автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Системы электростартерного пуска энергетических установок тепловоза с импульсными конденсаторами сверхвысокой энергоемкости

Г• "

I, . 1

На правах рукописи

корнев александр николаевич

скстаа электростартерного пуска

зненгелтгческих установок тепгозозов с кмпульсна/й конденсаторами сверхвысокой энергоемкости

Специальность 05.22.07.- Подзижноя состез железных дорог

н тяга поэздоэ

АВТОРЕОЕРАТ

диссертации на оонскааиэ учэной стопоют кандидата технических агук

Москва - 1095

Росс!исл-сксхЗ гаес^

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Коссов Е.Е.

Официальнкесппоненты - доктор технических наук, профессор

Луков Н.М. (ИИИГ) кандидат технических наук Теймуразов Н.С. (ВНИИЖТ)

Еедуцее предприятие - Управление Московской ««лозной дороги

Запрета диссертации состоится "РГ^ф^:т!005 г.в /Я часов на заседаю« специализированного совета Д 114.01.С2 при Всероссийском научло-иссяэдоватсльскоы институте яглоанодоролного транспорта по адресу: 12981)1 г. Косква, 3-я 1£ит>пцинская ул., 10

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан " " ^^хЪ^З 1995 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печать»,

просим направлять по адресу специализированного совета института.

Ученый секретарь ^ специализированного совета доктор технических наук

П.Т.ГреСсник

- а -

СШЕ^Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В результате намеченной в 70-х годах тенденции на повышение секционной модности локомотивов за последние десятилетия депо пополнились тепловозам о ыощеши энергетическими установками. Это предъявляет повышенные требования к надежности работы вспомогательных систем, в том чиоле и к системам пуска дизель-генераторных установок,' оснозныы талон которых з настоящее время является электрический, о питанием от аккумуляторной батареи (БА).

Пусковые свойства стартерных аккумуляторных батарей зависят от их типа, емкссти и полного внутреннего сопротивления, определяющих возможность на протяжении всего процесса пуска поддергззать з обмотках стартера пусковой ток требуемого значения, а срок службы - от нх типа к ycroBidi эксплуатации. В работах Вайнела Да., Лзмтева H.H., Стрекопытова В.В., Еезиворозско-гоВ.В., ДргчеБаГ.Г., Волошина A.B., Романовз В.В., Хап;ева D.U. и др. показано, что в процессе эксплуатации происходит снижение фактической емкости БА и увеличение полного внутреннего сопротивления, причиной чеыу являются необратимые изменения готического состава и структуры активной массы эгектродов. Значительное влияние на состояние электродов тсазывает регим разряда БА, причем с увеличением разрядного тока срок службы аккумуляторов снижается.

В соответствии о нормативными документами замена стартер-пых БА на тепловозах должна производиться при енняенни их фактической емкости до 60» от номинального значения. Изучение оос-

тояния тепловозккх БА, выполненные в раде депо Красноярской железкой дороги показали, что при соблюдении этого условия средний срок слу?.би кислотных аккумуляторов составил 4,2...4,3 года. ¡На практкге, особенно в последнее врэыя, эксплуатируется значительное число тепловозов с аккумуляторам, иыеювзаш фактическую еыкость значительно меньше нормативного значения, что вызвано значзтгелышм ростом отоимости и дефицитои БА, слогив-иимоя на йелеэяодоракшоц транспорте. Поэтсыу, в условиях эксплуатации нередки случал, когда дизели приходится запускать от аккумуляторных батарей, шеэдих фактическую еикость значительно мзньпе 602 от номинального значения.

Ситуация уоугубляетсл в холодное время года, т.к. вследствие снижения температуры электролита еюсость батареи ецэ боль-пэ уменъпается, а ео внутреннее сопротивление возрастает, т.е. происходит снкзение ее стартерньгх характеристик. Одновременно о бтш, иэ-за повышения вязкости масла иоиент сопротивления вращения коленчатого вала увеличивается , а в цилиндры дизеля поступает холодный воздух, затрудняя процесс воспламенения топлива. В этих условиях автономный пуск энергетической установки тепловоза становится невозможен.

Таким образа», поиск путей повшения эффективности работы систем электрического пуска является актуальной задачей для надежной работы автономных локомотивов.

В последние годы ЫШО "Зконд" и рядои других научных и производственных завершена разработка и освоен выпуск импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости (ИКЗ). Применение их в качестве накопителей энергии в системах пуска погашает решить поставленную задачу для энергетических установок транс-

- Б -

портных средств болъиая иощкости.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целыэ зиссертациопной работы является разработка системы пуска энергетической установки тепловоза с комбинированны« источником питания, состоящим из аккумуляторной батареи и накопителя энергии на базе' импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости, обеспечивающей надежный пуск дизеля при кспольгозакии БА с низкими стгртэрньзс! характеристшсаыл.

В соответствии с указанной цельс в диссертации поставлены к репекы следупцие задачи:

- разработсяы принципиальные схеш систем пуска о комбини-ровапнш источников питания для дизелей и дпгель-генератороз тепловозов различных серий;

- разработана математическая модель переходного процесса а системе электростартерного пуска с комбинированным источником питания;

- разработана методика определения. допусшогых . параметров всг«5кннрозанБого источника питания в зазнскиости от тэхнячесгаэ-го состояния ЗА;

- разработана методика определения парачэтроз зарядного устройства скстемы стартерного пускз о коиЗзшнрозанЕыы есточзп-гам питашш;

- исследовано ьгошие пераметроэ иэмбншфозашгаго источника питания на характеристики системы пускз;

- системой стартериого пуста с коубгакрозанвын источнккоы питания оборудованы дизели тепловозов различных серий и автомотриса АЧ2 и проведены их экспериненгаанко исследования, а тем числе, и в условиях эксплуатации;

- на основании обобщенных результатов экспериментального и

- б -

расчетного исследования характеристик системы стартерного пуска с комбинированным источником питания, определены пределыгые пара-мэтры БА, используеьш в .составе комбинированных источников питания, и покгзача воексшюсть применения для пуска дизелей тепловозов ВА с низкими стартерными характеристиками.

- проведена оценка технико-экономической эффективности применения систел пуска с комбинированна! источником питания ка тепловозах различной мощности и сделаны предложения по широкому внедрению этих систем на сети железных дорог.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные задачи решены с использованием методов синтеза исследуемого объекта -математического моделирования, параметрической оптимизации, экспериментального исследования процессов пуска дизелей тепловозов различных серий.

Реализация разработанных алгоритмов и программ выполнялась на ЭВМ с использованием численных методов математического анализа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основе разработанных методик впервые решен коиплзке задач, связанных с созданием систем злектросхар-терного пуска мощных энергетических установок с использованием импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости . Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработаны принципы технических решений схем систем электрического пуска диэелой тепловозов различных серий с накопителями энергии, в качестве которых используются ИКЭ;

- разработана методика расчетного определения допустимых параметров блока ИКЭ в зависимость от значения фактической емкости и полного внутреннего сопротивления источника питания

- ? -

системы пуска;

- разработана методика расчетного определения параметров зарядного устройства системы электрического пуска с блоком ИКЭ;

- определено влияние параметров комбинированного источника питания на характеристики систем электростзртерного пуска дизель-генераторных установок тепловозов;

- показана возможность использования в системах электрического пуска дизелей тепловозов с комбинированным источником питания аккумуляторных батарей с низкими стартеркыми характеристиками.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработаны системы пуска- с комбинированным источником питания энергетических установок тепловозов различных серий. Для тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70 рассчитаны параметры комбинированных источников питания и зарядных устройств систем электростартерного пуска дизель-генераторных установок 1А-9ДГ и 2А-9ДГ и' определены их характеристики в зависимости от параметров БА и блока ИКЭ. Изготовлены и испытаны элементы систем пуска с комбинированным источником питания.

В процессе экспериментальных исследований, проведенных как в стендовых условиях, так и в условиях эксплуатации, на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, Ш2 и автомотрисе АЧ2 с различными типами и техническим состоянием БА, подтверждена эффективность систем пуска энергетических установок с комбинированным источнгсхм пи-тзния.

На основании выполненных исследовании разработаны проекты и выполняется модернизация систем пуска магистратаних и маневровых тепловозов с использованием комбинированного источника питания.

В соответствии с , предлслеккяип по внедрении разработанных систем даны рекомендации по замене в системах пуска с комбинировавшим источником питания штатных стгртеркых 5А на более дешевые к надежные аккумуляторы, по сеоим характеристикам приближающиеся i: тягогым БА, и имеющие,, по сразненко со стартеркши аккумуляторами, повышенное значение полного внутреннего сопротивления. В 199Б году Санкт-Петербургское А0"0К5" приступило к разработке и выпуску опытной партии таких аккумуляторов.

Разработанные методики опрейеления допустимых параметров комбинированного источника питания и зарядного устройства могут использоваться при расчете различных вариантов схеи систем электрического пуска с ККЭ дизелей тепловозов различных серий.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы и ее отдельные положения г.окгадывались на заседании технико-экономического совепзния Глазного управления локомотивного хозяйства ШС.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ и получено положительное решение по заявке на патент.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, списка использованных источников и приложении.

Работа изложена на 220 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 5 таблиц и 3 приложения.

СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность теш диссертации, сформулирована цель и основные задачи исследовании, кратко изложено содержание работы.

ГТервап глада. Условия эксплуатации транспортных дзигате-лей, в тон числе я тепловозных дизелей, характеризуются чзстыш: режимами пуска: при поездной и маневровой работе, при прогрезе в акинее вреш! п т.п.

Известно, что надежность процесса пуска дизеля в значительно}': степени определяется состояние!.« зоздуьного заряда з цилиндре в конце процесса сдатия, количеством поступающего з цилиндр топлива и качеством его распыла. Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные Орлиным A.C., Вырубовым Д.Н., Хостыгсэьм H.I1., Ерилингом Н.Р., Вихзртом М.М., Гутерма-номИ.й., СтрекопытоЕым В.В., Володиным А.И., Симсонсм А. Э., Хомичем А.Э., Тушщиньм О.И. .Пилзвовым К.Д., Голубевым В.А. показали, что состояние воздушного заряда з цилиндре зависит от частоты вращения галенчзтого вала дизеля, температур поступающего а него воздуха н стенок цилиндра. Потери части воздушного заряда и тепла стенкаы цилиндра уменьшается при повышении скорости движения порггая. Повышением скорости движения порзня может быть скскпенскрозэно и попизение температура воздушного заряда. При высоких скоростях движения плунжера тошшзеого насоса высокого ДЕЗленкя, уменьшается утечки топлива через неплотности плунжерной пары, увеличивая соответственно количество подаваемого в цилиндр топлива и улучзгя процессы смесеобрагозанпя и самовоспламенения топлива.

Повызениэ утлозого ускорения гаэленчатого вала положительно влияет и на надежность дизеля. Так, при пуске прогретого дизеля, после предварительной прокачки его наслои в течении 60 о, устойчивый масляный клин образуется в подшипниках при частоте вращения коленчатого вала более 70 об/мин. При пуске же холод-

■ного дизеля, иногда имевшего место в эксплуатации, масляный клин образуется только при частоте вращения коленчатого вала 133 об/мин. При более низких -значениях частоты вращения коленчатого вала происходит разрыв масляной пленки в коренных подшипниках дизеля, что приг.однт к работе трущихся пар в условиях сухого или полусухого трекия и, как результат, к череэмерному износу, а в некоторых случаях - к разрушении поверхностей трения подшипников коленчатого вала дизеля. При разрыве масляной пленки в процессе пуска дизель-генераторной установки, резко увеличивается температура трущихся.деталей, и в них возникают термические напряжения. Кроме того, при пуске наблюдаются неп-роиэЕодителькыэ расходы топлива в течение первых 5-10 циклов до начала его самовоспламенения, разжижение топливом масла, сгорание топлива а глупителе, закоксовывание выхлопного коллектора, лоранеЕь.'х колец, сопловых наконечников форсунок и т.д.

Процесс пусиа дизеля является тяжелым режимом работы и для пусковых устройств, когда ток стартера и БА достигают максимальных значений. Так, ресурс аккумуляторной бзтареи зависит от расхода энергии, отбираемой от нее при пусках дизеля, который пропорционален среднему значению пускового тока и общему времени пусков. Испытания системы пуска дизелей показали, что при сокращении энергии, эатрачиваемой на пуск дизеля, в два раза, ожидаемое увеличение ее ресурса может достигать 25%.

Таким образом, для надежной и экономичной работы дизеля и аккумуляторной батареи в пусковом режиме система пуска должна обеспечивать раскручивание коленчатого вала дизель-генератора до пусковой частоты вращения за минимально возможное время при возможно низком значении пускового тока через БА.

Выполненный анализ суцеотзухязэс схем систем электрического пуста двигателей показал, что наилучизог образом поставленная задача исхет быть решена при применении в системах пуста накопителя электрической энергии. В качестве накопителя гнэргии для систем пускз энергетических установок большой нэ-чзости целесообразно использовать блек ИКЭ, т.к. з настоящее время по своим техЕИКо-эконоючгским характеристикам импульсные конденсаторы сверхвысокой энергоемкости з шисикальной степени отзечапт условиям работа этих систем.

Вторая глаза. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к системам пуска теплозозных дизелей, разработаны принципиальны з схемы систем электрического пус;сз с наг.опителями энергии, комбинированный источник питания которых состоит из ВА и блока ИКЭ. При этой обеспечена маютгмзльная унификация со штатной системой пуска, предусматривавшая оохрг;:9.-ие существующего алгоритма работы схем управления зпэс теплозезоз. Кроме того, для повышения нздетаости и долговечности импульсных кзаденсато-роз, з соответствии с алгоритмов работы опытной системы пуска, блок ИКЭ подклпчается к БА и стартеру только зз время его заряда, совпадавшего со временем работы мзелопрокачивающего насоса, н зр-змя его разряда на обмотки стартера.

Для определения допустимых паргиетроз опытной системы пуста, бага разработана математическая модель переходного процесса а системе электростартерного пуска с шй5изирозанныи источником питания, базирующаяся на законе сохранения энергии в замкнутой системе. В кзчестзе обобщенных параметров, хзрзкхергзукцих техническое состояние 1ая^5ишфоз23Еого источника питания были приняты полноэ внутреннее сопротивления ЕА (гд) п емкость блока

ИКЭ (с). При расчете переходных процессов использовался модифицированный метода Эйлера с шагом интегрировании Ь - О.ССОЗ с.

Сравнение результатов расчета переходных процессоз в системе ' отартерного пуска дизель генераторной установки типа 1А-9ДГ и 2А-9ДГ с результата«! экспериментальных исследований, показало, что разработанная математическая модель адекватна объект/ исследований во всех рабочих диапазонах .изменения его параметров - с и Гб - до момента возникновения з цилиндрах дизеля регулярных вспышек; значения контролируемых расчетных и экспериментальных величин отличаются не более, чем на 5...7Х.

После того, как дизель запустился, разница в значениях расчетных и экспериментальных величин увеличивается. Объясняется это тем, что по условиям решаемой задачи в разработанной модели дизель-генератор рассматривался как нагрузка на стартер, а не источник полезной работы.

Определение параметров комбинированного источника питания для конкретной системы пуска в зависимости от фактической емкости БА и внешних условий было сведено к решению задачи расчета области О (терминального множества В) допустимых значений емкости блока ИКЭ сд0п нри соблюдении условий достижения коленчатым валом пусковой частоты вращения га заданное время и не превышения током стартера допустимого значения

Для упрощения расчетов множество Б было представлено как пересечение двух множеств

О-Шй,

где I - множество значений емкооти блока ИКЭ, при которых ток стартера в процесса пуска дизеля не превышает 1Д0П;

И - множество значений емкости блока ИКЭ, при которых

частота вращении коленчатого вала достигает пусковое значение Лпуск за время не более £а (¿пус^-^з)-

Так как возможные границы вектора параметров систем стар-терного пуска с фиксированной структурой заданы исходя нз конструктивных соображений, задача расчета множества О свелась к определению верхней границы множества I н нижней границы множества И, т.е. максимально и минимально допустимых значений емкости блока ИКЭ (сдсп)0^ и (сдоп)т1п в зависимости от г6.

На основании излаженного выше, были разработаны аетодики определения (са0п)тах и (сд0п)п1п> базирующиеся на математической модели расчета переходного процесса в системе стартерного пуска дизель-генераторной установки, во всем диапазоне изменения параметра ге и отвечающие условиям:

Г л

--О при ¿^-/лсп (1)

а-Япуск при £>£3 (2)

где Ь) векторы состояния сис-

темы с заданной структурой (соответственно ток стартера и частота Еращения нала дкзель-геяератора);

г?г - вектор возмущения (момент сопротивления движущихся нэсс дкзель-генераторной установка);

Ь - вектор параметров;

■г"®*- максимальное значение тока стартера в процессе пуска дизель-генератора.

Расчет значений параметра (Сдоа)®®* н (сд0п)ш1п систем пуска дизель-генераторных установок 1А-9ДГ и 2А-9ДГ а зависимое та от параметра г«, выполнялся с учетом того, что накопитель

энергии комбинированного источник питания укомплектован импульсными конденсаторам: типа ЕСЭ 40/96. На основании исследовании В. А. Гат/бева дл:2 дизелей типа БД4.9 (16ЧН26/26) был:! при-епты следующие энгмекнл параметра условии (1) и (2): пПуск= 100 сб/юш; £э = 9 с. Поиск значений (сдоп)ь'ах и (с-ог.)011" во всем ди^лазоне изменений параметра Гб выполнялся методом численного сканирования области возможных значении параметров с и г с, с поаагоЕьа- исключением из области поиска зон, где выполнение условии (1) и (2) невозможно.

Расчет показал, что значения (Сдоп)1"®1* комбинированного източнп:а питания для систем пуска дкзедь-генератороз 1А-9ДГ и 2А-9ДГ при кспольгозакпп БА типа 48ТН450 с номинальными параметрами сэстааляэт соответственно 9 О з: 13 О и мало зазисят от внешних условий. Значения хе (сДОп)т1п 2 значительной степени определяется состоянием дизеля и при повышении температура масла - уменгсаитск.

Пуск дизель-генераторной установки типа 1А-9ДГ при ГМ-45°С цоает быть осуществлен системой стартерного пуска с комбинированным источнико*! пихания с предельными значениями параметров: г/"^» 0.052 Ом и (слоп)"®* » 2* О. В остальном хе диапазоне изменений 0.02 Ом <« ге < 0.052 Ом имеется некоторый запас использования Сдсл» что позволит уменьшить время раскручивания коленчатого вала дизеля до пусковой частоты вращения, а соответственно повысить надежность работы энергетической установки тепловоза. При ГЫ-15°С предельные значения параметров комбинированного источника паталия ооотавлязта: Ге*®*- 0.047 Ом и (сдоп)*3* - 21 С.

Пуск дизель-генераторной установки типа 2А-9ДГ при Гц-45°С

может бита осуцос^влен с предельным:! значениям:-! параметров комбинированного источника питания: Га1^4» 0.051 Ом и (сд0П)'11ах -52 О, а при Тк-15°С - ге1^» 0.047 См и (Сдсп)1"^4 - 28 О.

Выбор параметров зарядного устройства блока ИКЭ комбинированного источника питания выполнялся при совладении услозия: заряд блока ИКо от ?Д до максимально возможного значения напряжения необходимо обеспечивать минимально всзмояньм током за время, предусмотренное алгоритмом работы штатной системы пуска.

Анализ результатов расчета покззал, что максимально допустимое значение зарядного резистора определяется, в основном, емкостью блока ИКЭ и мало зависит от полного внутреннего сопро-ткзлстля ЕА. Это дало гозмоаность создать унифицировано« заряд-ног устройство блока ИКЭ для систем злектростартериого пуска. Для систем пуска дизель-генератороз тепловозов 2ТЭ116 и ТЗП70 при емкости блока ИКЭ 28 О ЭЕзчэнае зарядного резистора составило гэопт-0,Б 0--!.

На основании выпслнекного расчета характеристик системы стартерного пуска дизель-генераторов 2ТЭ116 и Т5П70 а зависимости от параметров ¡сомбикировалкого источника питания при значениях ГМ»15°С и ГМ-45°С было получено: •

- максимальное значение момента, создаваемого стартером, при номинальных параметрах ЕА и максимально допустимых значениях емкости блока ИКЭ (сдоп)1"3*, по отнссенст к его максимальному значения при штатной системе увеличивается в вавкенмости от значений гв на 15...'¿0%;

- при ЕА, параметра которой но обеспечивезт пуск ди-зель-гекератора агатной сгстеыой, прагэпениэ тагбинирозЕнного источника питаяая с емкостью блока ЙКЭ (сдоп)015* позволяет уге-

лпчить максимальное значение иэмевтз на- езлг/ стартера з зависимости от значений ге в 1,3...2,5 раза, что обеспечивает выполнение пуска энергетической установки;

- время Екхода коленчатого вала дизель-генераторных установок на пусковую частоту вращения зависит от температуры масла з система дизеля и при использовании системы пуска с комбинированным источником питания уменьшается; причем время пуска дизель-генератора системой с комбинированным источником питания с емкость блока КХЭ (сЕоп)С1С:< по сразненкп со временем пуска штатной системой в зависимости от значений г6 и Ги уменьшается На 10... 407.;

- максимальное значение тощ БА при применении в системе пуска блока ККЭ емкостью (Сдоп)11®* по отношению к его значение при штатной системе пуска уменьшается в зависимости от значений ге и Гц в 1,25...1,8 раза.

Третья глава. Приведены результаты экспериментальных исследований систем электроотартерного пуска с 1юм5инирозанныы источником питания дизель-генераторов тепловозов 2Т3116, ТЗП70 с различными типами и техническим состоянием стартернкх батареи, дизеля автомотрисы АЧ2 с нестартерной БА, а такхе системы пуска дизеля тепловоза 2Ш2У при питании генератора, работающего в стартерном режиме, от блока ИКЭ.

Основными задачами исследовании являлись:

- оценка эффективности разработанных систем электроотартерного пуска с комбинированным источником питзеея;

- оценка возможности применения в комбинированных источниках питания БА различных типов, а так ае БА, имеющих высокое внутреннее сопротивление;

- оценка влияния параметров юоибинирозаяного источника питания на характеристики систем пуска.

Испытания прозодились на опытных полигонах ВНИККТ, АООТ "КОЛСяЕНСКИЯ ЗАВОД" и з депо Медзелая гора, Петрозаводск Октябрьской к. д.

Перед проведением испытаний экспериментальным путем на примере ВА типа 43ТН-45С определялось влияние значения фактической е;.кости батареи на ее характеристики и параметры. Результаты испытаний подтвердили, что з качестве обобщенного параметра, характеризующего техническое состояние ВА мелет быть принято ее полное внутреннее сопротивление га.

Сравнительные исследования, выполненные на тепловозах различных серий, показали высокую эффективность системы пуска с комбинированным источником питания по сравнении со итатней сис-тёмей пуска энергетических установок тепловозов. Так при использовании в комбинированном источнике питания штатной БА типа 43ТН450 устойчивый пуск дизель-генераторной устанозки тепловоза 2 ТЭТ 15 обеспечивается при снихенил фактической емкости до 6 Ач (~б»0,0б4 Ом). Устойчивый пуск дизель-генераторной установки тепловоза 2ТЭ116 удается обеспечить и при использовании з комбинированном источнике питания БА типа ТШЕК240, имеющей вследствие длительного срока эксплуатации - 15 лет- низкие стартерные характеристики (фактическая емкость батареи не превышала 253 номинального значения). При использовании штатной системы осуществить пуск дизель-генератора от этих батарей было невозможно.

Испытания разработанной системы пуска с блоком ИКЭ еы-костью 20 О, проведенные на тепловозе 2ТЭ116, показали, что в

комбинированном источнике nnsais ногу? попользоваться как статные кислотные БА типа 48ТН450, так и целочные шв-^эль-кадмиевые и никель-делезные аккумуляторы, з частности, типов NKS150

и ТПК£К240, а тач яе БА номинальной ем:зэстьэ 200 ___ 250 Ач с

богьпкм значением полного внутреннего сопротивления (до гб=0,03г Ом). В процессе испытаний было установлено, что зарядное устройство зз время, предусмотренное алгоритмом работы схемы управления тепловозом к? работу «аолопрокачизгацего насоса, обеспечивает заряд блока ИКЭ до до напряжения, составляющего не менее SSX значения напряжения БА.

Анализ экспериментальных исследований влияния параметров комбинированного источника питания на характеристики системы пуска дизель-генератора, выполненные на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭП70, показали, что по сравнению со статной системой, максимальный ыоыент, развиваемый стартером, з зависимости от значений Ге и с возрастает з 1,3...2,5 раза, при снижении максимального значения Toica БА б 1,2... 1,8 раза. Высокое значение пускового момента стартера позволило сократить время пуска дизель-генератора по сравнения со штатной системой в 1,2...1,4 раза. Уменьшение продолжительности процесса пуска снижает влияние негативных факторов, имесщкх место процессе пуска, на на-делнооть дизеля и его систем.

Исследована возможность использования а системах пуска энергетических установок дизель-поездов и автомотрис серийных БА, предназначенных для оборудования пассаяирских вагонов. Достоинствами этих батарей является низкая стоимость и болъпий, по сравнению со стартерными БА, срок слуябы. Использование указанных батарей в нтатных системах пуска негзоелагшо из-за низких

стартерпых характеристик. Экспериментально показано, что применение их в составе комбинированного источника питания обеспечивает устойчивые пуски дизелей тепловозов небольшой мощности.

На примере тепловоза 2М62 показана возможность пуска дизеля магистрального тепловоза при питании стартерного двигателя только от пускового блока ИКЭ емкостьп 150...200 О. Такая система наиболее просто может быть реализована на тепловозах с пуском дизелей тяговым генератором, работающим в стартерноы режиме.

В четвертой глазе представлены результаты Енедрения систем электрического пуска с комбинированным источником питания тепловозов различных серий и выполнен расчет технике-экономической эффективности применения этих систем.

На основании выполненной работы ШВ ЦТ ШС разработаны проекты модернизации систем пуска всех основных серий тепловозов. В настоящее время на железных дорогах РФ эксплуатируется Солее 200 секции тепловозов различных серии, оборудованных системами пуска с комбинированными источниками питания.

Расчет технико-экономической эффективности внедрения систем пуска дизеля с комбинированным источником питания Еыполнен в соответствии с методическими указаниями по определенно эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на железнодорожной транспорте. Годовой экономический эффект применения на тепловозах системы пуста энергетических установок с комбинированным источником питания рассчитанный из условия, что в комбинированном источнике питания эксплуатация итатной БА может продолжаться до значения фактической емкости, составляющей 20Z от номинального. Для тепловозов серий 2ТЭ116 и

ТЗП70 ого значение в ценах января 1995 . года составляет 410,0 тыс. рублей на секция.

Значительно больший аффект мохет быта получен при использовании в составе комбинированного источника вместо штатных стартерных БА - значительно более дешевых батарей с низкими стартерными характеристиками (типа тяговых). Так, для автомотрисы АЧ2 годовой экономический эффект от замены стартерной БА типа НК3150 на Вагонную БА типа 40ВН2300 составил в ценах января 1995 г. 1400,0 тыс.рублей.

В соответствии с полученными результатами разработаны ц согласованы с ШС РЭ технические требования на тепловозные БА, применяемые в системе пуска дизеля с использованием ИКЭ, а в соответствии с ними Санкт-Петербургское АО "ОКБ" приступило к выпуску опытных образцов кислотных аккумуляторов с низкими отартершми характеристиками номинальной емкостью 250 Ач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований реиен комплекс задач, связанных с созданием и внедрением на лелезньк дорогах Российской федерации систем элеетростартерного пуска дизелей тепловозов с комбинированным источником питания, включающим а-с-кумуляторную батарею (БА) и накопитель энергии в виде импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости (ККЭ).

1. Разработаны принципиальные схемы систем электростартер-ного пуска дизелей тепловозов с комбинированным источником питания.

2. Разработана методика и алгоритм расчета допустимых па-

раметроз бло;сз ИКЭ и зарядного блок?. систем; стартеркого пуска с комбинированным источником питания в зазнск).:остн от ве-зпких условий к ряда эксплуатационных ректоров.

3. Определены допусткше значения параме-троз блока 100 для спстем стартерного пуска дизель-генераторов тепловозов 27Э116 и ТЗП70 и шбрзнч параметры ункЛтдероаалого зарпдного устройства этих тепловозов. р-счетнш путем показано, что при нсполъгозз-шм птатккх Ей тгскмалько допустимые значения емкости блоков ИКЗ комбинкроьаяккх источкикоз питания этих тепловозов составляют соответственно 24 6 и 32 О, а оптимальное значение сопро-тивлеюггг зарядного блока - 0,6 Он.

4. Результаты ксследовгния характеристик систем стартерного пуска с комбинированным источником питания дизель-генераторов тепловозов 2Т3116 и ТЗП70 показали:

- б системах пуска дизелей тепловозов о комбинированным источником питания могут применяться НА с мэнытам в 1.5...2.0 раза значением фактической емкости, чем о птатных скстенах пуска;

- при применешш птатных БА о емкостью, составлявшей 70...12Х номинального значения, система пуска с комбинированным источником питания, по сравнению со со штатной системой, позволяет увеличить максимальное значение момента стартера , на 30...85Х при снижении максимального значения тока БА на 22...-ЮТ, а таг-схе уменьшить:

время пуска дизеля на 25...652;

время работы системы пусхз на 15...БОТ;

затраты емкости БА на один пуск дизель-генератора на 15%;

- при неудовлетворительной технической состоянии ЕА, когда

ее параметра не обеспечив езэт пуск диэеля штатной системой, применение системы с комбинированным источник»! питания позволяет осуществить устойчивый пуск дизеля; в этом случае, при увеличении емкости блока ИКЭ о 20 0 до 34 Ф:

максимальное значение момента стартера увеличивается на 102 при снижении тока БА на 25*;

время пуска дизеля уменьшается на 25...35*; время работы системы пуска уменьшается на 15...45Х; затраты емкости БА на один пуск дизель-генератора уменьшаются на 15...20*.

5. Показана возможность пуска диэеля- тепловоза при питакиг стартеркого двигателя только от блока ИКЭ, а тепловозная БА используется, в атом случае, только для питания схемы управления и электродвигателей вспомогательных агрегатов, заряда блока ИКЭ. Для пуска дизеля тепловоза М32 от блока ИКЭ его емкость должка составлять 150. ..200 Ф.

6. Экспериментально подтверждена возможность использования в комбинированном источнике питания как щелочных, так и кислотных БА, в том числе с большим ьначениеы полного внутреннего сопротивления.

7. Экспериментально показано, что в системах стартерного пуска с комбинированным источником питания, вместо стартерных, могут применяться более долговечные и деаевые ЕА типа тяговых. Например, для пуска диэеля азгомотрксы АЧ2 могут использоваться батареи, предназначенные для пассагзгрских вагоноз.

8. Системами пуска дизелей с комбинированным источником питания оборудованы тепловозы серии ТЭ10, Ш2, 2ТЭ116, ТЗП70, ШЗЗ, ТШ2, дизель-поезда Д1 и автомотрисы АЧ2. Сушарг^ объем

внедрения составляет около 200 секции тепловозов.

9. Годовой экономический эффект от внедрения на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭП70 систем пуска дизелей с комбинированным источником питания, содержащих штатную БА, в ценах января 1995 г. составил 410,0 тис. рублей на секцию.

Годовой экономический эффект от применения з комбинированном источнике питания тепловоза вместо стартернс-й SA, батареи типа тягозой, для автомотрисы АЧ2 состазил з ценах января 1995 г. 1.400 тыс. рублей.

10. В соответствии с полученными результатами, разработаны и согласованы с Главным управлением локомотивного хозяйства МПС PS технические требования на тепловозные аккумуляторные батареи, применяемые в системе запуска дизеля с использованием импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости. На основания этих требований Санкт-Петербургский аккумуляторный зазод приступил к выпуску опытных аккумуляторов с номинальной емкостью 250 Ач, предназначенных для комбинированных источников питания магистральных тепловозов.

Основные положения диссертации с публикезаны в следующих печатанных работах:

1. Кошевой В.А., Корнев А.Н. Запуск дизелей тепловозов с. использованием импульсных конденсаторов //Локомотив. - 1994. - Н 12. - С. 29 - 30.

2. Корнев А.Н. Расчет характеристик системы стзртерного пуска с комбинированным источником питания дизель-генератора тепло-воза./ВНИИ а.-д. трансп. - М. ,1995. - 24 о. - Деп. в ЦНШГГ31 МПС, N 5990 яд 9Б.

3. Корнеа А.Н., Определенна токовой нагрузки аккумуляторной батареи при пуске дизеля тепловоза 2ТЭ116./ВНИИ ».-д. трансп. -Ы. ,1994. - 5 о. - Деп. в ЦШГГЭй: МПС, N 5972 ад 94.

А. Корнев А.Н. Результаты испытаний системы злектростартер-ного пуска с применением импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости дизель-генераторной установки тепловоза 2ТЭ116./ВНИИ а.-д. трансп. - М. ,1995. - 24 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, N Б989 яд 95.

5. Коаевсй В.А., Корнев А.Н., Поляшов Л.И., Радионоз Н.И. Применение импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости в системах злектростартерного пуска дизель-генераторных установок тешюзозов//Вестник Всеросс. НИИ »ел.дор. тр-та. - 1955. - К 6.

6. Аникиев И.П., Колезой В.А., Корнев А.Н., Ляшенко A.C. Использование накопителей энергии для пуска дизеля //Локомотив. -1995. - НЗ. - С. 27 - 28.

Подписано к печати: 10.II.95 г.

Оормат бумаги: 60x90 I/I6. Объем 1,5 п.л.

Заказ: 376 Тирад: 100

Типография ВНИИ2Т. 3-я Штнщинская ул. ,10