автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозного дизеля после ремонта

На правах рукописи

С

Свечников Андрей Александрович ^

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТОВ НАДДУВА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ ПОСЛЕ РЕМОНТА

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

АВТОРЕФЕРАТ 4843257

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г> а

2дЦ

Самара 2010

4843257

Работа выполнена на кафедре «Локомотивы» ГОУ ВПО «Самарского государственного университета путей сообщения» (СамГУПС)

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Носырев Дмитрий Яковлевич

Официальные оппоненты: — доктор технических наук, профессор

Коссов Евгений Евгеньевич;

— доктор технических наук, доцент Балабин Валентин Николаевич

Ведущая организация - ГОУ ВПО «Омский государственный университет

путей сообщения»

чо

Защита диссертации состоится 201 / г. в п часов на заседании

диссертационного совета Д 218.011.01 Самарского государственного университета путей сообщения по адресу: 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., 18, СамГУПС, в аудитории 5216, корпус 5.

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

Автореферат разослан ^¿г^-уа. 201 О т.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета университета.

Ученый секретарь диссертационного X?

совета Д 218.011.01,

кандидат технических наук, доцент В.С.ЦЕЛИКОВСКАЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность работы

Мощность, экономичность, уровень экологического воздействия на окружающую среду и эксплуатационная надёжность тепловозных дизелей существенно зависят от качественной работы агрегатов наддува. Анализ эксплуатационной надёжности тепловозов, выполненный на основе отчётной документации ОАО «РЖД», показывает, что неисправности агрегатов наддува дизеля составляют 23,4 % от общего числа отказов по дизелю, что сказывается на качестве его работы.

В то же время в эксплуатации находится большое количество тепловозов с неисправностями, которые принято называть «скрытые» отказы (или частичные отказы), к ним можно отнести: пережог топлива, низкая номинальная мощность, неравномерность распределения мощности по цилиндрам. Как правило, это связано с ухудшением технического состояния турбокомпрессоров (НС), изменением регулировки топливной аппаратуры, закоксовыванием выпускных органов, сопловых и рабочих лопаток турбины, загрязнением газовоздушного тракта дизеля.

В настоящее время при отклонении качества функционирования ДГУ от установленных нормативов особое внимание уделяется настройке топливопо-дающей аппаратуры, условно принимая, что параметры системы наддува находятся в установленных пределах. Причиной такого подхода к определению неисправных агрегатов является отсутствие простого и доступного метода оценки технического состояния элементов газовоздушного тракта. В случае использования в конструкции дизеля газотурбинного или комбинированного наддува при диагностировании агрегатов наддува отсутствуют чёткие критерии определения исправности, и не всегда принятые технические решения достоверно характеризуют действительное техническое состояние объекта.

Существующая в настоящее время в локомотивных депо технология ремонта не предусматривает обязательный контроль качества ремонта ТК и приводного центробежного нагнетателя (ПЦН). Оценка состояния узлов ТК ведется органолептическими методами, а контроль оговоренных правилами ремонта допусков и зазоров в сопряжённых узлах при сборке ТК производится при помощи ручных измерительных средств. Поэтому велика вероятность постановки

на тепловоз агрегатов наддува с неоптимальными газодинамическими характеристиками.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии со Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»), и в соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года, утвержденной постановлением Правительства РФ 17 июня 2008 г.

Цель диссертационной работы - совершенствование технологического процесса испытания и контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозного дизеля путём проведения послеремонтных испытаний турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на эксплуатационных режимах их работы в стационарных условиях локомотивного депо.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Проведение анализа существующих методов и систем контроля технического состояния агрегатов надцува.

2. Построение математической модели газодинамических процессов при испытании агрегатов наддува, которая позволяет оценивать влияние конфигурации испытательного оборудования и внешних воздействий на параметры работы агрегатов наддува тепловоза.

3. Проведение расчётно-экспериментального моделирования работы агрегатов наддува тепловоза при испытании на стенде и разработка методики определения технического состояния и критериев исправности агрегатов наддува.

4. Разработка стенда для контроля технического состояния агрегатов наддува тепловоза, позволяющего проводить их послеремонтные испытания на эксплуатационных режимах работы и обеспечивающего автоматический сбор и анализ информации о параметрах их работы.

5. Разработка технологии проведения испытания турбокомпрессора в условиях депо с применением разработанного стенда и на основе проведённого расчётно-экспериментального исследования.

6. Проведение натурных экспериментальных исследований по контролю технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя в стационарных условиях депо на разработанном стенде.

7. Расчёт экономического эффекта от использования предложенной технологии контроля технического состояния агрегатов наддува.

Объест исследования: технология контроля и испытания агрегатов наддува.

Предмет исследования: методика стендовых испытаний агрегатов наддува.

Методы исследования

При выполнении работы использованы методы математического моделирования газодинамических процессов, методы математической статистики и теории вероятностей, компьютерного моделирования и планирования эксперимента. Экспериментальная оценка параметров работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя осуществлялась на базе депо Моршанск Куйбышевской железной дороги.

Обработка результатов испытаний турбокомпрессора и построение математической модели выполнена в математических средах Excel и MathCAD. Проектирование интерфейса пользователя стенда для испытания турбокомпрессора велось в среде Visual Studio 6.0, код программы разрабатывался на Visual Basic 6.0 и Visual С 6.0++.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана математическая модель для определения характеристик агрегатов наддува тепловозов при послеремонтных испытаниях, отличающаяся возможностью анализировать характеристики приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора в зависимости от расхода воздуха (режима испытания) и учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования при различных схемах подключения турбокомпрессора.

2. Разработана методика определения технического состояния агрегатов наддува по комплексному показателю — координатам точки, которая характеризует режим работы приводного центробежного нагнетателя или турбокомпрессора, отмеченная на их универсальных характеристиках, позволяющая делать вывод о нахождении параметров работы агрегатов наддува в допустимых пределах.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель газодинамических процессов при испытании агрегатов наддува для определения характеристик агрегатов наддува тепловозных дизелей, учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования.

2. Схема стенда для контроля технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта, позволяющая проводить испытание агрегатов наддува на эксплуатационных режимах работы.

3. Методика определения технического состояния агрегатов наддува по режиму работы приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора.

4. Технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта с использованием разработанного стенда и методики определения технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.

Достоверность научных положений и результатов

Достоверность подтверждена путём сопоставления результатов моделирования с параметрами работы агрегатов наддува в ходе экспериментальных исследований. Расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 7 %. Также достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов и устройств измерения; положительными результатами внедрения технических решений в ремонтное локомотивное депо Моршанск Куйбышевской дирекции по ремонту ТПС.

Практическая ценность:

1. Разработана методика определения технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на основе определения их теплотехнических параметров, позволяющая контролировать техническое состояние агрегатов наддува после ремонта и перед постановкой их на тепловоз.

2. Разработан и внедрён в производство стенд для испытания турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя, позволяющий оценивать их техническое состояние после ремонта на эксплуатационных режимах работы (защищён патентом РФ № 73076 по кл. С 01 М 15/00 от 27.12.2007).

3. Разработана технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта, позволяющая оценивать теплотехническое состояние турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя по комплексному показателю и исключающая постановку на тепловоз агрегатов наддува с низкими теплотехническими параметрами, реализованная в ремонтном локомотивном депо Моршанск Куйбышевской ДРТ.

Апробация работы

Основные результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на V международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM» (Москва, 2008 г., МИИТ), на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2009 г., СамГУПС), на научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2009 г., СГАУ), на международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара, 2009 г., СамГУПС), на VII межвузовской научно-технической конференции «Молодые учёные - транспорту» (Екатеринбург, 2010 г., УрГУПС), на II Конференции «Повышение автоматизации и механизации ремонта подвижного состава на железнодорожном транспорте» (Щербинка, 2010 г., Экспериментальное кольцо ВНИИЖТ).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе статей -15, из них 2 в ведущих научных изданиях из Перечня ВАК РФ, тезисов докладов на конференциях -1,1 патент на полезную модель, 1 патент на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материалы диссертационной работы содержат 129 страниц печатного текста, 9 таблиц и 40 рисунков, 4 приложения на 30 страницах. Список использованных источников состоит из 103 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследования, представлена краткая характеристика ключевых аспектов работы.

В первой главе проведен анализ существующих методов и систем контроля технического состояния агрегатов наддува тепловоза.

Вопросами технической диагностики и эффективной совместной работы дизеля и агрегатов наддува посвящены работы учёных: А.Б. Баркова, И.В. Бирюкова, В.Н. Балабина, А.И. Володина, З.Г. Гиоева, H.A. Малозёмова, Д.Я. Но-сырева, Б.В. Павлова, Э. А. Пахомова, В.В. Привалова, Ю.Е. Просвирова, Э.Д.

Тартаковского, В.А. Четвергова, В. И. Киселева, Е.Е. Коссова, В.В. Стрекопы-това, А.Д. Межерицкого, H.H. Иванченко, А.Э. Симеона, К.П. Селезнёва, Е.И. Сковородникова и др.

Работы по применению различных способов поддержания работоспособности турбокомпрессора производятся многими научно-исследовательскими организациями и вузами (ЦНИДИ, ВНИШКТ, РГУПС, ОмГУПС, СамГУПС и др.), а также зарубежными фирмами «Браун-Бовери», «Зульцер», «МАН» и др.

Анализ теоретических и экспериментальных исследований по оценке качества функционирования тепловозных дизель-генераторных установок показал, что неисправности турбокомпрессора оказывают существенное влияние на техническое состояние двигателя и ведут к постепенному износу, потере мощности и экономичности последнего.

Таким образом, анализ опубликованных работ и проведённых исследований позволяет сделать следующие выводы:

1) проблема повышения надёжности работы агрегатов газовоздушного тракта, являющаяся частной в общем вопросе повышения надежности и экономичности работы тепловозов, актуальна на современном этапе;

2) в настоящее время испытание и контроль технического состояния турбокомпрессора осуществляют на безмоторных стендах с механическим, воздушным и газовым приводами, не позволяющих раскрутить турбокомпрессор до рабочих частот вращения ротора, а испытание приводного центробежного нагнетателя ПЦН вообще не проводится;

3) параметры работы турбокомпрессора проверяются только на реостатных испытаниях, при этом нет чёткого разделения между параметрами дизеля и параметрами турбокомпрессора. Отсутствуют чёткие критерии определения исправности турбокомпрессора, в результате чего необоснованно снимаются и устанавливаются турбокомпрессоры на дизель с целью доведения параметров тепловоза до установленных норм.

С учётом вышеперечисленного были поставлены цель и задачи исследования в диссертационной работе.

Во второй главе на основании проведённого анализа существующих методов и систем контроля технического состояния турбокомпрессора разработана математическая модель газодинамических процессов при испытании агрегатов наддува, позволяющая определять параметры работы приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора (степень повышения давления тгк,

лпци , степень понижения давления ят, КПД г|Пцн, т|Т, Т|тк) в зависимости от режима работы приводного центробежного нагнетателя (массового расхода топлива вв), режима работы камеры сгорания (количества подаваемого топлива В), температуры ^ и давления р0 окружающего воздуха.

При разработке математической модели использованы следующие допущения:

1. Теплопотери через стенки элементов газовоздушного тракта в силу их незначительности приняты отсутствующими.

2. Работа расширения потока воздуха, обусловленная падением давления на каждом элементе газовоздушного тракта, целиком преобразуется в работу сил сопротивления, и теплота, возникающая в результате этой механической работы, возмещает охлаждение, полученное вследствие расширения.

3. Для определения степени сжатия в зависимости от расхода воздуха при расчёте процесса сжатия воздуха в приводном центробежном нагнетателе и компрессоре турбокомпрессора использовались их универсальные характеристики.

4. Управление приводным центробежным нагнетателем осуществляется с помощью внешнего источника в виде механического привода с характеристикой Пццн, а так как массовый расход воздуха ПЦН Ов являет функцией от Ппцн, то для упрощения расчётов принято, что режим работы приводного центробежного нагнетателя задаётся переменной Св.

5. Значение коэффициента потерь давления кР.кс в камере сгорания из паспортных технических характеристик камеры сгорания и составляет 0,02.

Процесс сжатия потока воздуха в компрессоре ТК

Компрессоры служат для сжатия и перемещения газов. То есть, их полезная работа характеризуется политропным напором. Механическая работа, необходимая для осуществления рабочего процесса ступени (компрессора) расходуется в соответствии с уравнением Бернулли.

Главная часть потерянного напора Ь„ вызвана движением основного потока газа внутри колеса, диффузора. Точный расчет потерянного напора невозможен в настоящее время и в обозримом будущем. Это предопределяет необходимость анализа природы возникновения сопротивлений в теории турбо-машин и применения приближенных методов расчета. В безразмерном виде потери напора выражаются через коэффициент полезного действия — КПД. Для любой энергетической машины КПД есть отношение совершенной полезной

работы ко всей затраченной работе. Применительно к ступени ТК выражение для КПД вытекает из уравнения Бернулли. Знание КПД по статическим параметрам необходимо для расчета давления и температуры газа в проточной части. Политропный КПД по заторможенным («полным») параметрам включает в себя сумму полйтропного и динамического напоров в качестве полезной работы:

_ ftp+ftd.

Vp- h. , (1)

где - «внутренний напор» - удельная работа, сообщаемая газу рабочим колесом, кДж/кг,

hP - политропный напор, кДж/кг

hi - динамический напор, кДж/кг.

В разных элементах проточной части потери напора могут быть разными, поэтому линия реального процесса на диаграмме i-s в принципе немонотонна. Для расчетов достаточным приближением считается описание полйтропного процесса аналогично процессу адиабатного сжатия с некоторым средним для рассматриваемого процесса показателем п (показатель политропы). В этом случае политропная работа может быть рассчитана аналогично тому, как это делается для расчета адиабатной работы по уравнению:

®

где ТВх - температура после компрессора, К,

Рвых, Рвх - давление до и после компрессора, Па.

Из формул для работы полйтропного сжатия вытекает, что отношение давлений ступени связано с подводимым к газу внутренним напором h; и КПД т]?. Имея в виду, что h, = 1|/,и22 и kRT„ = а„ (а„ — скорость распространения малых возмущений — скорость звука) приведем эту формулу к безразмерному виду:

7ГК = (1 + (к - 1 WiMZy&r, (3)

где уловное число Маха:

м Щ

и ан Jkjщ,;

Щ — коэффициент внутреннего напора,

U2 - окружная скорость на выходе из рабочего колеса, м/с.

R - газовая постоянная воздуха, кДж/кг*К

При принятом расходе воздуха 0Пцн кг/с н частоте вращения вала п об/мин, определяется степень повышения давления компрессора тгк турбокомпрессора и коэффициент полезного действия компрессора.

Мощность, потребляемая компрессором турбокомпрессора, Вт, определялась по выражению:

к-1

ЛГК = ~ 6пццК7квх(<1 - !) ^ • (5)

Процесс сжигания топлива в камере сгорания

Температура на выходе из камеры сгорания с учетом ее КПД Л находим из уравнения теплового баланса:

^выхСргТкс.вых = СвСрВГкс.Вх

+ ^(¿нЛкс, (6)

где Оцых = Сц + С] - расход газов на выходе из камеры сгорания; Ся — расход воздуха на входе камеры сгорания; бт - расход топлива в камеры сгорания;

Срг, СрВ — теплоёмкость газов и воздуха соответственно при постоянном давление и средней температуре процесса;

Ткс.вых, Ткс.вх- температура на выходе и входе камеры сгорания, Он - низшая теплота сгорания дизельного топлива кДж/кг, ■Икс - КПД камеры сгорания. Давление на выходе из камеры сгорания, Па:

Рксвых = Ркс.вх'кр.кс, (7)

где Рксвых, Ркс.пх - давление на выходе и на входе камеры сгорания, Па;

кр.кс ~ коэффициент потерь давления в камере сгорания с учётом тепловых потерь.

Влияние конфигурации испытательного оборудования учитывается путём введения в математическую модель выражения для определения потерь полного давления на каждом элементе газовоздушной системы. Таким образом давление на входе любого последующего элемента газовоздушной системы равно давлению на предыдущем элементе минус потери на преодоление сил гидравлических сопротивлений.

Характеристики сети могут иметь разный вид. Наиболее характерна параболическая зависимость потери давления в сети Др = ^в) от расхода. В этом случае:

АР = ,8,

где fi - коэффициент гидравлического сопротивления i-ro участка, р — плотность воздуха, кг/м3 w - скорость потока воздуха, м/с.

В формуле (8) индексом «уел» обозначено некоторое проходное сечение (например, сечение нагнетательного патрубка ТК), к которому отнесена расходная скорость в сети, и соответствующий коэффициент потерь.

Особенностью газовоздушной системы стенда являются участки смешивания потоков направленных друг к другу под углом а, а выход суммарного потока находиться под углом 6 к плоскости образованной пересечением осей смешивающихся потоков, причём площадь сечения суммарного потока равна удвоенной площади сечения бокового потока. Коэффициент гидравлического сопротивления такого участка равен:

6 = 4— (0.9 + cos2 а) + ф* [l + & - 1)41 (1 - cos2 а) -Qc Qc L Чь J

-4(J)2 cos2 а - 4(0,2 + 0,5cos2 a) + l,78sin + 0.0175АЯ0Я (9)

где Qa, Qc* Объёмный расход воздуха (газа) входящего потока, и суммарного потока м3/с;

Ro - радиус закругления, м; D0 - диаметр проходного сечения, м; X - линейный коэффициент сопротивления трения участка. Газодинамический расчёт выполнен без учёта сжимаемости так как по предварительным оценкам относительная скорость в элементах газовоздушного тракта стенда меньше 0,3.

В результате теоретических расчётов газодинамических процессов при испытаниях агрегатов наддува дизеля 1 ОД 100 в стационарных условиях определена энергоёмкость оборудования, необходимого для проведения испытания агрегатов наддува в стационарных условиях. Расчётная минимально-необходимая мощность привода для обеспечения режима работы приводного центробежного нагнетателя на расход воздуха 3 кг/с составляет 53,4 кВт, а на режиме работы 6 кг/с - 104,1 кВт/с. В результате расчётов было получено, что для раскрутки турбокомпрессора ТК-34 до частоты вращения 15000 об/мин необходимо обеспечить расход воздуха не менее 2,8 кг/с и подавать топливо в камеру сгорания в количестве 0,025 кг/с.

Третья глава посвящена разработке стенда для контроля технического состояния агрегатов наддува при их испытании после ремонта.

Стенд для испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя был разработан в НИЛ «Теплофизические методы контроля и диагностирования локомотивов» кафедры «Локомотивы» Самарского государственного университета путей сообщения. Стенд (рис. 1) позволяет проводить обкатку и испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после выхода их из ремонта. В состав стенда для испытания турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя с редуктором (Рис. 1) входят: рама 1, малоразмерный дизель 2 типа КамАЗ-740 с навесным оборудованием и системами смазки, охлаждения, топливоподачи и управления, пятиступенчатая коробка передач 3, карданный вал 4, промежуточная опора 5, привалочная плита б, приводной центробежный нагнетатель с редуктором 7, пятигорелочная камера сгорания 8 турбостартера ТС-12МА с топливной системой и системой воспламенения (запуска), испытуемый турбокомпрессор 9 типа ТК-34, газовоздушная система стенда, системы охлаждения и смазки, система измерения, программный комплекс.

Общий вид стенда представлен на рис. 1. Энергетической основой стенда является малоразмерный дизель типа КамАЗ-740 с пятиступенчатой коробкой передач, который включен в энергетическую, тепловую и газовоздушную системы стенда. Дизель КамАЗ-740 с коробкой переключения передач через промежуточную опору с карданным валам соединён с входным валом редуктора приводного центробежного нагнетателя. Приводной центробежный нагнетатель с редуктором крепится на стенде корпусом редуктора на плите, повторяющей привалочную плиту остова дизеля 10Д100.

Дизель КамАЗ-740, коробка переключения передач, промежуточная опора с карданным валом, привалочная плита, приводной центробежный нагнетатель с редуктором установлены на общей раме и образуют автономный энергетический модуль, который служит для подачи воздуха при раскрутке турбокомпрессора и повышает располагаемую мощность турбины при работе турбокомпрессора. Это достигается за счет подачи отработавших газов дизеля через смеситель и камеру сгорания на вход в турбину, а также повышения располагаемого перепада давления на турбине на величину степени повышения давления в приводном центробежном нагнетателе.

(О) Главный вид п

т 1 .л Я А у: 1 II хтпТ 6 } ш 2 VI Тч

та _1_Л__

Рис. 1. Стенд для испытания турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя" 1- рама; 2 - дилель типа КамАЗ-740; 3 - коробка передач; 4 - карданный вал, 5 - промежуточная опора; 6 - приваленная плита; 7 - приводной центробежный нагнетатель; 8 — камера сгорания; 9 — турбокомпрессор; 10, 11 - подводящие магистрали; 12, 13, 14, 15 - промежуточные магистрали; 16, 17 - отводящие магистрали; 18 - расходомеркый участок.

Вид слово

Система измерения, в состав которой входят персональный компьютер, измерительное и согласующее оборудование, модули-преобразователи, источники питающих напряжений, программное обеспечение, предназначена для автоматизированного сбора, обработки и документирования информации. Система работает в непрерывном режиме с частотой опроса измерительных каналов 1 Гц.

Проектирование интерфейса пользователя велось в среде Visual Studio 6.0, код программы разрабатывается на Visual Basic 6.0 и Visual С 6.0++. Программное обеспечение, установленное на стенде, позволяет в автоматическом режиме обрабатывать результаты испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя и документировать данные об их техническом состоянии в виде протокола испытания.

В протокол автоматически вносится информация о режиме работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя и значения параметров, зарегистрированных у турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на этом режиме работы. Протокол содержит универсальные характеристики турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя дизеля 10Д100 на которых точками отмечаются их режимы работы.

Так же в главе представлены результаты расчётно-экспериментального моделирования работы разработанного стенда для испытания агрегатов наддува. Целью моделирования было определение оптимальных режимов испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя и определение значений допустимых параметров, которым должны соответствовать параметры турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, находящиеся в исправном состоянии.

Техническое состояния приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора моделировалось с помощью показателя технического состояния

£tc.i»%:

£ =ДМ.100, (9)

Vüi

где, г|рл - КПД реального агрегата;

т]щ - КПД идеального агрегата;

i - наименование агрегата (ПЦН, компрессор, турбина).

В результате математического моделирования установлено нижеследующее.

При расходе воздуха Gn„H = 1А кг/с и расходе топлива в камере сгорания В = 0,016 кг/с происходит резкое падение значений параметров идеального тур-

бокомпрессора. Они становятся ниже, чем параметры работы турбокомпрессора на тепловозе. А именно: частота вращения ротора турбокомпрессора пте = 9 ООО об/мин, КПД компрессора % = 0,57, степень повышения давления лк компрессора = 1,25, КПД турбины rix = 0,53, степень понижения давления в турбине % = 1,22. Поэтому можно сделать вывод, что целесообразно проводить испытания турбокомпрессора на режимах работы стенда при Ghijh 1,4 -г- 3,2 кг/с. Граница работы 3,2 кг/с обусловлена конструктивными особенностями турбокомпрессора ТК-34 из условия недопущения помпажа.

Построены зависимости параметров работы приводного центробежного нагнетателе (степень повышения давления, частота вращения) и турбокомпрессора (степень повышения давления компрессора и частота вращения ротора) при различном показателе технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, представленные на рис. 2 ирис. 3.

9000 ОВтапь

п = 8500 I yUapttHoaw

-4-Ягранша испрайнаст

О 1 2 3 & 5 6, кг/с

Рис. 2. Универсальная характеристика приводного центробежного нагнетателя с учётом коэффициента исправности

wujü испяздюго соитяш!

G, кг/с

3 Универсальная характеристика компрессора 1Х-34 с учётом коэффициента исправности

Анализируя полученные зависимости можно принять, что техническое состояние турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя считается удовлетворительным при показателе технического состояния не ниже 90%. Это позволяет ввести параметр для оценки технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя - координаты точки, которая характеризует режим работы приводного центробежного нагнетателя или турбокомпрессора. Критерием исправности будет выполнение условия попадания точки при испытании агрегатов наддува в зону выше кривой исправности.

В четвертой главе разработана технология проведения испытаний турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, а также представлены результаты экспериментального исследования по контролю технического состояния агрегатов наддува при различных схемах работы стенда.

Разработанная новая технология проведения испытания турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя состоит из следующих операций: операции по установке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на стенд и по подготовке обслуживающих систем стенда (масляной, водяной, топливной, системы измерения); операции по обкатке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя для приработки сопрягающихся деталей; измерение параметров работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя с помощью разработан

ной системы измерения; обработка результатов испытания и выдача заключения о техническом состоянии агрегатов наддува в виде протокола испытания.

Рис. 4. Алгоритм обработки результатов испытания турбокомпрессора

Алгоритм обработки результатов испытания турбокомпрессора представлен на рис. 4. Алгоритм обработки результатов испытания приводного центробежного нагнетателя аналогичен представленному.

Обработка результатов контроля производится в следующей последовательности-.

1) Задаётся режим работы стенда для испытания турбокомпрессора О, и определяются параметры работы турбокомпрессора: частота вращения ротора ПгК, степень повышения давления компрессора лк, степень понижения давления турбины 7ГТ, КПД компрессора т|к>, КПД турбины ту,;

2) определяется точка, характеризующая режим работы турбокомпрессора, и наносится на универсальную характеристику;

3) согласно установленной области исправности делается заключение о техническом состоянии турбокомпрессора.

Рис. 5. Зависимость а) КПД компрессора и б) КПД турбины от расхода воздуха в:

(--рассчитанные по замеренным параметрам, — - определенные по паспортным

характеристикам)

Рис. б Зависимость а) степени повышения давления компрессора и б) степени понижения давления турбины сп расхода воздуха О: (--рассчитанные по замеренным параметрам, — - определённые по паспортным характеристикам)

Экспериментальные исследования проводились в дизель-агрегатном цеху ремонтного локомотивного депо Моршанск Куйбышевской ДРТ.

На рис. 5 дано сопоставление значений КПД компрессора (а) и КПД турбины (б) в зависимости от режима работы стенда в, кг/с рассчитанных по замеренным параметрам и рассчитанных по паспортным характеристикам. А на рис. 6 дано сопоставление степени повышения давления компрессора (а) и степени повышения давления турбины в зависимости от режима работы стенда в, кг/с рассчитанных по замеренным параметрам и рассчитанных по паспортным характеристикам.

Расчёты, выполненные с помощью разработанной математической модели, показали хорошую сходимость с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований турбокомпрессора и приводи ого центробежного нагнетателя при испытаниях их на разработанном стенде. Расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 7 %.

С помощью разработанного стенда были проведены испытания 10 турбокомпрессоров 7 из них были взяты после ремонта, а 3 сняты с тепловоза после захода его на плановый ремонт ТР-3. Результаты испытания показали, что параметры работы 6 турбокомпрессоров находятся в допустимых пределах, а у 4 параметры выходят за установленные пределы, причём 3 из них - турбокомпрессоры, снятые с локомотива перед плановым ремонтом.

Экспериментальные исследования показали, что в целях экономии производственного времени, затрачиваемого на испытание турбокомпрессора, возможно проведение контрольных испытаний в усечённой форме, при этом несущественно ухудшая точность постановки диагноза. А именно: проведение контрольных замеров только при расходе воздуха через компрессор ТК равном 3 кг/с.

В итоге была разработана технология испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта. Результаты испытаний и внедрение разработанного стенда для контроля технического состояния агрегатов наддува подтверждены соответствующими актами.

В пятой главе рассчитан ожидаемы экономический эффект от применения разработанной технологии контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозов серии 2ТЭ10(М, У) применительно к депо Моршанск Куйбышевской дирекции по ремонту ТПС. Для проведения расчётов были выбраны следующие данные:

- годовая программа ремонта депо - 60 секций СР и ТР-3;

- применение в локомотивных депо технологии контроля технического состояния агрегатов наддува после ремонта позволит снизить эксплуатационный расход топлива на 2 %;

- стоимость дизельного топлива 16 руб/кг.

Как показывает расчёт, интегральный экономический эффект от использования технологии контроля агрегатов наддува за счёт экономии топлива с учётом затрат на разработку и внедрение составит 1,615 млн руб. в год, а при горизонте расчёта 15 лет, суммарный экономический эффект составит 7,22 млн руб. Срок окупаемости затрат на разработку и внедрение составит 4 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих методов и средств контроля технического состояния агрегатов наддува показал, что в настоящее время оборудование, ис-

пользующиеся при испытаниях, не позволяет раскрутить турбокомпрессор до рабочих оборотов, а испытание приводного центробежного нагнетателя ПЦН вообще не проводится, также параметры работы турбокомпрессора проверяются только на реостатных испытаниях, при этом нет чёткого разделения между параметрами дизеля и параметрами турбокомпрессора.

2. Разработана математическая модель для определения характеристик агрегатов наддува тепловозов при послеремонтных испытаниях, позволяющая анализировать характеристики приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора в зависимости от расхода воздуха (режима испытания) и учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования при различных схемах подключения турбокомпрессора. В результате моделирования было получено, что для раскрутки турбокомпрессора до частоты вращения 15000 об/мин необходимо обеспечить расход воздуха не менее 2,5 (80% от номинального) кг/с и подавать топливо в камеру сгорания в количестве 0,015 кг/с.

3. Разработан и внедрён в ремонтном локомотивном депо Моршанск стенд для испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, позволяющий оценивать их техническое состояние после ремонта на эксплуатационных режимах работы (защищён патентом РФ № 73076 по кл. в 01 М 15/00 от 27.12.2007).

4. В ходе расчётно-экспериментального моделирования работы агрегатов наддува на разработанном стенде установлено, что турбокомпрессор может считаться исправным, если при расходе воздуха 0 = 3 кг/с его параметры не принижают значений: КПД компрессора - 0,7; КПД турбины - 0,65; степень повышения давления компрессора - 1,71, установлено, что наиболее, информативным параметром, отражающим техническое состояние турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, является положение точки на их универсальных характеристиках. Также в ходе моделирования построены зависимости параметров работы приводного центробежного нагнетателя (степень повышения давления, частота вращения) и турбокомпрессора (степень повышения давления компрессора и частота вращения ротора) при различном показателе технического состояния турбокомпрессора.

5. Разработана новая технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, которая состоит из следующих операций: операции по установке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на стенд и подготовке обслуживающих систем

стенда (масляной, водяной, топливной, системы измерения); операции по обкатке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя для приработки сопрягающихся деталей; измерение параметров работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя с помощью разработанной системой измерения; обработка результатов испытания и выдача заключения о техническом состоянии агрегатов наддува в виде протокола испытания.

6. Проведены экспериментальные испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя с использованием разработанной технологии контроля технического состояния агрегатов наддува. Испытания показали, что разработанный стенд позволяет раскручивать турбокомпрессор до эксплуатационных параметров (частота вращения ротора до 18 ООО об/мин), а расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 7 %.

7. Предполагаемый экономический эффект от внедрения технологии контроля технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта применительно к локомотивному депо Мор-шанск, имеющему программу ремонта 60 секций СР и ТР-3 грузовых локомотивов серии 2ТЭ10(М, У) составит 1,615 млн руб. в год. Срок окупаемости системы контроля и диагностирования турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя составит 4 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Определение технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя / Д.Я. Носырев, A.A. Свечников, Ю.Ю. Становова //Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - Выпуск 3. - Ростов-н/Д: РГУПС, 2010. - С59-63.

2. Моделирование процессов протекающих в газовоздушной системе стенда для испытания турбокомпрессора / Д.Я. Но сырев, A.A. Свечников // Вестник транспорта Поволжья. - Выпуск 3. - Самара : СамГУПС, 2010. -С43-47.

3. Система учёта, планирования, контроля и диагностирования при исследовании турбокомпрессора / Д. Я. Носырев, A.A. Свечников, Ю.Ю. Становова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук: Специальный выпуск «Актуальные проблемы машиностроения». - Самара: Самарский научный центр РАН, 2009. - С. 296-298.

4. Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания/ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников // Патент на полезную модель № 73076 по кл. G 01 М 15/00 от 27.12.2007. Опубликовано: 10.05.2008. - 6 с.

5. . Способ испытания турбокомпрессора / Д.Я. Носырев, A.A. Свечников // Патент на изобретение № 2348910 по кл. G 01 М 15/04 от 22.06.2007. Опубликовано: 10.03.2009 -6 с.

6. Система сбора и обработки информации о техническом состоянии турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя/ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников // Молодые учёные - транспорту - 2009: Сб. науч. тр.: в 3-х ч. - Екатеринбург : Изд-во УрГУПС. - 2009Л. 1 - С. 89-94.

7. Разработка стенда для испытания турбокомпрессора / Д.Я. Носырев, A.A. Свечников // Труды V Международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM». - М.: МИИТ, 2008. - С. 206-207.

8. Система диагностирования технического состояния турбокомпрессора тепловозного дизеля/ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы V Всероссийской научно-практической конференции. - Самара: СамГУПС, 2009.- С 87-90.

9. Универсальный автоматизированный стенд для испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя/ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников, А..Н. Сухорукое //Наука и образование транспорту: материалы Международной научно-практической конференции. - Самара : СамГУПС, 2009.-С. 111-113.

10. Программный комплекс для обработки результатов испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя./ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников, П.Н. Литвинцев //Наука и образование транспорту: материалы Международной научно-практической конференции. - Самара : СамГУПС, 2009.-С. 121-123.

11. Стенд для испытания турбокомпрессоров наддува/ Д.Я. Носырев, A.A. Свечников, И.Г. Куликова, А.Н. Шмойлов // Обеспечение безопасности функционирования автомобильного транспорта в самарской области: материалы научно-практической конференции. - Самара : СамГУПС, 2009.-С. 61-64.

12. Обработка информации о техническом состоянии турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя / Д.Я. Носырев, Ан.А. Свечников,

Ал.А. Свечников // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010610320 от 29.10.2009. Зарегистрировано 11.01.2010.

13. Система диагностирования агрегатов наддува двигателя внутреннего сгорания/ A.A. Свечников // Проблемы и перспективы развития двигателестрое-ния: Материалы докладов конкурса программы У.М.Н.И.К., секция «Коммерциализация результатов научно-технической деятельности» 24-26 июня 2009 г. - Самара: СГАУ, 2009 - С. 92-95.

Кроме перечисленных работ, в диссертации использованы материалы ещё 6 научных публикаций автора.

Совершенствование технологии контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозного дизеля после ремонта

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Подписано в печать 16.12.2010. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 298.

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

Свечников Андрей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Условия работы системы наддува тепловозного дизеля.

1.2. Влияние теплотехнического состояния агрегатов наддува на надёжность и экономичность двигателей.

1.3. Анализ надёжности агрегатов наддува тепловозного дизеля.

1.4. Обзор работ и существующих средств контроля и диагностирования технического состояния турбокомпрессора.

1.5. Постановка задачи исследования.

ВЫВОДЫ.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ АГРЕГАТОВ НАДДУВА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ.

2.1. Методика расчёта параметров работы агрегатов наддува.

2.2. Моделирование влияния газовоздушного тракта стенда для испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.

2.3. Результаты моделирования газодинамических процессов при испытании турбокомпрессора на стенде.

ВЫВОДЫ:.

3. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА И ПРИВОДНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ С СИТЕМОЙ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ.

3.1 Стенд для испытания турбокомпрессора.

3.2 Система сбора и обработки данных.

3.3 Программное обеспечение системы.

3.4 Результаты математического моделирования работы разработанного стенда.

ВЫВОДЫ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТОВ НАДДУВА.

4.1 Технология проведения испытаний турбокомпрессора.

4.2 Методика обработки экспериментальных данных.

4.3 Эксплуатационные испытания разработанной технологии проведения испытаний.

ВЫВОДЫ.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТКИ.

5.1. Экономическая эффективность технологии контроля и диагностирования технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.

5.2. Расчёт срока окупаемости и интегрального экономического эффекта.

ВЫВОДЫ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

В транспортной системе России ведущим и организующим видом является железнодорожный транспорт, выполняя значимую часть грузо и пассажирооборота общего пользования. В обозримом будущем железнодорожным перевозкам не будет альтернативы по экономической эффективности и экологической безопасности при транспортировке значительных по объемам стабильных потоков массовых грузов, доставляемых на средние и дальние расстояния, а также по обеспечению пассажирских перевозок. Проводимые в настоящее время структурные преобразования железнодорожного транспорта коренным образом меняют механизмы и процессы его функционирования.

Концептуальной целью ОАО «РЖД» является обеспечение лидирующих позиции компании на рынке качественных и конкурентоспособных транспортных услуг, полностью удовлетворяющих потребности в грузовых и пассажирских перевозках при условиях минимизации нагрузки на окружающую среду. Реализация такой широкомасштабной цели, поставленной впервые, требует решения ряда крупных научно-технических проблем, определяющих успех достижения цели[86, 87].

В "Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года" № 877-р от 17.06.2008[87] указывается, что стратегия научно-технической политики в области формирования технического, технологического, информационного и экономического потенциалов отрасли должна быть направлена на обеспечение высокого уровня безопасности, сервиса и экономичности железнодорожного транспорта. В качестве направлений фундаментальных научных исследований, позволяющих получить наиболее существенные практические результаты в локомотивном хозяйстве, приняты следующие: создание принципиально новых систем управления с использованием перспективных информационных технологий и технических средств новых поколений, создание новой элементной базы для автоматизированных систем управления и методов искусственного интеллекта, создание новых видов топлива и энергетических установок с применением высокотемпературных топливных элементов, аккумуляторов энергии, использование в качестве моторных топлив природного газа. В области прикладной науки и практических задач, на решение которых должны быть направлены усилия всего научно-технического потенциала инженерного корпуса железных дорог, ведущих предприятий отрасли, применительно к локомотивному хозяйству приоритетным является создание нового поколения унифицированных тепловозов с мощностью от 800 до 3000 кВт в секции с повышенной не менее чем на 15.20 % экономичностью дизель-генераторных установок.

Приоритетами развития предприятий локомотивостроения является расширение производственных мощностей, освоение инновационных технологий и привлечение необходимых для этих целей инвестиций под гарантии покупки современной техники со стороны ОАО «РЖД».

К числу действенных мер, повышающих эффективность эксплуатации тягового подвижного состава, следует отнести масштабное внедрение встроенных, переносных и стационарных средств контроля и технического диагностирования состояния узлов, агрегатов, систем с формированием банка данных о состоянии локомотивов и их отдельных узлов для перехода на систему ремонта и технического обслуживания по техническому состоянию. [11].

В рекомендациях научно-технической конференции "Повышение автоматизации и механизации ремонта подвижного состава на железнодорожном транспорте состоявшейся в июне 2010 года на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, в качестве приоритетных направлений развития подвижного состава выделяют следующее: непрерывного улучшения потребительских свойств (производительность, скорость, мощность, комфорт, сохранность грузов, эргономика); снижения затрат за жизненный цикл; повышение надёжности и экономичности тягового подвижного состава; повышения безопасности движения с обеспечением требуемых показателей ресурса и риска; повышения надежности и коэффициента готовности; уменьшения вредного воздействия на окружающую среду. Для реализации ресурсосберегающих технических средств, технологий и организационных мер применительно к задачам локомотивного хозяйства назван ряд направлений. Так с целью экономии дизельного топлива до 15 % при послеремонтных испытаниях, сокращения времени испытаний до 50 %, улучшения экологии окружающей среды рекомендовано применение приборов для безреостатной настройки тепловозов в локомотивных депо, на тепловозоремонтных и тепловозостроительных заводах. С целью сокращения непроизводительных потерь энергии рекомендовано применение в локомотивных депо систем энергетической диагностики и оценки энергетической эффективности тягового подвижного состава, в том числе в части оперативной оценки и диагностики теплотехнического состояния тепловозов в эксплуатации. Рекомендовано ускорить разработку и внедрение автоматизированной системы планово-предупредительного ремонта (АСППР) тягового подвижного состава [87,88]. Эта система предполагает широкое использование как созданных средств диагностирования, так и создание и апробацию новых средств контроля и диагностирования лимитирующих узлов. Рекомендовано внедрить комплекс передовых технологий и оснастки текущего и капитального ремонтов дизелей в условиях локомотивных депо. При этом ожидается сокращение расхода запчастей на 35. 40 %, уменьшение трудозатрат на ремонт в 1,5. .2 раза. [39]

Всё это предполагает проведение всесторонних научных исследований, направленных на повышение надежности и эффективности работы локомотивов, на разработку методов и средств контроля и диагностирования тепловозов и их энергетических установок [14, 25, 42, 46, 76, 89, 97].

Известно, что характеристики дизеля, его экономичность и экологичность, существенно зависит от технического состояния агрегатов наддува, а соответственно и от качества их ремонта. Отсутствие в депо средств автоматического проведения испытания и определения технического состояния агрегатов наддува отрицательно влияет на эффективность работы дизеля и приводит к рассогласованию характеристик двигателя и турбокомпрессора [81, 93].

Актуальность работы. Мощность, экономичность, уровень экологического воздействия на окружающую среду и эксплуатационная надёжность тепловозных дизелей существенно зависят от качественной работы агрегатов наддува. Анализ эксплуатационной надёжности тепловозов, выполненный по отчётной документации ОАО «РЖД», показывает, что неисправности агрегатов наддува дизеля составляют 23,4 % от общего числа отказов по дизелю, что сказывается на качестве его работы.

В то же время в эксплуатации находится большое количество тепловозов с неисправностями, которые принято называть "скрытые" отказы (или частичные отказы), к которым можно отнести: пережог топлива, низкая номинальная мощность, неравномерность распределения мощности по цилиндрам. Как правило, это связано с ухудшением технического состояния турбокомпрессоров (ТК), изменением регулировки топливной аппаратуры, закоксовыванием выпускных органов, сопловых и рабочих лопаток турбины, загрязнением газовоздушного тракта дизеля[48, 94, 101].

В настоящее время при отклонении качества функционирования ДГУ от установленных нормативов особое внимание уделяется настройке топливоподающей аппаратуры, условно принимая, что параметры системы наддува находятся в установленных пределах. Причиной такого подхода к определению неисправных агрегатов является отсутствие простого и доступного метода оценки технического состояния элементов газовоздушного тракта. В случае использовании в конструкции дизеля газотурбинного или комбинированного наддува при диагностировании агрегатов наддува отсутствуют чёткие критерии определения исправности, и не всегда принятые технические решения достоверно характеризуют действительное техническое состояние объекта[81, 93].

Существующая в настоящее время в локомотивных депо технология ремонта не предусматривает обязательный контроль качества ремонта ТК и приводного центробежного нагнетателя. Оценка состояния узлов ТК ведется органолептическими методами, а контроль оговоренных правилами ремонта допусков и зазоров в сопряженных узлах при сборке ТК производится при помощи ручных измерительных средств. Поэтому велика вероятность постановки на тепловоз агрегатов наддува с низкими газодинамическими характеристиками.

Объект исследования: технология контроля и испытания агрегатов наддува.

Предмет исследования: методика стендовых испытаний агрегатов наддува.

Материалы, приведенные в настоящей диссертационной работе, являются обобщением результатов исследований в области совершенствование технологии контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозного дизеля, которые могут найти широкое применение в системе локомотивного хозяйства ОАО РЖД и промышленного транспорта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Анализ существующих методов и средств контроля технического состояния агрегатов наддува показал, что в настоящее время оборудование, использующиеся при испытаниях, не позволяет раскрутить турбокомпрессор до рабочих оборотов, а испытание приводного центробежного нагнетателя ПЦН вообще не проводится, также параметры работы турбокомпрессора проверяются только на реостатных испытаниях, при этом нет чёткого разделения между параметрами дизеля и параметрами турбокомпрессора.

2. Разработана математическая модель для определения характеристик агрегатов наддува тепловозов при послеремонтных испытаниях, позволяющая анализировать характеристики приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора в зависимости от расхода воздуха (режима испытания) и учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования при различных схемах подключения турбокомпрессора. В результате моделирования было получено, что для раскрутки турбокомпрессора до частоты вращения 15000 об/мин необходимо обеспечить расход воздуха не менее 2,5 кг/с (80 % от номинального) и подавать топливо в камеру сгорания в количестве 0,015 кг/с.

3. Разработан и внедрён в ремонтном локомотивном депо Моршанск стенд для испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, позволяющий оценивать их техническое состояние после ремонта на эксплуатационных режимах работы (защищён патентом РФ № 73076 по кл. О 01 М 15/00 от 27.12.2007).

4. В ходе расчётно-экспериментального моделирования работы агрегатов наддува на разработанном стенде установлено, что турбокомпрессор может считаться исправным, если при расходе воздуха О = 3 кг/с его параметры не принижают значений: КПД компрессора - 0,7; КПД турбины — 0,65; степень повышения давления компрессора - 1,71, установлено, что наиболее информативным параметром, отражающим техническое состояние турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, является положение точки на их универсальных характеристиках. Также в ходе моделирования построены зависимости параметров работы приводного центробежного нагнетателя (степень повышения давления, частота вращения) и турбокомпрессора (степень повышения давления компрессора и частота вращения ротора) при различном показателе технического состояния турбокомпрессора.

5. Разработанная новая технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя, которая состоит из следующих операций: операции по установке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на стенд и подготовке обслуживающих систем стенда (масляной, водяной, топливной, системы измерения); операции по обкатке турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя для приработки сопрягающихся деталей; измерение параметров работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя с помощью разработанной системой измерения; обработка результатов испытания и выдача заключения о техническом состоянии агрегатов наддува в виде протокола испытания.

6. Проведены экспериментальные испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя с использованием разработанной технологии контроля технического состояния агрегатов наддува. Испытания показали, что разработанный стенд позволяет раскручивать турбокомпрессор до эксплуатационных параметров (частота вращения ротора до 18 ООО об/мин), а расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 7 %.

7. Предполагаемый экономический эффект от внедрения технологии контроля технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта применительно к локомотивному депо Моршанск, имеющему программу ремонта 60 секций

СР и ТР-3 грузовых локомотивов серии 2ТЭ10(М, У) составит 1,615 млн. руб. в год. Срок окупаемости системы контроля и диагностирования турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя составит 4 года.

1. Анахова М.В., Макеев А.И., Носырев Д.Я. Диагностика роторных машин по параметрам выбега.// Тезисы докладов III Всесоюзной конференции "Проблемы развития локомотивов"-Ворошиловград.: ВМИ, 1990.-С.148-149.

2. Анисимов A.C. Повышение надежности тепловозных турбокомпрессоров в эксплуатации. Дисс. канн. тех. наук. ОмГУПС. Омск 1999. 175 с.

3. Анисимов A.C. Повышение работоспособности тепловозных турбокомпрессоров в эксплуатации. Автореф. дис. . канд. техн. наук.-Омск, 1999.-19с

4. Арестов В.А. Исследование эксплуатационной надежности турбокомпрессоров тепловозных дизелей: Дис. канд.тех.наук.-Москва, 1976.-184с

5. A.C. 1239545 СССР, МКИ 01М15/00. Стенд для испытаний турбокомпрессоров двигателя внутреннего сгорания/ Носырев Д.Я., Денисов Г.П.

6. A.C. 1343280 СССР, МКИ 01М15/00. Стенд для испытания турбокомпрессорных агрегатов /Фомин В.И., Шубуранов В.М., Верба Н.И

7. A.C. 1160264 ССССР, МКИ 01М15/00. Стенд для испытаний турбокомпрессора/ Чсрменев A.A., Чикало в А.Д.

8. A.c. 1470991 СССР, МКИ F04D27/02. Способ защиты компрессора от помпажа, устройство для его осуществления./ В.У.Аксянов, Ю.И.Климнкж, Д.Я.Носырев. Опубл. 07.04.89, БИ №13

9. Балабин, В.Н. Пути обеспечения высокоэкономичной работы транспортных дизелей на эксплуатационных режимах Текст. / В.И. Балабин, Б.Н. Семенов, В.А. Кудрявцев // Тр. ВНИТИ. 1983. - вып. 57. - 42-44.

10. Балабин В.Н. Перспективы развития тепловозных дизелей нового поколения. Ж-л «Тяжелое машиностроение», №3, 2009, с.31-34.

11. Балабин В.Н. Регулирование транспортных двигателей отключением части цилиндров(монография) М.: ГОУ "Учебно-метод. центр по образованию на ж.д.", 2007 -143 с.

12. Коссов Е.Е., Шапран E.H., Фурман В.В. Совершенствование режимов работы силовых энергетических систем тепловозов. Луганск: СНУ им. В.Даля, 2006. - 280 с.

13. Барков A.B. Диагностика и прогнозирование технического состояния подшипников качения по их виброакустическим характеристикам.// Судостроение. 1985. -№3-с.21-23.

14. Бервинов, В. И. Техническое диагностирование локомотивов Текст. : учеб. пособ. / В. И. Бервинов ; утв. Деп. кадров и учеб. завед. МПС. М.: УМК МПС, 1998. - 190 с.

15. Васильев-Южин P.M. Исследование совместной работы дизеля и агрегатов воздухоснабжения при изменении внешних условий.- В кн. Двигатели внутреннего сгорания.-Харьков: Высшая школа, 1977. Вып. 5.-С. 42-49

16. Васильев-Южин P.M., Березин В.Н., Костенко A.A. Влияние повышенной температуры и влажности воздуха на показатели двигателя с газотурбинным наддувом и воздухоохладителем //-Тр. ЦНИДИ, 1972. Вып. 65,- С. 51-58.

17. ВЗИИТ. Труды. Вып. 102. Техническая диегностика подвижного состава / ВЗИИТ; под общю ред. В.В. Привалова. М.: ВЗИИТ, 1980. - 80 с.

18. Волков A.B. Виброакустическая диагностика турбокомпрессоров тепловозных дизелей: дис. канд.техн.наук: 05.22.07 / A.B. Волков Ростов-на-Дону: РГУПС, 2005. - 156 с.

19. Володин А.И. Научные основы и пути повышения качества технического обслуживания и ремонта тепловозов. Дис. докт.техн.наук.-Омск, 1990.-497с.

20. Володин А.И., Четвергов В.А. Опыт разработки и внедрения технических средств для оценки качества ремонта и настройки ДГУ тепловозов при реостатных испытаниях. М.: Транспорт, 1986 — 51с.

21. Газотурбинный наддув двигателей внутреннего сгорания /Под. ред. И.М. Баумана. М.: Машгиз, 1961. - 172 с

22. Галкин В.Г., Парамзин В.П., Четвергов В.А. Надежность тягового подвижного состава. Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта-М.: Транспорт, 1981.-184 с

23. Гиоев З.Г. Исследование по виброакустической диагностике тепловозного дизеля 2Д100. / Канд. диссертация. Ростов-на-Дону, 1971 г.

24. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов. Изд. 7-е, стер. М.: Высш. шк., 2000. - 479 с

25. Горский A.B., Воробьев A.A. Куанышев Б.М. Ремонт только по результатам диагностики //Локомотивы.-1998.-.№12.-С.37-39.

26. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. -JL: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1990.- 286 с

27. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента. Пер. с англ. —М.: Мир, 1981. -520 с.

28. Диагностирование дизелей /Е. А. Никитин, Л.В. Станиславский, Э. А. Улановский и др. М.: Машиностроение, 1987.- 224 с.

29. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования: Учебное пособие для вузов гражданской авиации / В.Г. Воробьев, В.В. Глухов, Ю.В. Козлов и др. Под ред. И.М. Синдеева. -М.:Транспорт, 1984. -191 с.

30. Иванченко, Н. Н. Высокий наддув дизелей Текст. / Н. Н. Иванченко, О. Г. Красовский, С. С. Соколов. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд., 1983. - 198 с

31. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М., «Машиностроение», 1975.-559с

32. Исаев И.П., Горский A.B., Осяев А.Т. Система ремонта локомотивов с учетом их фактического состояния на основе технического диагностирования //Вестник ВНИИЖТа.-1991.-№6.-С.31-34

33. Карасёв В.А., Максимов В.П. Вибрационная даигностика газотурбинных двигателей. М., 1978. 132с. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. Изд. 3-е. Коллектив авторов. М., 1971.400 с.

34. Коссов Е.Е., Сухопаров СИ. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов. М.: Интекст, 1999.

35. Коссов Е.Е., Старовойт В.А. Повышение топливной экономичности тепловозов. Труды ВНИИЖТ, 1991, 238 с.

36. Коссов Е. Е. Оптимизация работы тепловозного дизель-генератора //Тр.Моск. ин-тинж. ж.-д. транспорта.-1982.-Вып.700.- 8-22.

37. Коссов Е. Е. Перспективы применения газотурбинных двигателей на тяговом подвижном составе Текст. / Е. Е. Коссов, В. В. Перец // ВестникВНР1ИЖТ.-2000.-№5.-С. 1619.

38. Коссов Е.Е., Шапран E.H., Фурман В.В. Совершенствование режимов работы силовых энергетических систем тепловозов. Луганск: СНУ им. В.Даля, 2006. - 280 с.

39. Локомотивные энергетические установки: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / А.И. Володин, В.З. Зюбанов, В.Д. Кузьмич и др.; Под ред. А.И. Володина. М.: ИПК «Желдориздат», 200. 718 с

40. Малозёмов H.A., Бондаренко В.М., Косенко Г.Д., Гиоев З.Г. Техническая диагностика локомотива// Электрическая и тепловозная тяга, 1980. № 10. - С.42-43.

41. Малышев B.C., Межерицкий Д.А. Влияние эксплуатационных загрязнений компрессоров и охладителей наддувочного воздуха на изменение характеристик судовых четырехтактных двигателей.//Двигателестроение.-1980.-№ 12. -С. 43-45.

42. Межерицкий А. Д. Влияние эксплуатационных факторов на совместную работу двигателя и агрегатов наддува / Труды Мурманского НТО, 1968. Выпуск 9

43. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессора системы наддува судовых дизелей.-Л.: Судостроение, 1986.-242 с.

44. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте/ ВНИИЖТ МПС. М.: Транспорт, 1991. - 239 с.

45. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационилизаторских предложений на железнодорожном транспорте/ МПС. М.: Транспорт, 1980. - 144 с.

46. Мокроус М.Ф. Применение методов диагностической обработки и анализа термогазодинамических параметров при стендовых испытаниях авиационных ГТД. В кн. Испытания авиационных двигателей. Уфа: УАИ, 1977. Вып.5.- С. 29-34

47. Мурзин A.A. Четвергов В.А. Количественные показатели качества функционирования тепловозов // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава: Сб. науч. тр. /Омский институт инженеров ж.д. транспорта 1973. -Вып. 145. - С. 26-28.

48. Научные основы контроля и диагностирования тепловозных дизелей по параметрам рабочих процессов/ Д. Я. Носырев и др.. ; МПС РФ. Самара : СамИИТ, 2001. -175 с.

49. Носырев Д.Я., Свечников A.A. Стенд для испытания турбокомпрессора// Тезисы докладов XXXIV Самарской областной студенческой научной конференции. Часть I: общественные, естественные и технические науки. - Самара, 2008. - 260 с.

50. Носырев Д.Я., Свечников A.A. Разработка стенда для испытания турбокомпрессора// «TRANS-MECH-ART-CHEM» // Труды V Международной научно-практической конференции. М.: МИИТ, 2008. - 293 с.

51. Носырев Д.Я., Свечников A.A. Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания// Патент на полезную модель № 73076 по кл. G 01 М 15/00 от 27.12.2007. Опубликовано: 10.05.2008. Бюл. №13

52. Носырев Д.Я. Контроль и диагностирование теплового состояния дизеля.// Межвузовский сборник научных трудов «Экономика, эксплуатация и содержание железных дорог в современных условиях». Выпуск 17.-Самара: СамИИТ, 1999.-С. 179-182.

53. Носырев Д.Я., Свечников A.A. Способ испытания турбокомпрессора// Патент на изобретение №2348910 по кл. G 01 М 15/04 от 22.06.2007. Опубликовано: 10.03.2009.

54. Носырев Д.Я. «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания». А.С.1511620. СССР, Бюл.36, 1989.

55. Носырев и др. Моделирование процессов протекающих в газовоздушной системе стенда для испытания турбокомпрессора. / Носырев Д.Я., Свечников A.A. // Вестник транспорта Поволжья. Выпуск 3 — Самара: СамГУПС, 2010. — С43-47.

56. Носырев Д.Я., Никитина E.H. «Стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания». A.C. 1779973 СССР, Бюл.45,1992

57. Носырев Д.Я., Просвиров Ю.Е. «Стенд для испытания турбокомпрессораТК-34». Межвузовский сборник «Повышение эффективности работы подвижного состава». — Ростов-на-Дону: РИИЖТ, 1991, С.28-31

58. Основы технической диагностики. В двух книгах. Кн. 1. Модели объектов, модели и алгоритмы диагноза./В.В Карибский, П.П. Пархоменко, Е.С. Согомонян и др.; Под ред. П.П. Пархоменко.- М.: Энергия, 1976,- 462 с.

59. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, 1971.-222 с.

60. Пахомов, Э. А. Методы диагностики при эксплуатации тепловозов Текст. / Э. А. Пахомов. М.: Транспорт, 1974. - 40 с

61. Погребняк В.В., Игуменцев Е.А. «Устройство для определения технического состояния нагнетателя». Патент 1638595 РФ 5С01М 15/00. Опубл. 18.05.89

62. Подшивалов А.Б. Диагностирование локомотивов // Локомотивы.-1997.-№6.-С.27-29.

63. Правила технического обслуживания обслуживания и текущего ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10.-М.: Транспорт, 1988.-256с.

64. Рахматулин М.Д. Технология ремонта тепловозов.-М., Транспорт, 1983.- 319с

65. Симеон А.Э., Хомич А.З., Тартаковский Э.Д., Головко В.Ф. Улучшение воздухоснабжения тепловозного дизеля 10Д100// Электрическая и тепловозная тяга.- 1972.-№7.-C.l 1.

66. Сковородников Е. И. Методы оценки и пути снижения экологического воздействия тепловозных дизелей на окружающую среду: Учебное пособие / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1995. 104 с

67. Солохин Э.Л. Испытание воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Авиационные двигатели». М., «Машиностроение», 1975, 356 с.

68. Стратегические направления научно-технического развития ОАО "Российские железные дороги" на период до 2015 г. ("Белая книга" ОАО "РЖД").

69. Стратегия развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года. Правительство Российской Федерации № 877-р от 17.06.2008.

70. Стрекопытов, В. В. Надежность и техническая диагностика локомотивов Текст. : учеб. пособие / В. В. Стрекопытов, И. Ф. Пушкарев. Л. : ЛИИЖТ, 1988. - 61 с.

71. Тартаковский, Э. Д. Основы автоматизации технического обслуживания, диагностирования и ремонта локомотивов Текст. : учеб. пособие / Э. Д. Тартаковский , Э. Н. Подчесов, А. В. Устенко. Харьков : ХИИТ, 1991. - 95 с

72. Теория и расчет турбокомпрессоров: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей / К. П. Селезнев, Ю. Б. Галеркин, С. А. Анисимов и др.; Под общ. ред. К. П. Селезнева. 2-е изд., перераб. и доп. Л., 1986. 392 с.

73. Теория двигателей внутреннего сгорания: Рабочие процессы /Под ред. Н.Х. Дьяченко М.: Машиностроение , 1974.-552с.

74. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания / А. Э. Симеон, А. 3. Хомич, А. А. Куриц и др.: М., 1987. 513 с

75. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов : учебник для студентов вузов железнодорожного транспорта / В. Т. Данковцев, В. И. Киселев, В. А. Четвергов М: Учебно-метод. центр по образованию на ж.-д. трансп., 2007 235

76. Титанаков Д.И. Оценка тахнического состояния газовоздушного тракта тепловозных дизелей: дис. канд.тсхн.наук: 05.22.07 / Д.А. Титанаков — Омск: ОмГУПС, 2005. 173 с.

77. Труды. Вып. 687. Проблемы диагностики подвижного состава железных дорог Текст. / МИИТ ; под общ. ред. И. В. Бирюкова. М. : МИИТ, 1981. - 152 с.

78. Хомич А.З., Шевчук А.Д., Жалкин С.Г. и др. Локомотив: диагностика, эксплуатация.- Харьков, Транспорт, 1975.-112с.

79. Четвергов В.А., Пузанков А.Д. Надежность локомотивов; Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. Д-ра техн. Наук, проф. В.А. Четвергова. М.: Маршрут, 2003 .-415с

80. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений.-М.: Машиностроение, 1975.-380с.

81. Шаповал В.П. Оценка работоспособности агрегатов наддува тепловозных дизелей./ЯТовышение надежности и экономичности тепловозов: Сб.науч.тр /Ом. Ин-т инж. ж.-д.трансп.- 1986.- С.50-53

82. Шестеркин Н.Д. Применение средств электронной техники для оптимизации режимных параметров дизелей.//Двигателестроение.-1988. № 6,- С. 10-12

83. Щербицкая Т.В. Повышение параметрической надежности работы турбокомпрессоров тепловозных дизелей в эксплуатации: дис. канд.техн.наук: 05.22.07 / Т.В. Щербицкая Самара: СамИИТ, 2002. - 131 с.

84. Щербицкая Т.В. Оценка характеристик турбокомпрессора в эксплуатации и при ремонте // Сборник научных трудов молодых ученых и аспирантов СамИИТ.-Самара: , 1997,- С.50