автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Стратегия снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы магистральных тепловозов

На правах рукописи

СТРАТЕГИЯ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ НА ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 2006

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Новые Технологии»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Магнитский Юрий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Киселев Валентин Иванович; ■ доктор технических наук, профессор Носырев Дмитрий Яковлевич; доктор технических наук, профессор Сковородников Евгений Иванович.

Ведущая организация: «Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ВНИИЖТ)

Защита состоится « 26 » декабря 2006 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д218.011.01 в Самарской государственной академии путей сообщения (СамГАПС) по адресу:

443066, г.Самара,1-й Безымянный пер. 18, в аудитории 5216, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан «

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета академии.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д218.011.01 к.т.н., доцент

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Несмотря на то, что в период перестройки и перехода к рыночной системе хозяйствования железнодорожный транспорт не разрушился и сравнительно неплохо работает, многие технические устройства имеют очень большой материальный и моральный износ.

Это, в первую очередь, относится к подвижному составу. При этом, если вагонный парк значительно обновляется за счёт приобретения новых вагонов заводами и частными компаниями, то локомотивный парк в последнее время практически вообще не обновляется. Это обусловлено высокой стоимостью изготовления локомотивов и отсутствием четко разработанной стратегической программы по повышению эффективности жизненного цикла работы локомотивов с учетом перспективы развития перевозочного процесса и изменения стоимости топливно-энергетических ресурсов.

В результате увеличивается вероятность появления отказов систем локомотивов и возрастает расход топливно-энергетических ресурсов, что оказывает значительное влияние на перевозочный процесс.

Степень разработанности проблемы. Для разработки стратегических программ по совершенствованию технических систем целесообразно использовать функционально-стоимостный анализ (ФСА), который эффективно применяется за рубежом. Этот метод в простейшем виде начали применять еще в годы Великой Отечественной войны при решении возникающих проблем, например, как заменить материалы на менее дефицитные, сохраняя при этом основные свойства деталей. Это был, по сути, интуитивный подход к экономическому анализу при конструкторских разработках. И.А. Бородачевым впервые были проведены исследования по оценке соответствия конструкции функциональному назначению. Научные основы ФСА у нас в стране были разработаны Ю.М. Соболевым. Но метод не нашел широкого применения из-за жесткой плановой системы хозяйствования. Параллельно с Ю.М. Соболевым аналогичными исследованиями занимался американский инженер Л. Майлз. Он ввел название ФСА и определил его как прикладную философию, которая дала характеристику «анализу стоимости как творческому подходу, заключающемуся в эффективной идентификации непроизводительных затрат или издер-кек, которые не обеспечивают ни качества, ни полезности, ни внешнего вида, ни других требований заказчика».

Основное отличие методов Л. Майлза и Ю.М. Соболева заключается в том, что если метод Соболева был направлен на поиск более экономичных способов изготовления изделия в рамках существующей конструкции, то Л. Майлз и его последователи за основу взяли функцию, а существующую конструкцию — как один из вариантов реализации этой функции. При этом необходимо найти наиболее экономичный вариант осуществления данной функции при сохранении качества и других эксплуатационных требований и характеристик.

В настоящее время ФСА широко применяется во. всех высокоразвитых странах, но наиболее эффективно в Японии.

В нашей стране, несмотря на издзние ряда методических работ, ФСЛ применялся в основном только в электротехнической промышленности при разработке новых конструкций аппаратов. Большой вклад в развитие ФСА внесли М.Г. Карпуиин, В.И. Майданчик, А.П. Ковалев, Н.К. Моисеев,' В.В. Сысун, А.И. Половинкин, Б.И. Злотин и др.

По вопросу снижения расхода топлива тепловозами большой вклад внесли А.Э.Симеон, А.Э.Хомич, Е.Е.Коссов, В.А.Четвергов, 'А.И.Володин, Е.И.Сковородников, Д.Я.Носырев, ГА.Фофанов, Э.Д.Тартаковский, В.С.Коссов и др.

Целыо диссертационной работы является разработка концепции функционально-технологического подхода к процессу инновационной деятельности для выработки стратегии снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы тепловозов, а также создание методов и технических решений для реализации данной стратегии. При этом использовать метод ФСА, который позволяет при ограниченных ресурсах количественно определить приоритетность инновационного воздействия на определенные функции системы при разработке стратегических программ:

Для реализации поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

- Получение метода количественной оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных сгстем и режимов работы теплосиловой установки.

- Определение режимных критических функций работы тепловозного дизеля на основе ФСА.

- Анализ процесса сгорания водо -топливной эмульсии (ВТЭ) в тепловозном дизеле.

- ■ Исследование процесса горения вращающегося факела с наложением

электростатического поля.

- Разработка системы рециркуляции отходящих газов для дизеля и газовой турбины.

- Совершенствование работы форсуног тепловозных дизелей.

- Сокращение воздействия критической функции — режима холостого хода за счет совершенствования процесса пуска.

- Разработка стратегии модернизации магистральных тепловозов путем совместного использования дизеля и газовой турбины на одном локомотиве с целью эффективного снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы.

- Разработка метода формирования творческих групп для проведения мозговых штурмов с синсргстическим эффектом с целью совершенствования тепловозов.

Методы проведения исследован: й. При разработке модернизаций локомотивов использованы методы вепольного моделирования на основе теории решения изобретательских задач(ТРИЗ).

Для анализа индикаторных диаграмм дизелей типа ДНЮ па режиме холостого хода использован метод теории катастроф.

При анализе статистических данных с помощью ЭВМ использована программа Mathcad.

При анализе возможности использования внутреннего интеллектуального капитала при модернизации локомотивов для поиска конкретных решений предложено использовать метод мозгового штурма с синергетическим эффектом.

Научная новизна работы

• Разработаны аналитические зависимости для оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных систем, что дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM) с целью определения приоритетности инвестирования.

• Получен новый эффект увеличения интенсивности горения по величине расширения вращающегося факела до 37% за счет комбинированного воздействия вихревого потока и электростатического поля с положительной полярностью ротора при сравнительно низком напряжении (до 200В).

• Выведены формулы расчета коэффициента молекулярного изменения и теплоемкости газовой смеси, а также тепловыделения в цилиндре тепловозного дизеля при работе на любьтх составах ВТЭ.

• Разработан метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм на основе моделей катастроф Тома, который дает возможность анализировать процессы режима холостого хода дизелей с расходящимися поршнями при различных модернизациях форсунок и использовать для анализа любых других колебательных процессов, имеющих двухпиковый характер.

• Предлагается стратегия повышения эффективности жизненного цикла магистральных тепловозов путем установки па одной секции газовой турбины вместо дизеля и режимной системы управления теплосиловой установкой с целью обеспечения оптимального эффекта снижения затрат на топливо и улучшения экологических показателей.

• Создана методика комплектования участников творческих групп из технико-управленческого персонала железнодорожных предприятий для проведения мозговых штурмов с синергетическим эффектом при разработке стратегии модернизации тепловозов.

Достоверность основных положений и выводов диссертации, . полученных решений и результатов определяется корректностью поставленных задач, применением рациональных математических методов решения и сравнительными испытаниями разработанных автором технических решений в локомотивных депо, на тепловозоремонтных заводах, в лаборатории ВНИИЖТа и на машиностроительном заводе им. Малышева в г. Харькове, проведенных как, лично автором, так и другими исследователями по методике автора.

Практическая значимость.

Для реализации стратегии повышения эффективности жизненного цикла магистральных тепловозов путем комбинированного использования дизеля и газовой турбины на одном локомотиве разработаны запатентованные технические решения:

> Теплосиловая установка транспортного средства (варианты);

>» Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя;

> Способ работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления.

> Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления.

В результате обеспечивается возможность использования альтернативных видов топлива: мазута, смеси мазута и дизельного топлива, ВТЭ и природного газа. Полученный эффект увеличения интенсивности процесса горения вращающегося факела при наложении электростатического поля с положительной полярностью ротора может быть использован для улучшения экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и котельных установок. Разработана двухфазная система подачи ВТЭ для тепловозных дизелей типа Д100, при которой один ряд форсунок работает на дизельном топливе, а второй ряд на ВТЭ. Данную систему при минимальных капитальных затратах целесообразно использовать в первую очередь в процессе обкатки дизелей после заводского и текущего ремонтов. Предложен способ повышения эффективности работы дизелей типа Д100 на холостом ходу за счет впрыска топлива на этом режиме концентрированной струей вместо трех струй с разными углами наклона, на основе которого был разработан ряд конструкций: на заводе им. Малышева г.Харькова создана 2-режимная форсунка, которая выпускается серийно, а с целью ее совершенствования автором была разработана форсунка с параллельными струями.

Разработана система пуска с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора путем включения её за 5-7с. перед включением пусковой обмотки й выключения ее при начале вращения якоря генератора. В результате повышается надежность пуска, сокращается расход топлива и масла и увеличивается срок службы аккумуляторной батареи за счет уменьшения емкости, потребляемой при пуске и снижения максимального броска тока. ■ •

Разработано устройство контактного теплообмена для прогрева дизеля при стоянке тепловоза. '

Для получения стратегического синергетического эффекта комплексности при использовании газотурбинных днигателей на модернизированных тепловозах показана целесообразность применения их также в стационарных газотурбинных установках (ГТУ) для

6

одновременного получения тепловой н электрической энергии для подачи в контактную сеть и собственных нужд локомотивных депо и других крупных предприятий ОАО-<РЖД». • Годовой экономический эффект в течение первых 10 лет после модернизации 100 тепловозов 2ТЭ10М составляет- 248100 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,9 года, а 100 ГТУ мощностью 2,5 МВт для получения электроэнергии и тепла для теплоснабжения - 647700 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,2 года. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Стратегия модернизации магистральных тепловозов путем установки на одной секции газовой турбины вместо дизеля и режимной системы управления теплосиловой установкой. В результате обеспечивается наиболее эффективный процесс работы тепловоза с минимальными затратами на топливно-энергетические ресурсы при низком содержании вредных выбросов.

2. Метод расчета степени невыполнения функциональных свойств сложных систем с использованием ФСА, который дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а-также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM).

3. Метод повышения эффективности горения за счет комбинированного воздействия вихревого потока, и электростатического поля с положительной полярностью ротора.

4. Метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм на основе моделей катастроф Тома.

5. Система рециркуляции отходящих газов с отрицательной обратной связью для дизелей и газовых турбин.

6. Способ повышения эффективности работы дизелей типа Д100 на холостом ходу за счет изменения впрыска топлива в камеру сгорания.

7.Способ работы дизельной форсунки с эффектом внутреннего гидрозапирания иглы. . •

8.Система двухфазной подачи ВТЭ для тепловозных дизелей типа Д100 и метод расчета тепловыделения в дизеле при работе на ВТЭ.

9.Система пуска с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора.

10 Устройство контактного теплообмена для прогрева дизеля при стоянке тепловоза.

1 ¡.Методика комплектования участников творческих групп из технико-управленческого персонала для проведения мозговых штурмов с синергетическим эффектом при разработке стратегии модернизации тепловозов.

Реализация результатов работы: 1. На основании разработанного автором «Способа работы двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями» (а.с. №

832093) па заводе им. Малышева была сконструирована двухрежимная форсунка для дизелей 10Д100, которая выпускается серийно.

2. На основании исследований по вихревому горению и отбору газов для рециркуляции была разработана дымовая труба вихревого типа с системой рециркуляции, которая при установке на два котла по 0,63 МВт в г. Магас республики Ингушетия обеспечила снижение содержания N0* в отходящих газах в 2 раза (акт в приложении диссертации). Свидетельство на полезную модель № 29965 от 24.09.2002 г. «Устройство для отвода дымовых газов из топки котельного агрегата». Затем данное устройство было доработано с возможностью его применения в транспортных дизелях и газовых турбинах и защищено патентом на полезную модель № 35131 от 27.12.2003г.

3. На основании функционального исследования распылителей форсунок тепловозных дизелей для газодизельного процесса разработан неохлаждаемый распылитель и получен патент на изобретение № 2219364 «Способ работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления». Изготовленные автором распылители прошли стендовые испытания и переданы в лабораторию альтернативных топлив ВНИИЖТа для установки на дизель К683ЮОЯ тепловоза ЧМЭ-3, который переоборудуется для работы на газе.

4.Результаты исследований использованы в учебнике «Инновационный менеджмент» с рекомендацией Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации, учебных пособиях: «Применение функционально-стоимостного анализа для повышения эффективности работы локомотивов», «Инновационный менеджмент» и монографии «Повышение эффективности работы тепловозов за счет модернизации их на основе методов инновационного менеджмента».

Апробация работы. Результаты поэтапной разработки проблемы докладывались на конференциях: научно-технических в РГУПСе (г. Ростов н/Д, 1985-2000 г.); международной научно-теоретической «Актуальные проблемы фундаментальных наук» (г. Таганрог, 1994 г.); межвузовской научно-практической (г. Самара, 1993 г.); межвузовской научно-методической «Исследовательская работа студентов в учебном процессе, как способ повышения творческого потенциала выпускников вузов» (г. Москва, 1990 г.); всесоюзном научно-техническом совещании «Совершенствование эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники на основе стандартизации» (г. Горький, 1989 п); Всероссийской научной конференции Российской академии наук «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта» (г. Москва, 2002 г.), на МТС комплексного отделения «Тяговый подвижной состав и электроснабжение» ВНИИЖТа (г.Москва, май 2006 г), на расширенном научно-техническом семинаре кафедры «Локомотивы» СамГАПС (г.Самара, апрель 2006 г).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 46 печатных работ, в том числе 1 монофафия, 1 учебник для вузов, 2 учебных пособия, 8 изобретений, из них 3 одновременно на способ и устройство, 5 полезных моделей и 29 статей и тезисов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и 6 приложений. Работа изложена на 257 с. машинописного текста, который содержит 57 рис., 25 табл., библиографию из 201 названия и приложений на 11 с.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности разрабатываемой в диссертации научной проблемы и предлагается концепция функционально-технологического подхода по инновационной деятельности для снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы для тепловозов на основе ФСА и анализ основных работ, выполненных в этом направлении.

В первой главе дан анализ особенности жизненного цикла работы тепловозов. При этом для анализа различных стратегий повышения эффективности работы тепловоза предлагается определять изменение эффективности жизненного цикла работы тепловоза за установленный срок службы после модернизации.

Анализ показал, что для повышения эффективности жизненного цикла тепловоза необходимо воздействовать в первую очередь на жизненный цикл теплосиловой установки, так как на нее приходится более 60% от всех отказов по тепловозу и процесс ее работы в основном влияет на расход топлива, затраты на которое изменяются в зависимости от цены нефти на мировом рынке, а последняя -непрерывно растет.

При этом для выработки рациональной стратегии воздействия предложено использовать технологии инновационного менеджмента: ФСА и (ТРИЗ).

Определяющим принципом ФСА является функциональный подход. При анализе каждая функция объекта оценивается тремя основными критериями: значением функции, стоимостью и степенью невыполнения функциональных свойств. :

Значение функции определяется обычно экспертным путём или по значимости времени и действия реализации функции.

Стоимость функции определяется по затратам на изготовление и эксплуатацию узла, обеспечивающего данную функцию.

Степень невыполнения функциональных свойств может быть оценена с помощью общепринятых показателей надёжности: вероятности безотказной работы, вероятности появления отказов или параметра потока отказов. Эти показатели для анализа надёжности были разработаны для систем автоматики, а затем стали применяться для всех технических устройств.

Анализ установил, что данные показатели не дают объективной оценки для сложных систем локомотивов в вопросе повышения эффективности их работы. Это обусловлено тем, что при стандартных показателях предполагается равенство значимости всех отказов, и учитывается только их количество. Для сложных систем, таких как узлы локомотивов, эта разница бывает очень значительна, например, выход из строя коленчатого вала дизеля нельзя сравнивать с выходом из строя водяного насоса. Поэтому автором для этой

цели были предложены экономические показатели эксплуатационной надёжности.

Для оценки степени невыполнения функциональных свойств новых или отремонтированных узлов и элементов транспортных средств предложен показатель Qzn (/ ) — вероятность весомости ущерба за счёт отказов и-ых узлов

всех транспортных средств А?, находящихся под наблюдением к моменту времени ■

■вгп() „(О

N ' '

где — ущерб за счёт отказов я-ых узлов N транспортных средств,

находящихся под наблюдением к моменту времени Г,

ущерб за счёт отказов всех узлов N транспортных средств, находящихся под наблюдением к моменту времени (.

пр '

г А),

где N * 'рСМ — затраты на внеплановый ремонт «-ых узлов N транспортных средств к моменту времени <;

^ Ат(Оттг» " УщеРб за сч^т простоя N транспортных средств к моменту * * 1 времени ( из-за выхода из строя «-ых узлов. Для сложных транспортных средств - локомотивов, которые имеют очень большое количество крупных и мелких узлов со значительным количеством элементов, - целесообразно поэтапно применять вышеприведённые формулы. Вначале необходимо рассматривать вероятность весомости ущерба крупных узлов тепловоза, а затем элементов этих узлов — () (А .

7 "I УК

где "¿к(1) ~ ущерб за счёт отказов к-ых элементов и-ых узлов локомотивов, находящихся под наблюдением к моменту времени t.

Если проводить отдельно расчёт по и то можно оценить

правильность эксплуатации, качество технологии ремонта и уровень организации производства.

Для оценки надёжности узлов и элементов маневровых локомотивов п процессе эксплуатации безотносительно ко времени ремонта вместо параметра

потока отказов предлагается параметр потока -»атрэт — ¿у (?)

'¿п(т) . . .

X Ш г—1

где ' -ущерб за счёт отказов и-ых узлов N локомотивов за интервал

времени Т;

А/, - наработка 1-го локомотива за период времени Тв часах.

Для магистральных локомотивов расчёт ведём по пробегу, тогда формула имеет вид: . ( \

а> 2п >~ ЫЫ '

I, и / = 1

где — пробег 1-го локомотива за период времени Т.

Главной функцией тепловозного дизеля является обеспечение тяговой характеристики тепловоза с помощью передачи.

Тепловозный дизель по условиям эксплуатации должен работать на переменных режимах с частыми остановками. Поэтому в качестве основных функций, которые обеспечивают осуществление главной функции, можно рассматривать работу дизеля на установленных, режимах. По условиям эксплуатационной работы магистральных тепловозов целесообразно выделить пять режимов (основных функций дизеля): N1 — холостой ход; N2 — режимы работы при эффективной мощности — Ые =0-^0,25 от номинальной мощности Ыном; N3 - при Ме =0,25+0,5 от Мном; N4 — работа при нагрузках более 0,5 1Ч„ом, исключая номинальный режим; N5 — номинальный режим.

В качестве значений функций приняты доли выполненной работы теплосиловой установкой для движения тепловоза, представленные в процентах при данном режиме работы (р1—Рэ).

В связи с высокими ценами на дизельное топливо, затраты на которое составляют основную часть эксплуатационных расходов, целесообразно в качестве стоимости функций рассматривать долю стоимости израсходованного на данном режиме топлива, представленную в процентах (С]—С5).

Все расчёты проведены для дизелей 10Д100 тепловозов 2ТЭ10М. Для других модификаций тепловозов этой серии и других серий тепловозов количественные данные меняются, но основные зависимости имеют аналогичный характер.

Взяв статистические данные по' времени работы этих тепловозов на различных режимах и соответствующие расходы топлива, были проведены расчёты по определению относительной значимости функций и их стоимости, которые приведены в табл. 1.

Для определения первой критической функции предложен показатель

(О — вероятность весомости затрат на топливо при данном режиме

/

работы силовой установки: . (У )

7.(А

где у V / — затраты на реализацию /-го режима силовой установки за установленное время

^— затраты на реализацию всех режимов силовой установки за установленное время t.

Оценка функций дизеля 1 ОД 100

Таблица 1.

Обозначение функций Относительная значимость Относительная стоимость функций Сравнение но затратам

N1 ' F,=0 Cj=10,00 -10,00

N2 F2=l,15 C2=l,04 -0,11

N3 F3=6,69 С,=6,02 0,67

N4 F4=83,98 С<=75,58 8,40

N5 F5=8,18 С5=7,36 0,82

Данный показатель аналогичен показателю — вероятности весомости ущерба за счет отказов и равен удельной стоимости функции С,;.

По данному показателю критической функцией является режим № 4, на долю которого приходится 75,58 % всех затрат. На основании данных таблицы по показателю сравнения значимости и затрат второй критической функцией является режим холостого хода №1 (разность - 10). Следовательно,-с целью повышения эффективности работы силовой установки тепловоза необходимо в первую очередь совершенствовать режимы №1 и №4, и все модернизации узлов и систем, и регулировки производить для этих режимов.

При этом номинальный режим является вспомогательной критической функцией по показателю степени невыполнения функциональных свойств. По данным эксплуатации установлено, что на номинальном режиме обычно реализуется мощность значительно ниже паспортной. Это объясняется тем, что у этих двигателей при эксплуатации за счёт интенсивного образования нагара в выхлопном тракте максимальная мощность падает. Кроме того, на этом режиме за счёт высокой теплонапряжснности часто возникают отказы по цилиндро-поршневой группе. Эту критическую функцию целесообразно использовать для определения межремонтных циклов.

Предложенный анализ относится к типовым условиям работы тепловозов. При работе в специальных условиях требуется определять свои критические функции. Например, для черной металлургии, где скорости эксплуатации маневровых тепловозов с гидропередачей оказались значительно ниже расчетных (около 99% времени работы на I позициях;, модернизация по изменению передаточного отношения ускоряющей пары шестерен

гидротрансформатора позволила значительно увеличить эксплуатационный КПД тепловоза.

Во второй главе даны методы моделирования работы тепловозных дизелей при комбинированном воздействии факторов и модернизации форсунок дизеля.

При разработке оптимальных вариантов модернизации дизелей с целью повышения эффективности их работы и улучшения их экологического воздействия целесообразно рассматривать комбинированное взаимодействие разных факторов.

Основой теории решения изобретательских задач являются законы развития технических систем, полученные путем анализа большого количества патентов. В основу этой теории был положен алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), разработанный Г.С. Альтшуллером и его школой.

Рассмотрен процесс вепольного моделирования при комбинационном воздействии различных факторов для повышения эффективности работы тепловозных дизелей на основе ТРИЗ.

Тв*

Тп __ ' X

А О

Рис. 1 Исходный веполь для анализа работы дизеля:

В1 - топливо;

В2 — воздух;

Тп — тепловое поле, образованное при сжатии воздуха в цилиндре;

С — смесь;

Тп'—тепловое поле, образованное при сгорании топлива;

Мп — механическое поле, образованное при сгорании топлива;

Д — цилиндро-поршневая группа дизеля.

Для выбора оптимального варианта при комбинации воздействия полей целесообразно использовать морфологический метод.

Разработанный автором вариант с комбинированным использованием полей, выполненный на уровне изобретения, в вепольной форме имеет вид, изображенный на рис. 2. В результате изменятся показатели: В], В2 Тп, С, Тп', Мп на В',, В'2, Т 'п, С ', Т "и, М ,что обеспечивает повышение эффективности работы тепловозного дизеля на эксплуатационных режимах

В данном варианте учитывается воздействие полей в зависимости. от режима работы двигателя (обработку полями дополнительного топлива, подаваемого в воздуховпускной тракт, прекращают на режимах максимальной мощности; на режимах запуска прекращают подачу воды, а на режимах холостого хода прекращают подачу во,~ы и дополнительного топлива), что

обеспечивает повышение эффективности работы тепловозного дизеля на эксплуатационных режимах

При комбинированном воздействии различными полями с разной степенью интенсивности можно получить очень много новых технических решений. Таким образом, вепольная модель определяет стратегию воздействия на элементы любой системы с целью ее совершенствования. При этом можно оценить сильное и слабое воздействие, а также определить степень его приближения к идеальному конечному результату. ^ „

jgZ.--

-П, I

> В<

Рис. 2 Комбинированный веполь для усовершенствования системы: работы

дизеля

В3 - дополнительное топливо, подаваемое в воздуховпускной тракт;

П| — тепловое поле выхлопных газов;

П2 — комбинированное поле электрического разряда;

В4 - вода, подаваемая в воздуховпускной тракт.

При исследовании работы форсунок типа Д100 было выявлено, что серийная конструкция не приспособлена для работы на переменных режимах и особенно холостых оборотах. В результате автором был разработан способ повышения эффективности работы дизелей на холостом ходу за счет впрыска топлива на этом режиме концентрированной струей вместо трех с разными углами наклона. На основании этого способа было разработано несколько конструкций: на заводе им. Малышева г. Харьков создана двухрежимная форсунка, которая выпускается серийно, а с целью ее совершенствования автором была разработана форсунка с параллельными струями.

Для объективной оценки предлагаемой конструкции были проведены сравнительные испытания на одноцилиндровом отсеке во ВНИИЖТе. Анализ процесса тепловыделения на основании индикаторных диаграмм показал, что при опытной форсунке процесс сгорания в начальный период протекает более интенсивно по сравнению со стандартной. При этом возникают два пика на кривой давления при снятии индикаторных диаграмм с помощью аппаратуры AWL (при использовании отечественной аппаратуры с индуктивными датчиками, а также стробоскопических измерениях получаем один пик, что указывает на нечувствительность этой аппаратуры к малым изменениям). Первый пик близок к точке с минимальным объемом камеры сгорания, при наших замерах 6° угла поворота кривошипа нижнего поршня, второй пик близок к 12° утла поворота кривошипа нижнего поршня, т. е. при положении верхнего поршня во внутренней мертвой точке. Это можно объяснить

пульсацией вихревого потока, возникающего при изменении направления хода верхнего поршня, с воздействием на процесс горения.

Для анализа таких двухпиковых диаграмм существующие методы дают большую погрешность. Например, тепловыделение можно рассчитать по диаграмме, но при этом будет очень сложно получить однозначный результат, чтобы можно было объективно оценить разные методы распыла топлива.

Поэтому для анализа этих индикаторных диаграмм был применен метод катастроф. При этом резкое изменение области горения и соответствующее изменение давления характеризуют изменение устойчивости системы в виде катастрофы. •

Известно, что катастрофа сборки имеет зависимость двух min. и одного шах. (или наоборот) и аналитически выражается уравнением:

P(«i,.2) (0«=f4 + arf2 + a2-r.

(1)

Критические точки появляются при Р'(а1,а2) (0 = 0> т. е. при 4 • + 2 • а!- ^ + а2 = 0, (2)

и они сливаются при Р" (»], »2) (/) = О,

т. е.при12.*2 + 2-а!=0. (3)

Решая совместно уравнения (2) и (3), исключим Л В результате получаем уравнение, определяющее множество катастроф С:

С = 8-а13 + 27-а22=0,

(4)

При С > 0 функция Р (а1> а2) (i) имеет одну критическую точку (минимум); при С < 0 она имеет два минимума и один максимум или наоборот.

Для анализа по формуле (1) зависимость P(aj, ai) (О» представляющая параболу четвертого порядка, как приближенную кривую для экспериментальной, подбирается коэффициентами ai и а2 методом наименьших квадратов: о

П г , Z

W, ч=£ Р.

(5)

V 2' 1

где \У(а1, а2)—сумма среднеквадратичных отклонений фактического давления Р, от Р (1|), - точки отсчета.

Подставим значение Р(а1, а2) (О в выражение (5). Начиная с этого момента в уравнении (1) переменные Ри I будем интерпретировать так, как описано выше. 2

П

iava2) ^

4 2 i Vi 2 i

При минимальном среднеквадратичном отклонении первые частные производные должны быть равны 0.

dW п С 2 £

да

1 i=1

Р-i

dW п — = 2У Р.

да, ^ '

i I i 2 i

f . ~ Л

4 2 t. +ayt. г \ г 2 i

-tr i

=0:

'2 i=1L

Из этих условий получим систему 2-х уравнений:

-t-1 = 0.

п 4 п -> п 47

i=1 Z=1 /=1

п п 7 п л

a S Г I' = I {P.-t )t. .

\ г 2 г г i i

i—1 /=1 i—1

а.

Решая систему, находим значения а: и а 2-

_i=[ 1 1 1 j=\ 1 j=i 1 1 lj=\l

n 1 n A ( п Ъ jr if- • £ /г - jr tf

Ы- /=1 г U=1 г .

n , Ач Я /1 и ' л. О и -2 У (P. -f7W.. Y if - У (Р. -¿fw2 У

■ 1 if i J i i -\i i J i А г

_ z=l_ /=] /=] 7=1

а.

г п

ztf /•=1'

П 9 п А /=1

Для анализа индикаторных диаграмм невозможно использовать вышеприведенные формулы из-за того, что величины и / имеют различную размерность и разный масштаб. Поэтому автором было предложено брать

16

зависимость в относительных единицах. Для этого была выделена часть индикаторной диаграммы, которая включала все этапы процесса горения (от 356° до 16° угла поворота кривошипа нижнего коленчатого вала). Этот отрезок был принят за единицу, а интервалы 2° - за 0,1. Причем, в интервалах от 4° до 12° брались через 1°, а остальные - через 2°. Максимальное давление сгорания Рг было принято за 1, а все остальные давления в серединах интервалов брались как отношение замеренного по диаграмме давления к Рг. В результате коэффициенты а, и а,, рассчитанные на основе обработки индикаторных диаграмм, будут иметь вид: •

где

Р.

1 Рг,

II

— А _9 п п — л _ "

£ iP.-t.yt. X iP.-t.yt. I ^

4 I г ' г I I г ' г I

г=1 /=1 /=1 г=1

п

п

а — 1

п

п 2 п 4

1-1 г=\ п

(

п о

I Г.

1 1 г=1

а

1

- 4 - " -4 " — _4 п -ц г I 'I I , г г г , *

1=1

/=1

г=1

п

г 2

п

-А

I Г • Е Г-1 ' • 1 *

п

Г Г 7=1 '

Р. — давление из индикаторной диаграммы в конце 1-го интервала; Р^ — максимальное давление из индикаторной диаграммы;

1 20;

где <р. — угол поворота кривошипа нижнего коленчатого вала от начала отсчета

(356°) до конца 1-го интервала;

20 — весь интервал расчета (200 угла поворота кривошипа).

Для анализа брались экспериментальные исследования работы отсека ОД 100 ВНИИЖТа при пяти разных процессах впрыска топлива: с эталонной серийной форсункой; с серийной эксплуатационной форсункой; с однодырчатым цилиндрическим отверстием; с однодырчатым коническим отверстием и форсункой с тремя отверстиями, расположенными параллельно оси колодца. Индикаторная диаграмма для эталонной форсунки представлена на рис. 3, а совмещенные диаграммы - на рис. 4. Для каждого процесса, зафиксированного на индикаторную диаграмму, производилось девять автоматических замеров расхода топлива и в расчет принималось среднеарифметическое значение. Результаты расчета константы С в уравнении (4) и соответствующих значений расхода топлива в (кг/ч) представлены в табл. 2 и на рис. 5.

Рис.3 Индикаторная диаграмма, полученная с помощью эталонной форсунки:

1- давление в цилиндре; 2 - подъем иглы форсунки; 3 - 1 -й пик давления; 4 - 2-й пик давления

Таблица 2

№ п/п Наименование процесса О (кг/ч) С

1 С эталонной серийной форсункой 3,379 -129,272255

2 С серийной эксплуатационной форсункой 3,414 -119,363938

3 С однодырчатым сопловым наконечником цилиндрической формы 3,690 -76,170451

4 С однодырчатым сопловым наконечником конической формы 3,439 -103,592987

5 С тремя отверстиями, рас положенными параллельно оси колодца 3,254 -152,722012

396°

Рис. 4. Индикаторные диаграммы холостого хода дизеля 10Д100 с различными форсунками:

1 — эталонная серийная форсунка;

2 — серийная эксплуатационная форсунка;

3-е однодырчатым сопловым наконечником цилиндрической формы 4 — с однодырчатым сопловым наконечником конической формы; 5-,с тремя отверстиями, расположенными параллельно оси колодца; 6.-подъем иглы.

360•

.Линия регрессии

Рис. 5 Графическая зависимость С=Г(С)

При этом С =-714,87 + 174,27 в.

Полученная зависимость позволяет с помощью коэффициента С на основании обработки индикаторных диаграмм с двойными пиками оценить эффективность процесса, а также проектировать рациональный рабочий процесс для двигателей с расходящимися поршнями.

В результате можно объективно оценить модернизацию форсунок дизелей Д100 для выбора оптимального варианта.

Кроме того, этот метод может также быть использован для анализа других колебательных процессов, имеющих двухпиковый характер.

Одной из проблем при работе на газовом топливе оказалась неудовлетворительная работа распылителей форсунок. При работе в газодизельном ■ режиме через форсунку впрыскивается запальное топливо в количестве 10+15 %, а температура в цилиндре даже выше, чем при впрыске 100 % дизельного топлива. В результате происходит перегрев распылителей и частая потеря подвижности игл.

Для снижения перегрева распылителей тепловозных дизелей, работающих в газодизелыгом режиме, ВНИКТИ была предложена специальная система охлаждения форсунок. С данной системой ВНИИЖТ провел испытания газотепловоза ТЭМ 18Г. Но данная система усложняет конструкцию и неудобна в эксплуатации. Поэтому автор взялся решить эту проблему для дизеля К 68310 Д11 тепловоза ЧМЭ-3. Для этого был применен функционально-стоимостный подход. Поскольку процесс зависания иглы зависит от взаимодействия прецизионных поверхностей иглы и корпуса распылителя, была определена необходимая величина этого взаимодействия для обеспечения плотности распылителя. Для удобства исследования эксперименты вначале были проведены на распылителях дизелей типа Д100. При испытаниях изменялась длина трущейся поверхности иглы при неизменной длине трущейся поверхности корпуса распылителя. .

Проведенные испытания показали, что при 5мм длины трущейся поверхности иглы распылителя форсунка работает нормально. Таким образом,

2а

функция плотности распылителя обеспечивается 20 % стандартной длины иглы, т. е. она на 80 % является избыточной. Так как давление впрыска в форсунке дизеля К6531ООК в 1,5 раза выше, чем в форсунке дизеля 10Д100, то минимальная длина рабочей поверхности должна составлять 30% от стандартной, а с учетом резерва надежности она была принята за 40% и размещена по краям корпуса распылителя. В результате в средней части иглы образовался зазор, заполненный топливом, что улучшило теплоотвод и обеспечило гидрозапирание иглы. Стендовые испытания показали, что на номинальном режиме показатели, форсунки не менялись, а на холостых оборотах производительность форсунки увеличилась на 70% при одном и том же топливном насосе. Эго явление можно объяснить увеличением плотности иглы за счет процесса гидрозапирания. Таким образом, убрав избыточную контактную длину иглы для обеспечения функции плотности, мы усилили эту функцию и функцию охлаждения распылителя. Схема разработанной форсунки показана на рис. б. Данное техническое решение было запатентовано как «Способ работы дизельной, форсунки, устройство для его осуществления», а изготовленные опытные распылители переданы во В11ИИЖТ для испытания на тепловозе ЧМЭ-3, который переоборудуется для работы на газе. Форсунка работает следующим образом. •

Топливо от насоса высокого давления (на чертеже не показан) поступает в подигольную полость 6 через топливопроводящий канал 2. В подигольной области 6 повьппается давление. При этом часть топлива через дросселирующий канал 8, проникает в цилиндрический зазор 5 и образует между уплотняющими поясками 9 и 10 гидрозапирающий канал 11. Давление в подигольной области 6 повышается до тех пор, пока не превысит силу давления начальной затяжки пружины 12, воздействующей на запорную иглу З.При этом игла приподнимается и через отверстие 13, происходит впрыск топлива в камеру сгорания (на чертеже не показано). После этого за счет падения давления в подигольной полости 6 и воздействия пружины 12, запорная игла 3 опускается и закрывает проход топлива к отверстию 13. При объеме гидрозапирающего канала 11 не менее двух минимальных цикловых подач и свойстве топлива как несжимаемойжидкости, при последующих циклах топливо не перетекает через дросселирующий канал. В результате улучшается работа форсунки • -при малых подачах топлива и появляется возможность снизить обороты холостого хода дизеля. Это очень важно для маневровых тепловозов, которые по условиям эксплуатации более 60% времени работают на холостом ходу. Улучшение работы при малых подачах и выполнение гидрозапирающим каналом функции охлаждения (при малой длине уплотнительного пояска и сравнительно большом объеме цилиндрического зазора, заполненного топливом) обеспечивается охлаждение и надежная работа форсунки в газодизельном режиме,, коГда топливо впрыскивается через форсунки в качестве запального. При этом требуется хороший распыл при малой подаче топлива и высокой температуре.

Рис.6. Форсунка дизеля: . . 1 — корпус; 2 - топливоподающий канал; 3 - запорная игла;

4 - внутренняя поверхность корпуса; 5 — зазор между внешней поверхностью иглы и внутренней поверхностью корпуса; 6 — подигольная полость; 7 - нижняя часть запорной иглы; 8 - дросселирующий канал; 9 -. уплотняющий нижний поясок; 10 - уплотняющий верхний поясок; 11 - цилиндрический зазор между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью центральной части иглы; 12 - пружина; 13 — отверстия для впрыска толлива. . .

В третьей главе дана стратегия совершенствования критических режимных функций для улучшения технико-экономических и экологических показателей.

Учитывая, что охрана окружающей среды является одной из самых актуальных проблем человечества, все работы по модернизации дизелей необходимо также рассматривать с точки зрения улучшения их экологических показателей.

Для определения путей воздействия на теплосиловую установку тепловоза с целью совершенствования критических режимных функций, автором были проведены специальные исследования процесса горения вращающегося факела.

При исследовании процесса горения визуальные наблюдения показали, что вращающийся факел горящего топлива формировался в центре трубы, причём, с увеличением скорости потока площадь факела увеличилась к периферии.

Данные газового анализа показывают, что только при слабом потоке воздуха на границе факела образуется незначительное количество лёгких компонентов СО, Н2 и СН4. На всех остальных режимах лёгких компонентов не было зафиксировано. Поэтому, при результирующем анализе они не учитывались, а результат оценивался по содержанию С02 и 02.

■ Для оценки интенсивности процесса горения был введён относительный показатель полноты горения — О, который рассчитывался по отношению % СОг к СОг-тах. За С02-тах принято значение 11,9% — максимальное значение, полученное при эксперименте. Для определения корреляционной зависимости между О брались средние значения всех тэчек по формуле:

где О - относительная интенсивность горения;

п — количество точек замера;

СОг ~ процентное содержание углекислого газа в данной среде;

С02тах — максимальное значение СОг, полученное в эксперименте.

Результаты обработки опытных данных приведены на рис. 7. Проведённые испытания показали, что процесс горения во вращающемся факеле сосредоточен в центральной части факела, который увеличивается по мере увеличения скорости потока. При этом, приложение положительного потенциала к вращающемуся ротору, а отрицательного к корпусу интенсифицирует процесс сгорания при сравнительно низком напряжении 200 В. Получение эффекта при таком низком напряжении можно объяснить тем, что в объёме нейтральной среды воздуха всегда имеется определённое количество отрицательных и положительных ионов. При вращательном движении вихря молекулы воздуха за счсг центробежных сил будут постоянно ударяться о внутреннюю поверхность корпуса, имеющую отрицательный заряд. В результате отрицательные ионы при взаимодействии зарядов отскакивают, а положительные ионы нейтрализуются или принимают отрицательный заряд. В результате в объёме будет постоянно расти количество отрицательных ионов кислорода, которые обеспечивают улучшение процесса сгорания. Таким образом, положительный эффект достигается е результате совместного воздействия вращательного движения воздуха и воздействия электростатического поля указанной полярности.

В результате получен эффект комбинационного воздействия вихревого потока и электростатического поля при напряжении на электродах на порядок ниже известных в мировой практике, что дает возможность практически

0 =- X п 1=1

1 п

СО~ шах

использовать его в двигателях внутреннего сгорания,1 газовых турбинах и котельных установках.

При анализе экологических, факторов необходимо учитывать то, что в выхлопных газах дизеля содержатся два основных вредных компонента: сажа и N0*. При этом улучшение процесса смесеобразования,, достигаемое различными методами, способствует снижению выбросов сажи, но в то же время увеличивает количество N0* за счёт увеличения средней температуры процесса сгорания. При подаче воды в камеру сгорания одновременно

Горение дизельного топлива (эксперимент)

Горение с наложением электростатического поля (эксперимент)

Горение дизельного топлива (регрессия)

—-- Горение с наложением электростатического поля (регрессия)

Рис.7.Зависимость интенсивности горения от скорости вращения вихревого потока

снижается количество сажи, и N0^ Это достигается тем, что вода, попадая в камеру сгорания, выполняет для этой цели 4 положительных функции:

1. В зонах, имеющих дефицит кислорода и высокую локальную температуру, предотвращает процесс крекинга топлива.

2. Способствует более- интенсивному выгоранию сажи в процессе горения.

3. При подаче в виде обратных ВТЭ улучшает процесс смесеобразования за счёт микровзрывов.

4. Способствует снижению теплонапряжённости дизеля в результате снижения средней температуры цикла за счёт потребления энергии на процесс нагрева воды и парообразования.

При этом три первых фактора способствуют снижению выбросов сажи с выхлопными газами и повышению экономичности работы дизеля. Четвёртый фактор в основном способствует снижению N0* и увеличению срока службы двигателя. Кроме того, существует ещё 5-я положительная функция воды, которая не влияет на токсичность, но способствует увеличению экономичности. Это увеличение объёма рабочего тела (газа) за счёт парообразования воды.

В качестве отрицательного действия воды следует отметить: затруднение самовоспламенения топлива за счёт понижения температуры, увеличение времени испарения крупных капель при наличии в них водной фазы без возникновения микровзрывов и коррозию топливной аппаратуры.

Для анализа процесса сгорания при использовании ВТЭ целесообразно на основании снятых индикаторных диаграмм построить характеристики тепловыделения X¡. Для этого при тепловых расчетах надо учесть особенности определения коэффициента молекулярного изменения и теплоемкости газовой смеси в цилиндре при работе на эмульсии.

Относительное изменение количества газа при сгорании характеризуется коэффициентом молекулярного изменения Мц (теоретический коэффициент молекулярного изменения).

,М2 , Ш д,

Мп —---=1+--, Д М —М — М,, где ~ количество кмоль воздуха;

0 М} М{ 2 1

количество кмоль продуктов сгорания.

При горении эмульсии Д М увеличивается на величину -- кмолей

паров воды на килограмм топлива, где К — отношение массы воды к массе топлива в эмульсии.

э 8Н+0 к

МТ =1+———1-

0 32аЬ0 (1-/018а£0'

где Ь0 определяется из стехиометричсских соотношений необходимого количества воздуха для сгорания составляющих элементов дизельного топлива.

С Я 5 °т

и 0,209

4-— + -12 4 32 32

кмолъ/кг топлива.

Принимая для сгорания топливо среднего элементарного состава (С=0,87;#=0,126;Ог =0,004 и 5<0,002), находим

Ь^-0,497 кмоль / кг топлива . В результате:

-) 0 ,636 К

1 + — -----+ -— —--. (6)

0 а 8 ,946 (1 - К ) а

Определим полный коэффициент молекулярного изменения: .

: Л/,+Л/ '' МЭ0 + у

М- - Л ---- -Г , (7)

М.+М \+у 1 г г

где М^ — количество остаточных газов; у - коэффициент остаточных газов. Подставляя значение уравнения (6) в уравнение (7), получим:

а(\+г) 8,946а(1-ЛЛ)(1+г)

Текущее значение коэффициента молекулярного изменения можно

определить путем вычислении аналогично вычислению М , предполагая общее изменение числа молекул в процессе горения пропорциональным изменению Х-доли сгоревшего топлива:

я ,Э , (0,569+0,431^)^

М =1+--.

8,946а(1-А')С1+Г)

При этом средняя мольная теплоемкость смеси цСусМт определяется по правилу смешения: -

7 т~ К-У '

СМ 0,0636Х+а(Пу )+——-

'г 8,946(1-/:)

/ •

где т ~ средняя • мольная теплоемкость чистых продуктов

кДж

сгорания

кмоль-К

кДж

цС„ - средняя мольная теплоемкость воздуха,

Ут кмоль-К

X. = 1

•" кДж

/Л-„ — средняя мольная теплоемкость паров воды,-,

кмолъ-К

На основе известных таблиц при обработке на ЭВМ в системе МаЛСАО получены линейные регрессии в пределах от 773 до 2173 К с максимальным отклонением от табличных данных для продуктов сгорания ±1,6%, — воздуха

±1,3%, - воды±0,3%: МСут =21,876+334,9-10"5 Т\/^^"=20,093+242,8-10Т; =22,955+573,8-10-' Т.

УГП

После расчета и преобразований получена формула для определения X

20,093 +242 ,8-10 ~5 Т. \(Р .V. - Ри V тт )+£.•/?

1)11 " 11 I м

0,305 А' 35,238 К _5 [1,89 + —--------+(97,7+—---)10

- д 0Р__\jzJi_ 1~к _!_ '._!_

м *> V НЭ 0,1065 К

у/ (а + 0,0606 +-)

(1-Я)

где Т . — температура газа в цилиндре в рассматриваемый момент времени, К',Р с - давление газов, кПа; Уг — объем, занимаемый газом, м3; Р ^ и V ^ — давление и объем газов в момент воспламенения (начало отсчета); Ь- — работа газов от начала сгорания до ьмомента, кДж; Км— универсальная газовая постояшшя, Я м =8,3144 кДж/кмоль- К\1//~ отношение активно выделенного

тепла ко всему выделенному теплу; g - расход топлива за рабочий цикл (кг/цикл); При расчете тепловыделения с использованием ВТЭ необходимо учитывать понижение теплотворной способности топлива - 0Рнэ:

р кДж

где QIJ - низшая теплотворная способность безводного топлива, ———; н кг

/г'у^ - удельная энтальпия сухого насыщенного пара воды при температуре кДж

выхлопных газов, ----------;

кг

кДж

П— —удельная энтальпия воды при температуре впрыска в цилиндр, —.....

'в" кг

Экспериментальные исследования автора по испытанию дизелей типа Д100 на водотопливных эмульсиях показали, что зависимость Р—/(<р) при работе двигателя на дизельном топливе и водотопливной эмульсии отличается незначительно, а температурный максимум при работе на водотопливной эмульсии сдвинут в сторону расширения на 10° угла поворота кривошипа по сравнению с работой на дизельном топливе, но к концу сгорания температурные зависимости работы на дизельном топливе и эмульсии сближаются. Характер выделения тепла показывает, что при работе на эмульсии значительно увеличивается интенсивность горения топлива и происходит более полное его выгорание.

Тепловозные дизели типа Д100 в различных модификациях больше всего приспособлены для работы на ВТЭ. Для данного двигателя автор разработал способ двухфазной подачи ВТЭ, которой целесообразно в первую очередь использовать при обкатке дизелей после заводского и деповского ремонтов.

Одним из известных эффективных методов снижения токсичности транспортных дизелей является рециркуляция отходящих газов (РОГ) . Но этот метод в тепловозных дизелях практически не применяется из-за трудности режимной регулировки количества рециркулируемых газов.

Для решения этой проблемы были использованы принципы ТРИЗ.

1. Ресурсы для регулировки рециркуляции надо взять из самой системы.

2. Целесообразно в качестве действующего элемента системы использовать внутреннее силовое воздействие системы.

Анализ показал, что если создать вихревое воздействие в выхлопной системе, то можно использовать вакуум в центральной части вихря. При этом, если соединить вакуумную часть вихря с атмосферой, получим регулируемый подсос воздуха, который будет меняться в зависимости от мощности и скорости движения тепловоза.

Разработанная автором система в вепольной форме изображена на рис. 8.

В четвертой главе приведены методы сокращения воздействия критической .функции — режима холостого хода за счет совершенствования процесса пуска дизеля.

Согласно условиям эксплуатационной работы тепловозов нагрузочный режим требуется выполнять периодически, но готовность к его реализации должна быть высокая. Поэтому тепловозные дизели длительное время работают на холостом ходу: грузовые тепловозы - 42 % с расходом топлива 713 %, пассажирские — 45 % с расходом топлива 10-20 % и маневровые 67% с расходом топлива 30-50 %, а на промышленных предприятиях еще больше.

в

/

т

V

Рис. 8 Вепольная форма саморегулируемой системы рециркуляции с отрицательной обратной связью: В| — топливо; В2 - воздух; Т — тепловое поле, образованное при сжатии воздуха в цилиндре; С - смесь продуктов сгорания; Т' — тепловое поле, образованное при сгорании топлива; М - механическое поле, образованное при сгорании топлива; Д - цилиндро-порщневая группа дизеля; Г — главный генератор; V — скорость движения тепловоза; Вэ —отходящие газы; В'3 — часть отходящих газов, подаваемых на рециркуляцию; Вх — вихревое воздействие отходящих газов; В'2 -дополнительный воздух, подаваемый из атмосферы через систему рециркуляции во всасывающую систему дизеля.

Поэтому, критическая функция, рассчитанная для дизелей типа Д100, в еще большей степени касается других серий тепловозов, особенно маневровых. Следовательно, необходимо не только улучшать рабочий процесс на этом режиме, но и стараться сокращать время работы на нем. При этом не только сокращается действие критической функции - режима холостого хода, но и улучшается рабочий процесс при номинальном режиме. Это обусловлено тем, что сокращение времени работы на холостом ходу не только снижает расход топлива и масла, но и уменьшает процесс образования нагара и разжижения масла за счет попадания несгоревшего топлива в картер дизеля, так как нагар, образованный в основном на холостом ходу, не позволяет реализовать максимальную мощность дизеля, а снижение вязкости масла способствует резкому увеличению износа цилиндро-поршневой группы при работе па номинальном режиме.

Для повышения эффективности системы пуска дизеля автором проведены исследования по совершенствованию электрической схемы, системы подогрева воздуха и принудительного зажигания.

Надежность системы пуска тепловозного дизеля с электрической передачей зависит от двух основных факторов: условий вращения якоря главного генератора в режиме двигателя при потреблении энергии от аккумуляторной батареи; условий самовоспламенения топлива в момент пуска.

В свою очередь, процесс ускорения вращения двигателя зависит от состояния аккумуляторной батареи, момента сопротивления вращению коленчатого вала дизеля и эффективности электромагнитной системы главного генератора, обеспечивающей его прокрутку в режиме двигателя при потреблении энергии от аккумуляторной батареи.

Для анализа процесса автором были проведены экспериментальные исследования с осциллографированием изменения тока, давления и числа оборотов в процессе пуска.

Анализ осциллограмм пуска показал, что процесс раскрутки якоря главного генератора можно разделить на несколько этапов. Первый этап — линейное возрастание тока при неподвижном якоре генератора. Скорость нарастания тока на этом этапе определяется величиной сопротивления якоря генератора и пусковой обмотки. ,

Второй этап — постепенное сокращение прироста тока в единицу времени до dl/dt =0 при I—Imax- При этом происходит микродвижение якоря генератора за счет постепенного выбора зазоров в системе дизеля вплоть до начала его вращения.

Третий этап — увеличение оборотов якоря генератора до момента появления вспышек в цилиндрах дизеля.

Четвертый этап — совместная работа главного генератора и дизеля с увеличением его оборотов до устойчивой работы на холостом ходу.

Чтобы повысить эффективность второго этапа необходимо усилить магнитный поток в этот период. При этом целесообразно использовать внутренние ресурсы системы без дополнительных устройств. В качестве такого ресурса использован магнитный поток независимой обмотки генератора.

Момент главного генератора — Мг = См ■ I "Ф,

где См - электромеханическая постоянная; I — ток якоря;

Ф — магнитный поток возбуждения. В процессе пуска при одном и том же моменте сопротивления увеличение магнитного потока способствует сокращению броска тока. Экспериментальные исследования процесса пуска дизелей типа Д100 показали, что ток в независимой обмотке в результате большого индуктивного сопротивления меняется медленно. Поэтому ее необходимо подключать за 5—6 секунд перед включением пусковых контакторов, при этом ток в ней достигает 60 А. В момент включения пусковых контакторов ток в независимой обмотке резко уменьшается, а затем по мере возрастания оборотов начинает возрастать, при этом на третьем этапе дополнительное увеличение Ф за счет независимой обмотки является тормозящим фактором, снижающим скорость нарастания оборотов. На рис, 9 представлены зависимости изменения скорости вращения вала дизеля в процессе пуска при различных комбинациях включения независимой и пусковой обмоток генератора на основе обработки осциллограмм по системе Mathcad. Из этих

данных видно, что независимая обмотка создаст эффективное воздействие на процесс пуска если ее выключить в момент включения пусковой обмотки

п, об/мин

400

35С

п2 пЗ

П4 бвв

50

✓

/ ' / . У ✓ / //

/ ^ // / . / ^ / У /

// / / / ' / /' / / / -уГ ^ У

0.5

1.5

1, С.

Рис. 9. Зависимость изменения оборотов двигателя от времени в процессе иуска:

1 - при штатной системе; 2-е включением независимой обмотки в течение 4,56 с. и выключением ее за 0,38 с. до включения пусковой обмотки ; 3

— с включением независимой обмотки за 2,62 с. до включения пусковой обмотки и выключением ее через 0,7 с. после включения пусковой обмотки ; 4

— с включением независимой обмотки за 2,53 с. до включения пусковой обмотки и выключением ее через 2,52 с. после включения пусковой обмотки

На основании экспериментальных данных установлено, что при предлагаемом способе пуска по сравнению со штатным в среднем максимальный ток при пуске снизился на 250 А, при достижении 100 об/мин скорость нарастания оборотов увеличилась на 12,6%, а потребляемая емкость составила 0,65 от емкости при штатном способе.

Предложенный способ позволяет увеличить срок службы аккумуляторной батареи за счет уменьшения емкости, потребляемой при пуске и провороте, и снижения броска тока. При этом повышается надежность пуска, сокращается расход топлива и масла за счет увеличения скорости прокрутки двигателя. Причем сокращение расхода топлива и масла происходит не только за счет сокращения времени пуска, но и при уменьшении неравномерности подачи топлива по цилиндрам. Этому процессу особенно подвержены дизели типа Д100, у которых форсунки имеют различный наклон сопловых отверстий.

На основании данных исследований разработана электрическая схема запуска дизеля с дополнительным использованием независимой обмотки главного генератора, которая может быть использована для любых серий тепловозов с электрической передачей.

Для оценки влияния различных вариантов процесса пуска на процесс потребления емкости аккумуляторной батареи был проведен анализ корреляционной связи характера изменения тока якоря по показателю катастроф - С от потребления энергии — В в процессе пуска дизеля. При этом все "расчеты произведены в относительных единицах за период 1 сек. Поэтому

^ — относительная доля секунды в ьй момент. При этом:

J.

Г - I

шах

где «Л — ток якоря генератора в процессе пуска в 1-й момент времени;

^тах ~ максимальный ток якоря генератора.

При рассмотрении этой зависимости изменения ./ = /(0 можно представить как катастрофу сборки, при наличии двух минимумов и одного максимума. Аналогично вышеприведенной зависимости для давления определяем:

С = 8 • а,3 + 27 • а22.

п

_4л_2"-2 " т -4-

я

гЗ

а

Е (У.-г7)гГ • £ г Г - Е (У. - г )/.• Е г

, г г г г , ' I г л I _ 1=1_ г = 1 г = 1_ г = 1

" _2 п -4 -Ч 2

г = 1 1 = 1

/=1

л

— _4 - п -4 п — -А -1 п

Е С/.-*.4)*. • Е * - Е Е г

„ г г г / . , г г г , г г = 1_ г = 1___1-\

п _2 " -4 "-3 2 г = 1 / = 1 . /=1

а = 2

Па рис.10 приведена полученная зависимость С; =/(В) в виде выражения: су =578,5 — 1935 В, Полученная зависимость может быть использована при разработке и экспериментальных исследованиях комбинированных систем запуска при наложении нескольких магнитных . потоков, а также конденсаторных систем.

0,34 . 0,36 0,38 0,39 . 0,41 0,43 0.45 0.46 0,48 0,5

-50 ........ ......

-к» ;.. ...... .1 .

-150 1..._........ ;

-250 . .......— ■ . ■■' ■.:... ..

-300 ,

-350 . • • •

-400 ,-

Рис.10. График регрессии • • • - данные (С,);

В(А ч) линия регрессии (г(Й,))

В пятой главе приводится стратегия повышения эффективности жизненного цикла работы магистральных тепловозов с целью снижения затрат па тошшипо-гшергстические ресурсы путем установки на одной секции турбинного двигателя, а на второй секции дизеля с совместной системой управления двигателями двух секций. При этом наиболее эффективно происходит процесс реализации мощности теплосиловой установки. Это обусловлено тремя основными факторами: 1 — с минимальными затратами выполнить режимный процесс работы теплосиловой установки, в соответствии с условиями эксплуатации (табл. 1.); 2 - возможность использовать альтернативные виды топлива: мазута, смеси мазута и дизельного топлива,ВТЭ и природного газа без модернизации конструкции двигателя и 3 - значительное улучшение параметров теплосиловой установки. По основным параметрам вредных выбросов: сажи - и NOx выбросы у дизеля более чем на порядок выше, чем у газовой турбины. По массе на единицу мощности показатели дизеля выше газовой турбины в 6 7 раз ' дизель — 5 6 кг/кВт, газовая турбина 0,75 - 0,8).

По удельному расходу топлива на номинальном режиме при . использовании турбокомпрессора - утилизатора показатели дизеля и газовой турбины отличаются незначительно.

Кроме того, газовая турбина значительно легче запускается, чем дизель при любой температуре окружающей среды и имеет значительно меньшие расходы на текущие плановые виды ремонтов.

Основным недостатком турбинных двигателей является то, что при использовании любых видов топлива они работают с низким КПД при малых нагрузках и переменных режимах работы, а тепловозы по условиям эксплуатации вынуждены значительную часть времени работать при малых нагрузках и переменных режимах работы.. Поэтому, комбинированная теплосиловая установка будет обеспечивать наиболее эффективный процесс

работы тепловоза с минимальными затратами на топливно-энергетические ресурсы при низком содержании вредных выбросов.

Мировой опыт показывает, что успешное внедрение прорывных инноваций часто происходит без технологических прорывов. При этом прорывные продукты созданы на основе испытанных технологий и соединены вместе в новой архитектуре продукта. Данную стратегию можно квалифицировать как прорывную. Проиесс внедрения прорывной стратегии очень сложен и часто не вписывается в обычные понятия экономической эффективности и психологии менеджмента. Ни одна из фундаментальных характеристик TQM не определяет этот процесс, но комплексное понятие концепции TQM предполагает такие процессы. По мнению автора, согласно концепции TQM, прорывную стратегию можно определить как качественный переход на новую, более эффективную, характеристику жизненного цикла технологии или продукта., которая предлагает потребителям недоступный прежде набор характеристик.

В настоящее время в связи с широким применением газовых турбин в теплоэнергетике проводятся большие исследовательские работы по

повышению КПД газовых турбин с помощью различных методов. Среди этих методов наиболее эффективным является парогазовый цикл, при котором водяной пар подается в различные части газотурбинной установки: в камеру сгорания, перед турбиной низкого давления и перед силовой турбиной.

При использовании газовых турбин на тепловозах известные схемы применить практически невозможно из-за малых размеров тепловоза, поэтому для этой цели предлагается три варианта: 1) использование ВТЭ в качестве топлива; 2) использование малогабаритной парогазовой установки с рециркуляцией уходящих газов; 3)комбинация вышеприведенных систем.

При использовании ВТЭ наиболее предпочтительно применять мазут или смесь мазута и дизельного топлива, при этом по опыту автора легко получить устойчивую обратную эмульсию, которая обеспечивает эффективный микровзрывной процесс сгорания с повышением КПД на 10-12% .В результате реализуются все 5 положительных функций ВТЭ для работы дизеля, описанных в третьей главе, и практически исчезают все отрицательные.

Для использования пара выхлопных газов с целью рециркуляции и дополнительной генерации пара автором разработана система парогазового цикла, которая может применяться как на тепловозе так и для получения тепла и электроэнергии в депо(рис.П).

При установке на локомотиве труба 33 соединяется с резервным водяным баком, пополняемым конденсатом из рециркуляционной системы. Входной конец-12 трубы для впуска воздуха направлен против набегающего потока воздуха при движении локомотива. Действие системы рециркуляции с отрицательной обратной связью приведено в третьей главе.

Для ОАО «РЖД», по мнению автора, представляет значительный интерес еще один путь применения газотурбинных установок для получения электроэнергии, которая может быть использована для электротяги. Такие установки целесообразно, в первую очередь, применять в локомотивных депо с использованием тепловой энергии для теплоснабжения и электрической энергии для подачи в сеть ОАО «РЖД», обеспечивающей электроснабжение тяги и железнодорожных потребителей.

При таком многостороннем использовании газотурбинных установок возникает эффект комплексности (синергия). В мировой практики бизнеса многие известные фирмы достигают этой цели, т.е.снижения затрат за счет объединения НИОКР, увеличения производства и сбыта.

Результирующие зависимости изменения жизненного цикла тепловоза 2ТЭ10М при разных стратегиях модернизации приведены на рис. 12, где видно предпочтение предлагаемой стратегии.

Рис .11. Парогазовая установка:

1- компрессор; 2 — камера сгорания; 3 - газовая турбина; 4 генератор; 5 — котел-утилизатор; 6 — цилиндрический корпус; 7 — конусообразная стенка; 8 —

верхний торцевой упор; 9 - цилиндрический кожух паровой полости; 10 — нижний торцевой уйор; 11 — труба для впуска воздуха; 12 — входной конец; 13

— торцевая перегородка; 14 — выход трубопровода; 15 — полость для отработавших газов; 16 — пространство для входа воды в водонаровую полость

котла утилизатора; 17 — кольцевой зазор для предварительного перегрева и подачи пара; 18 - пароперегревательный трубопровод; 19 - теплоизоляция; 20 -труба для отвода отходящих газов; 21 — патрубок для отвода воздуха с парами воды и компонентами отходящих газов; 22 — емкость для горячей воды; 23 —

водяной насос; 24 — клапан обратный; 25 — вентиль регулирующий; 26 -фильтр. 27 — топливо; 28 — воздух; 29 — воздух с парами воды и компонентами

отходящих газов; 30 - пар; 31 — подача циркулируемой воды; 32 — отвод циркулируемой воды; 33 - холодная водя из магистрали; 34 - горячая вода для потребления; 35 — пар для потребления.

Т. год

Рис. 12 Изменение эффективности жизненного цикла силовой установки тепловоза 2ТЭ1 ОМ за счёт модернизации: yl - замена дизелей 10Д100М на модернизированные дизели 1А-5Д49; у2 - замена одного дизеля на газовую турбину мощностью 4,5 МВт (ВТЭ на основе мазута);

уЗ - замена одного дизеля на газовую турбину мощностью 2,5 МВт (ВТЭ на основе мазута);

NPV- повышение ценности работы тепловоза в результате модернизации.

Заключение

1. Для оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных систем тепловозов с помощью функционально-стоимостного анализа разработаны аналитические зависимости, которые в отличие . от общеизвестных показателей надежности учитывают весомость отказов по затратам, что дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM) с целью определения приоритетности инвестирования и модернизации. При этом определены режимные критические функции дизеля ЮДЮО.Для совершенствования критических функций были разработаны и исследованы конструктивные и технологические решения, показанные в последующих пунктах заключения.

2. Для повышения эффекта применения ВТЭ при обкатке дизелей 10Д100 после ремонта в локомотивных депо и на тепловозоремонтных заводах разработана двухфазная система подачи ВТЭ, при которой один ряд форсунок работает на дизельном топливе, а второй ряд на ВТЭ. В результате улучшаются экономические и экологические показатели и качество приработки основных узлов дизеля. При этом для анализа процесса работы дизеля на ВТЭ разработаны формулы расчета коэффициента молекулярного изменения и теплоемкости газовой смеси, а. также тепловыделения при работе на любых составах ВТЭ.

3. Получен эффект увеличения интенсивности горения по величине расширения вращающегося факела до 37% за счет комбинированного воздействия вихревого потока и электростатического поля с положительной полярностью ротора при сравнительно низком напряжении до 200В, что дает возможность практически использовать этот эффект в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных двигателях и котельных установках для улучшения экономических и экологических параметров.

4. Для снижения расхода топлива и предотвращения разжижения масла разработан способ повышения эффективности работы дизелей типа Д100 на холостом ходу за счет впрыска топлива на этом режиме концентрированной струей вместо трех струй с различными углами, наклона, реализацией которого является двухрежимная форсунка и форсунка с параллельными струями.

5. Разработан метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм, на основе моделей катастроф Тома, который дает возможность анализировать процессы сгорания на режиме холостого хода дизелей с расходящимися поршнями, при различных модернизациях форсунок дизелей типа Д100 и использовать для анализа любых других колебательных процессов, имеющих двухпиковый характер.

6.Разработана система пуска дизеля с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора путем включения её за 5—7с. перед включением пусковой обмотки и выключении ее при начале вращения якоря генератора. В результате повышается надежность пуска и сокращается расход топлива и масла за счет ускорения вращения якоря генератора на 12,6% и увеличивается срок службы аккумуляторной батареи за счет уменьшения емкости, потребляемой при пуске на 35% и снижения максимального броска тока на 250А.

7.Для достижения оптимального эффекта снижения затрат на топливо и улучшения экологических параметров разработана стратегия применения альтернативных .видов топлива: мазута, смеси мазута и дизельного топлива, ВТЭ и природного газа путём использования комбинированной теплосиловой установки из дизеля и газотурбинного двигателя на одном локомотиве и режимной системы управления этой установкой. Для реализации стратегии разработаны запатентованные технические решения:

• «Теплосиловая установка транспортного средства (варианты)»;

• «Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя»;

• «Способы работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления»;

• «Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления»;

• «Нагревательная установка с контактным теплообменом».

8.Для получения стратегического синергетического эффекта комплексности при использовании газотурбинных двигателей на модернизированных тепловозах показана целесообразность применения ГТУ для одновременного

получения тепловой и электрической энергии для подачи в контактную сеть и собственных нужд локомотивных депо и других крупных предприятий ОЛО «РЖД».

Годовой экономический эффект в течение первых 10 лет после модернизации 100 тепловозов 2ТЭ10М составит 248100 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,9 года, а 100 ГТУ мощностью 2,5 МВт для получения электроэнергии и тепла для теплоснабжения локомотивных депо — 647700 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,2 года.

. Основное содержание диссертации опубликовано в 46 печатных работах

общим объемом 43.6 п. л.

1. Иванов И.А. Исследование процесса вихревого воздействия воздуха с наложением электростатического поля на процесс горения // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.- 2003,- Приложение № 5,- С. 26-31.

2. Иванов И.А. Оценка степени невыполнения функциональных свойств при функционально-стоимостном анализе (ФСА) . работы локомотивов // Вестник РГУПС,.- 2001.- № 2,- С. 42-44.

3. Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозных двигателей типа Д100 // Вестник РГУПС, - 2001.- № 1С. 75-79.

4. Иванов И.А. Применение мозгового штурма для использования интеллектуального потенциала руководящего состава предприятий на железнодорожном транспорте // Вестник РГУПС,-. 2003.- № 2,- С. 117-120.

5. Иванов И.А. Исследование режима холостого хода дизелей с

расходящимися поршнями. Ростов н/Д: Вестник РГУПС,- 2000,- № 3. -С. 49-52.

6. Пат. РФ № 2219364, Б 02М 47/02, 53/04. Способ работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления / И.А. Иванов. Опубл. — 11.03.2002,-Бюл. № 25,-С. 498.

7. Пат. РФ № 37341, В61С5/00. Силовая установка транспортного средства (варианты) /И.А. Иванов. Опубл.- 20.04.2004.- Бюл. № П.- С. 634.

8. Пат. РФ на полезную модель № 35131, Р02М25/06, Р02СЗ/34. Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя / И.А. Иванов. Опубл.- 01.09.2003,- Бюл. № 36,- С. 638-639.

9. Пат. РФ № 32580 Р24Н 1/10, 1/14, 1/34. Нагревательная установка / И.А. Иванов. Опубл.- 02.06.2003.- Бюл. № 26.- С. 755.

10. Пат. РФ № 34001 Р24Н 1/10, 1/14, 1/34. Нагревательная установка/ И.А. Иванов. Опубл.- 17.07.2003..- Бюл. № 32.-С. 725

11. А. с. на полезную модель № 29965. Устройство для отвода дымовых газов из топки котельного агрегата / И.А. Иванов. Опубл.- 24.09.2002,-Бюл. 16.-С. 620.

12. А.с. №1218161 СССР, МКИ Р02В37/00, Р02М27/04. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания /

И.А. Иванов. № 3645053/25-06. Заявл. 26.09.84; Опубл. 15.03.86. Бюл. № 10 // Открытия и изобретения,- 1986.- № 10,- С. 188.

13. A.c. №757755 СССР МКИ F02B19/12. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления / И.А.' Иванов. № 2580280/25-06. Заявл. 14.02.78; Опубл. 23.08.80. Бюл. № 31 // Открытия и изобретения.- 1980.- № 31,- С. 141.

14. A.c. №1528942 СССР, МКИ F02N 11/08. Электрическая схема запуска дизеля / И.А, Иванов. №4283277/25-06. Заяв. 13.07.87; Опубл. 15.12.89. Бюл. № 46 // Открытия и изобретения,- 1989.- № 46.- С. 127.

15. A.c. № 1361365 Мкл. F02M25/02 СССР. Двигатель внутреннего сгорания / И.А. Иванов. № 4092406/25-06. Заяв. 15.05.86; Опубл,-23.12.87.- Бюл. № 47 // Открытия и изобретения.- С. 158.

16. A.c. № 1090903 СССР, МКИ F02B15/00. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями / И.А. Иванов. № 3459435/25-06; Заяв. 24.05.82; Опубл. 07.05.84. Бюл. № 17 // Открытия и изобретения,- 1984.- № 17.- С. 121.

17. A.c. №832093 СССР, МКИ F02B 15/00. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями / И.А. Иванов. № 2740041/25-06. Заяв. 23.03.79; Опубл. 23.05.81. Бюл. № 19 // Открытия, изобретения.- 1981. -№ 19,- С. 143.

18. A.c. № 1006791 СССР, Мкл. F02M25/02. Способ работы дизеля / И.А. Иванов. № 3307403/25-06. Заяв. 22.06.81; Опубл.- 23.03.83,- Бюл. 11// Открытия и изобретения.- С. 198.

19 .Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозов за счет модернизации их на основе методов инновационного менеджмента: Монография. Ростов н/Д, Изд-во «Рост. гос. ун-т путей сообщения»,-2003.-220 с.

20 .Иванов И.А. Инновационный менеджмент. Учебник для вузов (рекомендован Министерством общего и . профессионального образования РФ). Ростов н/Д: Изд-во «БАРО-ПРЕСС»,- 2001,- 283 с.

21 .Иванов И.А. Применение функционально-стоимостного анализа для повышения эффективности работы локомотивов. Учеб. пособие./ Рост, гос. ун-т путей сообщения. — Ростов н/Д,- 1993,- 67 с.

22 Иванов И.А. Инновационный менеджмент. Учеб. пособ. (утверждено межвузовским центром экономического образования Госкомвуза РФ). Рост. гос. ун-т путей сообщения,- Ростов н/Д,- 1995.- 77 с.

23 .Малозелюв H.A., Иванов И.А. Применение топливно-водяных эмульсий для транспортных дизелей. М.: Изд-во ГОСИНТИ, 1967.-12с.

24. Иванов И.А. Повышение надежности работы локомотивов за счет их модернизации на основе функционально-стоимостного анализа (ФСА) // Тез. докл. Всероссийской науч. конф.: Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта.- М.: РАН, 2002.-С. 26.

25 .Иванов И.А. Применение функционально-стоимостного анализа (ФСА) для совершенствования конструкции тепловозных дизелей / Тр.

второй междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы фундаментальных наук». Т.З, Ч. 2.- М.: Техносфера-Информ,- 1994.-С.54-56.

26 .Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозных дизелей за счет применения водно-топливных эмульсий // Межвуз. сб. науч. тр. «Повышение эффективности работы подвижного состава»,- Ростов н/Д,- 1991,- С. 3-12.

27 .Иванов И.А. Повышение эффективности пуска тепловозных дизелей // Повышение эффективности работы подвижного состава: Межвуз. сб. науч. тр.- Ростов н/Д,- 1991,- С. 91-97.

28 .Иванов И.А. Исследование работы дизелей 2Д100 с опытными форсунками // Повышение качества ремонта подвижного состава: Межвуз. темат. сб.- Ростов н/Д,- 1983. Вып. 169.- С. 38-44.

29 .Иванов И.А. Некоторые усовершенствования топливной системы тепловоза ЧМЭ-2 // Электрическая и тепловозная тяга.- 1962.- № 7,- С. 12.

30 .Иванов И.А. Экономические методы оценки эксплуатационной надежности // Тез. докл. Всесоюзно!« науч.-техн. совещания. Совершенствование эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники на основе стандартизации. Госстандарт. Горьковский филиал ВНИИНМАШ.-Горький,- 1989,-С. 16-17.

31 .Иванов И.А. Исследование метода повышения эффективности работы тепловозных двигателей типа ДЮО / Тр. РИИЖТа,- Ростов н/Д,- 1981.

. Вып, 163.-С. 32-35.

32 .Иванов И.А. Повышение надежности системы пуска дизелей тепловозов с электрической передачей / Повышение надежности и долговечности подвижного состава: Тр. РИИЖТа.= Ростов н/Д,- 1972. Вып. №90.-С. 10-13.

33 .Иванов И.А. Повышение надежности запуска тепловозных дизелей за счет прогрева всасывающего воздуха. В кн.: Вопросы надежности и повышения эффективности эксплуатации и ремонта подвижного состава: Тр. РИИЖТа.- Ростов н/Д,- 1974. Вып. 105,- С. 15-20.

34 .Малоземов H.A., Иванов И.А. Повышение экономичности транспортных дизелей за счет применения топливно-водяных эмульсий // Вопросы надежности и экономичности эксплуатации и ремонта подвижного состава,- Ростов н/Д: РИИЖТ,- 1967,- С. 65-70.

35 .Иванов И.А. Исследование работы дизеля ЯАЗ-204 на топливо-водяной эмульсии // Тез. XXXIII науч.-техн. конф. кафедр ин-та (РИИЖТа).- Ростов н/Д, -1965.-С. 46-47.

36 .Иванов И.А. Исследование работы дизеля 2Д100 тепловоза ТЭЗ на топливно-водяной эмульсии // Тез. докл. XXXIV науч.-техн. конф. инта (РИИЖТа).- Ростов н/Д,- 1966,- С. 75-76.

37 Иванов И.А. Получение эмульсии типа «вода-дизельное топливо» // Тез. докл. XXXIV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа).- Ростов н/Д, 1966.- С. 27-30.

38 .Иванов И.А.,Поддубный Б. II. Определение качества эмульсии,применяемой в качестве топлива для дизеля// Тез. докл. XXXIV науч.-техп. конф. ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д.- 1966.- С. 3033. .

39 .Иванов И.А. Определение оптимального содержания воды в топливно-водяной эмульсии для питания дизеляЯАЗ-204 // Тез. докл. XXXV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа).- Ростов н/Д,- 1996 - С. 26-29.

40. Иванов И.А. Исследование работы транспортных дизелей ЯАЗ-204 и 2Д100 на топливо-водяных эмульсиях с применением в качестве эмульгатора мазута // Тез. докл. Первой ростовской областной науч.-теорет. конф. молодых ученых и специалистов,- Ростов н/Д,- 1967.- С. 98-100.

41. Иванов И.А., Бункин Ю.А., Криворот С.И. Анализ режимов пуска дизелей маневровых тепловозов на металлургических предприятиях. // Вопросы надежности и повышения эффективности эксплуатации и ремонта подвижного состава: Тр. РИИЖТа - Ростов н/Д.- 1977. № 90. Вып. 138,- С. 102-104.

42. Иванов И.А. Повышение надежности системьг запуска и увеличение срока службы аккумуляторных батарей тепловозов // Материалы науч.-техн. конф. секции ДорНТО СКжд и кафедр института.- Ростов н/Д,- 1971.- С. 167-171..

43. Иванов И.А. Альтернативные методы повышения эффективности работы тепловозных дизелей / Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и подготовки специалистов: Тез. докл. 57-й науч.-техн. конф. РГУПС.- Ростов н/Д.- 1998,- С. 162-163.

44. Иванов H.A. Повышение эффективности работы дизелей типа Д100 за счет регулировки форсунок / Тр. 59-й вуз, науч.-теорет. конф. профессорско-пренодават. состава «Транспорт — 2000»,- Ростов н/Д.-2000,-С. 119.

45. Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозов на основе функционально-стоимостного анализа (ФСА) и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).Тезисы докл. межвуз.науч.-практич.конф.СамИИТа-.Самара.-1993.

46., Иванов И.А., Кагиников В.Н., Шведов A.A., Бондаренко Ю.М, Стариков М.В. Повышение КПД маневровых тепловозов серии ТГМЗА и ТГМЗБ // Вопросы надежности и повышения эффективности эксплуатации и ремонта подвижного состава: Тр. РИИЖТа. — Ростов н/Д,- 1974. № 105.- С. 83-86.

Иванов Игорь Алексеевич

стратегия снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы магистральных тепловозов

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

В набор 5~. №. Об. В печать /О.Об.

Объем 2,5 усл.п.л., 2,4 уч.-изд.л. Офсет. Формат 60*84 /16.

Бумага тип ЖЗ. Заказ № 378. Тираж 100.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г. Ростов -на- Дону, пл. Гагарина, 1.

Введение.

1. Стратегия повышения эффективности жизненного цикла работы тепловозов.

1.1 .Особенность жизненного цикла работы тепловоза.

1.2. Оценка степени невыполнения функциональных свойств сложных систем при функционально-стоимостном анализе.

1.3. Выбор критических функций по режиму работы тепловозного дизеля.

2.Вепольное моделирование и совершенствование впрыска топлива в камеру сгорания.

2.1. Вепольное моделирование на основе ТРИЗ

2.2. Совершенствование системы впрыска топлива в камеру сгорания тепловозного дизеля.

3. Стратегия совершенствования критических режимных функций тепловозного дизеля.

3.1. Анализ процесса воспламенения и сгорания топлива в дизеле.

3.2. Анализ воздействия дизеля на окружающую среду.

3.3. Повышение эффективности работы дизелей за счёт изменения конструкции камеры сгорания и вихреобразования с наложением электростатического поля.

3.4. Повышение эффективности работы дизелей за счёт подачи воды в камеру сгорания

3.5. Повышение экономичности и снижение токсичности дизелей за счет рециркуляции отработавших газов (РОГ).

3.6. Совершенствование системы подогрева дизеля при стоянке тепловоза.

4. Стратегия снижения расхода топлива хода за счет совершенствования процесса пуска дизеля.

4.1. Анализ процесса пуска тепловозных дизелей.

4.2. Совершенствование процесса пуска дизелей тепловозов с электропередачей.

4.3. Повышение надежности пуска дизелей за счет улучшения самовоспламенения топлива.

5. Стратегия повышения эффективности работы магистральных тепловозов.

5.1. Стратегия применения комбинированной теплосиловой установки на магистральном тепловозе.

5.2. Использование интеллектуального капитала для повышения эффективности работы тепловозов.

5.3. Расчет экономического эффекта от модернизации тепловоза 2ТЭ10М(У,С) при использовании в качестве теплосиловой установки дизеля и газовой турбины.

В настоящее время для российской экономики наиболее актуальными являются проблемы внедрения на предприятиях новых прогрессивных технологий,обеспечивающих выпуск конкурентоспособной продукции как внутри страны ,так и за рубежом. Значительного повышения эффективности нашего производства можно добиться благодаря определению передовых отраслей и технологий, за счет которых можно эффективно воздействовать на все виды производственной деятельности. При этом необходимо изучить в первую очередь опыт Японии, которая за сравнительно короткий период времени сумела преодолеть очень большое технологическое отставание и выйти на уровень одной из самых высокоразвитых стран мира. Причем функционально-стоимостный анализ, разработанный американцем Л.Д. Майлзом, и система управления качеством, разработанная американцем У. Демингом, дали эффект в Японии в несколько раз больше, чем в США.

Стоимость перевозок железнодорожного транспорта оказывает значительное влияние на конкурентоспособность нашей продукции. Несмотря на то, что в период перестройки и перехода к рыночной системе хозяйствования железнодорожный транспорт не разрушился и сравнительно неплохо работает, многие технические устройства имеют очень большой материальный и моральный износ.

Это, в первую очередь, относится к подвижному составу. При этом, если вагонный парк значительно обновляется за счёт приобретения новых вагонов заводами и частными компаниями, то локомотивный парк в последнее время практически вообще не обновляется. Это обусловлено высокой стоимостью изготовления локомотивов и отсутствием четко разработанной стратегической программы по повышению эффективности жизненного цикла работы локомотивов с учетом перспективы развития перевозочного процесса и изменения стоимости топливно-энергетических ресурсов.

По Южному региону, куда входят Северо-Кавказская, Приволжская и Юго-Восточная железные дороги, за последние 15 лет практически не было поступлений нового подвижного состава. При этом по тепловозному парку Южного региона только 39% тепловозов имеют срок службы до 15 лет, 30% - 1520 лет, 22% - 20-25 лет и 9% - более 25 лет.

Учитывая то, что все эти тепловозы были спроектированы более 25 лет назад и при проектировании по многим параметрам не соответствовали лучшим мировым образцам, они, кроме материального, имеют большой моральный износ.

В результате увеличивается вероятность появления отказов систем локомотивов и возрастает расход топливно-энергетических ресурсов, что оказывает значительное влияние на перевозочный процесс.

Поэтому необходимо повысить эффективность использования тягового подвижного состава за счёт модернизации локомотивов при плановых видах ремонта с внедрением новых технологий и обеспечить безопасность движения.

Проблема эта станет ещё более актуальной при значительном увеличении объёма перевозок транзитного потока из Европы в Азию через Транссибирскую магистраль. При полной реализации этого проекта Россия получит большие доходы за счёт транспортной связи европейских государств с Японией, Кореей и Китаем.

Степень разработанности проблемы

Для разработки стратегических программ по совершенствованию технических систем целесообразно использовать функционально-стоимостный анализ (ФСА), который эффективно применяется за рубежом. Этот метод в простейшем виде начали применять еще в годы Великой Отечественной войны при решении возникающих проблем, например, как заменить материалы на менее дефицитные, сохраняя при этом основные свойства деталей. Это был, по сути, интуитивный подход к экономическому анализу при конструкторских разработках. И.А. Бородачевым впервые были проведены исследования по оценке соответствия конструкции функциональному назначению. Научные основы ФСА у нас в стране были разработаны Ю.М. Соболевым. Но метод не нашел широкого применения из-за жесткой плановой системы хозяйствования. Параллельно с

Ю.М. Соболевым аналогичными исследованиями занимался американский инженер JI. Майлз. Он ввел название ФСА и определил его как прикладную философию, которая дала характеристику «анализу стоимости как творческому подходу, заключающемуся в эффективной идентификации непроизводительных затрат или издержек, которые не обеспечивают ни качества, ни полезности, ни внешнего вида, ни других требований заказчика».

Основное отличие методов JI. Майлза и Ю.М. Соболева заключается в том, что если метод Соболева был направлен на поиск более экономичных способов изготовления изделия в рамках существующей конструкции, то JL Майлз и его последователи за основу взяли функцию, а существующую конструкцию - как один из вариантов реализации этой функции. При этом необходимо найти наиболее экономичный вариант осуществления данной функции при сохранении качества и других эксплуатационных требований и характеристик.

В настоящее время ФСА широко применяется во всех высокоразвитых странах, но наиболее эффективно в Японии.

В нашей стране, несмотря на издание ряда методических работ, ФСА применялся в основном только в электротехнической промышленности при разработке новых конструкций аппаратов. Большой вклад в развитие ФСА внесли М.Г. Карпунин, В.И. Майданчик, А.П. Ковалев, Н.К. Моисеев, В.В. Сысун, А И. Половинкин, Б.И. Злотин и др.

По вопросу снижения расхода топлива тепловозами большой вклад внесли А.Э.Симсон, А.Э.Хомич, Е.Е.Коссов, В.А.Четвергов, А.И.Володин, Е.И.Сковородников, Д.Я.Носырев, ГА.Фофанов, Э.Д.Тартаковский, В.С.Коссов и др.

Целью диссертационной работы является разработка концепции функционально-технологического подхода к процессу инновационной деятельности для выработки стратегии снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы тепловозов, а также создание методов и технических решений для реализации данной стратегии. При этом использовать метод ФСА, который позволяет при ограниченных ресурсах количественно определить приоритетность инновационного воздействия на определенные функции системы при разработке стратегических программ.

Для реализации поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

- Получение метода количественной оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных систем и режимов работы теплосиловой установки.

- Определение режимных критических функций работы тепловозного дизеля на основе ФСА.

- Анализ процесса сгорания водо-топливной эмульсии (ВТЭ) в тепловозном дизеле.

- Исследование процесса горения вращающегося факела с наложением электростатического поля.

- Разработка системы рециркуляции отходящих газов для дизеля и газовой турбины.

- Совершенствование работы форсунок тепловозных дизелей.

- Сокращение воздействия критической функции - режима холостого хода за счет совершенствования процесса пуска.

- Разработка стратегии модернизации магистральных тепловозов путем совместного использования дизеля и газовой турбины на одном локомотиве с целью эффективного снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы.

- Разработка метода формирования творческих групп для проведения мозговых штурмов с синергетическим эффектом с целью совершенствования тепловозов.

Методы проведения исследований. При разработке модернизаций локомотивов использованы методы вепольного моделирования на основе теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Для анализа индикаторных диаграмм дизелей типа Д100 на режиме холостого хода использован метод теории катастроф.

При анализе статистических данных с помощью ЭВМ использована программа Mathcad.

При анализе возможности использования внутреннего интеллектуального капитала при модернизации локомотивов для поиска конкретных решений предложено использовать метод мозгового штурма с синергетическим эффектом.

Научная новизна работы

• Разработаны аналитические зависимости для оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных систем, что дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM) с целью определения приоритетности инвестирования.

• Получен новый эффект увеличения интенсивности горения по величине расширения вращающегося факела до 37% за счет комбинированного воздействия вихревого потока и электростатического поля с положительной полярностью ротора при сравнительно низком напряжении (до 200В).

• Выведены формулы расчета коэффициента молекулярного изменения и теплоемкости газовой смеси, а также тепловыделения в цилиндре тепловозного дизеля при работе на любых составах ВТЭ.

• Разработан метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм на основе моделей катастроф Тома, который дает возможность анализировать процессы режима холостого хода дизелей с расходящимися поршнями при различных модернизациях форсунок и использовать для анализа любых других колебательных процессов, имеющих двухпиковый характер.

• Предлагается стратегия повышения эффективности жизненного цикла магистральных тепловозов путем установки на одной секции газовой турбины вместо дизеля и режимной системы управления теплосиловой установкой с целью обеспечения оптимального эффекта снижения затрат на топливо и улучшения экологических показателей.

• Создана методика комплектования участников творческих групп из технико-управленческого персонала железнодорожных предприятий для проведения мозговых штурмов с синергетическим эффектом при разработке стратегии модернизации тепловозов.

Достоверность основных положений и выводов диссертации, полученных решений и результатов определяется корректностью поставленных задач, применением рациональных математических методов решения и сравнительными испытаниями разработанных автором технических решений в локомотивных депо, на тепловозоремонтных заводах, в лаборатории ВНИ-ИЖТа и на машиностроительном заводе им. Малышева в г. Харькове, проведенных как, лично автором, так и другими исследователями по методике автора. Практическая значимость

1. Для реализации стратегии повышения эффективности жизненного цикла магистральных тепловозов путем комбинированного использования дизеля и газовой турбины на одном локомотиве разработаны запатентованные технические решения:

• «Теплосиловая установка транспортного средства (варианты)»,

• «Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя»,

• «Способы работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления».

• «Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления».

В результате обеспечивается возможность использования альтернативных видов топлива: мазута, смеси мазута и дизельного топлива, водо-топливной эмульсии и природного газа.

2.Выявленный эффект увеличения интенсивности процесса горения вращающегося факела при наложении электростатического поля с положительной полярностью ротора может быть использован для улучшения экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и котельных установок.

3.Разработана для тепловозных дизелей типа Д100 двухфазная система подачи водотопливной эмульсии, при которой один ряд форсунок работает на дизельном топливе, а второй ряд на водотопливной эмульсии. В результате улучшаются экономические и экологические показатели.

Данную систему при минимальных капитальных затратах целесообразно использовать в первую очередь в процессе обкатки дизелей после заводского и текущего ремонтов.

4.Предложен способ повышения эффективности работы дизелей типа Д100 на холостом ходу за счет впрыска топлива на этом режиме концентрированной струей вместо трёх струй с разными углами наклона, на основе которого был разработан ряд конструкций: на заводе им. Малышева создана 2-режимная форсунка, которая выпускается серийно, а с целью ее совершенствования автором была разработана форсунка с параллельными струями.

5. Разработана система пуска с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора путем включения её за 5-7с перед пусковой обмотки и выключении ее при начале вращения якоря генератора. . В результате повышается надежность пуска, сокращается расход топлива и масла и увеличивается срок службы аккумуляторной батареи за счет уменьшения емкости, потребляемой при пуске и снижения максимального броска тока.

6. Разработано устройство контактного теплообмена для прогрева дизеля при стоянке тепловоза.

7. Для получения стратегического синергетического эффекта комплексности при использовании газотурбинных двигателей на модернизированных тепловозах показана целесообразность применения их также в стационарных газотурбинных установках (ГТУ) для одновременного получения тепловой и электрической энергии для подачи в контактную сеть и собственных нужд локомотивных депо и других крупных предприятий ОАО «РЖД».

Годовой экономический эффект модернизации 100 тепловозов 2ТЭ10М составляет- 248100 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,9 года, а 100 ГТУ мощностью 2,5 МВт для получения электроэнергии и тепла для теплоснабжения локомотивных депо - 647700 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,2 года.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Стратегия модернизации магистральных тепловозов путем установки на одной секции газовой турбины вместо дизеля и режимной системы управления теплосиловой установкой. В результате обеспечивается наиболее эффективный процесс работы тепловоза с минимальными затратами на топливно-энергетические ресурсы при низком содержании вредных выбросов.

2. Метод расчета степени невыполнения функциональных свойств сложных систем с использованием ФСА, который дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM).

3. Метод повышения эффективности горения за счет комбинированного воздействия вихревого потока и электростатического поля с положительной полярностью ротора.

4. Метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм на основе моделей катастроф Тома.

5. Система рециркуляции отходящих газов с отрицательной обратной связью для дизелей и газовых турбин.

6. Способ повышения эффективности работы дизелей типа Д100 на холостом ходу за счет изменения впрыска топлива в камеру сгорания.

7.Способ работы дизельной форсунки с эффектом внутреннего гидрозапирания иглы.

8.Система двухфазной подачи ВТЭ для тепловозных дизелей типа Д100 и метод расчета тепловыделения в дизеле при работе на ВТЭ.

9.Система пуска с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора.

10 Устройство контактного теплообмена для прогрева дизеля при стоянке тепловоза.

11.Метод комплектования участников творческих групп из технико-управленческого персонала для проведения мозговых штурмов с синергети-ческим эффектом при разработке стратегии модернизации тепловозов. .Реализация результатов работы

1. На основании разработанного автором «Способа работы двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями» (а.с. № 832093) на заводе им. Малышева была сконструирована двухрежимная форсунка для дизелей 1 ОД 100, которая выпускается серийно.

2. На основании исследований по вихревому горению и отбору газов для рециркуляции была разработана дымовая труба вихревого типа с системой рециркуляции, которая при установке на два котла по 0,63 МВт в г. Магас республики Ингушетия обеспечила снижение содержания NOx в отходящих газах в 2 раза (акт в приложении диссертации). Свидетельство на полезную модель № 29965 от 24.09.2002 г. «Устройство для отвода дымовых газов из топки котельного агрегата». Затем данное устройство было доработано с возможностью его применения в транспортных дизелях и газовых турбинах и защищено патентом на полезную модель № 35131 от 27.12.2003г.

3. На основании функционального исследования распылителей форсунок тепловозных дизелей для газодизельного процесса разработан неохлаждаемый распылитель с получением патента на изобретение № 2219364 «Способ работы дизельной форсунки и устройства для его осуществления». Изготовленные распылители прошли стендовые испытания и переданы в лабораторию альтернативных топлив ВНИИЖТ для установки на дизель K6S310DR тепловоза ЧМЭ-3, который переоборудуется для работы на газе.

4.Результаты исследований использованы в учебнике «Инновационный менеджмент» с рекомендацией Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации, учебных пособиях: «Применение функционально-стоимостного анализа для повышения эффективности работы локомотивов», «Инновационный менеджмент» и монографии- «Повышение эффективности работы тепловозов за счет модернизации их на основе методов инновационного менеджмента».

Апробация работы

Результаты поэтапной разработки проблемы докладывались на конференциях: научно-технических в РГУПС (г. Ростов н/Д 1985-2000 г.); международной научно-теоретической «Актуальные проблемы фундаментальных наук» (г. Таганрог 1994 г.); межвузовской научно-практической (г. Самара 1993 г.); межвузовской научно-методической «Исследовательская работа студентов в учебном процессе как способ повышения творческого потенциала выпускников вузов» (г. Москва 1990 г.); всесоюзном научно-техническом совещании «Совершенствование эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники на основе стандартизации» (г. Горький 1989 г.); Всероссийской научной конференции Российской академии наук «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта» (г. Москва 2002 г.); на НТС комплексного отделения «Тяговый подвижной состав и электроснабжение» ВНИИЖТа (г.Москва, май 2006 г), на расширенном научно-техническом семинаре кафедры «Локомотивы» СамГАПС (г.Самара, апрель 2006 г).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 46 научных работ, в том числе 1 монография, 1 учебник для вузов, 2 учебных пособия, 8 изобретений, из них 3 двойных: на способ и устройство, и 5 полезных моделей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 257 с. машинописного текста, который содержит 56 рис., 25 табл., библиографию из 201 названий и приложений на 11 с.

Выводы:

1. Предлагается стратегия повышения эффективности жизненного цикла магистральных тепловозов путем установки на одной секции газовой турбины вместо дизеля с режимной системой управления теплосиловой установкой с целью обеспечения оптимального эффекта снижения затрат на топливо и улучшение экологических параметров. При этом, для реализации этой стратегии разработаны запатентованные технические решения:

• «Теплосиловая установка транспортного средства (варианты)»,

• «Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя»,

• «Способы работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления».

• «Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления».

В результате обеспечивается возможность использования альтернативных видов топлива : мазута, смеси мазута и дизельного топлива,ВТЭ и природного газа

2.Для социального управления качеством в соответствии с концепцией TQM на железнодорожном транспорте необходимо эффективно использовать человеческие активы интеллектуального капитала через творческие группы: для рядового состава по принципу кружков контроля качеством, а для руководящего состава для проведения мозговых штурмов с целью решения стратегических проблем по совершенствованию техники, технологии и организации производства.

В зависимости от состава творческой группы и условий проведения мозговых штурмов можно получить как положительный, так и отрицательный синергетический эффект.

3. Разработана методика подбора участников творческих групп из технико-управленческого персонала для проведения мозговых штурмов с синергетическим эффектом для совершенствования техники, технологии и организации производства.

4. При использовании газотурбинных двигателей для модернизации л тепловозов целесообразно параллельно в локомотивных депо и на других крупных предприятиях ОАО «РЖД» использовать газотурбинные установки для теплоснабжения и.подачи электроэнергии в сеть для электротяги. При этом получаем синергетический эффект комплексности.

Годовой экономических эффект в течение первых 10 лет после модернизации от 100 тепловозов 2ТЭ10М составит 248080 тыс. руб. при сроке возврата авансированных средств 1,9 года, а от 100 газотурбинных установок мощностью 2,5 МВт для получения электроэнергии и теплоснабжения - 647700 тыс. руб. при сроке возврата авансированных средств 1,2 года.

Заключение

1. Для оценки степени невыполнения функциональных свойств сложных систем тепловозов с помощью функционально-стоимостного анализа разработаны аналитические зависимости, которые в отличие от общеизвестных показателей надежности учитывают весомость отказов по затратам, что дает возможность при ограниченных ресурсах определить приоритетность инновационного воздействия на функции системы и разрабатывать стратегические программы по модернизации тепловозов, а также использовать в статистических методах тотальной системы управления качеством (TQM) с целью определения приоритетности инвестирования и модернизации. При этом определены режимные критические функции дизеля 1 ОД 100.Для совершенствования критических функций были разработаны и исследованы конструктивные и технологические решения, показанные в последующих пунктах заключения.

2. Для повышения эффекта применения ВТЭ при обкатке дизелей 1 ОД 100 после ремонта в локомотивных депо и на тепловозоремонтных заводах разработана двухфазная сигтема подачи ВТЭ, при которой один ряд форсунок работает на дизельном топливе, а второй ряд на ВТЭ. В результате улучшаются экономические и экологические показатели и качество приработки основных узлов дизеля. При этом для анализа процесса работы дизеля на ВТЭ разработаны формулы расчета коэффициента молекулярного изменения и теплоемкости газовой смеси, а также тепловыделения при работе на любых составах ВТЭ.

3. Получен эффект увеличения интенсивности горения по величине расширения вращающегося факела до 37% за счет комбинированного воздействия вихревого потока и электростатического поля с положительной полярностью ротора при сравнительно низком напряжении до 200В, что дает возможность практически использовать его в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных двигателях и котельных установках для повышения экономических и экологических параметров. 4. Для снижения расхода топлива и предотвращения разжижения масла разработан способ повышения эффективности работы дизелей типа ДЮО на холостом ходу за счет впрыска топлива на этом режиме концентрированной струей" вместо трех струй с различными углами наклона, реализацией которого является двухрежимная форсунка и форсунка с параллельными струями.

5. Разработан метод анализа двухпиковых индикаторных диаграмм, на основе моделей катастроф Тома, который дает возможность анализировать процессы сгорания на режиме холостого хода дизелей с расходящимися поршнями, при различных модернизациях форсунок дизелей типа ДЮО и использовать для анализа любых других колебательных процессов, имеющих двухпиковый характер. б.Разработана система пуска дизеля с использованием независимой обмотки возбуждения главного генератора путем включения её за 5-7с. перед включением пусковой обмотки и выключении ее при начале вращения якоря генератора. В результате повышается надежность пуска и сокращается расход топлива и масла за счет ускорения вращения якоря генератора на 12,6% и увеличивается срок службы аккумуляторной батареи за счет уменьшения емкости, потребляемой при пуске на 35% и снижения максимального броска тока на 250А.

7.Для достижения оптимального эффекта снижения затрат на топливо и улучшения экологических параметров разработана стратегия применения альтернативных видов топлива: мазута, смеси мазута и дизельного топлива, ВТЭ и природного газа путем использования комбинированной теплосиловой установки из дизеля и газотурбинного двигателя на одном локомотиве и режимной системы управления этой установкой. Для реализации стратегии разработаны запатентованные технические решения:

• . «Теплосиловая установка транспортного средства (варианты)»,

• «Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя»,

• «Способы работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления».

• «Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления».

• «Нагревательная установка с контактным теплообменом».

8. Для получения стратегического синергетического эффекта комплексности при использовании газотурбинных двигателей на модернизированных тепловозах показана целесообразность применения ГТУ для одновременного получения тепловой и электрической энергии для подачи в контактную сеть и собственных нужд локомотивных депо и других крупных предприятий ОАО «РЖД».

Годовой экономический эффект в течение первых 10 лет после модернизации 100 тепловозов 2ТЭ10М составит 248100 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,9 года, а 100 ГТУ мощностью 2,5 МВт для получения электроэнергии и тепла для теплоснабжения локомотивных депо - 647700 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,2 года.

1.Жан-Жак Ламбен Стратегический маркетинг. Санк-Петербург «Наука»л1996. С.297-305.

2. Бенгт Карлофф. Деловая стратегия. М.: Экономика, 1993. С. 276-277.

3. Фостер Р. Обновление производства: атакующие выигрывают. М: Прогресс, 1987. С. 85-87.

4. ЛещенкоМ.И. Основы лизинга. М.: Финансы и статистика, 2001. С. 115-116.

5. Панченко В.Н. Повышение топливной экономичности тепловозных дизелей за счет совершенствования параметров энергетической установки: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Самара, 2002. С. 10-12.

6. Гизатулин Р.К., Сухопарое С.И., Телегин С.В. Резервы снижения расхода топлива тепловозами 2ТЭ10М(У) // Локомотив. 2003. С. 22-23.l.Koccoe B.C. и др. Тепловоз 2ТЭ116КМ: Комплексная модернизация /

7. B.C. Коссов, JI.M. Бондаренко, Э.И. Нестеров, Ю.И. Клименко, И.В. Сазонов // Локомотив. 2004. № 6. С. 27-28.

8. Голы^ Г.А. Нефть и газ России «Энергия: экономика,техника,экология». №4.2005.С4-6.9Джонс Дж. К. Инженерное и художественное конструирование. Мир, 1976.1. C.116-122.

9. Ю.Ковалев А.П. и др. Справочник по функционально-стоимостному анализу / Под ред. М.Г. Карпунина и Б.И. Майданчика. М.: Финансы и статистика, 1988. С. 9-23.

10. П.Карпунин М.В. и др. Практика проведения функционально-стоимостного анализа в электротехнической промышленности / М.В. Карпунин, A.M. Кузьмин, В.В. Сысун, Т.В. Зубова. М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 62

11. З.Иванов И.А. Оценка степени невыполнения функциональных свойств при функционально-стоимостном анализе (ФСА) работы локомотивов // Вестник РГУЦС. 2001. № 2. С. 42^44.

12. Володин А.И., Фофанов Г.А. Топливная экономичность силовых установок тепловозов. М.: Транспорт, 1979.С. 42.

13. Хомич A3, и др. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов. М.: Транспорт, 1975. С. 9-10.

14. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Советское радио, 1979. С. 24-58.

15. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.А., Зусман А.В. Теория и практика изобретательских задач. Кишинев: Кишинаву, 1989. С. 20-52.

16. Ю.Селюцкий А.Б. Нить в лабиринте. Петрозаводск: Карелия, 1988. С. 170-198.

17. Фей В.Р. В поисках идеального вещества//ТРИЗ. 1990. № 1,2. С. 35-41.

18. А.С. № 1006791 СССР, Мкл. F02M25/02. Способ работы дизеля / И.А. Иванов. № 3307403/25-06. Заяв. 22.06.81; Опубл. 23.03.83. Бюл. 11 // Открытия и изобретения. С. 198.

19. Ball W. Einflusse des Einspritzdruckes auf die Verbrennung bei Dieselmotoren mit Direkteinspritrung ohne Zuftdrall // Motortechnische Zeitschrif., 1981,. vol. 42. № 1.4. РЛ41-144,147-148.

20. Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозов за счет модернизации их на основе методов инновационного менеджмента. Ростов н/Д, 2003. С.133-137.

21. Фомин Ю.Я. и др. Топливная аппаратура дизелей: Справочник. М.: Машиностроение, 1982. С. 66-68.

22. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. М.: Машиностроение, 1978. С. 247-250.

23. Трусов В.К, Дмитренко В.П., Масляный Г.Д. Форсунки автотракторных дизелей. М.: Машиностроение, 1977. С. 47-56.

24. Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозных двигателей типа Д100 // Вестник РГУПС. 2001. № 1. С. 75-79.

25. А.с. №832093 СССР, МКИ F02B 15/00. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями / И.А. Иванов. № 2740041/25-06. Заяв. 23.03.79; Опубл. 23.05.81. Бюл. № 19 // Открытия, изобретения. 1981. № 19. С. 143.

26. Иванов И.А. Исследование метода повышения эффективности работы тепловозных дизелей типа Д100 // Вопросы надежности и повышения эффективности эксплуатации и ремонта подвижного состава: Тр. РИИИЖТа. Ростов н/Д, 1981. Вып. 163. С. 32-35.

27. Иванов И.А. Исследование работы дизелей 2Д100 с опытными форсунками // Повышение качества ремонта подвижного состава: Межвуз. тем. сб. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1983. Вып. 169. С. 38-4434Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. С. 12-31.

28. Пат. РФ № 2219364, F 02М 47/02, 53/04. Способ работы дизельной форсунки и устройство для его осуществления / И.А. Иванов. Опубл. 11.03.2002. Бюл. № 25. С. 498.

29. Махов Г.А., Куцепочий К.А. К вопросу о химических процессах в каплях углеводородных топлив. I. Схема механизма высокотемпературного жид-кофазного окисления // Физика горения и взрывов. 1980. № 5. С. 125-139.

30. Махов Г.А., Куцепочий К.А. К вопросу о химических процессах в каплях углеводородных топлив. И. Учет абсорбции кислорода // Физика горения и взрывов. 1980. №6. С. 17-24.

31. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. М., 1960. С. 29-64.

32. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах /Пер. с англ.; Под ред. К.И. Щелкина и А.А. Борисова. М.: Изд-во Мир, 1968. С. 151-165.

33. Прошкин В.Н., Давыдов П.И. Гипотеза о химических превращениях углеводородных топлив в предпламенный период // Двигателестроение. 1986. № 6. С. 60-61.

34. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С. 33-41.

35. Прошкин В.Н. О химических превращениях в углеводородных топливах при сгорании в дизелях // Двигателестроение. 1990. № 2. С. 58-59.

36. Топливные системы и экономичность дизелей / А.В. Астахов, J1.H. Голубков, В.И. Трусов, А.С. Хачиян, JIM. Рябикин. М.: Машиностроение, 1990. С. 36-^6.

37. Кухарев М.Н. Исследование распыливания топлива применительно к быстроходным дизелям // Исследование распыливания и горения дизельного топлива: Тр. НАМИ М., 1959. Вып. 87. С. 77-83.

38. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Р.В. Малов, В.И. Ерохов, В.А. Щетина, В.Б. Беляев. М.: Транспорт, 1982. С. 12-17.

39. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. С. 8.

40. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. С. 42-43.

41. Лавров П.В., Розенфельд Э.И., Хаустович Г.П. Процессы горения топлива и защита окружающей среды. М.: Металлургия, 1981. С. 46.

42. Гулин Е.И., Сомов В.А., Чечот И.М. Справочник по горюче-смазочным материалам в судовой технике. Л.: Судостроение, 1981. С. 147.

43. Литвшов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в гражданской авиации. М.: Транспорт, 1987. С. 65-66.

44. Коссов М.А., Воронин В.Г. Экологические аспекты отечественных автомобильных ДВС и актуальность развития типоразмерного ряда АГТД // Дви-гателестроение. № 8.1990. С. 3-9.

45. Когарко С.М., Басевич В.Я. Теоретическое рассмотрение возможных схем снижения концентрации N0 при горении // Физика горения и взрыва. 1981. №5. С. 3-8.

46. Смашис В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии ди-зелестроения // Двигателестроение. 1991. № 1. С. 3-6.

47. Новиков Л.А. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей // Двигателестроение. 2002. № 2. С. 24-27.

48. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977. С. 221-224.

49. Соколов В.В., Кузнецов А.Н. Совершенствование процессов смесеобразования и топливоподачи для снижения дымности и токсичности дизелей //

50. А.С. №757755 СССР МКИ F02B19/12. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления / И.А. Иванов. № 2580280/25-06. Заявл. 14.02.78; Опубл. 23.08.80. Бюл. № 31 // Открытия и изобретения. 1980. №31. С. 141.

51. Иванченко Н.Н., Семенов Б.Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне. Л.: Изд-во Машиностроение, 1972. С. 108-110; 164-165.

52. Roland Bertodo. New combusion system from Perkins // Diesel and Gas Turbine Progr. 1974, 40. № 8. P. 12-13.

53. Павлович Л.М., Патрахальцев H.H., Фомин В.M. Снижение токсичности дизелей // Двигатели внутреннего сгорания. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ. 1977. С. 10-12.

54. Die suche nach dem Motor ohne Schadstoffe. Bartsch Christian / Antrieb-stechnik. 2000. 39. № 12. P. 34-37 (нем.).

55. Khan L.M., Wang C.H.T., Landgridge B.E. Effect of air on smoke and gaseous emissions from direct-injection diesel eng SAE Prepr., S.A., № 720102, 9 p., ill.

56. Хамамото Ёсисукэ и др. Влияние вихревого движения воздуха на горение топлива в дизеле. Исследование на основе анализа выхлопных газов // Нихон хакуё кикан гаккайси. 1980. Т. 15. № 11. С. 880-888.

57. Исследование и доводка тепловозных дизелей / Н.П. Синенко, Ф.Г. Гринсберг, И.Д. Половинкин, Г.Б. Розенблит, A.M. Скаженик. М.: Машиностроение, 1975. С. 46-50.

58. Фиалков Б.С., Щербаков Н.Д/Плицын В.Т. Распределение электрического потенциала в углеводородных пламенах // Физика горения и взрыва. 1978. №3. С. 87-90.

59. Максимов Ю.Я., Христофоров А.В. Влияние электрического поля на скорость горения смесевых топлив // Горение и электродинамические явления: Межвуз. сб.; Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова. Чебоксары, 1990. С. 68-70.

60. Иванов И.А. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания: А.с. № 1218161 СССР MK№02B 37/00,

61. F02M27/04. Опубл. 15.03.86. Бюл. № 10. Открытия и изобретения. 1986. №10. С. 188.

62. Смаль В.Ф., Арсенов. Перспективные топлива для автомобилей. М.: Транспорт, 1979. С. 83-84. . *- 84.Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Маши-ностоение ,1981. С. 96-98.

63. Бернхард У.Е., Ли.У. Мощность двигателя и характеристика отработавших газов при эксплуатации автомобилей на метаноле: Перспективные автомобильные топлива /Пер. с англ. М.: Транспорт, 1982. С.193-194.

64. Впрыск воды в авиационные двигатели / Н.Ф. Кайдаш, К.К. Попок, Е.В. Любановский, П.П. Блонский. М.: Изд-во Аэрофлот, 1946.

65. Моторные топлива, масла и жидкости. Том 1 / Под ред. К.К. Попок. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1953.

66. Пат. № 4411224 США, МКИ F02D19/00, F02M25/0. Заявл. 24.09.81; №305283; Опубл. 25.10.83.

67. Пат. США № 2748755. Humidifying apparatus for internal combustion engines / Mc. Cutcheon Doyle A. 5.06.56.92Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение, 1972. С. 77-78.

68. ЯЗ.Ценев В.А. Испытание 4-тактного дизеля с внутренним охлаждением посредством впрыска воды // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1961. № 11. С. 98-105.

69. Нигматулин КН., Ценев В.А. Устранение перегрева и снижение теплонапряженности дизелей впрыскиванием воды во всасывающий трак // Тяжелое машиностроение. 1962. № 12.

70. Жуй У. О впрыске во дм в цилиндры тепловозного дизеля при его, работе на смешанном топливе // Вестник Всесоюз. науч.-исслеД. ин-та ж.-д. Транспорта. 1958. № 5. С. 25-29.

71. Яб.Иванов И.А. Исследование работы дизеля ЯАЗ-204 на топливо-водяной эмульсии // Тез. XXXIII науч.-техн. конф. кафедр ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д, 1965.

72. Иванов И. А Получение эмульсии типа «вода-дизельное топливо». // Тез. докл. XXXIV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д, 1966. С. 27-30.

73. Иванов ЯЛ.,Поддубный Б.Н. Определение качества эмульсии, применяемой в качестве топлива для дизеля // Тез. докл. XXXIV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д, 1966. С. 30-33.

74. Иванов И.А. Исследование работы дизеля 2Д100 тепловоза ТЭЗ на топливно-водяной эмульсии // Тез. докл. XXXIV науч.-техн. конф. ин-та (РИИИЖТа). Ростов н/Д, 1966. С. 75-76.

75. ЮОИванов И.А. Определение оптимального содержания воды в топливно-водяной эмульсии для питания дизеляЯАЗ-204 // Тез. докл. XXXV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д, 1996. С. 26-29.

76. Иванов И.А. Определение качества эмульсии, применяемой в качестве топлива для дизелей // Тез. XXXV науч.-техн. конф. ин-та (РИИЖТа). Ростов н/Д, 1966. С. 29-31.

77. Малоземов Н.А., Иванов И.А. Применение топливно-водяных эмульсий для транспортных дизелей. М.: Изд-во ГОСИНТИ, 1967,-12с.

78. ЮЗ.Малоземов Н.А., Иванов И.А. Повышение эколномичности транспортных дизелей за счет применения топливно-водяных эмульсий // Вопросы надежности и экономичности эксплуатации и ремонта подвижного состава. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1967. С. 65-70.

79. Худов ИИ., Желудков Д.Н., Друцкж О.Е. Теплонапряженность судового малооборотного дизеля при использовании водотопливных эмульсий // Двигателестроение. 1986. № 1. С. 47-48.

80. Эффективность работы главных судовых двигателей с пониженной частотой вращения при работе на водотопливных эмульсиях / JI.B. Тузов, А.П. Викторов, Ю.А. Горбачев, А.А. Иванченко // Двигателестроение. 1989. №11. С. 41-42.

81. Воржев Ю.И. Применение водотопливных эмульсий в судовых дизелях // Двигателестроение. 1986. № 12. С. 30-35.

82. Шепельский Ю.Л., Тузов Л.В., Русакова Л.Н. Некоторые задачи приготовления эмульсий на основе вязких топлив // Двигателестроение. 1989. № 12. С. 51-53.

83. Радионов B.A., Сартаев П.М. Исследование работы дизельного двигателя на водно-топливных эмульсиях / Сб. науч. тр. Ташкентского политехи. ин-та. 1983. № 152. С. 39-41.

84. Иванов В.М. Топливные эмульсии. М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 104-177.

85. Лебедев О.Н. Некоторые особенности горения капель водотопливных эмульсий в дизелях // Физика горения и взрыва. 1978. № 2. С. 142-145.

86. Иванов И.А. Исследование работы транспортных дизелей на топ-ливно-водяных эмульсиях, полученных с помощью акустического гидродинамического излучателя: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1967. С.4.6.

87. Иванов И.А. Повышение эффективности работы тепловозных дизелей за счет применения водно-топливных эмульсий // Межвуз. сб. науч. тр. «Повышение эффективности работы подвижного состава». Ростов н/Д, 1991. С. 3-12.

88. Вырубов Д.Н. Смесеобразование в двигателях дизеля. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания и их агрегатов. М.: Машгиз, 1946.

89. Вырубов Д.Н. О методике расчета испарения топлива. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1954.

90. Сергеев JI.B., Вургафт А.В., Теренин И.Н. Смесеобразование при работе дизелей на водотопливных эмульсиях // Двигателестроение. 1990. № 6. С. 3-4, 22.

91. Малое Р.В. К вопросу о механизме внутрикапельного распыливания эмульсий // Двигателестроение. 1991. № 4. С. 12-13.

92. Дизели: Справочник / Б.П. Байков, В.А. Ваншейдт, И.П. Воронов, JLB. Гендлер, Б.М. Гончар, Н.Н. Иванченко, П.В. Иванов, П.А. Истомин, J1.K. Коллеров, М.И. Левин, М.Д. Никитин, А.А. Скуридин, Л.В. Тузов. Л.: Машиностроение, 1977. С. 38-39.

93. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин, М.Г. Круг-лов, О.Б. Леонов, А.А. Меднов, Г.Н. Мизернюк, А.С. Орлин, С.Г. Роганов. М.: Машиностроение, 1983. С. 42.

94. Карминский В.Д. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебн. Ростов н/Д, 2002. С. 14-16.

95. Иноземцев Н.В. и Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. С. 40-55.

96. Шошин Ю.С. О методике исследования тепловыделения в период горения топлива в двигателях с воспламенением от сжатия // Энергомашиностроение, 1958. № 1. С. 31-32. , ' .

97. Мац З.С. Методика обработки индикаторных диаграмм. ЦНИДИ «Двигатели внутреннего сгорания». М.: ГОСИНТИ 1957. № 32. С. 95-132.

98. Испытания тепловозных и судовых дизелей типа ДЮО И А.Э. Симеон, Н.М. Синенко, Ф.М. Маляров, Б.Н. Струнге, P.M. Сухомлинов, Ф.Г. Гринсберг. М.: Машгиз, 1960.

99. Проектирование тепловозных двигателей / В.В. Водолаженко, А.А. Куриц, А.Э. Симеон, A.M. Тарасов, В.Н. Поляков. М.: Транспорт, 1972. С. 37-39.

100. Петровский Н.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Изд-во Морской флот, 1955. С. 72-79.

101. Ривкин СЛ. и Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. М.: Эчергоатомиздат, 1984. С. 8-37.

102. Иванов И.А. Исследование метода повышения эффективности работы тепловозных двигателей типа ДЮО / Тр. РИИЖТа. Ростов н/Д, 1981. Вып. 163. С. 32-35.

103. А.с. № 1090903 СССР, МКИ F02B15/00. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями / И.А. Иванов. № 3459435/25-06; Заяв. 24.05.82; Опубл. 07.05.84. Бюл. № 17 // Открытия и изобретения. 1984. № 17. С. 121.

104. Белов Е.А., Мироненко ИТ., Ломухин В.Б. Трибологические аспекты работы топливной аппаратуры дизеля на эмульгированном топливе // Двигателестроение. 2004. № 1. С. 36-40.

105. Лубенец Н.И Применение водо-топливных эмульсий при работе транспортных дизелей типа дЮО. // Межвуз. сб. науч. тр. «Повышение эффективности работы подвижного состава». Ростов н/Д, 1991 С. 114-118.

106. Marahall W.F., Fleming R.D. Diesel emissions as related to engine variables and fuel characteristics // SAE. Prepr., 1971. S.a., № 710836.

107. Васильев B.H. Подогрев воздушного заряда дизеля рециркуляцией выхлопных газов // Электрическая и тепловозная тяга. 1976. № 11. С. 4647.

108. Пат. №6109025 США, МПК7 F01N3/00, Toyota Compression ignition type engine / Jidosha K.K., Murata Hiroki, Sasaki Shizuo. № 09/251991. Заявл. 18.02.99; Опубл. 29.08.00. Приоритет 17.03.1998, № 10-067210 (Япония) НПК 60/297.

109. Пат. №1422332 Великобритания, МКЛ. F02M25/02, 25/06, МКИ F1B2L3A2, 2L3A5, 2L3B1, 2L3BX. Apparatus for reducing the production of oxides of nitrogen emitted by compression ignition engines / Keith Alcock. Заяв. 03.03.72. № 10013/72; Опубл. 28.01.76.

110. Пат. №3435810 США Мкл. F02M25/06, F02B75/10 F01N1/12. НКИ. 123-119. Apparatus for utilizing exhaust cases of an internal combustion engine, muffler and spark arrestor / Iwald A. Busse. Заяв. 13.10.67. № 675097; Опубл. 1.04.69.

111. Дубовкин И.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.: Госэнергоиздат, 1962. С. 15.

112. А.с. № 1361365 Мкл. F02M25/02 СССР. Двигатель внутреннего сгорания / И.А. Иванов. № 4092406/25-06. Заяв. 15.05.86; Опубл. 23.12.87. Бюл. № 47 // Открытия и изобретения. С. 158.

113. Марков В.А., Сиротин Е.А. Управление рециркуляцией отработавших газов в транспортных дизелях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2002. № 4. С. 85-97.

114. Якубовский Ю.Я. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Пер. с польского Т.А. Бабковой. М.: Транспорт, 1979. С. 162-163.

115. Пат. РФ № 2008487, Р02Д21/08, F02M25/06. Способы работы двигателей внутреннего сгорания и устройство для перепуска отработавших газов / И.В. Леонов, Д.И. Леонов, Л.Л. Михальский, А.Б. Азбель. Опубл. 28.02.1994. Бюл. № 4. С. 113.

116. А. с. № 1076612, F 02М25/06. Система снижения токсичности / М.Г. Штейнин. Опубл. 28.01.84. Бюл. № 8. С. 106.

117. Пат. РФ № 2084680, F02M25/06, F02B47/08. Устройство для рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания / Н.А. Захаров. Опубл. 20.07.1997. Бюл. № 20. О. 305.

118. Технико-экологические характеристики тепловозов / Р.В. Малов, П.М. Егунов, Ю.Н. Панков, М.Г. Штейнин // Повышение топливной экономичности тепловозов: СБ. науч. тр.; Под ред. А.С. Нестрахова, П.М. Егунова. М.: Транспорт, 1991. С. 34-37.

119. Масловский А.Б. Технология управления тепловозом при прогреве // Повышение топливной экономичности тепловозов: СБ. науч. тр.; Под ред. А.С. Нестрахова, П.М. Егунова. М.: Транспорт, 1991. С. 89.

120. Хомич A3. Топливная эффективность и вспомогательные режимы тепловозных двигателей. М.: Транспорт, 1987. С. 221-223.

121. Пат. РФ № 2148214, F24H 1/10. Способ нагрева воды / А.З. Курба-нов, Е.В. Крейнин. Опубл. 27.04.2000. Бюл. № 12. С. 388.

122. Пат. РФ № 32580 F24H 1/10, 1/14, 1/34. Нагревательная установка / И.А. Иванов. Опубл. 02.06.2003. Бюл. № 26. С. 755.

123. Пат. РФ № 34001 F24H 1/10, 1/14, 1/34. Нагревательная установка / И.А. Иванов. Опубл. 17.07.2003. Бюл. № Бюл. № 32. С. 725.

124. Балабин В.И. Невоплощенные в металл идеи // Локомотив. 1996. №8. С. 39-41.

125. Пилавов К.Д. Исследование работы тепловозного дизеля 2Д100 на пусковых режимах: Автореф. дис.канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1972. С. 9-21.

126. Иванов И.А. Повышение надежности системы пуска дизелей тепловозов с электрической передачей / Повышение надежности и долговечности подвижного состава: Тр. РИИЖТа. Ростов н/Д, 1972. Вып. № 90. С. 10-13.

127. Иванов И.А. Повышение эффективности пуска тепловозных дизелей // Повышение эффективности работы подвижного состава: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д, 1991. С. 91-97.

128. А.с. №1528942 СССР, МКИ F02N 11/08. Электрическая схема запуска дизеля / И.А. Иванов. №4283277/25-06. Заяв. 13.07.87; Опубл. 15.12.89. Бюл. № 46 // Открытия и изобретения. 1989. № 46. С. 127.

129. Иванов И.А. Исследование работы дизелей 2Д100 с опытными форсунками // Повышение качества ремонта подвижного состава: Межвуз. темат. сб. Ростов н/Д, 1983. Вып. 169. С. 38^4.

130. Иванов И.А. Повышение надежности системы запуска и увеличение срока службы аккумуляторных батарей тепловозов // Материалы науч.-техн. конф. секции ДорНТО СКжд и кафедр института. Ростов н/Д, 1971. С. 167— 171.

131. Иванов И.А. Повышение надежности запуска тепловозных дизелей за счет прогрева всасывающего воздуха. В кн.: Вопросы надежности и повышения эффективности эксплуатации и ремонта подвижного состава: Тр. РИ-ИЖТа. Ростов н/Д, 1974. Вып. 105. С. 15-20.

132. Поршев А.П. Почему Америка наступает. М.: ACT, Апрель 2000. С. 111.

133. Федотов Г.Б., Антиков В.И., Нестрахов А.С. Использование сжиженного и сжатого природного газа на магистральных тепловозах. Повышение топливной экономичности тепловозов. М.: Транспорт, 1991. С. 19-30.

134. Нестрахов А. С., Фофанов Г.А., Федотов Т.Е. Тепловозы на природном газе // Железнодорожный транспорт. 1993. № 3. С. 39-44.

135. Комиссаров КБ. Подвижной состав железных дорог с низкотемпературными технологиями: Диссертация д-ра техн. наук. Ростов н/Д. 1997. С. 227-242.

136. Пат.РФ № 37341, В61С5/00. Силовая установка транспортного средства (варианты) / И.А. Иванов. Опубл. 20.04.2004. Бюл. № 11. С. 634.

137. Клейтон М. Кристенсон. Дилемма инноватора: Как из-за новых технологий погибают сильные компании. М.: Альпина Бизнес Букс, 2004. С. 14-15,221-232.

138. Пат. РФ № 2007305, B60L11/06. Силовая установка транспортного средства/В.Д. Карминский, В.Н. Носков, К.Б. Комиссаров. Опубл. 15.02.1994.

139. Чыстовыч А.С. Как можно поднять коммунальную энергетику // Новости теплоснабжения. 2003. № ь С. 8-15.

140. Салихов А. А. Газ в топках котлов гореть не должен // Новости теплоснабжения. 2003. № 1. С. 2-7. '

141. Фаворский О.Н. Малые ГТУ-ТЭЦ-реальная основа местного энергообеспечения и эффективной конверсии авиадвигателестроения // Конверсия в машиностроении. 1999.№6.С.11-15.

142. Марчуков Е.Ю. Газотурбинный привод на базе короткоресурсного высокотемпературного авиадвигателя. // Конверсия в машинострое-нии.2003.№5.С.22-23.

143. Фаворский О.Н. Цанев С.В. ,Буров В.Д.,Карташев Д.В.Технологические схемы и показатели экономичности ПТУ с впрыском пара в газовый тракт.Теплоэнергетика №4 2005.С.28-34.

144. Решение научно-технического совета «ОАО Российские железные дороги» на тему «Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 и на перспективу до 2020 года. 24 мая 2004.

145. ЛещенкоМ.И. Основы лизинга. М.: Финансы и статистика, 2001. С. 115-116.

146. Хан Д. Планирование и контроль: концепция контроллинга. М.: Финансы и статистика, 1997. С. 727-728.

147. Брукинг Энни. Интеллектуальный капитал. Ключ к успеху в новом тысячелетии. СПб. М. - Харьков. Минск, 2001. С. 30-36.

148. Интеллектуальная собс~венность. Основные материалы / Пер. с англ. / РАН, Сибирское отделение. Новосибирск: ВО: Наука, 1993. С. 2-8. В.

149. Эдвард Деминг. Выход из кризиса. Тверь: Альба, 1994. С. 33-34.

150. Исикава К. Японские методы управления качеством. М.: Экономика 1988. С. 90-92.

151. Информационный бюллетень ассоциации Деминга «Вирусная теория менеджмента. М.,1994. С.24.

152. Макмиллан Ч. Японская промышленная система. М.: Прогресс, 1988. С. 209-210.

153. Иванов И.А. Некоторые усовершенствования топливной системы тепловоза ЧМЭ-2 // Электрическая и тепловозная тяга. 1962. № 7. С. 12.

154. Пшенников В.В. Японский менеджмент. 27 уроков для нас. М.: ЗАО «Япония сегодня», 1997. С. 29-31.

155. Е.В. Шубенкова. Тотальное управление качеством. М.: Изд-во «Экзамен», 2005. С. 65.193 .Гильде В., Штарке К Д. Нужны идеи. М.: Мир, 1973. С. 28-29.

156. Харрингтон Дж. Управление качеством в американских корпорациях. М.: Экономика, 1990. С. 89-90.

157. Николаева Э.К. Семь инструментов качества в японской экономике. М.: Изд-во стандартов, 1990. С. -32-31.

158. Открытый университет Великобритании. Эффективный менеджер. Кн. 4. Мотивация Вашего коллектива. Ростов н/Д: Международный центр дистанционного обучения «Линк», 1994. С. 28.

159. Иванов И.А. Применение мозгового штурма для использования интеллектуального потенциала руководящего состава предприятий на железнодорожном транспорте // Вестник РГУПС. 2003. № 2. С. 117-120.

160. Указание руководителя Департамента Локомотивного хозяйства Министерства путей сообщения Российской Федерации А.Д. Русака от 24.07.2001 г. «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов».

161. Локомотивное хозяйство: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / С.Я. Айзинбуд, В.А. ГутковскиГ:, П.И. Кельперис, С.И. Нестеренко, Л.К. Пойлов. М.: Транспорт, 1986. С. 82-83.

162. Коссов Е.Е. Перспективы применения газотурбинных двигателей на тяговом подвижном составе // Тез. докл. на заседании секции НТС МПС 16.04.2001.

163. Коссов В. С., « Перспективы автономной тяги». Локомотив №6, 2005г., с. 37.