автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности прогрева силовых установок тепловозов при отстое в холодное время года

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

1 Л. Использование режима холостого хода.

1.2. Использование специальных систем прогрева.

1.3. Обзор работ по исследованию охлаждения и прогрева тепловозов.

Затраты на энергоресурсы являются одной из наиболее значительных статей расходов в народном хозяйстве страны и в отрасли.

В соответствии с «Программой энергосбережения на железнодорожном транспорте на 1998 - 2000 гг. и в период до 2005 г.» /1/, утвержденной указанием МПС № Б-1166у от 19.10.98 одним из основных направлений принято снижение расхода топлива в локомотивном хозяйстве.

Существенным резервом экономии энергоресурсов в отрасли является снижение расхода топлива тепловозами «горячего» резерва, дизели которых работают в не экономичном режиме - режиме самопрогрева.

В целом по сети железных дорог РФ для прогрева силовых установок автономных локомотивов в холодное время года затрачивается в год более 5 % всего дизельного топлива, используемого на тягу поездов /2/. Непроизводительные затраты топлива представляет значительную долю в расходах локомотивного депо, если учесть, что затраты на топливо составляют до 55 % всех эксплуатационных затрат тепловозных депо.

В связи с этим совершенствование и разработка различных конструктивных и организационно-технологических мероприятий, направленных на уменьшение затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов является важнейшей отраслевой и народнохозяйственной задачей /3, 4/.

Цель работы

Разработка и исследование конструктивных и организационно-технологических методов, направленных на повышение эффективности прогрева силовых установок автономных локомотивов при отстое в холодное время года.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведен анализ существующих методов и систем прогрева силовых установок тепловозов при длительных отстоях в холодное время года;

- выполнено математическое моделирование теплообменных процессов в системах дизеля;

- исследован характер и установлены закономерности теплоотдачи различных участков и систем силовой установки;

- выявлены наиболее интенсивно охлаждающиеся участки вспомогательных систем дизеля, ограничивающие время безопасного простоя тепловоза с неработающим дизелем;

- предложена уточненная методика расчета теплообменных процессов в системах дизеля, позволяющая установить зависимость изменения температуры теплоносителя от времени с учетом влияния скорости воздушного потока на интенсивность теплоотдачи силовой установки тепловоза в процессе охлаждения и прогрева;

- разработаны технические системы прогрева силовых установок от внешнего источника энергии при отстое в холодное время года;

- эффективность систем прогрева доказана экспериментальными испытаниями натурных образцов на тепловозах;

- выполнен расчет экономической эффективности предложенных систем прогрева силовых установок автономных локомотивов.

Объект исследования

Локомотивы серий 2ТЭ10М, ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

Основные методы научных исследований

Теоретические и экспериментальные исследования процессов естественного охлаждения и прогрева силовых установок тепловозов проведены на основе методов математического моделирования и основных положений теории регулярного теплового режима. Основные расчетные соотношения получены с использованием дифференциального и интегрального исчислений. Эксперименты проведены на тепловозах серий 2ТЭ10М, ТЭМ2 и ЧМЭЗ. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в системах дизеля и экспериментов выполнена с помощью ПЭВМ и программы MathCAD.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель для оценки динамики процессов прогрева и охлаждения силовых установок тепловозов в условиях низких температур окружающей среды, учитывающая влияние температуры и скорости окружающего воздуха на протекание теплообменных процессов.

2. Предложена уточненная методика расчета теплообменных процессов в элементах технических систем тепловозного дизеля.

3. Выявлены закономерности процессов прогрева и естественного охлаждения технических элементов силовой установки тепловоза в условиях низких температур.

4. Разработана приближенная классификация методов, технических средств и способов прогрева силовых установок тепловозов.

5. Исследован и предложен новый способ и усовершенствованы известные способы прогрева силовых установок тепловозов в период отстоя.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель для оценки динамики процессов естественного охлаждения и прогрева теплоносителей во вспомогательных системах тепловозов.

2. Усовершенствованные технические системы прогрева силовых установок тепловозов от внешнего источника энергии.

3. Новый способ прогрева силовых установок методом прокрутки ДГУ от внешнего источника электроэнергии.

4. Рациональная классификация методов, технических систем и способов прогрева силовых установок тепловозов.

5. Закономерности процессов прогрева и естественного охлаждения технических элементов силовой установки тепловоза в условиях низких температур.

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 и систем прогрева силовых установок тепловозов в локомотивных депо Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Красноярской железных дорог; оценкой адекватности разработанной математической модели реальным теплообменным процессам в режимах естественного охлаждения и прогрева силовых установок автономных локомотивов.

Практическая ценность

1. Разработанная математическая модель и уточненная методика расчета теплообменных процессов позволяют оценить динамику естественного охлаждения и прогрева теплоносителей во вспомогательных системах тепловозного дизеля при различной температуре и скорости окружающего воздуха.

2. Разработанные и предложенные эффективные технические решения и системы прогрева силовых установок автономных локомотивов позволяют получить реальный экономический эффект от сокращения расхода топлива при отстое тепловозов в холодное время года.

3. Разработанная приближенная классификация методов, технических средств и способов прогрева силовых установок тепловозов позволяет выбрать наиболее удачную систему в условиях конкретного локомотивного депо, уточнить основные требования к типу и конструкции системы прогрева, облегчить расчет и проектирование, провести технико-экономическое сравнение различных вариантов.

Реализация результатов работы

Бортовая установка для прогрева силовых установок автономных локомотивов внедрена в локомотивных депо Омск, Топки Западно-Сибирской железной дороги. Способ прогрева силовых установок от внешнего источника электроэнергии - в локомотивных депо Новосибирск, Барнаул, Карасук Западно-Сибирской железной дороги, в локомотивных депо Красноярск, Ужур Красноярской железной дороги и Иркутск Восточно-Сибирской железной дороги.

Апробация работы

Основные положения, результаты исследований, выводы и рекомендации по прогреву силовых установок автономных локомотивов в холодное время года докладывались и обсуждались на третьей научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» - Москва, 2000; сетевом инновационном форуме «ТрансСибВуз-2000» - Омск, 2000; на-учно-технической конференции «Молодые ученые на рубеже XXI века» -Омск, 2001; дорожной теплотехнической конференции «Использование топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов за июль и 7 месяцев 2001 года» - Новосибирск, 2001; научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» - Омск, 2001.

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 10 печатных работах, в том числе в центральных и отраслевых изданиях и отражено в 5 научно-исследовательских отчетах.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников (101 наименование) и трех приложений, содержит 61 рисунок и 23 таблицы. Общий объем работы 189 страниц.

Работа выполнена на кафедре «Локомотивы» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС).

Экспериментальные исследования проведены в локомотивных депо Омск, Новосибирск, Топки, Карасук, Барнаул Западно-Сибирской железной дороги, Красноярск, Ужур Красноярской железной дороги и Иркутск Восточно--Сибирской железной дороги.