CC BY
19
УДК 629.426(045)
Н. В. Грачев
АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»), г. Коломна, Российская Федерация
АНАЛИЗ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОТУРБОВОЗОВ
Аннотация. Статья посвящена одной из актуальных проблем в деятельности ОАО «РЖД» - повышению показателей энергоэффективности работы локомотивов, а именно локомотивов нового поколения, работающих на сжиженном природном газе (СПГ), - газотурбовозов серии rTlh. Представлены результаты анализа типовых диаграмм тяговой работы при вождении поездов газотурбовозом на участке Сургут - Войновка Свердловской железной дороги. Предложены мероприятия, позволяющие снизить удельный расход топлива, используемого на тягу поездов, для различных режимов работы газотурбовоза (режима тяги, холостого хода, переходных режимов). Дано обоснование и описание выбранных технических решений по снижению расхода топлива системой «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» при работе газотурбовоза в режимах холостого хода и тяги. Представлены результаты испытаний газотурбовоза при работе на холостом ходу и в режиме тяги с использованием предложенных технических решений. Проведен сравнительный анализ полученных результатов и дана экономическая оценка эффективности выбранных мероприятий при работе газотурбовоза в режимах холостого хода и тяги. Предложена математическая модель тягового электропривода и системы автоматического регулирования газотурбовоза, разработанная с использованием среды Matlab Simulink и предназначенная для исследования работы и оптимизации электромагнитных процессов, происходящих в тяговом электроприводе газотурбовоза в различных режимах его работы. По результатам моделирования алгоритмов работы системы автоматического регулирования (САР), позволяющих обеспечить энергооптимальные траектории нагружения системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» во всем диапазоне регулирования мощности, дана экономическая оценка эффективности работы алгоритмов САР. Представлена экономическая оценка внедрения комплекса предложенных мероприятий по повышению энергоэффективности газотурбовозов.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, расход топлива, тяга поездов, газотурбинный двигатель, газотурбовоз.
Nikolay V. Grachev
JSC «Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock» (JSC «VNIKTI»),
Kolomna, the Russian Federation
ANALYSIS OF MEASURES TO IMPROVE THE ENERGY EFFICIENCY OF GAS TURBINE LOCOMOTIVES
Abstract. The article is devoted to one of the urgent problems in the activities of JSC "RZD "- increasing the energy efficiency indicators of locomotives, namely, new generation locomotives running on liquefied natural gas (LNG) -GT1h series gas turbine locomotives. The results are presented for the analysis of typical diagrams of traction work at hauling trains by the gas turbine locomotive on the Surgut - Voinovka section of the Sverdlovsk Railway. Measures are proposed to reduce the specific consumption of the fuel used for hauling operations for various running duties of a gas turbine locomotive (traction mode, idling, transient modes). The justification and description are given for the selected technical solutions to reduce fuel consumption by the "gas turbine engine-traction generator" system during gas turbine locomotive operation in idle and traction modes. The results of tests of the gas turbine locomotive during idling and in traction mode using the proposed technical solutions are presented. The comparative analysis of the results obtained is carried out and the economic assessment of the effectiveness of the selected measures is given when the gas turbine locomotive is operating in idle and traction modes. A mathematical model is proposed for the electric traction drive and the automatic control system of the gas turbine locomotive, developed using the Matlab Simulink environment and designed to study the operation and optimization of electromagnetic processes occurring in the electric traction drive of the gas turbine locomotive in various modes of its operation. Based on the results of modeling the algorithms for the operation of the automatic control system (CAP) allowing to provide energy-optimal loading paths for the "gas turbine engine - traction generator" system in the entire power control range, the economic assessment of the effectiveness of the CAP algorithms is given. The economic assessment is presented for the implementation of a set ofproposed measures to improve the energy efficiency of gas turbine locomotives.
Keywords: liquefied natural gas, fuel consumption, hauling operations, gas turbine engine, gas turbine locomotive.
В «Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года», разработанной в развитие «Энергетической стратегии Российской Федерации», предусмотрено снижение удельных расходов топливно-энергетических ресурсов во всех сферах деятельности ОАО «РЖД», включая локомотивы; одновременно с этим ставится задача по использованию альтернативных видов топлива взамен дизельного на автономных локомотивах [1, 2].
Во исполнение «Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года» [1] в 2006 г. на Воронежском тепловозоремонтном заводе началось изготовление первого отечественного газотурбовоза ГТ1^001, работающего на сжиженном природном газе - метане, а 4 июля 2008 г. была проведена первая опытная поездка газотурбовоза от ст. Смышляевка до ст. Курумоч Куйбышевской железной дороги [3].
В качестве газотурбинного двигателя (ГТД) на газотурбовозе использован газотурбинный компрессорный двухвальный двигатель со свободно вращающейся турбиной последней ступени (силовой турбиной) НК-361, созданный на базе авиационного двигателя НК-32 [4].
Необходимо отметить, что режимы работы газотурбинного двигателя в составе системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор», применяемой в качестве силовой установки для локомотивов на железнодорожном транспорте, существенно отличаются от режимов работы газотурбинных двигателей в авиационной промышленности и на газоперекачивающих станциях. Поэтому для накопления опыта в начальный период эксплуатации газотурбовоза ГТ1^001 для системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» был выбран режим работы, при котором поддерживается постоянное число оборотов вала силовой турбины: 5400 об/мин в режиме тяги и 5000 об/мин в режиме холостого хода локомотива [5].
После окончательной доработки всех технических решений и успешного проведения всех видов испытаний на первый план выступила задача повысить энергоэффективность работы газотурбовоза. Поскольку одним из основных показателей энергоэффективности локомотивов является удельный расход топлива, затраченного на тягу поездов, то возможным решением указанной выше задачи является снижение расхода СПГ газотурбинным двигателем.
Анализ типовых диаграмм тяговой работы на предполагаемых участках эксплуатации газотурбовоза [6] показал, что от трети до половины общего времени поездок газотурбовоз работает в режиме холостого хода (рисунок 1).
Один из способов повышения энергоэффективности работы газотурбовоза состоит в снижении расхода топлива газотурбинным двигателем в режиме холостого хода. Ввиду особенностей работы двухвальной газовой турбины решением этой задачи явился перевод ГТД на холостом ходу в режим, аналогичный режиму «малого газа» для авиационных турбин, т. е. режим работы с поддержанием минимально возможных устойчивых частот вращения валов ГТД.
После проведения математического моделирования физических и механических процессов работы системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» с последующим их уточнением в ходе натурных экспериментов при реостатных испытаниях было установлено, что поддержание минимально возможных устойчивых частот вращения валов ГТД определяется уровнем не ниже 2700 об/мин. Дальнейшему снижению частоты вращения вала силовой турбины препятствуют физические процессы горения топлива, а именно недопустимое увеличение температуры газов перед силовой турбиной (более 500 °С) [7].
34,61
Время
работы,
%
13,59
8,14
,70
5,55
2,47 2,61
4,21
6,16
7,14
2,20 2,51
щ
0,90 1,20 ш 0,01 0,00
10 11 12 13 14 15
Позиция контроллера машиниста
53,24
Время
работы,
%
8,51
9,02
2,17 1,33 ш ш.
4,04
5,22 5,15
5,37
0,08 0,22
1,49
0,21
0,11
1,33
2,51
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Позиция контроллера машиниста
б
54,403
Время
работы,
%
11,68
6,72
3,53 3,31
0,08
6,92
0,24 1,95 _■
5,05
0,22
2 16 2,94
2,16 0,08 0,037 _ 0,68
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Позиция контроллера машиниста
Рисунок 1 - Время работы газотурбовоза на разных позициях контроллера машиниста при выполнении тяговой работы на участках: а - Сургут - Войновка; б - Лимбей - Сургут; в - Сургут - Карачаево
в
Анализ полученных данных по расходу топлива (рисунки 2, 3) показал, что при работе на холостом ходу в улучшенном режиме (с частотой вращения вала силовой турбины 2700 об/мин) расход топлива в среднем составляет 400 кг/ч, что на 200 кг/ч меньше, чем при работе на холостом ходу в штатном режиме (5000 об/мин).
Название параметра
Мин.
Макс.
Значение
Фильтр Интеграл
Расход топлива £6) СТ$) | С кг/ч 1500 кг/ч 601,1кг^
Зад. мошь {16) (Т5) ■ о 3000 0
п ст - Частота вращения ротора СТ £5) (Т5) Щ 0 об/мин 10000 об/нин 5001 об/нин
00:21:23:54 00:16:35:43 0
100% 90 30 70 60 50 40 30
...................................... .............................
................................. _____________________________ ■
....
У—
—
__________________________........... ............................. ......................................
...............1......................
00:20:50:00 00:23:26:25 00:26:
Рисунок 2 - Расход топлива при работе газотурбовоза на холостом ходу в штатном режиме
11:13:26:231 11:13:57:50 11:1*28:75 11:15:00:00
Рисунок 3 - Расход топлива при работе газотурбовоза на холостом ходу в улучшенном режиме
Величины расхода топлива по позициям контроллера машиниста в штатном режиме представлены в таблице 1, в улучшенном - в таблице 2. На рисунке 4 представлены графики зависимости расхода топлива от заданной мощности в штатном и улучшенном режимах.
Таблица 1 - Расход топлива по позициям контроллера машиниста в штатном режиме
Номер ПКМ Заданная мощность, кВт Расход СПГ, кг/ч Номер ПКМ Заданная мощность, кВт Расход СПГ, кг/ч
0 0 600 8 3750 1500
1 300 745 9 4300 1610
2 600 825 10 4850 1715
3 1100 930 11 5350 1810
4 1650 1035 12 5900 1870
5 2150 1135 13 6450 2020
6 2700 1255 14 6950 2130
7 3250 1380 15 7500 2250
Таблица 2 - Расход топлива по позициям контроллера машиниста в улучшенном режиме
Номер ПКМ Заданная мощность, кВт Расход СПГ, кг/ч Номер ПКМ Заданная мощность, кВт Расход СПГ, кг/ч
0 0 400 8 3750 1470
1 300 585 9 4300 1590
2 600 705 10 4850 1705
3 1100 835 11 5350 1810
4 1650 960 12 5900 1870
5 2150 1075 13 6450 2020
6 2700 1205 14 6950 2130
7 3250 1340 15 7500 2250
2000 4000 Заданная мощность, кВт
6000
8000
2200 2000 1800 1600
* 1400
* 1200 1000
800 600 400
с
и
д о
и
с а
Си
„о
Л'
-О""
. о"
0
..о" О"
м о"
.0" .0 Ч-
2000
4000
6000
8000
Заданная мощность, кВт
Рисунок 4 - Зависимость расхода топлива от заданной мощности: а - в штатном режиме;
б - в улучшенном режиме
0
0
Сравнительный анализ величин расхода топлива системой «газотурбинный двигатель -тяговый генератор» показал, что при переходе на улучшенный режим работы наибольшее снижение расхода топлива достигается в режиме холостого хода и в режиме тяги на первых позициях контроллера машиниста. С ростом заданной мощности (числа позиций контроллера) разница между величинами расхода топлива в штатном и улучшенном режимах работы снижается и на мощности, равной 5250 кВт (11-я позиция контроллера), величины расхода сравниваются. График зависимости снижения расхода топлива от заданной мощности представлен на рисунке 5.
Таким образом, экономия топлива за поездку на участках эксплуатации газотурбовоза может составить:
- Лимбей - Сургут (режим холостого хода - 7,72 ч): до 1621 кг;
- Сургут - Войновка (режим холостого хода - 4,67 ч): до 980 кг;
- Сургут - Карачаево (режим холостого хода - 8,26 ч): до 1734 кг.
и
а
с
и «
¡5
и
и «
а
ш
я
«
я
«
г
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
о
'О...
"о... '-и... .....О-...
"О-. "О-..
1000 2000 3000 4000 5000 Заданная мощность, кВт -
6000
7000
8000
Рисунок 5 - Зависимость снижения расхода топлива от заданной мощности
0
Экономия удельного расхода топлива при выполнении тяговой работы на участке Лим-бей - Сургут протяженностью 532 км с поездом массой 9220 т при работе ГТД на холостом ходу в улучшенном режиме может составить до 10,3 % за поездку.
Моделирование физических процессов работы ГТД показывает, что дальнейшее снижение частоты вращения вала силовой турбины в режиме холостого хода газотурбовоза возможно за счет использования принудительной подкрутки ротора турбины высокого давления ГТД штатным электростартером СТЭ-18СТ-361, предназначенным для запуска ГТД. По предварительным оценкам, подкрутка электростартером ротора турбины высокого давления позволит снизить расход топлива в режиме холостого хода до 100 кг/ч и будет обеспечивать в таком режиме приемлемую температуру газов перед силовой турбиной, а также поддерживать минимально устойчивые частоты вращения турбокомпрессоров ГТД.
Как показали расчеты, данные мероприятия позволят дополнительно снизить расход топлива при выполнении тяговой работы на участке Лимбей - Сургут до 2316 кг СПГ за поездку. При этом дополнительная экономия удельного расхода топлива на этом участке составит до 16 % топлива за поездку.
Еще одним вариантом решения задачи по увеличению энергоэффективности газотурбовоза стал перевод системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» в транспортный «тепловозный» режим при работе газотурбовоза в режиме тяги, который характеризуется ступенчатым повышением частоты вращения вала силовой турбины соответственно тяговой позиции контроллера машиниста (ПКМ).
По результатам математического моделирования физических процессов работы системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» с последующим их уточнением в ходе натурных экспериментов были сформированы следующие параметры транспортного «тепловозного» режима (таблица 3).
Анализ полученных данных по расходу топлива показал, что работа системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» в транспортном «тепловозном» режиме позволит дополнительно снизить расход топлива при выполнении тяговой работы на участках эксплуатации газотурбовоза до 400 кг СПГ за поездку. При этом дополнительная экономия удельного расхода топлива составит до 4 % топлива за поездку.
Таблица 3 - Параметры транспортного «тепловозного» режима
Заданная Частота вращения вала Заданная Частота вращения вала
Номер ПКМ мощность, силовой турбины, Номер ПКМ мощность, силовой турбины,
кВт об/мин кВт об/мин
0 0 2700 8 3750 5100
1 300 3000 9 4300 5200
2 600 3400 10 4850 5300
3 1100 3900 11 5350 5400
4 1650 4700 12 5900 5400
5 2150 4800 13 6450 5400
6 2700 4900 14 6950 5400
7 3250 5000 15 7500 5400
Таким образом, перевод системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» на улучшенный режим работы на холостом ходу и транспортный «тепловозный» режим в тяге может обеспечить суммарную экономию удельного топлива до 14,3 % за поездку.
Тем не менее переход системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» на улучшенный режим газотурбинного двигателя при работе на холостом ходу, а также на транспортный «тепловозный» режим в тяге повлек за собой появление ряда ограничений [8] при регулировании электромагнитных процессов в тяговом электроприводе газотурбовоза.
Для исследования работы и оптимизации электромагнитных процессов, происходящих в тяговом электроприводе газотурбовоза в различных режимах его работы (холостой ход, тяга, переходные режимы), с использованием среды МаШЬ Simulink [9] разработана математическая модель тягового электропривода и системы автоматического регулирования газотурбовоза [10], общий вид которой представлен на рисунке 6.
&
иаад но Р йпийЦяН
—ш-
ц[ ¡Г0й >и2| |11 Ыяс
санШЫ
1 (лр
чс
[Т]->|[п8 " '
шьйшИ ¡САсЙвг | г
чс
I 'чал мр по Т
шы>-
Ргигп
Рисунок 6 - Модель тягового электропривода и САР газотурбовоза в Ма^аЪ
По результатам математического моделирования электромагнитных процессов, происходящих в тяговом электроприводе газотурбовоза в различных режимах его работы, были сформированы алгоритмы работы системы автоматического регулирования, позволяющие обеспечить энергооптимальные траектории нагружения системы «газотурбинный двигатель -тяговый генератор» во всем диапазоне регулирования мощности.
В настоящее время ведется разработка программного обеспечения микропроцессорной системы управления газотурбовоза, реализующая разработанные алгоритмы регулирования.
03ВЕСТИЯ Транссиба
По предварительным оценкам, реализация этих алгоритмов позволит обеспечить дополнительную экономию удельного расхода топлива до 3 % топлива за поездку.
Экономический эффект от перевода газотурбинного двигателя на улучшенный режим работы на холостом ходу и транспортный «тепловозный» режим в тяге, а также от реализации энергооптимальных алгоритмов нагружения системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» во всем диапазоне регулирования мощности суммарно составит до 17,3 % удельного топлива, затраченного газотурбовозом при выполнении тяговой работы за поездку.
Список литературы
1. Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года: Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 11.02.2008 № 269-р. - Текст: электронный. -URL: https://old-doc.rzd.ru/doc/public/ru?STRUCTURE_ID=704&layer_id=5104&refererLayerId= 5103&id=4043#6007 (дата обращения: 10.09.2020).
2. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года: Утв. распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-р. - Текст : электронный. - URL: http://www.energystrate-gy.ru/ projects/ES-28_08_2003.pdf (дата обращения: 10.09.2020).
3. Руденко, В. Ф. Газотурбовоз ГТ1 на альтернативном моторном топливе СПГ / В. Ф. Руденко, А. Г. Воронков, Е. Ю. Стальнов. - Текст : непосредственный // Транспорт на альтернативном топливе. - 2009. - № 5. - С. 63 - 65.
4. Двигатель газотурбинный НК-361. Руководство по эксплуатации: РЭ 361.000.000. -Текст: непосредственный / ПАО «Кузнецов». - Самара, 2017. - 353 с.
5. Магистральный газотурбовоз мощностью 8300 кВт. Отладка систем регулирования газотурбинного двигателя при работе на режимах частичного и полного нагружения. Реостатные испытания силового блока газотурбовоза на сжиженном природном газе со снятием нагрузки: отчет о НИР: И-06-08 / ОАО «ВНИКТИ». - Коломна, 2008. - 74 с. - Текст : непосредственный.
6. Отчет по проведению тягово-энергетических испытаний для проверки возможности вождения грузовых поездов массой до 9000 т при следовании с газотурбовозом ГТ1 h-002 на участке Сургут - Войновка: ТЭЛ 076-0302015 / ОАО «РЖД», Свердловская дирекция тяги. -Екатеринбург, 2016. - 35 с. - Текст : непосредственный.
7. Разработка мероприятий по повышению эффективности применения сжиженного природного газа как моторного топлива на железнодорожном транспорте при эксплуатации газомоторных локомотивов на основе мониторинга и анализа их работы в условиях Свердловской железной дороги : техн. отчет: И-28-18 / АО «ВНИКТИ». - Коломна, 2018. - 155 с. -Текст : непосредственный.
8. Карпов, А. Г. Теория автоматического управления : учебное пособие / А. Г. Карпов. -Томск: ТМЛ-Пресс, 2011. - Ч. 1. - 212 с. - Текст : непосредственный.
9. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSys-tems и Simulink. - Москва: ДМК Пресс; Санкт-Петербург: Питер, 2008. - 288 с. - Текст : непосредственный.
10. Иноземцев, А. А. Газотурбинные двигатели : учебное пособие / А. А. Иноземцев, В. Л. Сандрацкий / ОАО «Авиадвигатель». - Пермь, 2006. - 1204 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Energeticheskaya strategiya OAO «RZhD» na period do 2010 goda i na perspektivu do 2020 goda (Energy strategy of JSC «RZD» for the period up to 2010 and for the future until 2020). Approved by Order of JSC «RZD» dated 11.02.2008 No. 269r, Available at: https://old-
doc.rzd.ru/doc/public/ru?STRUCTURE_ID=704&layer_d=5104&refererLayerId=5103&id=4043# 6007 (accessed 10 September 2020).
2. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2020 goda (Energy strategy of Russia for the period up to 2020). Approved by RF Government Executive Order of August 28, 2003 No. 1234-r, Available at: http://www.energystrategy.ru/projects/ES-28_08_2003.pdf. ((accessed 10 September 2020).
3. Rudenko V. F., Voronkov A. G., Stalnov E.Yu. GT1 gas turbine locomotive running on alternative motor fuel LNG [Gazoturbovoz GT1 na al'ternativnom motornom toplive SPG]. Transport na al'ternativnom toplive - Alternative fuel transport, 2009, no. 5, pp. 63 - 65.
4. Dvigatel' gazoturbinnyy NK-361, Rukovodstvo po ekspluatatsii RE 361.000.000 (Gas turbine engine NK-361, Operation manual RE 361.000.000). Samara, PJSC "Kuznetsov", 2017, 353 p.
5. Magistral'nyy gazoturbovoz moshchnost'yu 8300 kVt. Otladka sistem regulirovaniya gazoturbinnogo dvigatelya pri rabote na rezhimakh chastichnogo i polnogo nagruzheniya. Reo-statnyye ispytaniya silovogo bloka gazoturbovoza na szhizhennom prirodnom gaze so snyatiyem nagruzki (8300 kW mainline gas turbine locomotive. Debugging of the gas turbine engine control systems when operating at partial and full loading conditions. Rheostatic tests of the power unit of the gas turbine locomotive running on liquefied natural gas with unloading), Research Report I-06-08, Kolomna, JSC "VNIKTI", 2008, 74 p.
6. Otchet po provedeniyu tyagovo-energeticheskikh ispytaniy dlya proverki vozmozhnosti vozhdeniya gruzovykh poyezdov massoy do 9000 t pri sledovanii s gazoturbovozom GT1h-002 na uchastke Surgut - Voynovka: TEL 076-0302015 (Report on pull and energy efficiency tests to check the possibility of hauling freight trains weighing up to 9000 tons when travelling with GT1h-002 gas turbine locomotive on the Surgut - Voinovka section: TEL 076-0302015), JSC "RZD", Sverdlovsk Traction Directorate. Yekaterinburg, 2016, 35 p.
7. Razrabotka meropriyatiy po povysheniyu effektivnosti primeneniya szhizhennogo prirodnogo gaza kak motornogo topliva na zheleznodorozhnom transporte pri ekspluatatsii gazomotornykh lokomotivov na osnove monitoringa i analiza ikh raboty v usloviyakh Sverdlovskoy zh.d. (Development of measures to improve the efficiency of using liquefied natural gas as a vehicle fuel in railway transport during the operation of gas engine locomotives on the basis of monitoring and analysis of their work in the conditions of Sverdlovsk Railway.), Techn. Report I-28-18, Kolomna, JSC "VNIKTI", 2018, 155 p.
8. Karpov A. G. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya (Automatic control theory). Tomsk: TML-Press, 2011, 212 p.
9. Chernykh I. V. Modelirovaniye elektrotekhnicheskikh ustroystv v Matlab, SimPowerSystems i Simulink (Modeling electrical devices in Matlab, SimPowerSystems and Simulink). Moscow: DMK Press, SPb.: Piter, 2008, 288 p.
10. Inozemtsev A. A., Sandratsky V. L. Gazoturbinnyye dvigateli (Gas turbine engines). Perm: JSC «Aviadvigatel», 2006, 1204 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Грачев Николай Валерьевич
АО «Научно-исследовательский и конструктор-ско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»).
Октябрьской революции ул., д. 410, г. Коломна, 140402, Российская Федерация.
Заведующий лабораторией систем управления газовых локомотивов отдела тяговых и вспомогательных статических преобразователей.
Тел.: +7 (496) 618-82-48, доб. 15-71.
E-mail: vnikti@ptl-kolomna.ru, grachev-nv@vnik-ti.com
INFORMATIONS ABOUT THE AUTHOR
Grachev Nikolay Valerievich
JSC "Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock" (JSC "VNIKTI").
410, Oktyabrskoy Revolutsii str., Kolomna, 140402, Russian Federation.
Head of the laboratory of control systems for gas locomotives of the department of traction and auxiliary static converters.
Phone: +7 (496) 618-82-48, ext. 15-71.
E-mail: vnikti@ptl-kolomna.ru, grachev-nv@ vnik-ti.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAFIC DESCRIPTION
Грачев, Н. В. Анализ мероприятий по повышению энергоэффективности газотурбовозов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2020. -№ 2 (42). - С. 35 - 44.
Grachev N. V. Analysis of measures to improve the energy efficiency of gas turbine locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 2 (42), pp. 35 - 44 (In Russian).
УДК 629.4.053.2
Ю. А. Давыдов, А. К. Пляскин, А. С. Кушнирук
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), г. Хабаровск,
Российская Федерация
РАСПОЗНАВАНИЕ ДЕФЕКТОВ МОТОРНО-ОСЕВЫХ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕСНО-МОТОРНОГО БЛОКА ЛОКОМОТИВА НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Аннотация. В статье представлены результаты проведенного авторами исследования, целью которого была разработка модели распознавания дефектов моторно-осевых подшипников колесно-моторного блока локомотива для реализации заблаговременного автоматического оповещения управляющих структур о необходимости проведения обслуживающих или ремонтных операций и устранения дефектов на ранней стадии их возникновения. При проведении исследования использовались следующие междисциплинарные и математические методы: компьютерное и математическое моделирование, методы математической статистики, методы теории искусственного интеллекта и параметрической надежности. В результате проведенного исследования получена математическая формализация модели распознавания одного из дефектов моторно-осевых подшипников колесно-моторного блока локомотива - проточка (выкрашивание) баббитового слоя. С помощью полученной модели возможна реализация автоматического распознавания дефектов не только моторно-осевых подшипников, но и других узлов технических систем. Разработанная модель может быть использована в системах мониторинга, контроля, диагностирования технического состояния локомотивного парка с целью снижения простоев в ремонте и вынужденных затрат на плановые операции. Предложенная модель решает круг задач, описанных в концепции развития ОАО «РЖД», связанных с реализацией фактической системы ремонта по текущему техническому состоянию локомотива, а также с цифровизацией передовых направлений компании.
Ключевые слова: модель, распознавание, дефект, моторно-осевые подшипники, локомотив, искусственный интеллект, параметрическая надежность, мониторинг, контроль, диагностирование, техническое состояние.
Yuri A. Davydov, Artyom K. Plyaskin, Alexey S. Kushniruk
Far Eastern State Transport University (FESTU), Khabarovsk, the Russian Federation
DEFECTS RECOGNITION OF AXLE CAPS OF THE ROLLING STOCK WHEEL-MOTOR BLOCK BASED ON THE RESULTS OF MODELING AN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK FOR PREDICTING OUTPUT DIAGNOSTIC
PARAMETERS
Abstract. The article presents the results of the research conducted by the authors, the purpose of which was to development a model for recognizing defects in axle caps of a wheel-motor block of a locomotive in order to implement automatic advance notification of management structures about the needfor maintenance or repair operations to eliminate defects at an early stage of their occurrence. The research used the following interdisciplinary and mathematical methods: computer and mathematical modeling, methods of mathematical statistics, methods of the theory of artificial intelligence and parametric reliability. As a result of the research, a mathematical formalization of the model for recognizing one of the defects in the axle caps of the wheel-motor block of the locomotive - the groove (chipping) of the babbitt layer was obtained. With the help of the obtained model, it is possible to implement automatic recognition of defects, pre-failure states not only of axle caps, but also of other units of technical systems. The developed model can be used in monitoring systems, control, diagnostics of the technical condition of the locomotive fleet, in order to reduce
