Оценка технического состояния газовоздушного тракта тепловозных дизелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Титанаков, Денис Александрович

• Титанаков, Денис Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Титанаков, Денис Александрович

Введение

1. Анализ зависимости рабочих характеристик дизелей от изменения 6 параметров газовоздушного тракта. Постановка задач исследования

1.1. Газовоздушный тракт, как неотъемлемая часть современного 6 дизеля

1.2. Влияние надежности агрегатов наддува на техническое состояние, 12 надежность и экономичность двигателей

1.3. Общая характеристика работы и эксплуатационной надежности 21 турбокомпрессоров транспортных двигателей

1.3.1. Обзор основных неисправностей агрегатов наддува

1.3.2. Анализ надежности тепловозных турбокомпрессоров

2. Моделирование процессов, протекающих в системе «дизель- 35 газовоздушный тракт»

2.1. Разработка методики оценки параметров работы дизеля по 35 результатам реостатных испытаний тепловозов

2.1.1. Расчет процесса сжатия

2.1.2. Расчет термодинамических параметров процесса сгорания

2.1.3. Расчет процесса расширения

2.2. Математическое моделирование согласования параметров 55 турбокомпрессора с выходными характеристиками дизеля

2.2.1. Расчёт характеристик компрессора

2.2.2. Расчёт характеристик турбины

2.3. Математическая модель влияния параметров системы наддува на 96 технико - экономические показатели дизеля

3. Разработка методики оценки влияния параметров газовоздушного 108 тракта на технико-экономические характеристики тепловозных дизелей

3.1. Анализ возможности применения метода малых отклонений для оценки влияния параметров газовоздушного тракта на мощность и экономичность двигателя

3.2. Оценка влияния параметров газовоздушного тракта на технико- 118 экономические характеристики дизеля методом малых отклонений

3.3. Решение системы уравнений в малых отклонениях

3.4. Оценка доли влияния параметров технического состояния ТК на 136 выходные параметры работы двигателя

3.5. Методика настройки ДГУ по рабочим характеристикам агрегатов 143 наддува

4.0ценка степени влияния параметров газовоздушного тракта на 146 экологические характеристики дизелей

4.1. Расчет равновесного состава продуктов сгорания топлива в 146 тепловозных дизелях при изменении параметров ГВТ

5. Расчет стоимости программного продукта

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка технического состояния газовоздушного тракта тепловозных дизелей»

Железнодорожный транспорт в Российской Федерации имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социальнозначимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75% грузооборота и 40% пассажирооборота, выполняемого транспортом общего пользования.

Эффективность работы железной дороги во многом зависит от состояния локомотивной тяги. Основными направлениями в решении стоящих перед локомотивным хозяйством задач являются : сокращение расходов на техническое обслуживание и текущий ремонт тягового подвижного состава, снижение эксплуатационных расходов, совершенствование деповской ремонтной базы; продление срока службы тягового подвижного состава и повышение его топливной экономичности; создание нормативной методической базы для обеспечения минимизации вредного воздействия железнодорожного транспорта на окружающую среду, разработка технологий и технических средств для очистки вредных выбросов и стоков; создание грузового тягового подвижного состава нового поколения и тепловозов с альтернативным видом топлива.

Решение вопросов повышения надежности и экономичности тепловозов, и в частности их силовых установок, возможно с привлечением методов и средств диагностирования локомотивов и практических разработок, направленных на решение конкретных задач.

Известно, что в процессе эксплуатации дизеля характеристики компрессора и турбины агрегата наддува постоянно изменяются, что отрицательно влияет на эффективность его (дизеля) работы и приводит к рассогласованию характеристик двигателя и турбокомпрессора /8, 9/.

Опыт эксплуатации тепловозных дизелей показал, что неисправности агрегатов воздухоснабжения составляют около 8% от числа порч по дизелю.

Существующие методы ремонта, настройки и диагностики турбокомпрессоров не позволяют точно оценить влияние параметров газовоздушного тракта и рабочих характеристик агрегатов наддува на мощность и топливную экономичность тепловозных дизелей.

Материалы, приведенные в настоящей диссертационной работе, являются обобщением результатов исследований в области повышения надежности работы агрегатов наддува в эксплуатации, которые могут найти широкое применение в системе локомотивного хозяйства МПС и промышленного транспорта.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Титанаков, Денис Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По результатам исследований, проведенных в работе можно сделать следующие выводы:

1. Анализ эксплуатационной надежности тепловозов на сети железных дорог ОАО «РЖД», выполненный по отчетным документам, показал, что по причине отказов агрегатов наддува и элементов газовоздушного тракта выполняется около 10 % неплановых ремонтов.

2. Анализ выполненных исследований показал, что отклонения выходных характеристик агрегатов газовоздушного тракта могут приводить к снижению уровня вырабатываемой мощности до 15 %, повышению удельного расхода топлива до 10 %, увеличению вредных выбросов до 15 %.

3. Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние параметров газовоздушного тракта на технико-экономические и экологические характеристики дизеля. Уточнена методика определения процесса выгорания топлива при расчете рабочего процесса.

4. Предложен метод малых отклонений для определения доли влияния параметров агрегатов газовоздушного тракта на работу дизеля. Получены основные зависимости выходных характеристик агрегатов газовоздушного тракта и технико-экономических характеристик дизеля в виде метода малых отклонений.

5. Анализ теоретических исследований по применению метода малых отклонений в системе диагностирования тепловозных дизелей показал, что наиболее информативным режимом испытаний дизеля является номинальный режим работы, на котором максимально проявляется доля влияния отдельных агрегатов наддува на выходные характеристики двигателя.

6. Для реализации метода малых отклонений в системе ремонта и диагностирования тепловозов разработаны методика, алгоритм и программный модуль, позволяющие оценить техническое состояние агрегатов наддува и проточных частей наддувочного и выпускного трактов и степень влияния параметров работы газовоздушного тракта на экономические, термодинамические и экологические параметры работы дизеля.

7. Расчетный годовой экономический эффект, который определен с учетом действующей на сети дорог планово-предупредительной системы ремонта, составил 4250 р. на один тепловоз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Титанаков, Денис Александрович, 2005 год

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

2. Межерицкий А. Д. Эксплуатация турбонагнетателей судовых дизелей. Мурманск, 1969.

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

4. Кита В. Ф. Устройство и ремонт турбокомпрессоров судовых ДВС. 1972. 180 с.

5. Межерицкий А. Д. Турбокомпрессоры судовых дизелей. JL, 1971.192 с.

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

7. Петровский Н.В. Газотурбинный наддув мощных двухтактных судовых двигателей. Д.: Судостроение, 1970. - 254 с.

8. ГОСТ 10038-82. Турбокомпрессоры для наддува дизелей и газовых двигателей. Методы испытаний.

9. Анисимов А.С. Повышение надежности тепловозных турбокомпрессоров в эксплуатации. Дисс. канд. техн. наук. ОмГУПС. Омск 1999. 175 с.

10. Правила деповского ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10. М., 1969.312 с.

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

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

13. Камкин С. В., Возницкий И. В., Шмелев В. П. Эксплуатация судовых дизелей. М, 1990. 344 с.

14. Рогалев Б. М., Смолин Ю. И. Эксплуатация и ремонт газотурбонагнетателей судовых дизелей. М., 1975. 192 с.

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

16. Жур. Моркой флот. 1971. № 6. С. 41.

17. Жур. Моркой флот. 1972. № 12. С. 48-49.

18. Жур. Моркой флот. 1973. № 11. С. 46-47.

19. Сб. Технико-экономическая информация "Техническая эксплуатация флота", М., 1973, № 24. С. 27-32.

20. Кузнецов Л. А. Камеры сгорани стационарных газотурбинных установок. Л., 1957. 164 с.

21. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателей. М., 1962. 268 с.

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

23. Володин А.И., Сковородников Е.И., Овчаренко С.М. Локомотивные энергетические установки. Курсовой проект. Часть 1. Омск, 2000. 40 с.

24. Блинов П.Н., Сковородников Е.И. Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания на ЭВМ «НАИРИ-2». Методические указания по курсовому проектированию. Омск, 1982. 44 с.

25. Шелест П.А. Индикаторный процесс тепловозного дизеля // Вестник машиностроения. 2001. № 7.

26. Михайлов В.И., Федосов К.М. Планирование экспериментов в судостроении.-Л.: Судостроение. 1978. 159 с.

27. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессовпоршневых и комбинированных двигателей. Изд. 3-е. Коллектив авторов. М., 1971.400 с.

28. Дьяченко Н. X. Теория двигателей внутреннего сгорания. М.-Л.,1974.

29. Бухарин Н. И., Распутин А. И. Исследование канально-лопаточных диффузоров центробежных компресоров. М., 1965, № 8.

30. Дьяченко Н. X. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания. М.-Л, 1965.

31. Степанов Г. Ю. Основы теории лопаточных машин комбинированных и газотурбинных двигателей. М., 1958.

32. Бекнев B.C., Панков О.М., Янсон Р.А. Газодинамика газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1973. - 389 с.

33. Черкез А. Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. М., 1965.

34. Портнов Д. А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия. М., 1963.

35. Ваншейдт В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. J1., 1962.

36. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М., 1953.

37. Межерицкий А. Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей. Л., 1986. 248 с.

38. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М., 1973.

39. Теплотехнический справочник. Том 1. Под редакцией С. Г. Герасимова. M.-JI., 1964. 728 с.

40. Лышевский А. С. Движение жидких капель в газовом потоке. Изв. вузов "Энергетика". 1963. № 7. С. 15-17.

41. Теплопередача: Учебник для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. 4-е изд., перераб. и доп. М., 1981. 416 с.

42. Улитин Н. С. Сопротивление материалов. Изд. 3-е, перераб. Учебник для строит, монтаж, специальностей техникумов. М., 1969. С.57-60.

43. Экспериментальное исследование прочности при импульсных каплеударных нагрузках // В. К. Алексеев, 3. В. Бодрышев, Ю. Д. Денисов, Р. Г. Перельман / Проблемы прочности. 1977. № 6. С. 110-113.

44. Перельман Р. Г. Эрозия элементов паровых турбин.

45. Szprengiel Z., Weigle В. Some results of erosion calculation as applied to steam turbine blading // Proc. 6th Int. Conf. on Erosion by Liquid and Solid. Impact Cambridge. 1983.1 27. P. 1-11.

46. Shubenko A. L., Kovalsky A. E. On prediction of erosion wear of details on the its kinetic model by impact of liquid drop on polydisperse flow of moisture // Proc. 7th Int. Conf. on Erosion by Liquid and Solid. Impact Cambridge. 1987.

47. Титанаков Д.А. Граф-модель, ак метод оценки взаимосвязей системы «дизель-газовоздушный тракт» // Тезисы докладов XXX межвузовской конференции студентов и аспирантов. Самарская гос. Акад. Путей сообщения. Самара, 2003. С. 87-88.

48. Хазен С.М. Энергетика локомотивов. М. Транспорт, 1977. - 206 с.

49. Пушкарев И.Ф., Пахомов Э.А. Контроль и оценка технического состояния тепловозов. М.: Транспорт, 1985. - 160 с.

50. Развитие локомотивной тяги / Н.А. Фуфрянский , А.Н. Долганов; под. ред. Н.А. Фуфрянского, А.Н. Бевзенко. М. : Транспорт, 1982. - 304 с.

51. Серов А.В. Оптимальное управление качеством и эффективностью работы машин в эксплуатации. М.: Знание, 1979. - 52 с.

52. Корнеев Н.Н., Фуфрянский Н.А. Топливная экономичность тепловоза в эксплуатации. М.: Траонспорт, 1974. - 56 с.

53. Дизелестроение / Под ред. В.И. Баланина. JI. : Машиностроение, 1984.-216 с.

54. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. JI. : Машиностроение, 1972. - 223 с.

55. Володин А.И., Фофанов Г.А. Топливная экономичность силовых установок тепловозов. М. :Транспорт, 1979. 126 с.

56. Хомич А.Х., Тупицын А.И., Симеон А.Э. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов. М. : Транспорт, 1975. - 262 с.

57. Фофанов Г.А., Силин С.И. Влияние эксплуатационных факторов на экономичность тепловозного дизеля 10Д100//Вестник ВНИИЖТ. 1975. №1. С.24-27.

58. Николаенко А.В., Протасов Е.Н. Влияние атмосферных условий на экологические и экономические показатели дизеля//Тр.Лен.с.-х. ин-та. 1985. -С.40-47

59. Поварков И.Л., Ермолаева В.Г. Определение теплотехнического сосотояния дизелей 1 ОД 100 при реостатных испытаниях // Электрическая итепловозная тяга. 1981. - №4. - С. 17-19.

60. Станиславский Л.В. Техническое диагностирование дизелей. — Киев: Выша Школа, 1983. 137 с.

61. Петриченко P.M., Уваров С.Н. Экономический ущерб воздействия отработавших газов ДВС И Двигателестроение. 1986. №10. - С.49-50.

62. Кудряш А.П. Надежность и рабочий цикл транспортного дизеля. -Киев: Наукова думка, 1981. 136 с.

63. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение. 1981. 159 с.

64. Галкин В.Г., Парамзин В.П., Четвергов В.А. Надежность тягового подвижного состава. М.: Транспорт, 1981. - 184 с.

65. Крутов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. М.: Машиностроение, 1978. - 470 с.

66. Володин А.И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания. -М.: Транспорт, 1978. 239 с.

67. Моргулис П.С., Перфилов В.Г., Турбокомпрессоры тепловозных двигателей. М.: Машиностроение, 1965 - 148 с.

68. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины /Н.М. Глаголев, А.А. Куриц, А.З. Хомич и др. М.: Транспорт, 1973. - 336 с.

69. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы /Под. Ре. Н.Х. Дьяченко. Л.: Машиностроение, 1974. - 552 с.

70. Симеон А.Э., Синенко Н.П. Испытание тепловозных и судовых дизелей типа Д100. М.: Машгиз, 1960. - 264 с.

71. Синенко Н.П., Еринберг Ф.Г. Исследование и доводка тепловозных дизелей. М.Машиностроение, 1975. - 184 с.

72. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: Виша школа, 1980. - 184 с.

73. Кудряш А.П., Созаев В.Т., Тартаковский Э.Д. Резервы повышения экономичности тепловозов 2ТЭ10Л. М.: Транспорт, 1975. - 64 с.

74. Рахматуллин М.Д. Технология ремонта тепловозов, М.: Транспорт, 1983. - 319 с.

75. Дизели: Справочник /Б.П. Байков, В.А. Ваншейдт, Б.М. Гончар и др.; Под. Ред. В.А. Ваншейдта, Н.И. Иванченко, JI.K. Коллерова. Л.: Машиностроение, 1977. - 480 с.

76. Турбокомпрессоры для наддува дизелей /Б.П. Байков, В.Г. Бордуков, П.В. Иванов, Р.С. Дейч. Л.: Машиностроение, 1975. - 200 с.

77. Марков Н.М. Теория и расчет лопаточного аппарата осевых турбомашин. Л.: Машиностроение, 1966. - 240 с.

78. Карпов Л.Н., Лютов И.Л., Гаврилов B.C. Двигатели с турбонаддувом. М.: Транспорт, 1971. - 248 с.

79. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания /Под. ред. М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1979. -296 с.

80. Симеон А.Э., Каминский В.А., Моргулис Ю.Р. Турбонаддув высокооборотных дизелей. М.: Машиностроение, 1976. - 228 с.

81. Новков Л.А. Технологии снижения вредных выбросов тепловозов// Двигателестроение. 1997. № 1-2. с.49-51

82. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л., 1972. 128 с.

83. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М., 2000.80 с.

84. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М., 2002. 376 с.

85. Моделирование вредных выбросов тепловозов и дизель-поездов //Железные дороги мира. 1999. № 8. с. 47-50

86. Временные нормы и методы определения удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с отработавшими газами дизелей эксплуатируемых тепловозов. М., 1991. 9 с.

87. Сковородников Е.И. Научные основы технического и технологического обеспечения по снижению вредных выбросов тепловозов. Диссертация д.т.н. Омск, 2000. 360 с.

88. Хватов В.Н., Логинов Н.В. Пути снижения дымности отработавших газов автотракторных дизелей //Двигателестроение. 1991. № 5.

89. Вейнблат М.Х., Федякин П.А. Снижение дымности отработавших газов форсированного дизеля на режимах холостого хода //Двигателестроение. 1990. № 11.

90. Малов Р.В. Проблема уменьшения выброса вредных веществ тепловозами //Железнодорожный транспорт. 1982. № 5.

91. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М., 1973. 199 с.

92. Укрупненные нормы времени на разработку и сопровождение программных средств (методический материал) / ГИЦ ПС ВТ МПС РФ. М., 2000. 61 с.

93. Организация, нормирование и оплата труда на железнодорожном транспорте: Учебник / Под ред. Ю.Д. Петрова, М.В. Белкина. М., 1998. 279 с.

94. Трудовой кодекс Российской Федерации. № 197-ФЗ от 30.12.01.

95. Приказ МПС № 24Ц от 15.12.97 «О совершенствовании системы организации заработной платы работников, занятых в основной деятельности железных дорог». 47 с.

96. Налоговый кодекс Российской Федерации. 4.1, 4.2. М., 2004. 544 с.

97. Экономика железнодорожного транспорта: Учебник / Под ред. Н.П. Терешиной, Б.М. Лапидуса, М. Ф. Трихункова. М., 2001. 600 с.