г. Тюмень), ОмГУПС, локомотивного депо Горький-сортировочный, СамГУПСидр.

На различных этапах развития железнодорожной техники, в разные годы значительный вклад в решение проблемы прогрева тепловоза теоретическими и экспериментальными исследованиями внесли следующие ученые: Четвергов В.А., Косов Е.Е., Грищенко А.В., Павлович Е.С., Просвиров Ю.Е., Володин А.И., Данковцев В.Т., Четвергов В.А., Якушин Р.Ю., Хомич А.З., Андрончев И.К., Носырев Д.Я., Носов А.Н., Грищенко С.Г., Лахно В.А., Тупицын О.И., Симеон А.Э. и многие другие^

Из произведенного анализа выявлено, что, несмотря на многообразие исследований в области прогрева тепловоза и устройств прогрева силовых установок тепловоза, недостаточно разработаны эффективные, надежные и простые по конструкции системы. Актуальными остались вопросы разработки методов направленных на уменьшение расхода дизельного топлива при прогреве тепловоза в зимнее время, что в условиях нарастающего дефицита традиционных источников энергии является наиболее перспективным. В области применения вторичных энергоносителей, как одного из вариантов ресурсосберегающих технологий, существует определенный объем знаний, но на железнодорожном транспорте предлагаемое направление до настоящего времени должного развития не получило. Вопрос расхода дизельного топлива на самопрогрев тепловоза предлагается решать установкой в систему охлаждения дополнительных теплоаккумулирующих модулей с последующим перепуском теплоносителей. Перераспределение тепловой энергии осуществляется за счет устройств автоматики.

Основываясь на проведенном анализе, сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе определены температурные динамические характеристики элементов водяной системы, проведен расчет тепловозного дизеля и КПД системы утилизации с целью определения тепловой мощности тепловоза. Расчетная тепловая мощность выхлопного газа в режиме холостого хода составляет РВс=57,38 кВт, КПД системы утилизации 77 = 0,52 , для тепловоза ЧМЭ-3, при условиях: температура выхлопных газов 433 К, температура окружающего воздуха 273 К.

Для определения главных закономерностей температуры контролируемых элементов теплоносителя, введены следующие обозначения:

температура; £, - температура перегрева водяной системы, т.е. разность температуры охлаждающей воды и температуры окружающей среды; г -время; Тнаг - постоянная времени нагревания воды.

Согласно теории нагрева машин этот процесс описывается дифференциальным уравнением.

ду - установившееся значение температуры перегрева = р™л

л

где РТЕПЛ - тепловая мощность, передаваемая водяной системе; А -количество теплоты, отбираемой в окружающую среду в единицу времени при перегреве в 1 °С;

Закон изменения температуры перегрева при начальном нагреве = 0.

7- НАГ ' + £ ~

У

(1)

(2)

Нагревание системы происходит по закону.

( т \ г £ = 1-е

(3)

У

Закон изменения температуры перегрева:

т

где 4о - начальная температура перегрева.

Для количественной оценки проведены аналитические исследования уравнений нагревания и охлаждения ВС.

Для этого используется та же упрощенная модель ВС. Температуру среды оказалось удобнее оценивать по разности т.е. насколько

установившаяся температура перегрева превосходит начальное значение. Из общей формулы времени нагревания водяной системы

Г = г на основании того, что £ = <?0 + Л£ (Д£- установленный

НАГ

температурный коридор), получена следующая формула:

При постоянной температуре наружного воздуха ^лт^согЫ, приращение температуры среды уменьшает начальный перегрев на ту же величину и

увеличивает разность £у-%0-

Исходная расчетная формула, таким образом, дает возможность оценить не только влияние температуры окружающей среды, но и выбор коридора изменения температуры ВС.

На основании проведенного анализа сформулирована концепция автоматического регулирования теплового состояния ВС энергоустановки транспортного средства. Главными требованиями, которой стали следующие:

1. адаптация системы к изменениям температуры наружного воздуха,

2. автоматизация процесса,

3. контроль температуры осуществляется в двух элементах ВС - с наибольшей и наименьшей теплоемкостью,

4. автономность системы,

5. оценка каждой системы обогрева энергоустановки ТС проводится по энергетическому критерию,

6. предпусковая прокачка масла в дизеле обязательна.

В третьей главе произведен расчет тепловых аккумуляторов. При разработке математической модели в общем виде использованы следующие основные допущения:

1.В начальный момент времени/г = 0 в период зарядки ТА ТАМ находится в твердом состоянии, а в период разрядки - в жидком, при этом его температура

выровнена по объему и равна температуре фазового перехода Тф.

2.В обратимых процессах фазового перехода ТАМ плавление-кристаллизация при т = 0 границы раздела фаз сформированы, температурное поле ТАМ в растущей фазе линейно, а температура исчезающей фазы равна температуре фазового перехода.

3.Теплопроводность ТАМ в продольном направлении отсутствует.

4. Процесс фазового превращения ТАМ принимается одномерным и моделируется чистой теплопроводностью.

Уравнение теплового баланса для системы утилизации имеет вид:

Цраз ' втА (Т), (6)

гДе б™ (т) - тепловая мощность, получаемая потоком теплоносителя, Вт;

(¿та (т) - тепловая мощность, отдаваемая при разрядке теплового аккумулятора, Вт;

Г|ра3 - энергетический КПД процесса разрядки. Процесс конвективного теплообмена теплоносителя со стенками капсул при т =0 описывается уравнением:

Ота (Г) = аг Р,г(Тст(т)-Тср(т)), (7)

где аг - коэффициент теплоотдачи от стенок капсул к теплоносителю, Вт/(м2-К);

Тст(і) - температура стенок капсул в момент времени т, К;

- суммарная площадь цилиндрических поверхностей всех капсул, м2; Тср(х) - средняя температура теплоносителя в полости теплового аккумулятора в момент времени т, вычисляемая по формуле

= (8)

где Ты Т(,ых{1) - температуры теплоносителя на входе и выходе из теплового аккумулятора, К.

Кроме того, при х = 0 справедливы следующие уравнения:

д .Щ^І.р ■ (9)

00)

где^т) - толщина закристаллизовавшегося слоя ТАМ в момент времени т, м; X™ - коэффициент теплопроводности твердого ТАМ, Вт/(м-К); р™ - плотность твердого ТАМ, кг/м3;

гт - удельная теплота фазового перехода плавление-кристаллизация, Дж/кг. Тепловая мощность 01П (х) при т = 0 определяется по балансовому уравнению

0ТП (т) - Сг-сг- (7;ыл(т)-Г„(х)), (11)

где массовый расход отработавших газов, кг/с;

сг - удельная массовая теплоемкость отработавших газов, Дж/(кг-К). Площадь поверхности теплообмена Рц определялась из выражения

(12)

«г

где ДО - число теплопередачи.

Масса ТАМ определялась из выражения:

с.М-§- = е, (13)

Л р

где Л/ - масса ТАМ, кг;

с - коэффициент теплоемкости, кДж/кГ'К (с = 1,8 кДж/кг-К); Г - среднеобъемная температура ТАМ, К; Тр - время разрядки, ч;

<2 - суммарный тепловой поток на поверхностях, ограничивающих объем ТАМ, Вт.

В результате теоретических расчетов теплообменных процессов системы утилизации определен временной ход режимных параметров в системе процессов зарядки и разрядки. Расчетное время зарядки системы при общей

массе 43 кг, длиной модуля'45 см, диаметром 25 см и температуре окружающей среды Т0 = -20 °С составит порядка 20 мин., при этом расчетное время консервации теплового аккумулятора при максимальной нагрузке составит 2 ч.

Для расчета процесса прогрева теплоносителей в режиме включения теплового аккумулятора величина энергии тепловыделения определяется из выражений (6)-(11). Теоретические кривые прогрева теплоносителей рассчитаны в среде МаАСАО и приведены на рис. 1 и 2 ■■ и, °С

Рис. 1. Теоретические кривые температуры теплоносителя (водяной системы) тепловоза 1 - при температуре наружного воздуха -10 °С, 2 - (-20 °С), 3 - - (-30 °С)

°С

2 . /

/

з /

и 2 4 6 8 Тпр, Ч

Рис. 2 Теоретические кривые температуры масла тсллово>а 1 - при температуре наружного воздуха -10 °С, 2 - (-20 °С), 3 - - (-30 0С)

На основании проведенного анализа существующих классов и типов тепловых аккумуляторов проведено проектирование экспериментальной установки системы пары «жидкостный подогреватель-тепловой аккумулятор»

м.

Рис.3 Проектная схема подключения подогревателей к штатной системе водяного охлаждения тепловоза ЧМЭЗ

Проектная схема состоит из: 1 - трубопровод; 2 — трубопровод; 3 — отапливаемая ступенька; 4 - трубопровод; 5 - калорифер; 6 - трубопровод; 7 - охладитель надувочного воздуха; 8 - турбонагнеталь; 9 трубопровод; 10 - трубопровод; 11 - трубопровод; 12 -водомаслениый теплообменник; 13 - патрубок; 14 - коллектор горячей воды; 15 -трубопровод; 16 - трубопровод; 17 - правая емкость расширительного бака; 18 -трубопровод; 19 - заливочная горловина; 20 - трубопровод; 21 - трубопровод; 22 - верхний коллектор секции; 23 - трубопровод; 24 - трубопровод; 25 - трубопровод; 26 - левая емкость расширительного бака; 27 - водомерное стекло; 28 - верхний коллектор секции; 29 - водяная секция; 30 - нижний коллектор секции; 31 - трубопровод; 32 - сигнальная труба; 33 - ручной водяной насос; 34 - трубопровод; 35 - трубопровод; 36 - нижний коллектор секции; 37 -водяная секция; 38 - трубопровод; 39 - трубопровод; 40 - трубопровод; 41 - рукав; 42 -трубопровод; 43 - вспомогательный водяной насос; 44 - основной водяной насос; 45 -трубопровод; 46 - напорный коллектор; 47 — патрубок; 48 - топливонодогреватель; 49 -тепловой аккумулятор; 50 - тепловой аккумулятор; 51 - теплообменник; 52 - подогреватель; 53 - подогреватель.

При проектировании схемы подключения подогревателей к экспериментальной установке, задавались следующими значениями:

- максимальная температура нагрева соответствует температуре плавления ТАМ;

- располагаемое количество теплоты, запасенное в ТАМ и подлежащее преобразованию, зависит от нижнего температурного уровня максимальной температуры цикла преобразователя энергии;

- плавление происходит изотермически, при постоянном давлении;

- аккумулятор позволяет накапливать и высвобождать тепловую энергию при постоянном температурном уровне;

- значения скрытой теплоты плавления ТАМ обеспечивают приемлемые массогабаритные характеристики аккумулятора;

- в процессе остывания и кристаллизации ТАМ происходит изменение его объема;

- теплоаккумулирующая матрица в зависимости от конструкции на 50-80 % объема заполнена плавящимся ТАМ, обладающим высокой теплотой плавления при заданном температурном интервале.

С учетом вышеперечисленных особенностей, базовым элементом системы прогрева выбран тепловой аккумулятор фазового перехода, где в качестве ТАМ используется мирабилит.

Тепловой аккумулятор представляет собой двухкорпусной цилиндрический сосуд с высокоэффективной вакуумно-порошковой изоляцией и дополнительно размещенными капсулами с плавящимся теплоаккумулирующим материалом.

Заряд аккумулятора происходи путем прокачки через него охлаждающей жидкости во время работы дизеля. Нагретая от работающего двигателя охлаждающая жидкость, омывая капсулы, передает им тепло, а вещество, заключенное в капсулах, плавится и его аккумулирует. При этом ТАМ, находящийся в цилиндрических капсулах, нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие между

ним и теплоносителем (охлаждающая жидкость).

В четверо« главе представлены результаты экспериментальных исследований процессов прогрева теплоносителей вспомогательных систем тепловозного дизеля при различных режимах работы.

На рис. 4 дано сопоставление экспериментальных и расчетных значений температур матриц аккумулятора в зависимости от времени зарядки системы при £>=соп81 (рис. 4, а) и значений утилизированной тепловой мощности Q от времени разрядки (рис. 4, 6) при температуре наружного воздуха Т0 = 253 К. В ходе эксперимента получено, что максимальной температуры нагрева секции аккумулятора достигают за время 25-30 мин, а необходимого для прогрева теплоносителей количества теплоты хватает при работе аккумулятора до 4 ч.

На рис. 5 и 6 приведены расчетные и экспериментальные зависимости температуры теплоносителей вспомогательных систем дизеля (вода, масло) от времени прогрева при различных режимах включения секций теплового аккумулятора. В результате проведенных испытаний получено, что температура теплоносителей вспомогательных систем дизеля после 4 часов выдержки составила: воды на выходе из дизеля 52 °С, масла 44-46 °С, что соответствует уровню, обеспечивающему постоянную готовность дизеля к выполнению работы.

— экспериментальные значения; - расчетные значения

Ve

ч

ч

-—■

i г з * x», ч

Рис. 5. Динамика изменения температуры воды на выходе из дизеля --экспериментальные;----расчетные значения;

Рис. 6. Динамика изменения температуры масла: экспериментальные;----расчетные значения

Рис. 7. Работа комбинированной системы защиты дизеля тепловоза в циклическом режиме. Где, - минимальный уровень температуры теплоносителя, - рабочая температура дизеля; тпр - период нагрева теплоносителя (работы подогревателя); г„„ - период охлаждения теплоносителя (работа теплового аккумулятора); тц - период общего цикла прогрева.

Расчеты, выполненные с помощью предложенной методики в режиме

холостого хода, показали высокую точность сходимости с результатами,

полученными в ходе экспериментальных исследований. Относительная

погрешность не превышает 2 %.

На рисунке 8 представлена экспериментальная схема прогрева дизеля

тепловоза с помощью пары «жидкостный подогреватель — тепловой

аккумулятор»

Рис. 6 - Экспериментальная схема прогрева дизеля тепловоза с помощью пары «жидкостный подогреватель - тепловой аккумулятор»

Установка состоит из: дизель 1, штатный топливный трубопровод 2, трубопровод системы охлаждения дизеля 3, масляный трубопровод 4, датчик температуры воды 5, датчик температуры масла 6, расширительный бак 7, водо-топливный теплообменник 8, водяные секции 1-го контура 9, водяные секции 10, блок управления И, тепловой аккумулятор для 2-го контура водяной системы 12, водомасляный теплообменник 13, охладитель надувочного воздуха 14, водяные секции холодильника 15, штатный водяной насос 2-го контура 16, первый, второй, третий н четвертый электромагнитные контакторы 17,18,19,20, штатный топливоподкачивающий насос 21, штатный водяной насос 1-го контура 22, маслопрокзчивающий насос с электроприводами 23, тепловой аккумулятор для 1-го контура водяной системы 24, картер 25, жидкостный подоіреватель 1-го водяного контура 26, дополнигельный водяной насос 1-го контура 27, дополнительный водяной насос 2-го контура 28, жидкостный подогреватель 2-го водяного контура 29, первый элекгроупрнвляемый клапан 30, второй элекгроуправляемый клапан 31, первый, второй, третий и четвертый запорные вентили 32, 33,34, 35.

Основными источниками тепла при заглушённом дизеле являются тепловые аккумуляторы фазового перехода 12, тепловой аккумулятор 24, жидкостные подогреватели поз. 26,29, подогреватель-отопитель.

Перед запуском системы предварительно необходимо произвести заряд тепловых аккумуляторов от работающего дизеля (работа тепловоза в режиме XX 20-25 мин.).

Если дизель не заглушён, но выполняются другие вышеперечисленные условия, то система прогрева переходит в режим выдачи визуальных и звуковых предупреждений о необходимости ее включения.

Для обеспечения совместной работы устройств подогрева и штатной системы охлаждения дизеля применена параллельная схема подключения подогревателей с использованием обратных клапанов и последовательная подключения теплового аккумулятора. Схема подключения обеспечивает прокачку нагреваемого теплоносителя по штатным контурам системы охлаждения и соответственно их прогрев.

Устройство работает следующим образом. При стоянке тепловоза, дизель 1 глушится и запускается дополнительная аккумуляторная батарея АБ, от которой получают питание первый и второй электроуправляемые клапаны 30, 31 обоих контуров водяной системы дизеля. Одновременно с этим, получают питание электроприводы штатного водяного насоса 2-го контура 16, топливоподкачивающего насоса 21, водяного насоса 22, маслопрокачивающего насоса 33, через первый, второй, третий и четвертый электромагнитные контакторы 17, 18, 19, 20. Одновременно с этим, начинают работать тепловые аккумуляторы 12, 24 и жидкостные подогреватели 26, 29, которые с помощью датчиков температуры воды 5 и масла 6 и блока управления 11 поддерживают заданную температуру.

При работе тепловых аккумуляторов 12,24 и жидкостных подогревателей 26, 29 посредством циркуляции теплоносителей (вода) начинают прогреваться штатные вспомогательные системы основного дизеля (водяная система). Циркуляция воды осуществляется по обоим контурам системы охлаждения

дизеля 3 через расширительный бак 7, водяные секции 1-го контура 9, водомасляный теплообменник 13, охладитель надувочного воздуха 14, водяные секции холодильника 15, тепловые аккумуляторы 12, 24, жидкостные подогреватели 26, 29. Циркуляция топлива осуществляется по контуру топливной системы дизеля 2 через водо-топливный теплообменник 8. Циркуляция масла осуществляется по контуру масляной системы дизеля 4 через масляные секции 10, а его подогрев - за счет теплопередачі! через металлические элементы блока и картера основного дизеля 1.

Управление первым и вторым электроуправляемыми клапанами 30, 31, первым, вторым, третьим и четвертым электромагнитными контакторами 17,18,19,20 осуществляет блок управления 11.

Подзарядка дополнительных аккумуляторных батарей АБ осуществляется в режиме работы дизеля 1. При работе тепловозного дизеля 1 в режиме самопрогрева в условиях низких температур, при понижении температуры в контуре охлаждения дизеля запускаются тепловые аккумуляторы 12, 24 и жидкостные подогреватели 26, 29, тем самым, обеспечивая необходимый температурный режим.

В результате проведенных испытаний получено, что температура воды на выходе из дизеля после 4 часов выдержки составила 50 °С, а масла 42-45 °С, что соответствует уровню, обеспечивающему постоянную готовность дизеля к выполнению работы. Применение подобных системы при прогреве тепловоза ЧМЭЗ позволит сократить время работы дизеля на холостом ходу на 40 % от суммарного времени работы тепловоза.

В таблице 1 приведены необходимые величины теплопроизводителыюсти систем прогрева, обеспечивающие поддержание теплового состояния дизеля тепловоза на необходимом уровне (^1=60 °С, 1в2=40 °С, ^=50 °С) при различных значениях температуры наружного воздуха.

По таблице 1 определяется значение коэффициента действительного тепловыделения в вод. Для этого, после остановки дизеля, при температуре наружного воздуха 0 °С, по достижению необходимого теплового состояния силовой установки тепловоза произведен прогрев систем.

Таблица 1

Необходимая теплопроизводительность систем прогрева

Температура наружного воздуха, °С +10 +5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30

Теплопроизводительность, кВт-ч 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Из таблицы также вццпо, что система тепловой защиты эффективна при температуре наружного воздуха до -15 °С. При более низких температурах воздуха энергия тепловыделения в водяную систему должна составлять более 60 кВт.

В экспериментальной схеме используется в паре с тепловым аккумулятором жидкостный подогреватель (в тестовом варианте системы это \Vebasto 350). Применение такой связки позволяет сократить время работы дизеля на холостом ходу еще на 2 часа.

Предлагаемая система спроектирована по методике, предложенной в данной работе, в основу расчетов положена математическая модель регулируемого объекта водяной системы энергоустановки тепловоза.

В пятой главе рассчитан ожидаемый технико-экономический эффект от результатов исследования. Для проведения расчетов были использованы следующие данные:

Таблица 2

Данные для технико-экономического расчета разработанной системы

Наименование показателя Значение

1. Тип локомотива ЧМЭЗ

2. Средний расход топлива тепловозом при горячем простое, кг/ч 10,0

3. Коэффициент загрузки по времени первого блока подогрева системы прогрева 0,69

4. Коэффициент загрузки по времени второго блока подогрева охлаждающей жидкости системы прогрева 0,4

5. Стоимость дизельного топлива, без НДС, руб./т. 19 000

6. Среднегодовое время работы тепловоза, ч. 7041

7. Относительное время работы дизеля на XX, % от общего времени работы 29,5

8. Норма расхода масла на «угар» по отношению к расходу дизельного топлива, % 1,3

9. Стоимость моторного масла, без НДС, руб./т. 26 000

Как показывает расчет, величина экономического эффекта за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу в расчете на один маневровый тепловоз составит 133 ООО руб.; величина годового экономического эффекта за счет сокращения расхода топлива и моторного масла в эксплуатационных условиях - 63 430 руб.

Общий годовой экономический эффект за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу и экономии топлива и моторного масла составит 196 430 руб. в расчете на один тепловоз, срок окупаемости - 3,2 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований были получены следующие основные выводы:

1. Выполнен анализ существующих способов и систем прогрева тепловозов и выявлены их недостатки. Установлено, что отсутствуют системы прогрева тепловозов, не требующие для своего функционирования дополнительных источников энергии.

2. Разработана аналитическая модель процесса охлаждения водяной системы тепловоза, как сложного регулируемого объекта .

3. Исследован характер, установлены закономерности и разработана математическая модель процессов нагрева/охлаждения элементов водяной системы дизеля, которая в отличии от условий, принятых в общей теории нагрева и охлаждения машин, учитывает непрерывное изменение температуры воздушного пространства в техническом отсеке тепловоза. Предложена методика адаптации прогрева маневрового тепловоза к условиям изменения температуры наружного воздуха, обеспечивающая контроль состояния энергоустановки тепловоза на основе значения температуры воды в наиболее теплоемком элементе водяной системы.

4. Проведены экспериментальные исследования процессов охлаждения и прогрева в системе охлаждения тепловозного дизеля.

5. Разработана методика исследования, выполнено математическое

моделирование процессов охлаждения маневрового тепловоза с тепловыми аккумуляторами и подогревателем и разработана система тепловой защита тепловозного дизеля в условиях низких температур окружающей среды, включающая в качестве вторичного энергоносителя - тепловой аккумулятор. Система предложена к внедрению в локомотивных депо Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».

6. Рассчитана технико-экономическая эффективность результатов исследования. Годовой экономический эффект за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу и экономии топлива составит 196 430 руб. На один тепловоз (в ценах на 2011 г.).

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК

1. Саламатин М.А. Методика адаптации прогрева маневрового тепловоза к условиям изменения наружного воздуха [Текст]/И.К. Андрончев, М.А.Саламатин // Железнодорожный транспорт - Москва: Изд-во Железнодорожный транспорт, 2010. - №7. - С. 58-59.

2. Саламатин М.А. Методика оценки эффективности прогрева маневрового тепловоза в зимнее время [Текст]/И.К. Андрончев, М.А.Саламатин // Вестник транспорта Поволжья. - 2010. - №3. - С. 115-119.

Статьи в сборниках научных работ и материалах конференций, патенты:

3. Саламатин М.А. Динамическая характеристика ре1улируемого объекта обогрева тепловоза от промерзания [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // УП Научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов» -Москва: МИИТ, 2006. - С.48-49.

4. Саламатин М.А. Автоматизированная система защиты от промерзания маневрового тепловоза ЧМЭЗ [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // Международная научно-техническая конференция «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» - Екатеренбург: УрГУПС, 2006. - С.85-86.

5. Саламатин М.А. Способ и устройство для автономного электропрогрева тепловоза ЧМЭЗ [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // 3-я Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» - Самара: СамГАПС, 2006. - С.61-63.

6. Саламатин М.А. Всесезонная автоматизированная система защиты тепловоза [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // IV Международная научно-

практическая конференция «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» - Самара: СамГУПС, 2008. -С.195-196.

7. Саламатин М.А. Практическое применение эффекта Пелыъе для защиты энергетической установки тепловоза [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // V Всероссийская научно-практической конференция «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса»- Самара: СамГУПС, 2009. — С.55-57.

8. Саламатин МА. Применение модулей Пельтье для прогрева энергетической установки маневрового тепловоза [Текст] / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин // Известия Петербурского университета путей сообщения - Санкт-Петербург: ПГУПС, 2009. - С.69-79.

9. Патент на полезную модель № 59743 РФ МПК7 F02N 17/06 Стационарная установка для прогрева систем тепловозных дизелей / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин, A.A. Гавриленков. Опубл. 27.12.2006 Бюл.№36, патентообладатель СамГАПС.

10. Патент на полезную модель № 76394 РФ МПК7 F02N 17/06 Стационарная установка для прогрева систем тепловозных дизелей / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин. Опубл. 20.09.2008 Бюл.№26, патентообладатель СамГУПС.

И Патент на полезную модель № 87216 РФ МПК7 F02N 17/06 Установка для прогрева систем тепловозных дизелей / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин, С.Д. Анисимов, E.H. Антипова. Опубл. 27.09.2009 Бюл.№27, патентообладатель СамГУПС.

12.Патент на полезную модель № 90138 РФ МПК7 F02N 15/00 Устройство для поддержания двигателя внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин. Опубл. 27.11.2009 Бюл.№36, патентообладатель СамГУПС.

ІЗЛатент на полезную модель №109229 РФ МПК7 F02N 19/10 Устройство для поддержания систем двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии /Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева, МА. Саламатин. Опубл. 10.10.2011, патентообладатель ОАО «РЖД».

Комбинированная система защиты энергетической установки тепловоза в условиях низких температур

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

САЛАМАТИН Михаил Ал

/Ч-

Подписано в печать 16.01.2012. Формат 60x90 1/16. . Усл. печ. л. 1,0 . Тираж 100 экз. Заказ X» 3.

Отпечатано в Самарском государственном университете путей сообщения. 443022, г. Самара, Заводское шоссе, 18.

61 12-5/1762

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЗА В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Специальность 05.22.07. - Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Андрончев Иван Константинович

Самара 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Сравнительный анализ методов, средств пуска и тепловой 9 защиты энергетической установки тепловоза

1.1 Анализ маневровых тепловозов и актуальность исследования в 9 современных условиях

1.2 Пути развития специальных систем прогрева маневровых 14 тепловозов

1.3 Постановка задачи исследования 29

1.4 Выводы 30

2 Математическое моделирование процессов охлаждения 31 маневрового тепловоза

2.1 Модель определения температурных динамических характеристик 32 элементов водяной системы

2.2 Математическая и структурная модель процессов 36 нагрева/охлаждения элементов водяной системы маневрового

тепловоза

2.3 Тепловой баланс дизеля 43

2.4. Определение тепловых параметров водяной системы тепловоза по 47 данным натурных исследовании

2.5. Расчет и экспериментальные исследования параметров 54 контролируемого элемента водяной системы энергетической установки тепловоза

2.6 Выводы 58

3. Экспериментальная комбинированная система защиты 60

энергетической установки тепловоза и ее расчет .

3.1 Экспериментальная схема прогрева с применением тепловых 60

аккумуляторов

3.2. Особенности конструкции и принцип работы теплового 66 аккумулятора экспериментальной установки

3.3. Экспериментальный подогреватель-отопитель в кабине машиниста 76

3.4. Основные блоки и узлы системы измерений и контроля при 77 экспериментальных исследованиях

3.5. Аппаратура электроснабжения и вторичного электропитания 82

3.6.Выводы 83 4. Экспериментальные исследования процессов прогрева 84 теплоносителей тепловоза

4.1. Особенности процессов прогрева тепловоза 84

4.2. Схема подключения узлов системы прогрева во вспомогательные 86 системы дизеля и принцип ее работы при выполнении эксперимента

4.3. Система автоматического регулирования обогрева тепловоза и 94 теплопроизводительность системы прогрева

4.3 Выводы 100

5 Технико-экономическая эффективность результатов 101

исследования

5.1 Расчет экономического эффекта от снижения расходов на дизельное 102 топливо

5.2 Расчет экономического эффекта от снижения расходов на моторное 108

масло

5.3Определение экономии эксплуатационных расходов 109

5.4 Расчет показателей экономической эффективности 110

5.5 Выводы 112 Заключение 113 Библиографический список 114 Приложение 1. Акт об использовании результатов исследования в 128 производственной деятельности локомотивного депо Самара Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД»

Приложение 2. Акт об использовании результатов исследования в 129

производственной деятельности локомотивного депо Кинель Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД»

Приложение 3. Акт об использовании результатов исследования в 130

производственной деятельности локомотивного депо Пенза Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД»

Приложение 4. Акт об использовании результатов исследования в 131

производственной деятельности локомотивного депо Дема Куйбышевской железной дороги- филиала ОАО «РЖД»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. На железнодорожном транспорте весьма значительная часть потребляемых энергоресурсов идет на обеспечение горячего простоя тепловозов в холодное время года. Так на эти цели во всех видах движения в 2009 г. было израсходовано 502 тыс. т дизельного топлива, в 2009 г. - 530 тыс. т, в 2010 -517 тыс. т. Таким образом, снижение расходов энергии на единицу транспортной продукции является одной из главных государственных задач. Это подтверждается тем, что на снижение издержек по данному вопросу отводится третий раздел в «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008г. №877р и распоряжением ОАО «РЖД» от 11 февраля 2008г. №269р.

С учетом нарастающего дефицита традиционных источников энергии (нефти, угля, торфа и т.д.) вопросы экономии дизельного топлива приобретют приоритетное значение. Это определяет необходимость совершенствования разработки методов и технических решений, направленных на прорывные технологии по полному уходу от затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов.

Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре «Электрический железнодорожный транспорт» в Самарском государственном университете путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2006 по 2011 годы. Работа поддержана грантом Самарской государственной академии путей сообщения, стипендиальной наградой правительства РФ и поручением президента ОАО «РЖД» В.И. Якунина по итогам конкурса «Новое звено».

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование методов, технических и технологических решений,

направленных на оптимизацию процессов прогрева тепловоза по критерию минимума расхода дизельного топлива.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены следующие задачи:

- провести критический анализ состояния проблемы прогрева тепловоза;

- разработать модель процесса охлаждения водяной системы тепловоза, как сложного регулируемого объекта с тепловым аккумулятором и подогревателем;

- разработать методику исследования и выполнить математическое моделирование процессов охлаждения маневрового тепловоза с тепловыми аккумуляторами и подогревателем;

- выполнить экспериментальные исследования процессов охлаждения и прогрева в системе охлаждения тепловозного дизеля;

- рассчитать технико-экономическую эффективность результатов исследования.

Объект исследования: система прогрева тепловоза.

Предмет исследования: тепловые процессы в системе прогрева с внешними источниками тепла в виде теплового аккумулятора и подогревателя.

Методика исследований. При выполнении работы использованы методы математического моделирования теплофизических процессов, методы математической статистики, сходимости эксперимента и обработки результатов исследования, компьютерного моделирования. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в водяной системе тепловозного дизеля выполнена в среде MathCAD. Устройство автоматического управления реализовано на базе ОЭВМ Siemens 80С552, с использованием внутрисхемного эмулятора на стадии отладки программного обеспечения. Программное обеспечение написано на языке С+ с частичным использованием языка Assembler.

Научная новизна работы

Обоснованы особенности построения и разработана математическая модель процессов съема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.

Исследован характер и установлены закономерности протекания процессов съема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.

Исследован и предложен способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя, постановка гипотезы исследования.

- Теоретические и экспериментальные исследования тепловых процессов в системе прогрева с использованием тепловых аккумуляторов и подогревателя.

Методика расчета характеристик теплового аккумулятора и подогревателя для тепловоза.

Достоверность научных положений и выводов.

Достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов, устройств измерений и анализа ошибок; положительными результатами внедрения предложенных технических решений в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинелъ, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».

Практическая ценность работы

Полученные результаты позволили разработать методику расчета тепловых аккумуляторов и подогревателя, характеристики которых обеспечивают поддержание заданного температурного режима.

Разработанная методика расчета системы теплового аккумулятора и подогревателя позволяет на стадии проектирования рассчитать теплоотдачу системы и определить ее массогабаритные характеристики.

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, практические результаты, полученные в диссертационной работе, нашли применение в производственной деятельности в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинель, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».

Апробация работы. Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2006г., МИИТ), на международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (г. Екатеренбург, 2006г., УрГУПС), на 3-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Самара, 2006г., СамГАПС), на IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2008г., СамГУПС), на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009г., СамГУПС).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 13 печатных работах, в том числе статей - 8 , из них 2 - в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, патентов на полезную модель - 5, общим объемом - 3,35 п.л., авторский вклад - 60%.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, заключения, библиографического списка и приложений. Материалы диссертации содержат 126 страниц основного текста, 24 рисунка , 17 таблиц и приложения на 4 страницах. Список использованных источников содержит 122 наименования. Общий объем работы 131 страница.

1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ, СРЕДСТВ ПУСКА И ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

ТЕПЛОВОЗА

1.1. Анализ маневровых тепловозов и актуальность исследования в

современных условиях

На железных дорогах Российской Федерации тепловозы работают в разнообразных климатических условиях (с колебаниями температуры от -50

до +45 С), которые оказывают значительное влияние на работоспособность тепловоза в целом, а также на надежность и долговечность его узлов и деталей.

Продолжительность эксплуатации тепловозного парка в холодное время года в РФ в среднем достигает 70...75% всего эксплуатационного цикла (холодное время года распространяется также на весенний и осенний периоды). Эксплуатация тепловозов в зоне отрицательных температур имеет существенные особенности, которые необходимо учитывать при их обслуживании в поездной работе и ремонте. Опыт эксплуатации тепловозов в условиях Севера, Сибири показывает, что даже незначительные изменения температуры наружного воздуха приводят к существенным изменениям параметров рабочего процесса дизеля и топливной экономичности, а также увеличивают величину динамических нагрузок в деталях кривошипно-шатунного механизма вследствие увеличения периода задержки воспламенения и изменения скорости нарастания давления рабочего тела в процессе сгорания топлива / 3/.

Известно, что для запуска дизеля необходимо вращать коленчатый вал дизеля от постороннего источника с частотой, обеспечивающей заполнение цилиндров свежей порцией воздуха, представляющий собой смесеобразование, которое в результате сжатия воспламеняет рабочую смесь. Вращение коленчатого вала в начальный период пуска, т.е. до воспламенения

топлива, зависит от соотношения крутящего момента пускового устройства и момента сопротивления вращения коленчатого вала. Данный период определяется временем, необходимым для создания в цилиндрах условий, при которых становится возможным воспламенение топлива хотя бы в одном из цилиндров /3, 6/.

Создание в цилиндрах дизеля условий, обеспечивающих воспламенение, является необходимым, но еще недостаточным условием пуска. Разгон дизеля в последующий период, т. е. с момента воспламенения топлива до начала самостоятельной работы дизеля и отключения пускового устройства, определяется соотношением крутящих моментов стартера и дизеля, с одной стороны, и момента сопротивления вращению коленчатого вала с другой.

Проанализировав разгонную характеристику дизеля, можно увидеть, что продолжительность последующего периода пуска при отрицательных температурах значительно превышает продолжительность начального периода. Надежный пуск дизеля достигается только при создании в цилиндрах условий, обеспечивающих как устойчивое воспламенение топлива, так и необходимую величину крутящего момента, достаточную для разгона дизеля после пуска /6/.

Выполнение этих условий при низкотемпературном пуске дизеля встречает значительные трудности, обусловленные следующим:

- с понижением температуры окружающего воздуха растёт вязкость моторного масла и как следствие - увеличение сопротивления вращению коленчатого вала;

- из-за ухудшения параметров аккумуляторных батарей возрастает их внутреннее сопротивление, уменьшается ёмкость и напряжение, и как следствие происходит снижение крутящего момента;

- при малой частоте вращения коленчатого вала происходит обратный выброс части заряда воздуха из цилиндра через впускной клапан, что в свою очередь приводит к снижению температуры воздуха в конце сжатия.

Из этого следует, что анализ эксплуатации тепловозных дизелей / 3, 6 / показывает, что основной расход топлива соответствует неноминальному режиму работы и холостому ходу.

На рис 1.1 видна доля каждого режима в формировании средне-эксплуатационного расхода топлива. Величина Т представляет собой продолжительность работы дизеля на каждом из режимов, ge - удельный эффективный расход топлива [г/(кВт ч)], Ие - эффективная мощность (кВт) дизеля по тепловозной характеристике. Из диаграммы, построенной для дизеля 16ЧН26/26 тепловозов 2ТЭ116, следует, что наибольший суммарный расход топлива соответствует режиму работы на 10-ой позиции контроллера и на холостом ходу. Он достигает 10% от всего израсходованного топлива, а с учетом работы дизеля при прогреве в режиме горячего простоя возрастает до 16 %. Если работа на 10-ой позиции контроллера сопровождается удельным эффективным расходом топлива, не намного превышающим номинальный, то на режиме холостого хода ge = 292 г/(кВт ч), а индикаторный к. п. д. дизеля т^^ = 0,29 .

Рис 1.1. Распределение расхода топлива по режимам работы транспортного дизеля

Длительная работа на холостом ходу, обусловленная технологией перевозочного процесса, ведет к существенному перерасходу топлива из-за некачественного протекания рабочего процесса и к повышенному нагарообразованию на деталях цилиндропоршневой группы.

Кроме того, пониженная температура влияет не только на период непосредственного пуска, но и на последующую работу дизеля до достижения нормального температурного режима. Понижение температур теплоносителей ниже допустимых норм может вызвать при пуске дизеля температурные деформации, в результате - загустение масла и, как следствие, резкое увеличение сопротивления и превышение установленного давления в трубопроводах. Пуск переохлажденного дизеля также способствует появлению трещин в блоке и других узлах, нарушению плотности уплотнительных соединений в системе охлаждения и появлению других отрицательных факторов. В частности переохлаждение топливной системы приводит к появлению в ней парафинистых отложений, засоряющих фильтры, с последующим выходом ее из строя. Переохлаждение цилиндровых втулок может привести к опасному уменьшению зазоров между поршнем и втулкой, конденсации водяных паров на внутренней поверхности втулки и к образованию сернистой кислоты, что ведет к усиленной коррозии. Все это приводит к снижению ресурса дизеля, надежности работы трубопроводов и как следствие увеличению расхода топлива. Результаты экспериментальных и теоретических исследований,

проведенных различными научными школами /3/, показывают, что

о

понижение температуры наружного воздуха на 10 С приводит к увеличению удельного расхода топлива примерно на 1,1 % у тепловозов 2М62 и до 1 % у тепловозов 2ТЭ10.

Специфика эксплуатации маневровых тепловозов такова, что большую часть времени локомотивы вынуждены простаивать на тракционных путях локо�