автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности прогрева маневрового тепловоза в зимнее время за счет использования вторичных энергоносителей

□□3465Э13

На правах рукописи

Чертыковцева Наталья Валерьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРЕВА МАНЕВРОВОГО ТЕПЛОВОЗА В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

Специальность

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о г,

Самара 2009

003465913

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (СамГУПС) на кафедре «Локомотивы»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

НОСЫРЕВ Дмитрий Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ГРИЩЕНКО Александр Васильевич;

доктор технических наук, доцент АНДРОНЧЕВ Иван Константинович

Ведущая организация: Государственное образовательное учрежде-

ние высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС)

Защита диссертации состоится «28» апреля 2009 г. в 15 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 «¿É » utÙpfi'i 2009 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 B.C. Целиковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Учитывая неблагоприятные долгосрочные тенденции развития рынка энергоресурсов в 2004 г. в компании ОАО «Российские железные дороги» была принята и в декабре 2007 г. актуализирована Энергетическая стратегия на период до 2020 г. Важнейшей целью стратегии определены оптимизация энергопотребления и реализация комплексных мероприятий по экономии топливных ресурсов.

Осуществляя основные для государства объемы перевозок, железнодорожный транспорт является одним из крупных и стабильных потребителей энергоресурсов в стране. Суммарные затраты на их приобретение в 2008 году составили 113 млрд. руб. В 2009 г. прогнозируются затраты на энергопотребление в размере 156 млрд. руб., в первую очередь в связи с резким ростом стоимости дизельного топлива и энерготарифов. Основная доля расхода топливно-энергетических ресурсов ОАО «Российские железные дороги» приходится на тягу поездов. Это 82 % электроэнергии и 90 % дизельного топлива При этом в теплотяге на горячий простой во всех видах движения в 2008 г. было израсходовано 529 тыс. т дизельного топлива.

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

Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре «Локомотивы» в Самарском государственном университете путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2005 по 2008 годы. Работа поддержана грантом правительства Самарской области.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка методов и технических решений с применением вторичных энергоносителей, направленных на повышение эффективности прогрева маневровых тепловозов в зимнее время.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Проведен анализ существующих методов, способов и систем прогрева силовых установок тепловозов при отстоях в холодное время года.

2. Исследован характер и выполнено физико-математическое моделирование процессов утилизации теплоты выхлопных газов в выпускном тракте дизелей тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

3. Предложена уточненная методика расчета системы утилизации энергии выхлопных газов многосекционным тепловым аккумулятором, позволяющая на стадии проектирования определить теплоотдачу системы и ее массогабаритные характеристики.

4. Проведены расчетно-экспериментальные исследования процессов прогрева теплоносителей при различных режимах работы системы утилизации энергии выхлопных газов для тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

5. Разработана система прогрева маневрового тепловоза на основе многосекционного теплового аккумулятора, обеспечивающая автоматический выбор и регулирование режимов съема и отдачи теплоты. Произведен посекционный подбор теплоаккумулирующих материалов (ТАМ).

6. Рассчитан экономический эффект от использования предложенной системы прогрева маневровых тепловозов.

Объекты исследования: тепловозы серий ТЭМ2, ЧМЭЗ. Предмет исследования: процессы утилизации тепловой энергии вторичных энергоресурсов с целью дальнейшего перераспределения на прогрев силовой установки маневрового тепловоза.

Методы исследования. При выполнении работы использованы методы математического моделирования теплофизических процессов, методы математической статистики, компьютерного моделирования, методы физико-

химического анализа. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в системе утилизации энергии выхлопных газов тепловозного дизеля многосекционным тепловым аккумулятором 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. При изыскании составов использовались пакеты программ PDF2 (электронная база данных рентгенограмм), HSC Chemistry 4.0 (тсплофизические свойства составов).

Экспериментальный материал по теплоаккумулирующим составам получен и обработан при содействии кафедры общей и инженерной химии Сам-ГУПС, кафедры общей и неорганической химии СамГТУ, кафедры физики твердого тела СамГУ.

Научная новизна работы

Разработана математическая модель системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозного дизеля многосекционным тепловым аккумулятором, отличающаяся возможностью анализировать процессы прогрева теплоносителей при различных вариантах подключения секций аккумулятора и учитывающая влияние температуры окружающего воздуха на протекание теплообменных процессов.

Разработана методика, учитывающая особенности процессов утилизации энергии выхлопных газов при использовании многосекционного теплового аккумулятора, которая позволяет определять требуемую утилизационную поверхность нагрева теплообменника, сопротивление охлаждаемого участка системы выпуска двигателя, количество секций в аккумуляторе и тип теплоакку-мулирующего материала (ТАМ).

Основные положения, выносимые на защиту 1. Математическая модель процессов утилизации энергии выхлопных газов и процессов прогрева теплоносителей вспомогательных систем тепловозного дизеля при различных режимах работы системы утилизации.

2. Методика расчета системы утилизации энергии выхлопных газов дизелей на основе многосекционного теплового аккумулятора.

3. Новый способ прогрева маневровых тепловозов с применением системы внешней утилизации теплоты выхлопных газов дизеля.

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 локомотивном депо Самара Куйбышевской железной дороги.

Практическая ценность

1. Разработанная методика расчета системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозных дизелей на основе многосекционного теплового аккумулятора позволяет на стадии проектирования рассчитать теплоотдачу системы и определить ее массогабаритные характеристики.

2. Предложенный способ прогрева позволяет обеспечить в зимнее время поддержание температуры теплоносителей вспомогательных систем тепловозных дизелей ПД1М и K6S310DR на необходимом уровне при различных значениях температуры наружного воздуха.

3. Разработанная система прогрева маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ на базе многосекционного теплового аккумулятора позволяет повысить ресурс дизелей на 5 - 7 % и сократить расход дизельного топлива на 3 - 4 %, моторного масла на 0,5 - 1 % (защищена патентами № 65191 РФ МПК7 F24H 7/02 и № 70552 РФ МПК7 F02N 17/02).

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, практические результаты, полученные в диссертационной работе, используются на Куйбышевской железной дороге - филиале ОАО «РЖД». Результаты работы реализованы в технологии технического обслуживания тепловозных дизелей в локомотивном депо Самара.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ХП1 Всероссий-

ской конференции по термическому анализу (г. Самара, 2-5 июня 2003 г.), на Региональной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Южно-Уральской железной дороги «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте» (г. Челябинск, 22-23 июля 2004 г.), па П Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Самара 7-8 декабря, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы и направления развития транспортной системы» (г. Самара 10-13 сентября, 2007 г.), V Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара 4-5 марта, 2008 г.), Всероссийской научной конференции «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования»(г. Хабаровск 22-24 апреля, 2008 г.), III Всероссийской конференции-семинаре (г. Сызрань 22-23 мая, 2008г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 16 печатных работах, в том числе статей - 8, из них 2 - в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, тезисов докладов на конференциях - 5, патентов на полезную модель - 3, общим объемом - 3,5 п.л, авторский вклад - 50%.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, включая 13 таблиц, 31 рисунок и состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка из 110 наименований и 4 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой в диссертационной работе научной проблемы, сформированы 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 приведены обзор и сравнительный анализ способов и систем прогрева тепловозных дизелей, 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, СамГУПС и др.

Вопросы повышения эффективности прогрева тепловозов в зимнее время нашли отражение в трудах Хомича А.З., Овчинникова В.М., Данковцева В.Т., Четвергова В.А., Володина А.И., Якушина Р.Ю., Фофанова Г.А., Смышляева О.В., Кудинова Ю.А., Носова А.Н., Болховитинова Г.Ф., Грищенко A.B., Носы-рева Д.Я., Грищенко С.Г., Андрончева И.К. и многих других авторов. По статистическим данным и материалам работ проанализированы вопросы разработки и внедрения систем использования вторичных энергоресурсов силовых установок транспортных средств за последние 10 лет. На основании проведенного анализа конструкции вспомогательных систем дизелей ПД1М (6ЧН 31,8/33) и K6S310DR (6ЧН 31/36) в качестве объекта съема вторичных энергоресурсов выбраны выхлопные газы.

Вопросам утилизации вторичных энергоресурсов посвящены работы Кра-маренко Г.В., Николаева В.А., Шаталова А.И., Карепова В.А., Хороша А.И., Куликова А.Н., Гулина С.Д., Шульгина В.В., Яковлева С.А., Лахно В.А., Ложкина В.Н. и ряда других авторов.

Показано, что, несмотря на большое разнообразие и количество систем и устройств прогрева силовых установок тепловозов, недостаточно разработаны надежные, эффективные и простые по конструкции системы. Остаются актуальными вопросы разработки различных конструктивных методов, направленных на уменьшение затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов в зимнее время. При этом в условиях нарастающего дефицита традиционных источников энергии наиболее перспективными являются методы и средства с применением высоко-энергоэффективных технических средств. В области применения вторичных энергоносителей, как одного из вариантов ресурсосберегающих технологий, накоплен определенный объем знаний, но на железнодорожном транспорте дан-

ное направление до настоящего времени должного развития не получило. Проблему непроизводительного перерасхода дизельного топлива на самопрогрев тепловозов предложено решать введением в систему выпуска выхлопных газов тепловозного дизеля теплового аккумулятора, с последующим подключением к нему для прогрева вспомогательных систем дизеля. Забор тепловой энергии производится от выхлопных газов. Последующее ее перераспределение осуществляется за счет дооснащения системы аккумулирования тепла устройствами автоматики. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе проанализированы конструкции вспомогательных систем тепловозов ТЭМ2 с дизелем ПД1М (6ЧН 31,8/33) и ЧМЭЗ с дизелем КбБЗ 10011 (6ЧН 31/36), и показано, что в наиболее худших условиях, с точки зрения сохранения тепловой энергии, находятся масляная и водяная системы дизеля, особенно ее второй контур. Вследствие этого, вторичная тепловая энергия будет направлена в первую очередь на подогрев масла в системах дизеля и воды второго контура водяной системы дизеля.

С целью определения значения утилизированной тепловой мощности произведен энергетический расчет тепловозного дизеля и КПД системы утилизации. Расчетная тепловая мощность выхлопного газа в режиме х.х. составляет (2Г = 63,15 кВт; КПД системы утилизации г| = 0,59 для ТЭМ2 и г| =0,52 для ЧМЭЗ (при нормальных условиях: температура окружающего воздуха 273 К и температура выхлопных газов 433 К). Разработана математическая модель процессов утилизации энергии выхлопных газов и процессов прогрева теплоносителей вспомогательных систем тепловозного дизеля при различных режимах работы системы утилизации.

При разработке математической модели использованы следующие основные допущения:

1. В начальный момент времени т = 0 в период зарядки теплового аккумулятора ТАМ находится в твердом состоянии, а в период разрядки - в жидком, при этом его температура выравнена 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 Тф.

3. Теплопроводность ТАМ в продольном направлении отсутствует.

4. Процесс фазового превращения ТАМ принимается одномерным и моделируется чистой теплопроводностью. При этом границы раздела фаз неизменны но форме и в каждый момент времени представляют собой цилиндрические поверхности, расположенные концентрично по отношению к цилиндрическим стенкам капсулы.

5. Коэффициенты переноса не зависят от температуры.

6. Движение потока выхлопных газов по каналам теплового аккумлятора рассматривается применительно к стационарному режиму работы ДВС как установившееся одномерное адиабатное течение газа.

В процессе разрядки теплового аккумулятора часть отдаваемой им теплоты рассеивается в окружающей среде. Уравнение теплового баланса для системы утилизации в этом случае имеет вид:

2тп (X) = ТЦз ■ йи СО, (1)

где ()т (т) - тепловая мощность, получаемая потоком теплоносителя, Вт;

<2та СО - тепловая мощность, отдаваемая при разрядке теплового аккумулятора, Вт;

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

0,тл (т) = а, /у(Гс„,(т)-7^(т)), (2)

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

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

Рч - суммарная площадь цилиндрических поверхностей всех капсул, м2;

1'ср(х) - средняя температура теплоносителя в полости теплового аккумулятора в момент времени х, вычисляемая по формуле

где Твх, Теых{т) - температуры теплоносителя на входе и выходе из теплового аккумулятора, К.

Кроме того, при х = О справедливы следующие уравнения:

= (4)

= (5)

где у(х) - толщина закристаллизовавшегося слоя ТАМ в момент времени х, м; А.™ - коэффициент теплопроводности твердого ТАМ, Вт/(м-К); р™ - плотность твердого ТАМ, кг/м3;

г, - удельная теплота фазового перехода плавление-кристаллизация, Дж/кг. Тепловая мощность (2ТП (т) при х = 0 определяется по балансовому уравнению

б,,, (т) = С, ■ с, ■ (7'вь„(х)-7т(х)), (6)

где С, - массовый расход отработавших газов, кг/с;

с, - удельная массовая теплоемкость отработавших газов, Дж/(кг-К). Система уравнений (1)-(6), в которых неизвестными функциями являются 0.тл СО, >'(х), Твш{\), Гот(х) описывает процесс кристаллизации ТАМ в блоке при следующих начальных и граничных условиях:

е™(0)=едо)=о

0<у(х)<5г;у(0) = 0

тстт~тф теыхт=т-

где 5у - полутолщина капсулы, м.

Для аналитического решения системы уравнений (1)-(6) вводится ряд без-

(7)

размерных комплексов (безразмерная температура нагреваемой поверхности капсулы вст; средняя безразмерная температура отработавших газов в полости теплового аккумулятора 9ср; безразмерная температура отработавших газов на выходе из теплового аккумулятора веых; безразмерная толщина закристаллизовавшегося ТАМ в режиме чистой теплопроводности И; безразмерное время г; число теплопередачи Ы) и после алгебраических преобразований решением являются следующие функции:

6™ =-—-; +2)2+8-Л^-(/У-т, +2)

0 _2 + ЛМу-6си =2-^-л^,-(1-2-9я.)

" 2 + Л^-л^ ' - 2 +N■1]^

Они показывают, что процесс кристаллизации ТАМ в режиме чистой теплопроводности определяется тремя безразмерными параметрами: и N и ц.

Температура стенок капсул Тст выводится из формулы вст =

площадь поверхности теплообмена определяется как

С . с, - Л/ /\,= ——;-•

ТФ-ТВ '

" «г

Масса ТАМ определяется из выражения:

¿тр

Значительное сокращение площади поверхности теплообмена достигается путем секционирования аккумулятора, когда нагреваемый теплоноситель последовательно проходит несколько секций (с 1/я массой, где п - число секций).

В результате теоретических расчетов теплообменных процессов системы утилизации определен временной ход режимных параметров в системе в процессе ее зарядки и разрядки. Расчетное время зарядки системы при общей массе матриц 83 кг и температуре окружающей среды Та - -20 °С составит порядка 30 мин., при этом расчетное время консервации теплового аккумулятора при мак-

симальной нагрузке составит 4 ч.

Для расчета процесса прогрева теплоносителей в режиме включения теплового аккумулятора величина энергии тепловыделения определяется из выражений (1)-(6). Теоретические кривые прогрева теплоносителей рассчитаны в среде МайСАО и приведены на рис. 1 и 2, где х пр - время прогрева. и, °С 80

70

60

50

40

0 1 2 3 4 Тпр, Ч

Рис. 1. Расчетные значения температуры воды на выходе из дизеля тепловоза ТЭМ2 в режиме включения третьей секции ТА: 1 - при температуре наружного воздуха -10 °С, 2 - (-20 °С), 3 - - (-30 °С)

1м, °С 60

50

40

и 1 2 3 4 Тпр, Ч

Рис. 2. Расчетные значения температуры масла в режиме включения первой и второй секций ТА: 1 - при температуре наружного воздуха -10 °С, 2 - (-20 °С), 3 - - (-30 °С)

л , 2

з /

В третьей главе на основании проведенного анализа существующих классов и типов ТАМ и выдвинутого к ним комплекса требований произведен их посекционный подбор для теплового аккумулятора.

При подборе и разработке ТАМ учитывалось следующее. При низких температурах (менее 100°С) в выхлопном коллекторе начинается процесс конденсации влаги. При взаимодействии влаги с компонентами газового потока образуются кислоты, в основном сернистая и серная, которые осаждаются на стенках коллектора и разрушают их. Чтобы избежать «холодной коррозии» коллектора, необходимо держать нижний интервал температур рабочего ТАМ в переделах 100-120 °С. Для большего аккумулирования тепловой энергии верхний предел температуры ТАМ должен быть 500-525 °С, то есть соответствовать температуре выхлопных газов ДВС. Однако необходимый температурный максимум при практическом использовании отводимой тепловой энергии составляет 350 °С, поэтому данная величина и принята за верхний предел температуры ТАМ. Таким образом, посекционно рабочие температуры для ТАМ следующие: 1-я секция 300 - 350 °С; 2-я секция 200 - 250 °С; 3-я секция 100-120 "С.

В результате апробирования ряда составов были выбраны ТАМ для теплового аккумулятора со следующими характеристиками (таблица 1).

Таблица 1

Характеристики теплоаккумулирующих материалов для теплового аккумулятора

Состав Температура фазового перехода плавление-кристаллизация, К Секция теплового аккумулятора

Гидроксид натрия №ОН 573 1

Система из фторидов натрия, калия, лития и бария (состав образца 10,34^+39,73КГ+44,931лР+ЗВаР;,+28п) 621 1

Ацетат-нитратная смесь (состав образца: 39КШ,+61СН,СООК) 483 2

Бинарная эвтектическая система нитратов калия и лития 406 3

Система из галогенидов калия и алюминия и йодида гафния (состав образца 30,1 КС1+22.1 + А1С13+47,8Ш4) 371 3

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований процессов утилизации энергии выхлопных газов и процессов прогрева теплоносителей вспомогательных систем тепловозного дизеля при различных режимах работы системы утилизации.

Исследование процессов съема и отдачи теплоты, а также определение конструктивных характеристик (площади поверхности нагрева ^ и массы А/) и временного хода режимных параметров системы утилизации тепловой энергии проводились применительно к маневровым тепловозам ТЭМ2 и ЧМЭЗ с дизельными двигателями ПД1М и К6531(ЮЯ при минимальной нагрузке, т.е. в режиме холостого хода.

Экспериментальная установка представляет собой кожухо-трубный теплообменник (поскольку такая конструкция является самой распространенной) цилиндрической геометрии с вертикальным расположением теплообменных поверхностей. По высоте внутреннего цилиндра размещены три зонда, предназначенные для регистрации средних температур ТАМ в плоскостях расположения, сигнал от которых поступает на многоточечный самопишущий мост, аналогичным образом регистрируется и входная температура теплоносителя в верхнем коллекторе. Перепад температур теплоносителя на входе и выходе измеряется дифференциальной термопарой и регистрируется потенциометром. В качестве модельного теплоаккумулирующего материала был использован парафин.

На рис. 4 дано сопоставление экспериментальных и расчетных значений температур матриц аккумулятора в зависимости от времени зарядки системы при <2=соп51 (рис. 4, а) и значений утилизированной тепловой мощности (I 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.

Рис. 4. Временной ход режимных параметров в системе аккумулирования тепла (То = 253 К; <3=0,11 кг/с): а) в процессе зарядки; б) в процессе разрядки --расчетные значения;----экспериментальные

0 1 2 3 4 Тлр, Ч

Рис. 5. Динамика изменения температуры воды на выходе из дизеля ПД1М в режиме включения третьей секции ТА (Т0 = 253 К) --расчетные значения;----экспериментальные

1м, °С 60

50

40

— — ~

0 1 2 3 4 Хпр, Ч

Рис. 6. Динамика изменения температуры масла в режиме включения первой и второй секций ТА (Т0 = 253 К): --расчетные значения;----экспериментальные

Расчеты, выполненные с помощью предложенной методики в режиме холостого хода для маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ, показали хорошую сходимость с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований. Относительная погрешность не превышает 5 %.

Проведенные расчеты показали, что применение системы утилизации выхлопных газов при прогреве тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ позволит сократить время работы дизеля на холостом ходу на 40 % от суммарного времени работы

тепловоза. Одновременно ожидается снижение эксплуатационного расхода топлива на 7 %, а моторного масла на 1 %. Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о целесообразности применения систем внешней утилизации на основе вторичных энергоносилей для прогрева тепловозов.

Пятая глава посвящена разработке системы прогрева тепловоза на основе вторичного энергоносителя. Принципиальная схема системы приведена на рис. 7. В качестве основного источника энергии используется утилизированная теплота выхлопных газов, а для питания вспомогательных устройств (датчиков, насосов, исполнительных механизмов, электронных блоков и прочих узлов и агрегатов) - дополнительный аккумулятор, емкость которого рассчитывается исходя из режимов работы тепловоза. В момент работы системы подогрева аккумулятор отдает энергию, подзарядка аккумулятора осуществляется при запуске дизеля. Это обеспечивает полную автономность системы прогрева.

Система прогрева функционирует в четырех режимах: 1 - забор тепловой энергии; 2 - прогрев деталей двигателя (коренные и шатунные подшипники коленчатого вала) и моторного масла; 3 - подогрев воды водяной системы тепловозного дизеля; 4 - комбинированный. Массогабаритные характеристики системы: высота 640 мм, ширина 260 мм, длина 520 мм, общая масса аккумулятора - 123 кг.

В результате анализа различных компоновочных решений по размещению теплового аккумулятора наилучшей признана схема, в которой теплообменник включен в параллельный поток с выхлопным трактом дизеля и имеет возможность отключаться на летний период.

Для контроля работы системы прогрева разработано микропроцессорное устройство управления. Данное устройство позволяет автоматизировать процессы съема и перераспределения тепловой энергии, осуществляет контроль и регулирование температурных режимов теплоносителей в водяной и масляной системах тепловоза. Устройство обладает высокой надежностью, возможностью работы при повышенной вибрации и в широком диапазоне температур (40 -г- +85 °С), простотой в управлении.

во вспомогательные системы дизеля типа ПД1М: 1 - основной дизель, 2 - трубопровод системы охлаждения вспомогательного дизель-генератора, 3, 5, 30, 31, 32, 33, 34, 35 - электроуправляемые клапаны, 4 - вспомогательный дизель-генератор, 6, 24, 25, 26 - запорные вентили, 7 - топливный трубопровод вспомогательного дизеля, 8 - платный топливный трубопровод, 9 - трубопровод системы охлаждения основного дизеля, 10 - масляный трубопровод, 11 - датчик температуры воды, 12 - датчик температуры масла, 13 - расширительный бак, 14 - водо-топливный теплообменник, 15 - водяные секции, 16 - масляные секции, 17 - блок управления, 18, 19, 20, 43, 46 - электромагнитные контакторы, 21 - штатный топливоподкачиваюший насос, 22 - водяной насос, 23 - маслопрокачи-вающий насос с электроприводами, 27 - выхлопной коллектор, 28 и 36 - многоходовые газовые краны, 29 - трехсекционный ТА, 37, 38 - газовые трубопроводы, 39 - выхлопная труба, 40, 44,45 - воздухопроводы, 41 - фильтр, 42 - центробежный вентилятор, 47 - аккумуляторная батарея

В шестой главе рассчитан ожидаемый экономический эффект от применения разработанной системы прогрева на маневровых тепловозах ТЭМ2 и ЧМЭЗ. Для проведения расчетов были выбраны следующие данные:

- среднесуточное время работы дизеля в режимах самопрогрева систем в

местах длительного отстоя тепловозов 4 ч;

- среднечасовой расход топлива при самопрогреве систем дизеля 10 кг/ч для

ТЭМ2 и 12 кг/ч для ЧМЭЗ;

- стоимость дизельного топлива (зимнее) 16,6 руб./кг (в ценах на топливо

октябрь 2008г.);

Как показывает расчет, величина экономического эффекта за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу в расчете на один маневровый тепловоз составит 142580 руб.; величина годового экономического эффекта за счет сокращения расхода топлива и моторного масла в эксплуатационных условиях -10994 руб.

Общий годовой экономический эффект за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу и экономии топлива и моторного масла составит 153574 руб. в расчете на один тепловоз, срок окупаемости - 2,1 года.

Основные выводы

В результате проведенных исследований были получены следующие основные выводы:

1. Обобщены и проанализированы данные по особенностям применения на энергосиловых установках тепловозов систем внешней утилизации теплоты отработавших газов дизелей для прогрева в зимнее время. 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. Разработанная математическая модель системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозного дизеля многосекционным тепловым аккумулятором, отличающаяся возможностью анализировать процессы прогрева теплоно-

сителей при различных вариантах подключения секций аккумулятора и учитывающая влияние температуры окружающего воздуха на протекание теплооб-менных процессов, позволила спроектировать систему прогрева для маневровых тепловозов ТЭМ2 И ЧМЭЗ.

3. Разработанная методика, учитывающая особенности процессов утилизации энергии выхлопных газов при использовании многосекционного теплового аккумулятора, позволяет определять требуемую утилизационную поверхность нагрева теплообменника, сопротивление охлаждаемого участка системы выпуска двигателя, количество секций в аккумуляторе и тип ТАМ.

4. Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показали, что применение системы утилизации выхлопных газов при прогреве тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ позволит повысить эффективность прогрева тепловозов за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу на 40 % от суммарного времени работы тепловоза, что приведет к снижению эксплуатационного расхода топлива на 7 % и моторного масла на 1 %.

5. Разработанная система прогрева тепловоза, не требующая существенных конструктивных изменений для подключения, обеспечивает: поддержание температуры теплоносителей вспомогательных систем дизеля (вода, масло и топливо) в диапазоне, рекомендуемом инструкцией по эксплуатации при отстое в холодное время года; энергообеспечение устройства автоматического управления и исполнительных механизмов установки, т.е. полную автономность локомотива; полную циркуляцию воды по штатной схеме; возможность автоматического регулирования режимов съема и перераспределения тепловой энергии и отключения установки при аварийных ситуациях.

6. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу и экономии топлива и моторного масла в расчете на один тепловоз составит 153574 руб. (в ценах на октябрь 2008 г.), срок окупаемости - 2,1 года.

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

1. Чертыковцева Н.В. Разработка системы прогрева тепловозного дизеля на основе вторичных энергоносителей [Текст] / Н.В. Чертыковцева, Д.Я. Носырев // Вестник РГУПС. - 2008. - №2. - С.35-42.

2. Носырев Д.Я. Повышение эффективности работы тепловозных дизелей за счет использования вторичных энергоносителей [Текст] / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева, JT.M. Васильченко // Известия Самарского научного центра РАН. Спецвыпуск «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития». - Самара: Издательство СНЦ РАН, 2006. - С. 183-187.

3. Носырев Д.Я. Повышение ресурса тепловозных дизелей за счет применения нетрадиционных технических средств [Текст] / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития». - Самара: Издательство СНЦ РАН, 2007. - С.145-149.

4. Чертыковцева Н.В. Система прогрева тепловозного дизеля на основе многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода / Н.В. Чертыковцева, Д.Я. Носырев // Известия Самарского научного центра РАН. Материалы всероссийской научно-практической конференции «Перспективы и направления развития транспортной системы» (10-13 сентября, 2007 г., г. Самара). - Самара: Издательство СНЦ РАН, 2007. - С.242-246.

5. Чертыковцева Н.В. К вопросу о рациональном использовании тепловой энергии выхлопных газов [Текст] / Н.В. Чертыковцева, Л.М. Васильченко // Актуальные проблемы развития транспортных систем Российской Федерации: сборник научных трудов. - Самара: СамГАПС, 2005. - С.21-26.

6. Чертыковцева Н.В. Техническое устройство для аккумулирования тепла выхлопных газов дизеля тепловоза [Текст] // Сборник научных трудов студентов и аспирантов СамГАПС. - Выпуск 6. - Самара: СамГАПС, 2005. - С. 178-179.

7. Патент на полезную модель № 65191 РФ МПК7 F24H 7/02 Тепловой аккумулятор фазового перехода / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева. Опубл. 27.07.2007 Бюл.№21, патентообладатель СамГУПС.

8. Патент на полезную модель № 69929 РФ МПК7 F02N 17/06 Устройство для поддержания систем двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева, В.М. Пирогов Опубл. 10.01.2008 Бюл.№1.

9. Патент на полезную модель № 70552 РФ МПК7 F02N 17/02 Система обогрева тепловозного дизеля / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева. Опубл. 27.01.2008 Бюл.№3.

10. Чертыковцева Н.В. Проблемы разработки и внедрения систем использования вторичных энергоресурсов силовых установок транспортных средств на железнодорожном транспорте [Текст] / Н. В. Чертыковцева, Д.Я. Носырев // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: матер. IV международной научно-практ. конференции (г. Самара 4-5 марта, 2008 г.). - Самара: СамГУПС, 2008. - С 205-207.

11. Носырев Д.Я. Система использования вторичных энергоресурсов на обогрев тепловоза [Текст] / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: матер, всерос. научной конференции (г. Хабаровск 22-24 апреля, 2008 г.). - Хабаровск: ДВГУПС, 2008. -С. 134-137.

12. Чертыковцева Н.В. Прогрев тепловозных дизелей с применением вторичных энергоносителей /Н.В. Чертыковцева // Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы развития: матер. Ill Всероссийской конференции-семинара (г. Сызрань 22-23 мая, 20008г.). - Сызрань: Филиал ГОУ ВПО Сам-ГТУ в г. Сызрани, 2008. - С95-98.

Кроме перечисленных работ, в диссертации использованы материалы еще 4 научных публикаций автора.

Чертыковцева Наталья Валерьевна

Повышение эффективности прогрева маневрового тепловоза в зимнее время за счет использования вторичных энергоносителей

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

Подписано в печать 24.03.2009. Формат 60x90 1/16. Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 37

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

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ

И СИСТЕМ ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗОВ.

1.1. Режим холостого хода.

1.2. Системы прогрева

1.3. Обзор работ по использованию вторичных энергоносителей при прогреве в зимнее время

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ'УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ

2.1. Анализ конструкции вспомогательных систем маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

2.2. Энергетический расчет дизеля и КПД системы прогрева

2.3. Исследование и расчет процессов теплопередачи

2.4. Математическое моделирование функционирования системы утилизации энергии выхлопных газов.

2.5. Расчет процесса прогрева теплоносителей в режиме включения теплового аккумулятора

2.6. Выводы

3. ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ

МНОГОСЕКЦИОННОГО ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА.

3.1 Анализ и основной комплекс требований

3.2. Разработка теплоаккумулирующих материалов.

3.3. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

И ПРОГРЕВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ.

4.1. Процессы утилизации энергии выхлопных газов.

4.2. Особенности процесса прогрева тепловоза.

4.3. Определение необходимой теплопроизводительности системы прогрева.

4.4. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРОГРЕВА МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ НА ОСНОВЕ МНОГОСЕКЦИОННОГО ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА.

5.1. Особенности конструкции и принцип работы многосекционного теплового аккумулятора.

5.2. Бортовая установка для прогрева маневровых тепловозов на основе многосекционного теплового аккумулятора.

5.3. Разработка устройства автоматического управления системой прогрева тепловоза.

5.3.1. Функции устройства. Структурная схема. Аналитическое описание.

5.3.2. Реализация устройства. Выбор базовых элементов

5.3.3. Функциональная схема устройства автоматического управления системой прогрева.

5.3.4. Структура программного обеспечения.

5.4. Выводы

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГРЕВА.

6.1. Оценка экономической эффективности системы прогрева на базе многосекционного теплового аккумулятора.

6.2. Расчет себестоимости системы прогрева.

6.3. Формирование отпускной цены бортовой системы прогрева.

6.4. Выводы.

t Актуальность. Учитывая неблагоприятные долгосрочные тенденции развития рынка энергоресурсов в 2004 г. в компании ОАО «Российские железные дороги» была принята и в декабре 2007 г. актуализирована Энергетическая стратегия на период до 2020 г. Важнейшей целью стратегии определены оптимизация энергопотребления и реализация комплексных мероприятий по экономии топливных ресурсов /42/.

Осуществляя основные для государства объемы перевозок, железнодорожный транспорт является одним из крупных и стабильных потребителей энергоресурсов в стране. Суммарные затраты на их приобретение в 2007 г. составили 113 млрд. руб. В 2008 г. затраты на энергопотребление составили 156 млрд. руб., в первую очередь в связи с резким ростом стоимости дизельного топлива и энерготарифов /16, 17/. Основная доля расхода топливно-энергетических ресурсов ОАО «Российские железные дороги» приходится на тягу поездов. Это 82 % электроэнергии и 90 % дизельного топлива. При этом в теплотяге на горячий простой во всех видах движения в 2007 г. было израсходовано 529 тыс. т дизельного топлива /17/.

С учетом нарастающего дефицита традиционных источников энергии (нефти^ угля, торфа и т.д.) вопросы экономии дизельного топлива приобретают приоритетное значение. Это определяет необходимость совершенствования и разработки различных методов, направленных на уменьшение затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов, с применением вторичных энергоносителей.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка и изучение конструктивных методов с применением вторичных энергоносителей, направленных на повышение эффективности прогрева маневровых тепловозов в зимнее время.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: 1. Проанализированы различные методы, способы и системы прогрева силовых установок тепловозов при отстоях в холодное время года.

2. Исследован характер, установлены закономерности и выполнено физико-математическое моделирование процессов съема и отдачи теплоты при использовании вторичных энергоносителей при прогреве дизелей типа ПД1М и K6S310DR.

3. Разработана методика расчета системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозных дизелей на основе многосекционного теплового аккумулятора.

4. Проведены расчетно-экспериментальные исследования процессов теп-лосъема, теплоотдачи и временного хода режимных параметров системы утилизации применительно к маневровым тепловозам ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

5. Разработана система прогрева тепловозного дизеля на основе многосекционного теплового аккумулятора и обеспечен автоматический выбор и регулирование режимов съема и отдачи теплоты. Произвести посекционный подбор теплоаккумулирующих материалов для многосекционного теплового аккумулятора.

6. Рассчитан экономический эффект от использования предложенной системы прогрева маневрового тепловоза.

Объектом исследования работы являются локомотивы серий ТЭМ2, ЧМЭЗ.

Предметом исследования является система охлаждения тепловозных дизелей типа ПД1М, K6S310DR.

Методика исследований. При выполнении работы использованы методы математического моделирования теплофизических процессов, методы математической статистики, сходимости эксперимента и обработки результатов исследования, компьютерного моделирования, методы физико-химического анализа. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в системе аккумулирования тепла для 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. При изыскании составов использовались пакеты программ PDF2 (электронная база данных рентгенограмм), HSC Chemistry 4.0 (теплофизические свойства составов).

Экспериментальный материал получен и обработан при содействии кафедры общей и инженерной химии СамГУПС, кафедры общей и неорганической химии СамГТУ, кафедры физики твердого тела СамГУ. Научная новизна работы

1. Исследован характер и установлены закономерности протекания процессов съема и отдачи теплоты при использовании вторичных энергоносителей в цикле работы дизеля.

2. Обоснованы особенности построения и разработана математическая модель процессов съема и отдачи теплоты при использовании вторичных энергоносителей в цикле работы дизеля.

3. Исследован и предложен новый способ прогрева тепловозных дизелей с применением многосекционного теплового аккумулятора.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозного дизеля многосекционным тепловым аккумулятором.

2. Методика расчета системы утилизации, учитывающая особенности процессов утилизации энергии выхлопных газов при использовании многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода.

3. Новый способ прогрева тепловозных дизелей с применением многосекционного теплового аккумулятора.

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 локомотивном депо Самара Куйбышевской железной дороги.

Практическая ценность:

1. Разработанная методика расчета системы утилизации энергии выхлопных газов тепловозных дизелей на основе многосекционного теплового аккумулятора позволяет на стадии проектирования рассчитать теплоотдачу системы и определить ее массогабаритные характеристики.

2. Предложенный способ прогрева позволяет обеспечить в зимнее время поддержание температуры теплоносителей вспомогательных систем тепловозных дизелей ПД1М и K6S310DR на необходимом уровне при различных значениях температуры наружного воздуха.

3. Разработанная система прогрева маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ на базе многосекционного теплового аккумулятора позволяет повысить ресурс дизелей на 5 - 7 % и сократить расход дизельного топлива на 3 -4 %, моторного масла на 0,5 - 1 % (защищена патентами № 65191 РФ МПК7 F24H 7/02 и № 70552 РФ МПК7 F02N 17/02).

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, практические результаты, полученные в диссертационной работе, используются на Куйбышевской железной дороге - филиале ОАО «РЖД». Результаты работы реализованы в технологии технического обслуживания тепловозных дизелей в локомотивном депо Самара.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XIII Всероссийской конференции по термическому анализу (г. Самара, 2-5 июня 2003 г.), на Региональной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Южно-Уральской железной дороги «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте» (г. Челябинск, 22-23 июля 2004 г.), на II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Самара 7-8 декабря, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы и направления развития транспортной системы» (г. Самара 10-13 сентября,

2007 г.), V Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара 4-5 марта, 2008 г.), Всероссийской научной конференции «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования»(г. Хабаровск 22-24 апреля,

2008 г.), III Всероссийской конференции-семинаре (г. Сызрань 22-23 мая, 2008г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 16 печатных работах, в том числе статей — 8, из них 2 — в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, тезисов докладов на конференциях - 5, патентов на полезную модель - 3, общим объемом - 3,5 п.л, авторский вклад — 50%.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, включая 13 таблиц, 31 рисунок и состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка из 110 наименований и 4 приложений.

6.4. Выводы

1. Проведена технико-экономическая оценка эффективности внедрения результатов исследований: от сокращения времени работы дизеля на холостом ходу для прогрева, сокращения расхода топлива в эксплуатационных условиях и сокращения затрат на текущие ремонты ТР2 и ТРЗ за счет повышения ресурса дизелей. Расчетная экономия средств составляет около 154 тыс. рублей на один тепловоз в год.

2. Анализ экономических показателей подтверждает целесообразность внедрения представленной системы прогрева на базе ТА тепловозных дизелей.

128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы конструктивные методы по использованию вторичных энергоносителей в цикле работы дизеля. Исследования проводились по результатам вычислительного и натурного эксперимента с целью выявления закономерностей протекания теплообменных процессов в системах аккумулирования тепла для тепловозного дизеля, построения моделей и алгоритмов. По результатам исследований разработана система прогрева на основе многосекционного ТА с целью повышения эффективности работы тепловозного дизеля и уменьшения непроизводительных затрат дизельного топлива.

При решении поставленных задач получены следующие результаты:

1. Обоснованы особенности построения физико-математических моделей процессов съема и отдачи теплоты при использовании вторичных энергоносителей в цикле работы дизеля.

2. Исследован характер, установлены закономерности и разработана физико-математическая модель процессов съема и отдачи теплоты системы аккумулирования тепла при использовании вторичных энергоносителей в цикле работы дизеля.

3. Предложена инженерная методика расчета системы аккумулирования тепла для тепловозного дизеля на основе теплонакопителя на фазовом переходе, позволяющая, зная среднеинтегральные значения температуры и расхода отработавших газов дизеля, на стадии проектирования произвести расчет конструктивных параметров всей системы.

4. Предложен новый способ прогрева тепловозных дизелей с теплоносителя на фазовом переходе.

5. Создана система прогрева тепловозного дизеля, включающая: в качестве вторичного энергоносителя - многосекционный тепловой аккумулятор фазового перехода с разными видами ТАМ и посекционно подключенными к нему вспомогательными системами дизеля, и автоматическое устройство регулирования режимами съема и перераспределения тепловой энергии. Система предложена к внедрению в локомотивном депо Самара Куйбышевской железной дороги.

6. На основании выдвинутого комплекса требований к ТАМ произведен посекционный подбор солевых составов и разработано два новых, удовлетворяющие основным технологическим требованиям, предъявляемым к теплоаккумулирующим материалам.

7. Проведен расчетный анализ технико-экономической эффективности внедрения системы прогрева на основе многосекционного ТА тепловозных дизелей. Годовой экономический эффект за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу и экономии топлива составит 153574 руб. (в ценах на 2008 г.).

1. Андрончев И.К. Всесезонная автоматизированная система защиты тепловоза / И.К. Андрончев, М.А. Саламатин / Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: матер. IV междунар. научно-практ. конф. — Самара: СамГУПС, 2008. С. 195-197.

2. Андрончев И.К. Эффективность тепловозов: монография / И.К. Андрончев. Самара: СамГАПС, 1999. - 210 с.

3. Болотин А.В. Нормирование рентабельности капитальных вложений // Железнодорожный транспорт. 1997. - №9. - С.31.-34.

4. Болховитинов Г.Ф. Эксплуатационные режимы дизелей маневровых тепловозов / Г.Ф. Болховитинов, A.M. Белостоцкий // Железнодорожный транспорт. № 12,1966. С. 45.

5. В депо «закалили» двигатели. Газета «Гудок», 29.01.2007

6. Васильченко JI.M. Исследование Na || F, CI, W04 проекционно-термогра-фическим методом. В кн.: Развитие теории и рациональных методов исследования многокомпонентных систем / Под общ. ред. В. И. Посыпайко. М.: ВЗПИ. 1978. С. 86-91.

7. Васильченко JI.M. Определение температурной устойчивости низкоплавких ацетатных смесей / JI.M. Васильченко, С.Г. Шапошникова, Н.А. Васина // 8-ая научно-техническая конференция: сборник науч. трудов. -Куйбышев : МПС, 1983. С. 97-98.

8. Ю.Васильченко JI.M. Определение .теплот плавления низкоплавких ацетатных и ацетат-нитратных смесей / JI.M. Васильченко, С.Г. Шапошникова, Н.А. Васина // 8-ая научно-техническая конференция: сборник науч. трудов. Куйбышев : МПС, 1983. - С. 89-91.

9. Васильченко JI.M. Рациональные подходы к исследованию многокомпонентных солевых систем и их реализация. Самара: СамИИТ, 2000. -215с.

10. Васильченко JI.M., Шапошникова С.Г., Васина Н.А. Исследование тепло-физических свойств расплавов солей// Журн. приют, химии . №11. -1988. - С.2573-2577.

11. Волков Б.А. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте / составители: Б.А. Волков, А.П. Абрамов, Ю.М. Кудрявцев и др.. r М.: МГУПС, 1997. 52 с.

12. Володин А.И. Прогрев тепловозных систем / А.И. Володин, В.Т. Данков-цев, С.М. Овчаренко и др. // Локомотивы. 2000. - №11. - С.15.

13. Временные рекомендации по проектированию систем утилизации тепла удаляемого воздуха (системы с промежуточным теплоносителем), 90402-10. М.: Главпромстройпроект, 1981.

14. Гапанович В.А. Перспективные направления повышения энергетической эффективности ОАО «РЖД»// Железнодорожный транспорт. 2008. - № 8.-С.З-7.

15. Гапанович В.А. Энергетическая стратегия ОАО «РЖД»// Железнодорожный транспорт. 2007. - № 7. — С.2-7.

16. Гасаналиев A.M., Гаматаева Б.Ю., Салманова С.Д. Четверная система Li,Na,Sr || F,W04 //Журнал неорганической химии. 2002. - Т.47. - №6. -С.1013-1019.

17. Гольфстрим для тепловоза. Газета «Гудок», 17.01.2007

18. Грищенко А.В. Оперативный контроль теплотехнического состояния тепловозов в эксплуатации / Повышение надежности и экономичности локомотивов: межвуз. сборник научных трудов. -СПб.: ПГУПС, 2008. С.7-17.

19. Грищенко А.В. Совершенствование системы прогрева тепловозов. В кн. «Ресурсосберегающие технологии и технические средства на Октябрьской железной дороге». СПб.: ПГУПС, 2004. - С. 15-18.

20. Грищенко А.В. Совершенствование системы технического обслуживания локомотивов // Вестник ПАНИ. 2008. -№11.- С.32 - 35.

21. Грищенко С.Г. Обогрев силовых установок тепловозов / С.Г. Грищенко, С.П. Филонов // Железнодорожный транспорт. 1988. -№8. - С.43

22. Груданов В.Я. Глушители с утилизацией теплоты отработавших газов / В.Я. Груданов, В.Н. Цап, JI.T. Ткачева // Автомобильная промышленность. 1987. - №5. - С. 11-12.

23. Груданов В.Я. Использование тепла отработавших газов // Автомобильный транспорт. 1987. - №2 . - С. 37-38.

24. Груданов В.Я. Математическое моделирование утилизации энергии отработавших газов ДВС / В.Я. Груданов и др. // Двигателестроение. 1990. -№9. - С. 13-16.

25. Груданов В.Я. Утилизаторы тепла отработавших газов / В.Я. Груданов, А.Н. Рубанов, К.Н. Тупальский // Автомобильная промышленность. -1986. -№7. -С.11-12.

26. Гулин С.Д. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора //Лесная промышленность. № 3. - 1996. - с. 20-21.

27. Данилин В.Н. Теплоаккумулирующие материалы на основе высокомолекулярных соединений / В.Н. Данилин, С.Г. Шабалина, // Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем. Электронный научно-технический журнал. Вып. I - 2003.

28. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) / А.Э. Симеон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др.. М.: Транспорт, 1980. - 384 с.

29. Двигатели внутреннего сгорания: системы поршневых и комбинированных двигателей / Под общ. Ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. -3-е изд. перераб и доп. М.: машиностроение, 1985. - 456 с.

30. Диаграммы плавкости солевых систем. Справочник// Под ред. В.И. По-сыпайко и Е.А. Алексеевой. М.: Химия, 1977. - С.25.

31. Е. Б. Шумков. Динамическая характеристика регулируемого объекта системы автоматического регулирования обогрева тепловоза // Вестник ВНИИЖТ . 2003. - №2.

32. Е. Б. Шумков. Идентификация тепловых параметров водяной системы тепловоза по данным натурных измерений // Вестник ВНИИЖТ. 2003. - №5.

33. Е. Б. Шумков. Работа дизеля в режиме автоматического обогрева тепловоза // Вестник ВНИИЖТ. 2004. - №1.

34. Зб.Засов В.А. Основы микропроцессорных систем: учебное пособие. Самара: СамИИТ, 2001. - 215 с.

35. Каталог продукции Octagon Systems, -73 с.39.Каталог продукции Omron

36. Каталог продукции фирмы Powertip

37. Кейс В.М. Конвективный тепло- и массоперенос: пер. с англ. М.: Энергия, 1972.-488 с.

38. Котельников А.В. Энергетическая стратегия железных дорог России: о «Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года». // Железные дороги мира. 2005. — № 2. -С. 16-23

39. Котенко Э. В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: Дис. канд. техн. наук: 05.14.05. Курск, 1996.-214с.

40. Котенко Э. В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.14.05. Курск, 1996.-24с.

41. Крамаренко Г.В. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах / Г.В. Крамаренко, В.А. Николаев, А.И. Шаталов. М.: Транспорт, 1984. - 136с.

42. Краткий каталог продукции ProSoft 3.0, -176 с.

43. Кудинов Ю.А. Выбор рациональных режимов прогрева тепловозов при простоях их в депо / Ю.А. Кудинов, В.М. Овчинников / Труды БелИ-ИЖТа. Вып. 116. Гомель, 1972. - С. 59.

44. Куликов А. «Термос» под капотом // Наука и жизнь. 1993. - №3. - С.62-64.

45. Курзон А.Г. Оптимизация параметров и схем утилизации теплоты дизельных установок / А.Г. Курзон, Г.Д. Седельников // Двигателестроение. -1991. -№10-11. -С.15-19.

46. Лахно В.А. Охлаждающее устройство с системой аккумулирования теплоты для тепловоза 2ТЭ116УП// Там же. — С.21-23.

47. Лахно В.А. Предпочтительная схема охлаждающего устройства тепловоза с системой аккумулирования теплоты// Вестник ВНИИЖТ, №4. 2000. -С.19-21.

48. Левенберг В.Д. Определение эффективности стирлинг-генератора с тепловым графитовым аккумулятором / В.Д. Левенберг, М.Р. Ткач // Судостроение. Николаев, 1983. - С. 16-27.

49. Левенберг В.Д. Аккумулирование тепла. Киев: Техника, 1991. — 112с.

50. Левенберг. В.Д. Энергетические установки без топлива. Л.: Судостроение, 1987. - 104 с.

51. Методика расчета эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М.: МПС, 2000. - 64 с.

52. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов : монография / Под ред. А.И. Володина. М.: ООО «Желдориздат», 2007. - 264 с.

53. Мишарин А.С. Ресурсосбережение на железнодорожном транспорте / А.С. Мишарин // Железнодорожный транспорт. 2000. - №10. - С.8-10

54. Мозговой А. Г.Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов. Кристаллогидраты. М.: ИВТАН АН СССР, 1990. № 2 (82)

55. Николаев Ю.А. Расчет системы теплообменных аппаратов уменьшенной массы / Ю.А. Николаве // Двигателестроение. 1986. - №10. - С.19-23.

56. Овчинников В.М. Исследование и разработка режимов прогрева силовой установки магистрального тепловоза в зимних условиях: дисс. канд. техн. наук. М., 1977. - 227 с.

57. Организация, нормирование и оплата труда на железнодорожном транспорте: учеб. для вузов / Ю.Д. Петров, М.В. Белкин, В.П. Катаев и др.; под ред. Ю.Д. Петрова и М.В. Белкина. М.: Транспорт, 1998. -279 с.

58. Пат. 2170851 РФ F02N17/00/ Система подогрева двигателя внутреннего сгорания / В.В. Шульгин и др.. Опубл. 20.07.2001.

59. Пат. 2197636 РФ F02N17/04 Устройство управления самопрогревом двигателя внутреннего сгорания / В.И. Проскуриков. № 2000126111/06. -Опубл.27.01.2003

60. Пат. 2230929 РФ F02N17/00/ Система подогрева городского автобуса / В.В. Шульгин и др.. Опубл. 20.06.2004.

61. Пат. 2244154. РФ. F 02 N 17/06. Стационарная установка для прогрева систем тепловозных дизелей/ В.Т. Данковцев, А.И. Володин, В.А. Четвергов, Р.Ю. Якушин (РФ). № 2003108175/06. Бюл. № 01, 2005. Приоритет (заявлено) - 24.03.03. Опубликовано - 10.01.05

62. Пат. 2253035 РФ F02N11/08 Способ запуска двигателя транспортного средства/ А. В. Шевяков, О.В. Метяева. Опубл. 27.05.2005. - Бюл.№15.

63. Пат. 2253036 РФ F02N11/08 Устройство пуска двигателя транспортного средства / А. В. Шевяков, О.В. Метяева. 0публ.27.05.2005. - Бюл.№15

64. Патент на полезную модель № 69929 РФ МПК7 F02N 17/06 Устройство для поддержания систем двигателей внутреннего сгорания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева, В.М. Пирогов Опубл. 10.01.2008 Бюл.№1.

65. Патент на полезную модель № 70552 РФ МПК7 F02N 17/02 Система обогрева тепловозного дизеля / Д.Я. Носырев, Н.В. Чертыковцева. Опубл. 27.01.2008 Бюл.№3.

66. Постановление правительства РФ от 05.08.92 № 552 «Об утверждении положения о составе затрат по производству и реализации продукции, включаемых в себестоимость продукции, и порядке формирования финансовых результатов».

67. Пути снижения расхода топлива тепловозами в северном регионе эксплуатации / В.А. Четвергов, А.И. Володин, В.Т. Данковцев и др.. М.: Транспорт, 1991. - 57 с.

68. Розенблит Г.Б. Влияние уменьшения теплорасеивающей способности систем охлаждения тепловозного дизеля на его эксплуатационную топдивную экономичность / Г.Б. Розенблит, В.Г. Алексеев // Двигателестрое-ние. 1990. - №7. - С. 14-15.

69. Себеси Т. Конвективный теплообмен: пер. с англ. / Т. Себеси, П. Брэд-шоу. -М.: Мир, 1987. 592 с.

70. Сечной А.И. Моделирование равновесного состояния смесей фаз в многокомпонентных физико-химических системах: дис. . доктора хим. наук: 02.00.04/ Сечной А. И. Новосибирск, 2003. - 291 с.

71. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах / В.А. Карепов, А.И. Хорош. Обзор, вып.1. - М.: ЦНИИТсто-роймаш, 1981.-52с.

72. Сотниикова О.А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок системы теплоснабжения// АВОК. 2003. - №5. - С. 40-46

73. Такахаси Есио. Разработка специальных материалов ключ к решению проблемы аккумулирования скрытой тепловой энергии // Нахонно кагаку то гидзюцу. 1982. С. 61-67.

74. Температура внедрения. Газета «Гудок», 04.07.2006

75. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов / А.Э. симсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др.. М.: Транспорт, 1987. - 536 с.

76. Тепловозы 2ТЭ10М и ЗТЭ10М: устройство и работа / С.П. Филонов, А.Е. Зиборов, В.В. Ренкунас и др. М.: Транспорт, 1886. - 288с

77. Тепловозы. Конструкция, теория и расчет / Под.ред. Н.И. Панова. М.: Машиностроение, 1976. - 544с.

78. Устройство для прогрева тепловозных дизелей перед пуском после длительных стоянок и при работе на холостом ходу в холодное время года на железных дорогах США // Железнодорожный траспорт за рубежом. Экспресс-информация. - Вып.2. - М, 1983. - С.12.

79. Хандов З.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. — М.: Транспорт, 1975. 368 с.

80. Хомич А.З. Топливная эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1987. - 271 с.

81. Чертыковцева Н. В. Низкотемпературный теплоаккумулирующий материал из неорганических солей/ Н. В. Чертыковцева, JI. М. Васильченко. / Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта: матер, конф. Самара: СамГАПС. 2005. С.98-104.

82. Чертыковцева Н.В. Разработка системы прогрева тепловозного дизеля на основе вторичных энергоносителей Текст. / Н.В. Чертыковцева, Д.Я. Носырев // Вестник РГУПС. 2008. - №2. - С.35-42.,

83. Чертыковцева Н.В. Система прогрева тепловозного дизеля на основе многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода / Н.В. Чертыковцева, Д.Я. Носырев // Известия Самарского научного центра РАН.

84. Материалы всероссийской научно-практической конференции «Перспективы и направления развития транспортной системы» (10-13 сентября, 2007 г., г. Самара). Самара: Издательство СНЦ РАН, 2007. - С.242-246.

85. Шульгин В. В. Тепловые аккумуляторы автотранспортных средств : монография / В. В. Шульгин. СПб.: СПбГПУ, 2005. - 268 с.

86. Эксплуатация тепловозов в различных климатических условиях / А.Д. Беленький, Н.И. Дмитриев, Ю.З. Перельман и др.. М.: Транспорт, 1970. - 120 с.

87. Якушин Р.Ю. Повышение эффективности прогрева силовых установок тепловозов при отстое в холодное время года: дис. .канд. техн. наук / Р.Ю. Якушин. Омск: ОмГУПС, 2002.

88. A. Fenlner. EntwicKlung der Kiihlanlagen in den DieselloKomotiven der Deutschen Bundesbahn // Glasers Annalen. № 3,1974. S. 71

89. Duvall G.D. Operation Evaluation of a Closed Brayton Cycle Laboratory Engine // Proc. 11th. Intersoc. Energy Conver. Eng. Conf. 1976. Vol. 1. P. 171176

90. General Technical Data for RTA Marine Diesel Engines // Sulzer Brothers Ltd, Winterthur, May 1984

91. Muench R.K., Duvall G.D. Operation of a 30 kW Brayton Cycle With a thermal energy storage heat source // AIAA Paper. 1981. N81-1529.

92. No easy answers in the search for fuel economy // Railway Gazette International. № 2, 1975. P. 54.

93. Project Guide Two-stroke Engines. MC Programme MAN - B&W Diesel A/S, Copenhagen, Vol 1, Edition 2, 1986