Повышение эксплуатационной топливной экономичности тепловозных дизелей путем установки агрегата прогрева тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Синенко, Павел Николаевич

• Синенко, Павел Николаевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Синенко, Павел Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗНОЙ СШГОВОЙ

УСТАНОВКИ

1.1. Прогрев тепловозной силовой установки за счет работы дизель-генератора на холостом ходу

1.2. Прогрев тепловозной силовой установки с помощью постороннего источника электроэнергии

1.3. Прогрев тепловозной силовой установки с использованием избыточной энергии котельных локомотивных депо.

1.4. Прогрев тепловозной силовой установки с помощью котлов подогрева.

1.5. Постановка цели и задач исследования.

2. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ КОТЛА ПОДОГРЕВА С АВТОНОМНЫМ ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЕГО РАБОЧЕГО

ПРОЦЕССА.

2.1. Разработка цринципиальной схемы котла подогрева

2.2. Методика расчета рабочего црсцесса котла подогрева с автономным газотурбинным приводом

2.3. Определение мощности привода вспомогательного оборудования котла подогрева

2.4. Реализация методики расчета на ЭВМ.

3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОТЛА ПОДОГРЕВА С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ.

3.1. Экспериментальная стендовая установка котла подогрева.

3.2. Методика цроведения экспериментального исследования

3.3. Результаты расчетно-экспериментального исследования

4. РА(ЖТНО-ЖСШРШЕНТМЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА.IOI

4.1. Результаты сравнительного расчетно-экспериментального исследования процессов прогрева тепловозного дизель-генератора ЮДЮО различными способами.

4.2. Технико-экономическое сравнение различных способов црогрева тепловозного дизель-генератора ЮДЮО

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационной топливной экономичности тепловозных дизелей путем установки агрегата прогрева»

В В Е Д Е Н И Е В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", принятых на ХХУ1 съезде КПСС /I....4/ и в материалах последующих пленутуюв ЦК КПСС згказывается на необходимость улучшения использования топливно-энергетических ресурсов. Особое внимание уделяется экономии светлых нефтепродуктов, так как разработка новых месторождений нефти, удаленных от центральных промышленных областей, увеличивает затраты на их производство. На майском 1984 г. заседании Политбюро ЦК КПСС подчеркивалось, "...что цроблема бережного и комплексного использования нефти и нефтепродуктов имеет важнейшее общегосударственное, общепартийное значение и должна постоянно находиться в центре внимания всех партийных, советских, профсоюзных и комсомольских организаций". Решение этой проблеглы в большой степени возлагается на железнодорожный транспорт страны, являющийся одним из основных потребителей дизельного топлива. Около 16,5 вырабатываемого Б стране дизельного топлива потребляется тепловозами для выполнения перевозочной работы 3 4 Резервы экономии топлива дизельной тягой кроются в повышении топливной эконогличности тепловозных двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время эффективный коэффициент полезного действия тепловозных дизелей на номинальном режиме достиг значения 4:2%, Дальнейшее значительное повышение X) за счет совершенствования рабочего процесса дизеля и его констрзгкции требует создания новых конструкционных материалов, что в ближайшее будущее неосуществимо, Таким образом, резервы снижения расхода дизельного топлива локомотивным парком страны следует искать в совершенствовании неноминальных режимов работы и со1фащении непроизводительной работы дизелей для вспомогательных нужд. Существенное влияние на топливную экономичность дизельной тяги оказывают параметры овружающей среды. При понижении температуры наружного воздуха затраты топлива возрастают, Одной из основных причин этого является необходимость поддерживать тепловозный дизель в "горячем резерве" за счет его работы на холостом ходу. Среднестатистические данные показывают, что на режимах прогрева тепловозный двигатель работает около 10 времени всей работы в эксплуатации, при SE;OM потребляется до дизельного топлива от всего расхода на перевозочную работу. Это составляет по сети железных дорог более 500 000 т топлива в год. Эти цифры подтвервдают важность и актуальность решения вопросов, связанных с повышешем топливной экономичности режимов црогрева. На первых тепловозах ТЭЗ и ТЭП60, поступавших в эксплуатацию на железные дороги страны, для прогрева двигателей устанавливались жидкостные котлы подогрева с цриводом от аккумуляторных батарей тепловоза. Опыт их эксплуатации в период отрицательных температур наружного воздуха показал, что теплопроизводительность этих агрегатов недостаточна,н результате чего их топливная эффективность оказалась незначительной. К тому же они в процессе работы разряжали аккумуляторные батареи тепловоза. По этим причинам обслуживающий персонал депо перестал пользоваться котлами подогрева и они были сняты с тепловозов, В последнее время, когда проблема экономии т,опливноэнергетическжх ресурсов"приобрела особое значение, воцросами совершенствования режимов прогрева тепловозных двигателей стали заниматься многие научно-исследовательские организации. Ряд работ, выполненных во ВНИТИ, ЦНИИ Ш С МИИТе, ХИИТе и др. показал, что решение проблемы прогрева тепловозных двигателей может быть успешно решена, Наметилось три основных нацравления решения этой проблемы в зависимости от вида используемой энергии: использование энергии котельных локомотивных депо; использование электроэнергии как посторонних источников, так и тепловозного дизель-генератора; использование дизельного топлива в котлах подогрева. В первом направлении большой объем исследований выполнен ХИЙГом совместно с ЦНИИ МПС. Разработан проект системы стационарного прогрева тепловозных двигателей с использованием избыточной анергии котельной локомотивного депо. Изготовлены и испытаны опытные системы стационарного прогрева в локомотивных депо ст.Основа Южной ж.д. и ст.Лянгасово Горьковской ж.д. Результаты экспериглентальных исследований позволили разработать руководящий технический материал "Системы стациошрного прогрева". Использование для прогрева двигателей электроэнергии отличается простотой и высокой надежностью. В ХИИТе разработана система электропрогрева с использованием электроэнергии тягового генератора, которая показала высокую эффективность и надежность. В локомотивном депо Печора Северной ж.д. находится в эксплуатации тепловоз 2ТЭ116А, оборудованны11 системой электроцрогрева с использованием электроэнергии вспомогательного генератора. Широко ведутся работы по повышению экономичности жидкостных котлов подогрева. В Й И провел исследования по пршленеНТ нию на тепловозах малогабаритных котлов подогрева автотракторного типа БВД-600, исследовал возможность применения термоэлементов для преобразования энергии выпускных газов котла в электрическую, обеспечивающую привод вспомогательного оборудования системы прогрева тепловозного двигателя. Применение каждой конкретной системы должно определяться услоБиягли эксплуатации. Еацршлер, стационарный прогрев целесообразно привяенять во вновь строящихся депо, т.к. ее реализация требует наличия площадей для путей отстоя и теплоподготовительного пункта. Наиболее автономным способом прогрева тепловозных двигателей является система прогрева на базе котла подогрева. В настоящей диссертационной работе предлагается автономный котел подогрева с газотурбинным приводом,лишенный основного недостатка таких устройств потребления электроэнергии аккумуляторных батарей тепловоза для привода вспомогательного оборудования системы прогрева. На защту выносятся следующие основные положения диссертации: методика расчета автономного котла подогрева с газотурбинным цриБодом, имеющего камеру сгорания, смеситель, свободный турбокомцрессор, механически связанный с электрогенератором и экономайзер, которая позволяет учитывать смешение газов с воздухш перед турбиной, происходящее в смесителе, и рассчитывать скоростные и нагрузочные характеристики турбокомпрессорного агрегата; принципиальная схема и конструкция автономного котла подогрева; методика расчета процесса прогрева тепловозного двигателя внутреннего сгорания; коэффициент эффективности прогрева, позволящий выполнить сравнительную оценку топливной эффективности различных способов прогрева тепловозных двигателей, Работа выполнена в Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта им. М.Кирова.I. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПРОГРЕВА ТЕШЮВОЗНОЙ СМОВОЙ УСТАНОВКИ Появление дизельной тяги на железных дорогах СССР в 50-х годах поставило перед инженерами и учеными ряд проблем по совершенствованию работы тепловозов. Одна из основных проблема экономии дизельного топлива в настоящее время приобрела особую актуальность. В нашей стране с многообразием климатических зон к эксплуатируемым тепловозам должен предъявляться ряд требований, выполнение которых позволит значительно снизить среднеэксплуатационный расход топлива. Это, прежде всего, относится к районам с низкими температурами окружащей среды в осенне-зимний период эксплуатации, когда возникает необходимость поддерживать тепловой режим водяных и масляных систем тепяовозного дизеля в заданных пределах с целью обеспечения работоспособности тепловоза в любой момент времени. В настоящее время в практике эксплуатации тепловозов применяются в основном четыре способа поддержания необходимого теплового режима тепловозной силойой установки: а) прогрев систем дизеля за счет его работы на холостом ходу; б) Егрогрев систем дизеля с использованием электроэнергии как постороннего источника, так и работающего дизель-генератора; в) прогрев систем дизеля жидкостными котшами подогрева, работающими на дизельном топливе; г) прогрев систем дизеля с использиванием избыточной энергии котельных локомотивных депо. Три последних способа до настоящего времени не нашли широкого применения на железнодорожном транспорте. Поэтому, прогрев тепловозных силовых установок, в основном, осуществляется за счет работы дизель-генератора на холостом ходу» Ряд исследований систем прогрева тепловозов, выполненных во ВНИТИ, Ц И Н ИМПС, БелИИЕТе, ТашИШЕ, ОмИИТе, МИИТе, ХИИТе и на других 1федприятиях, показал, что црогрев тепловозов за счет работы дизелей на холостом ходу является наименее эффективным как с точки зрения экономичности, так и с точки зрения надежности эксплуатации тепловозов. Однако широкое применение этого способа вынуждает исследователей искать пути его совершенствования. В последнее время в нашей стране выполнен ряд работ по созданию систем прогрева тепловозных дизелей. Разработаны системы прогрева на базе использования энергии котельных локомотивных депо, так называемые системы стационарного прогрева, в которых вода, циркулирующая по системам тепловозного дизеля, нагревается паром, поступающим из котельной депо, в специальном теплоподготовительном пункте. Такие системы реализованы в локомотивных депо ст.Основа Южной ж.д. и ст. Лянгасово Горьковской ж.д. Их эксплуатация позволяет добиться снижения среднеэксплуатационного расхода топлива тепловозами до Ь%, Не меньший интерес представляют работы по совершенствованию жидкостных котлов подогрева. Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ) проводит работы по созданию котлов подогрева с утилизацией энергии выпускных газов с помощью термоэлементов для привода вспомогательного оборудования системы црогрева. Перспективными являются работы по исследованию систем электропрогрева тепловозных силовых установок. Такие системы отличаются констрзгктивной простотой, высокой эффективностью и надежностью. Эксплуатация опытных тепловозов с электропрогреII B M в условиях с низкими температурами наружного воздуха поO казала, что среднеэксплуатационный расход топлива снижается на 2$. Зарубежный опыт показывает, что проблема прогрева тешговозов актуальна и для стран с более высоким уровнем среднегодовых температур, чем в нашей стране. Например, в ГДР 93 создана унифицированная система подогрева, которая позволяет осуществлять подогрев дизеля после его выключения с целью стабилизации температуры. Эта система позволяет прогревать дизель за счет циркуляции воды в системе охлаздения, причем вода может подогреваться паром из внешнего паропровода или из отопительного котла. Возможен подогрев и горячей водой из внешней сети. Внедрение данной системы обеспечивает экономию дизельного топлива на железных дорогах ГДР в размере 5700 т ежегодно, В С А фирма Микрофор Инкорлорейтед серийно выпускает сиШ стему прогрева тепловозных дизелей 88 Система представляет собой специальный блок, состоящий из вспомогательного дизель-генератора, электрических аппаратов управления тепловым режимом основного дизеля, отключающего устройства безопасности и устройства для постоянной подзарядки аккумуляторных батарей. Учитывая величину экономии дизельного топлива, которой можно достичь при применении такой системы, она рекомендована для массовой установки на тепловозах железных дорог США. Развитие сети железных дорог СССР, строительство Байкало-Амурской магистрали выдвигает жесткие требования как к вновь строящимся, так и к находящимся в эксплуатации тепловозам по экономичности и надежности. В свете этого особую актуальность приобретает проблема разработки и создания высокоэффективной системы прогрева тепловозных силовых установок. I I Прогрев тепловозной силовой установки за счет работы дизель-генератора на холостом ходу Как отмечалось выше, преимущественным способом поддержания необходимого теплового режима теплоносителей в тепловозной силовой установке на настоящее время остается работа дизеля на холостом ходу. На прогрев тепловозов таким способом ежегодно по сети дорог расходуется более 500000 т натурного дизельного топлива 34 По требованию инструкции по эксплуатации тепловозов 2Т$10Л прогрев должен осуществляться периодической работой дизеля на позиции контроллера не ниже 8-й, Однако, в условиях локомотивных депо, из-за отсутствия обслуживающего персонала, как правило, прогрев осуществляется нецрерывной работой дизеля на О-й или более высоких позициях, Длительная работа тепловозного Дизеля на холостом ходу характеризуется резким ухудшением его теплотехнического состояния. Это вызвано следующими цричинами. На режиме холостого хода наблюдается ухудшение процесса сгорания из-за некачественного распиливания топлива. Дизель работает при низких температурах охлаждающей воды и масла, что снижает температуру конца саатйя, увеличивая период задержки воспламенения и относительные тепловые потери в воду и масло, К товяу же низкая температура стенок гильз способствует конденсации паров несгоревшего топлива, воды и продуктов сгорания. Эти сконденсировавшиеся продогкты попадают в картер, загрязняя масло, и на поверхность выпускных окон и соплового аппарата турбины, образуя нагар. Низкая температура масла в картере затрудняет испарение воды и несгоревшего топлива, что приводит к повышенному износу деталей двигателя и к частой смене масла 18,89 Таким образом, можно сделать вывод, что прогрев тепловозных дизелей работой на холостом ходу отрицательно сказывается на их надежности. Что касается топливной эффективности данного способа, то необходимо цроанализировать внешний тепловой баланс дизеля на холостом ходу и оценить его коэффициент полезного действия,. как устройства для прогрева тепловозной силовой установки. Внешний тепловой баланс дизеля с наддувом записывается -следующим уравнением, Qron" тбплота топлива, сожженого в цилиндре; Qo теплота, внесенная в цилиндр с воздухом (на режимах малых нагрузок эта величина весыла мала и ею можно пренебречь) Qg теплота, эквивалентная эффективной работе дизеля; Qg д" теплота, отведенная с охлаждающей водой; Q теплота, отведенная с маслом; где Q Q теплота, отведенная с выпускными газами; потеря теплоты от неполноты сгорания; Socr" остаточный член теплового баланса, включающий неучтенные потери теплоты в результате лучистого и конвективного теплообмена нагретых частей двигателя с окружающей средой. Теплота, затрачиваемая на прогрев систем двигателя, цредставляет собой те составляющие внешнего теплового баланса, которые рассеиваются в окружающую среду через стенки кузова тепловоза и холодильники. Это можно записать следующим уравнением ИЛИ QnarG-Q.-ar-Qnc (1.3) где теплота, теряемая тепловозной силовой установкой в окружавяцую среду. При выражении уравнения 1,3 в относительных величинах получится Рот=-е-г-нс (1.4) Относительная величина Q„g представляет собой коэффициент полезного действия дизеля, как устройства для прогрева систем тепловоза (далее будем именовать этот коэффициент как коэффициент эффективности нагрева п Теплота, эквивалентная удельной эффективной работе дизеля (или эффективный коэффициент полезного действия), Q при его работе в режиме прогрева не равна О, так как прогрев осуществляется при работе на тепловозном холостом ходу и эффективная мощность дизеля затрачивается на привод вспомогательного оборудования (вентиляторов охлаждения тяговых двигателей,двухмашинного агрегата, подвозбуцителя, компрессора и вентилятора охлаждения главного генератора). При работе дизеля в режиме прогрева при частотах вращения коленчатого вала от П =400 об/мин до /г 625 об/мин (0-я 8-я позиции контроллера) величина 0 колеблется в пределах 0,03 0,06; в то же время величина D изменяется в узких пределах 0,50 0,45, а О 0,05 0,02 соответственно частоте вращения коленчатого вала, Таким образом, на данном этапе анализа можно оценить к.п.д. нагрева по фощуле 1.4. Величина у) цри црогреве на 0-й 8-й позициях контроллера изменяется в пределах 0,42 0,47 соответственно. На основе изложенного можно сделать вывод, что прогрев тепловозной силовой установки работой дизеля характеризуется низким к.п.д, нагрева не превышащим 0,5, в то время как известные устройства, предназначенные для нагрева любого теплоносителя (в общем случае, котельные установки), имеют к.п.д. 0,80 0,85 и выше. Однако для оценки топливной эффективности рассматриваемого способа недостаточно использовать лишь к.п.д. нагрева. Необходимо проанализировать динамику процесса прогрева. На рис. I.I представлена диаграмма прогрева тепловозной силовой установки в координатах температура-время Т =f(T) По требованию инструкции по эксплуатации тепловозов 2ТЭ10Л запускать дизель можно при температуре воды на выходе из дизеля не ниже 3I3K. Поэтому в процессе отстоя тепловоза в депо при достиmin жении температуры воды на выходе из дизеля 3I3K Т дизель запускается и осуществляется прогрев до некоторой темmax пературы I. которая зависит от температуры окружаюmax щей среды. При этом масляная система прогревается до Т.мmax а система охлаждения наддувочного воздуха и масла до Т Затем дизель останавливается и происходит остывание до Т 3I3K. Далее цикл повторяется. Такой прогрев получил название цикличного прогрева. Как видно из диаграммы (рис.1.1) цри увеличении температур теплоносителей 71 ,7,7] растет температурный перепад между теплоносителями и окружающей средой. Пропорционально перепаду растут тепловые потери систем дизеля. Таким образом, очевидно, ЧТО наиболее экономичным режимом прогрева являлся бы такой, при котором температуры теплоносителей поддерживаmin rnin. min лись бы на минимально допустимых уровнях 71 м sz ое ОС/П tuxyt Рис.I.I. Диаграмма прогрева тепловозной силовой 1-система охлаждения дизеля; 2-масляная система; 3 воздухаи масла.На самом деле дизель затрачивает дополнительную энергию на прогрев, пропорциональную сумме заштрихованных площадей (рис.1,1), которую приняв в первом приближении коэффициенты теплопередачи от теплоносителей к окружающей среДе постоянными /36 можно выразить в следующем виде где /f, /f, Hg коэффициенты теплопередачи от воды охлаждения дизеля, масла, воды охлаждения наддувочного воздуха к окружающей среде соответственно; F условные площади ограждений теплоносителей; ёСhMhSs)" зависимости температур теплоносителей по времени, Соответственно записывается анергия, необходимая для поддержания минимально допустимых температур теплоносителей (1.6) min mln ч I Для оценки эффективности использования энергии в цикле нагрева-остывания предложен коэффициент эффективности цикла п Этот коэффициент запишется в следующем виде QinRaan (1.7) Обработка многочисленных диаграмм нагрева-остывания показывает, что п в зависимости от позиции прогрева и те пературы окружающей среды, колеблется в пределах О,4...О,7.Для оценки эффективности, прогрева тепловозной силовой установки цредложен коэффициент эффективности прогрева п ,который представляется в следущем виде С учетом значений и и п коэффициент эффективности прогрева при работе дизеля на холостом ходу колеблется в пределах I„„ 0.20 0.35 пр Предложенный коэффициент эффективности представляет собой объективный критерий, с помощью которого можно сравнивать различные системы прогрева применительно к любым транспортным средствам. Анализ формулы (1,8) показывает, что для того, чтобы новысить коэффициент эффективности прогрева, необходимо либо увеличить к,п.д» нагрева п либо увеличить л Как видно из ф о л и (I.V) увеленвя ыо«но достичь за счет уменьшения величины Q т.е. за счет уменьшения макmax max max симальных значений температур теплоносителей 7] 7 Tg (формула 1,5), или за счет увеличения величины 0. что приведет лишь к дополнительным затратам энергии, По форауле(1.4) Увеличения п- т.е. теплоотдачи в воду и масло, можно добиться снижением средних температур теплоносителей (воды и масла), что при сохранении минимальных означает уменьшение максимальных температур и одновременный рост п„ и п Но это приводит в то же время к сокращению времени цикла Z, процесса нагрева-остывания (pnc.I.I), увеличению количества циклов и, как следствие, к уменьшению что тождественно увеличению количества запусков дизеля. Это, в свою очередь, ограничено емкостью аккумуляторных батарей тепловоза и отрицательно влияет на пусковые износы и на надежность двигателя. Следовательно, выбор максимальных температур нагрева теплоносителей должен цроводаться с учетом температуры окружающей среды, надежности дизеля и топливной эффективности црогрева. В этом направлении проведены исследования применительно к тепловозам ТЭЗ в БелИИЖТе 34 В этой работе авторы на основе расчетно-экспериментального исследования разработали графики-номограммы оптимальных режимов прогрева силовой установки тепловоза. Учитывая оптимальное количество пусков дизеля, температуру окружающей среды и время простоя тепловоза в депо, рассчитаны максимальные температуры воды охлаждения дизеля до которых необходимо осуществлять црогрев. Иными словами, целью этой работы явилось повышение коэффициента эффективности цикла п нагрева-остывания. Однако осуществление такого цикла потребует расширения штата машинистов-прогревальщиков и отлаженной, четкой диспетчерской службы, позволяющей получить объективные данные о времени простоя тепловоза в депо. В целом ряде депо выполнение этих условий практически невозможно. Выходом из этого положения является автоматизация процесса прогрева. Сотрудниками локомотивного депо ст.Основа и ХИИТа разработано автоматическое устройство для прогрева тепловозного дизеля Е|ри отстое ,обеспечивающее запуск дизель-генератора при снижении температуры воды в системе дизеля до 3I3K и его остановку при достижении максимально заданной температуры воды. Значительный практический интерес представляет способ повышения коэффициента эффективности цикла црогрева, предложенный в работе БелИИЖТа /II Авторы рекомендуют устанавливать в системе охлаадения дизеля дополнительный водяной насос. Граничным: условием охлаждения тепловоза является температура воды на выходе из дизеля (3I3K), В то же время температура воды, находящейся в дизеле, может быть значительно выше. Включение дополнительного водяного насоса позволяет выравнйть поле температур воды по системам охлаждения. На рис. 1.2 представлена диаграмма прогрева с работой дополнительного насоса. Заштрихованная часть диаграммы характеризует добавочно реализуемую дополнительную мощность дизеля, затраченную на прогрев, за счет работы дополнительного насоса за время T= Увеличение коэффициента эффективности цикла прогрева достигается за счет увеличения составляющей Q. в формуле 1.7. Преимуществами предложенного способа являются увеличение времени цикла Т что позволяет сократить число запусков дизеля, а также то, что равномерное распределение температур воды по системе снижает термическую напряженность деталей дизеля и системы охлаждения после запуска, Однако при очень низких температурах окружающей среды время остывания может быть ограничено температурой воды во 2-ом контуре охлаждения наддувочного воздуха и масла. В таком случае эффективность дополнительного насоса, установленного в 1-м контуре охлаждения дизеля, снизится. К тому же, работа дополнительного насоса требует затраты электроэнергии аккумуляторных батарей тепловоза, а как известно цри снижении температуры электролита (в зимнее время эксплуатации) резко снижается емкость аккумуляторов. Таким образом этот фактор ограничивает время работы насоса и снижает. его эффективность./7 Г УС й-А ГхГ/ г?../. Рис. Г.?. Диагра.ма npoi\ la сиоемы охлелсдеиил дополнятельиьп 1д,гчым иасосом:, .2. Прогрев тепловозной силовой установки с помощью постороннего источника электроэнергии Системы прогрева тепловозных силовых установок с помощью электроэнергии отличаются конструктивной простотой и высокой надежностью. На рис.1.3 показана схема электроцрогрева от постороннего источника. В системе охлавдения тепловозного дизеля устанавливается электроводонагреватель, выполненный на базе трубчатых электронагревателей ТЭН. Через электроразъем, установленный на стенке iqrsoBa тепловоза электрокотел подключается к постороннему источнику электроэнергии. Дополнительно в системе охлаадения устанавливается водяной насос для прокачки теплоносителя в процессе прогрева. Системы электропрогрева

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Синенко, Павел Николаевич

ВЫВОДЫ

1. Разработаны принципиальная схема автономного котла подогрева с турбокомпрессором, обеспечивающим наддув и привод электрогенератора, инженерная методика расчета совместной работы турбокомпрессора с электрогенератором и котлом подогрева, а также инженерная методика расчета процессов прогрева тепловозных двигателей внутреннего сгорания, которая позволяет значительно сократить объем и время экспериментальных исследований.

2. Разработана конструкция и изготовлен опытный образец автономного котла подогрева для двигателей внутреннего сгорания.

3. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность математической модели реальным процессам, протекающим в системе "котел подогрева - смеситель - турбокомпрессор - электрогенератор".

4. Предложен коэффициент эффективности прогрева, позволяющий объективно оценить топливную эффективность и сократить объем исследований по сравнительному анализу различных систем прогрева двигателей внутреннего сгорания.

5. Выполнено технико-экономическое обоснование автономного котла подогрева, которое показало, что экономический эффект от внедрения на I секции тепловоза 2ТЭ10Л с дизелем ЮДЮО составляет около 1700 руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Синенко, Павел Николаевич, 1984 год

1. Материалы ХШ съезда КПСС.- М.: Политиздат, 1981.223 с.

2. Черненко К.У. Речь на Пленуме ЦК КПСС. Правда, 1984 года, 14 февраля, с.1,2.

3. Ноябрьский Пленум ЦК КПСС важнейший этап в борьбе за выполнение решений ХХУ1 съезда партии. - Политическое самообразование, 1983, № I, с.63-66.

4. Текст выступления Генерального Секретаря ЦК КПССт.Ю.В.Андропова на Пленуме ЦК КПСС 26 декабря 1983 года. Вопросы истории КПСС, 1984, № I, с.3-10.

5. Аэродинамический расчет котельных установок.-т*1од ред. Мочана С.И. Энергия, Л., 1977, 255 с.

6. Анализ топливных систем транспортных силовых установок при их работе в условиях низких температур наружного воддуха. Отчет ВНИТИ № И-40-79, Коломна, 1979. 120 с.

7. Агейкин Д.И. и др. Датчики систем автоматического контроля и регулирования. Справочные материалы. М., Машгиз, 1959.579 с.

8. Бошняк Л.Л. Измерения при теплотехнических исследованиях. Л., Машиностроение, 1974. - 447 с.

9. Беленький А.Д. и др. Эксплуатация тепловозов в различных климатических условиях.- М.: Транспорт, 1971. 121 с.

10. Болховитинов Г.Ф., Белостоцкий A.M. Эксплуатационные режимы работы дизелей маневровых тепловозов. Железнодорожный транспорт, М., 1966, Н? 12, с.40-43.

11. Болховитинов Г.Ф., Овчинников В.М. Необходим вспомогательный водяной насос.- Электрическая и тепловозная тяга.1. М., 1978, № 9, с.31.

12. Володин А.И., Фофанов Г.А. Режимы стендовых испытаний тепловозных дизелей.- Вестник ВНИШТ. М., I960, № 8, с.33-37.

13. Винарский М.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях,- К.: Техника, 1975.-168 с.

14. Гидравлический расчет котельных агрегатов (нормативныйметод)./ Под ред. В.АДокшина и др. М., Энергия, 1978.-175 с.

15. Грязев А.А., Быков B.C., Кокорев Н.Н. Прогрев дизелей.-Электрическая и тепловозная тяга. М., 1980, № 4, с.18.

16. Горонович П.И., Закорецкая Е.Б., Кузнецов П.В., Педаш А.Н. Исследование характера охлаждения дизеля тепловоза. Конструирование и цроизводство транспортных машин.- Харьков, 1981, вып.13, с.34-38.

17. Гончаров В.М., Мурзин Л.Г. Топливо, вода и смазка.- М.: Транспорт, 1973. 262 с.

18. Джорджи К.В. Моторные масла и смазка двигателей.- М.: Гостоптехиздат, 1959. 528 с.

19. Дизели. Справочник под ред. Ваншей^та В.А.- Л.: Машиностроение, 1977. 480 с.

20. Данковцев В.П., Орлов В.Н., Закорюкин В.А. Прогрев систем дизеля.- Электрическая и тепловозная тяга. М., 1979, № 2, с.12-13.

21. Дьяченко Н.Х., Кузнецов Д.Б., Петриченко P.M. Исследование теплообмена в полости охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания.- Труды Ленинградского политехнического института. 1970, № 316, с.64-74.

22. Дизель-генератор 2В-9ДГ. Технические условия ТУ 24.6. 821-78.

23. Ефремов А.С. и др. Предпусковой подогрев дизельныхустановок.-JI., ЛДНТП, 1971, 22 с.

24. Егунов П.М. Тепловозные холодильники. М., Транспорт, 1971. 96 с.

25. Жалкин С.Г. Подогрев наддувочного воздуха,- Электрическая и тепловозная тяга. 1972, № 9, с,24т25.

26. Жалкин С.Г. и др. Влияние температуры воды и масла на экономичность тепловозных дизелей ЮДЮО. Труды ХИИТа, Харьков, вып.133, 1971, с.14-16.

27. Жалкин С.Г. Влияние температуры наддувочного воздуха на параметры тепловозного двигателя ЮДЮО на неноминальных режимах работы.- Труды ХИЙТа, Харьков, 1973, вып.138,с.18-20.

28. Жалкин С.Г. Повышение надежности и экономичности дизеля ЮДЮО при работе в зимних условиях на холостом ходу.-ЦДНТИ. Харьков, 1971, № Т-27-3369, с.5-7.

29. Зеденецкая И.С., Шарловская С.Н. Устранить разжижение масла топливом в дизелях ЮДЮО.- Электрическая и тепловозная тяга, М., 1966, № II, с.27-28.

30. Исаченко В.П. и др. Теплопередача.- М.: Энергия, 1981. 416 с.

31. Карслоу Г., Егер Д. Теплоцроводность твердых тел.-М.: Наука, 1964.-320 с.

32. Конкурс на лучшее цредложение по экономии топлива и электроэнергии.- Электрическая и тепловозная тяга. М., 1971, № 4, с.22-23.

33. Косов Е.Е. Работа дизеля ЮДЮО тепловоза 2ТЭЮЛ в зимних условиях. М., Труды ВНИШТ, вып.461, 1972, с.22-26.

34. Кондратьев Г.Н. Регулярный тепловой режим.- М.: Гостех-издат, 1954, 407 с.

35. Козлов В.Е., Квайт С.М., Чижков Ю.П. Особенности эксплуатации автотракторных двигателей зимой.- Л., Отд-ие изд-ва "Колос", 1977. 160 с.

36. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений.- М.: Наука, 1970. 104 с.

37. Лосавио Г.С. Пуск автомобильных двигателей без разогрева.- М.: Транспорт, 1965. 103 с.

38. Лосавио Г.С. Пусковые износы автомобильных двигателей при низких температурах.- М.: Транспорт, 1967. 56 с.

39. Лыков А.В. Теория теплоцроводности.- М.: Высшая школа, 1967. 599 с.

40. Лабут А.А. Экономия топлива на маневровых тепловозах.-Электрическая и тепловозная тяга.- М., 1971, К? 3, с.20-21.

41. Малинов М.С., Куликов Ю.А., Черток Е.Б. Охлаждающие устройства тепловозов.- М.: Машгиз, 1962. 244 с.

42. Минкин М.Л., Моисейчик А.Н. Жидкостные подогреватели для автотракторных двигателей.- М.: НИИавтосельмаш, 1965,22 с.

43. Минкин М.Л. Пусковые устройства автомобильных двигателей.- М.: Машгиз, 1961. 140 с.

44. Максимов В.П. Тепловые потери масляной и водяной системы тепловоза ТЭЗ,- Вестник ВНИИЖТ. М., 1962, № I, с.17-20.

45. Маханько М.Г., Гриценко С.Г. Теплотехническая эффективность прогрева силовой установки маневрового тепловоза.

46. Труды МИИТа, М., 1976, вып.5П, с.31-34.

47. Маханько^ М.Г., Веревочкин Г.Б. Режимы охлаждения неработающего дизеля и его агрегатов.- М.: Труды МЖГа, 1972, вып.39 с.3-14.

48. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.-М.: Энергия, 1973. 319 с.

49. Микулин Ю.В. Пуск холодных двигателей при низкой температуре.- М.: Машиностроение, I97I.-62 с.

50. Николаев Л.А., Сташкевич А.П., Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске.- М., Машиностроение,1977. 190 с.

51. Насыров Р.А., Егунов П.Н., Семисаженов А.Л. Результаты испытаний дизеля 10Д100 и его охлаждающих устройств. Труды ЦНИИ MDCV М., Транспорт, 1968, вып.359, 36 с.

52. Обеспечение надежной работы тепловозов и дизель поездов в зимних условиях.- М.: Бюллетень т.-э. информации МПС, 1966, № 7.- 18 с.

53. Осипова В.А. Экспериментальное исследование цроцессов теплообмена.- М.: Энергия, 1979. 319 с.

54. Овчинников В.М. Характер и закономерности теплоотдачи водяной системы тепловозного двигателя в окружающую среду.-Труды МИИТа. М., 1977, вып.576, с.57-63.

55. Овчинников В.М. Режимы прогрева водяной системы, тепловозного дизеля при работе без нагрузки.- Труды МИИТа. М., 1977, вып.576, с.41-44.

56. Паспортные характеристики и результаты испытаний тепловоза 2ТЭ10Л.- Труды ЦНИИ МПС. М., 1966 , вып.470, 47 с.

57. Петриченко P.M. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение,1975. 224 с.

58. Пелепейченко В.И. Исследование влияния типа систем наддува на эффективные показатели восьмицилиндрового V -образного транспортного дизеля. Дис. . канд.техн.наук. Харьков, 1981. 153 с.

59. БО. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении.- Л., Машиностроение, 1974, 320 с.

60. Полеха A.M. Тепловозы на маневровой работе.- Железнодорожный транспорт. М., 1971, № 3, с.34-35.

61. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. 192 с.

62. Руднев Е.А., Симеон А.Э., Жалкин С.Г. Пути повышения топливно-экономической эффективности тепловозов ТЭЗ и ТЭЮ. М.: Электрическая и тепловозная тяга. № 12, 1971, с.Н-12.

63. Рогачев Е.Я. Особенности регулирования водомасляного холодильника тепловоза 2ТЭ10Л в зимних условиях. М.: Электрическая и тепловозная тяга, № II, 1968, с.21-22.

64. Разработка режимов прогрева водяных и масляных систем тепловозов. Отчет МИТТа, М., 1977. 108 с.

65. Разработка и экспериментальные исследования электрической системы обогрева применительно к тепловозам для условий БАМа (4ТЭ130), Отчет ВНИТИ № 4-40-77. Коломна, 1977, 158 с.

66. Раков В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза (1966-1975). М.: Транспорт, 1979. 213 с.

67. Симеон А.Э, и др. Двигатели внутреннего сгорания. Тепловозные дизели и газотурбинные установки.- М.: Транспорт, 1980. 384 с.

68. Симеон А.Э. и др. Резерв экономии топлива на тепловозах

69. ТЭЗ. М., Электрическая и тепловозная тяга, № 8, 1975, с.10-11.

70. Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.: Машиностроение, 1964. 248 с.

71. Смышляев О.Е., Черток ЕБ. Системы подогрева тепловозов. М.: Транспортное оборудование (НИИинформтяжмаш). 1978, № 36,с.36-39.

72. Смышляев О.Е., Черток Е.Б. Создание опытной системы обогрева для тепловозов и ее исследование. Труды ВНИТИ. Коломна, 1973, вып.38, с.114-128,

73. Сиротенко В,Д., Костюк B.C. Нет, не нужен котел-подогреватель на тепловозах ТЭП-60. М.: Электрическая и тепловозная тяга. 1965, № 12, с.22-23.

74. Создание автоматизированной котельной установки для обогрева систем тепловоза. Пояснительная записка к ОКР КП-Пс1. Брянск, 1968,-60 с.

75. Создание и исследование автономной системы обогрева тепловоза ТЭ109. Отчет ВНИТИ, И-06-72. Коломна, 1972.-120 с.

76. Стендовые испытания электрической системы обогрева силовой установки тепловоза. Отчет ПКТИ, ЦКБ 60-79. Ворошилов^ град, 1979. 15 с.

77. Самсонов Е.П. Устройства вапуска дизелей цри низких температурах за рубежом. Двигатели внутреннего сгорания (НИИинформтяжмаш), 1971, №3.-62 с.

78. Степанов Г.Ю. Основы теории лопаточных машин комбинированных и газотурбинных двигателей. М.: Машгиз, 1958.-350 с.

79. Ткаля B.C. Методика расчета охлаждающего устройства тепловозного дизеля. Труды ВНИТИ. Коломна, 1978, № 47,с.54-64.

80. Тепловозы. Под ред. Н.И.Панова. М.: Машиностроение, 1976. 544 с.

81. Тепловозы зарубежных стран. Каталог-сцравючник. М.: НИИинформтяжмаш, 18-7-72, 1972. 85 с.

82. Тепловоз 4ТЭ130. Система подогрева агрегатов тепловоза. Технические требования. 4ТЭ130. 10.85.001 ТТ. Ворошиловград, 1978. 42 с.

83. Тепловоз 07. Прогрев жидкостей при неработающем дизеле. Отчет об испытаниях ОИС 22-72, 1972. 35 с.

84. Тепловой расчет котельных агрегатов (норлативный метод).

85. Под ред. Н.В.Кузнецова. М.: Энергия, 1973. 180 с.

86. Теплотехника. Под ред. И.Н.Сушкина. М.: Металлургия, 1973. 480 с.

87. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. Под ред. Чабухина В.И. Киев: Вица школа. 1980. 184 с.

88. Фуфрянский Н.А., Володин А.И. Развитие и совершенствование тепловозной тяги. М.: Транспорт, 1969. 203 с.

89. Устройство для прогрева тепловозных дизелей перед пуском после длительных стоянок и при работе на холостом ходу в холодное время года на железных дорогах США. Железнодорожный транспорт за рубежом. Эксцресс-инфврмация. М., 1983, вып.2,с.12-16.

90. Хомич А.З. Эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей.- М.: Транспорт, 1979. 144 с.

91. Хомич А.З., Тупицын О.И., Симеон А.Э. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов.- М.: Транспорт, 1975. 264 с.

92. Хомич А.З., Мартышевский М.И. .Электропрогрев водяной системы. Электрическая и тепловозная тяга. М., 1978, № 9,с.30.

93. VJazmkaPteSetzieS >^uz Diesel?tzieSfakzzeuge. РаРтег PauP „ Schienen^a/izzeuge", 1983,27, Фб, 269-274.

94. High Speed Tzains on tke LOestezn Region „ Diesel! ISngineezing wintez, 1976, p. 211-216.

95. Sto^ez A-, Katz J. Optimization tke Coot trig system a^ on aiz-cooPed intezriaP combustion, engine. „3sz. a TecknoP", 1977, 15, №4 5, 179-186.

96. Compact pome7 feorn RoPts-ftoigce Motois.

97. DieseP Engineezing \ autumn, 1976, p. 157-141.

98. По easy answezs in tke seazck j-oz >fue£ economy. „ RaiPwotg Gazette MeznationaP " 1975, N'2, p.25.