CC BY
34
кризиса и нестабильной внешнеполитической обстановки необходимо сформировать первую ступень экспертизы силами проектных институтов «РЖДП» для анализа данных по пропускным показателям. Институтам, в свою очередь, на основании анализа предложить исключить из перечня объекты, которые не повлияют на снижение пропускной и провозной способности ж/д линии. В перечне инвестиционной программы должны остаться только первостепенные объекты, которые влияют на пропускную и провозную способность.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Программа развития железнодорожного транспорта до 2030 года : распоряж. правительства РФ № 877-р от 17.06.2008. // Собр. законодательства РФ. 2008. № 29 (ч. II). ст. 3537.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
О Федеральной целевой программе "Развитие транспортной системы России (2010 - 2020 годы) : постановление Правительства Рос. Федерации от 05 дек. 2001 г. № 848 (в ред. от 06.10.2015). О внесении изменений в Регламент взаимодействия участников инвестиционного процесса при формировании и реализации инвестиционной программы ОАО «РЖД» : распоряжение ОАО «РЖД» № 2042р от 15.10.2012 г.
Иванов В.В., Ковалев В.В., Лялин В.А. Инвестиции. М. : Проспект, 2013. 592 с.
Компания «РЖД»: реальная инвестиционная программа // Евразия Вести. 2005. № 2. Матвеев Ю.В., Матвеев Ю.К. Инвестиционный процесс и его особенности в России // Фундаментальные исследования. 2008. № 8. С. 143-146. Навасардян К. Инвестиционный процесс и его участники [Электронный ресурс] // FB.RU : 2012. 15 нояб. URL: http://fb.ru/article/42977/investitsionnyiy-
protsess-i-ego-uchastniki. (Дата обращения 19.11.2015).
УДК 621.515:629 Тунгалаг Тайван,
инженер локомотивного депо Улан-Батор, аспирант ИрГУПС, тел. 89834165007, е-mail: tai11mn@yahoo.com
Руш Елена Анатольевна,
д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Техносферная безопасность»ИрГУПС, тел. 89834165007, е-mail: lrush@mail.ru
Асламова Вера Сергеевна,
д. т. н., профессор кафедры «Техносферная безопасность»ИрГУПС, тел. 89149045809, е-mail: aslamovav@yandex.ru
МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ПОМПАЖНОГО ПРОБЕГА ТУРБОКОМПРЕССОРА
НА ТЕПЛОВОЗЕ 2ТЭ116УМ
Tungalag Taiwan, Rush E.A., Aslamova V.S.
MULTIVARIATE ANALYSIS OF DIESEL LOCOMOTIVE'S 2TE116UM TURBOCHARGER SURGE MILEAGE
Аннотация. В статье приведены результаты исследования влияния основных физических параметров окружающей среды (температура и давление окружающей среды) и технологических параметров турбокомпрессора (давление на входе и выходе турбокомпрессора, степень повышения давления; расход воздуха) тепловоза серии 2ТЭ116УМ № 031 секции А на величину пробега до возникновения помпажа. Анализ полученной информации о техническом состоянии турбокомпрессора с контроллера № 12 показал, что турбокомпрессоры не исчерпывают свой ресурс эксплуатации до очередного планово-предупредительного ремонта, так как в результате помпажа нарушается устойчивость работы компрессора. Обзор литературных источников и анализ четырехлетней эксплуатации тепловоза на Улан-Баторской железной дороге показал, что основными причинами появления помпажа являются: срыв потока со стенок диффузора, и/или с лопаток направляющего аппарата, и/или с лопаток рабочего колеса; неустойчивость течения в безлопаточном пространстве; автоколебания воздуха в системе компрессор - продувочно-наддувочный ресивер. Эти отклонения от рабочего режима вызваны различными факторами, главным из которых является загрязнение воздушных фильтров.
Исходные данные были обработаны в пакете Statgraphics Plus, и получены регрессионные зависимости величины пробега до начала помпажа от каждого параметра в отдельности и совокупного влияния всех параметров. Полученная многопараметрическая линейная регрессия позволит контролировать величину пробега и не допустить появление помпажа, выполнив своевременно замену воздушного фильтра.
Ключевые слова: помпаж, турбокомпрессор, давление, степень повышения давления, расход, пробег.
Abstract. The paper studies the influence of basic physical environmental parameters (temperature and ambient pressure) and process parameters of a turbocharger (pressure at the inlet and outlet of the turbocharger, pressure ratio, flow rate) of the locomotive series 2TE116UM number 031 section A on the value of run before the surge. Analysis of the technical state of the turbocharger information obtained with the controller № 12 has shown that turbochargers do not exhaust the exploitation resource before another preventive maintenance because as a result of surging the stability of the compressor is disrupted. Review of the literature and analysis of the 4-year locomotive operation on the Ulaanbaatar Railway has shown that the main causes of the surge are the following: blow-out flow separation from the walls of the diffuser and / or guide blades and / or rotor blades; flow instability in unblading spatial; air self-oscillation in the compressor - blower-charge receiver system. These divergences from the operating conditions are caused by various factors, mainly by the pollution of the air filters.
Basic data were processed in the Statgraphics Plus package and regression dependences of the run before the surge from each parameter separately and the aggregate effect of all parameters are obtained. The obtained multi-parametric linear regression allows to control the amount of mileage and prevent the occurrence of a surge by replacing the air filter in time.
Keywords: surge, turbocharger, pressure, pressure ratio, fuel consumption, mileage.
Транспорт
ш
Введение
В процессе эксплуатации тепловозов 2ТЭ116УМ на Улан-Баторской железной дороге турбокомпрессоры подвержены постоянному воздействию суровых климатических факторов, таких как низкая температура, пониженное атмосферное давление, сильное загрязнение абразивным материалом во время песчаных бурь. Это приводит к выходу из строя узлов турбокомпрессора. Анализ данных четырехлетней эксплуатации тепловоза позволил установить, что при расходе воздуха через турбокомпрессор ниже определенной величины устойчивость работы турбокомпрессора нарушается. Появляются резкие периодические пульсации давления и скорости в потоке воздуха, протекающем через турбокомпрессор. Поток воздуха становится пульсирующим и сопровождается громкими хлопками с периодическим обратным выбросом воздуха во всасывающие патрубки. При этом КПД турбокомпрессора и среднее давление воздуха на выходе из него резко уменьшаются. Это явление называют помпажом. Помпаж похож на эффект гидравлического удара в жидких средах и вызывает негативные воздействия как на конструктивные элементы, так и на технологический процесс работы дизельной установки в целом.
Основные причины помпажа
Помпаж вызывается срывом потока воздуха с колеса турбокомпрессора вследствие рассогласования работы дизеля и компрессора, при этом на высших позициях контроллера под нагрузкой возникают хлопки в турбокомпрессоре, иногда сопровождаемые резким снижением давления наддувочного воздуха, просадкой оборотов и дымлением дизеля [1-5]. При эксплуатации двигателя срыв потока со стенки диффузора, с лопаток направляющего аппарата или с лопаток рабочего колеса, а также неустойчивость напорных характеристик могут быть вызваны различными факторами:
• загрязнена посторонними предметами воздушная полость между оребренными трубками охладителя наддувочного воздуха [1];
• закоксованы входные и продувочные окна гильз цилиндров;
•закоксовано входное сопло турбокоспрес-сора [6];
• сильно загрязнены воздушные фильтры [79];
• повреждены лопатки турбины или диффузора [7-9].
Наиболее частой причиной помпажа турбокомпрессора является загрязнение воздушных фильтров [3, 4].
Определение зависимостей помпажного пробега
Обозначим: Т - температура воздуха окружающей среды, °С; pz - давление после турбокомпрессора, Па; Пк - степень повышения давления; G - расход воздуха, кг/c. С увеличением пробега L тепловоза гидравлическое сопротивление воздушного фильтра возрастает вследствие его загрязнения и уменьшается величина pz. Для избегания помпажа выполняют ревизию фильтра, в процессе которой его подвергают очистке, что приводит к увеличению величины pz, или производят замену фильтра. Поэтому длину пробега Lnp, при которой возник помпаж, вычисляли по формуле
L = L-L,, (1)
пр ф ' 4 '
где L - пробег от начала эксплуатации, км; Lф - пробег, при котором произошла замена или ревизия данного фильтра.
Исследуя влияние каждого параметра отдельно, получили следующие регрессии Lnp от перечисленных факторов в пакете Statgraphics Plus. Зависимость Lnp от Т (2) описывается параболой (см. рис. 1). Коэффициенты достоверности регрессии (2): коэффициенты детерминации R2 и Дарбина - Уотсона DW, среднеквадратическая о и абсолютная А ошибки приведены в табл. 1.
Lm = 1780,80 - 976,325T + 38,755T2
(2)
Рис. 1. Зависимость Ьпр от температуры воздуха
Т а б л и ц а 1 Коэффициенты достоверности регрессий
Номер формулы
(2)
(3)
(4)
(5)
(7)
R2, %
91,70
92,21
81,75
85,92
92,01
DW
0,74
0,82
0,95
1,83
1,38
6479,53
6275,52
9607,12
16456,30
12599,90
А
18935,70
18293,60
19440,0
20316,2
17695,2
Судя по рис. 1, Ьпр с ростом температуры
воздуха уменьшается. Наименьшее значение £
можно найти из необходимого условия минимума функции
о
SL
пр
ST
= -976,525 + 2 • 38,755T = 0 ^
Рис. 2. Сопоставление рассчитанных по формуле (2) значений Ьпрр с экспериментальными Ьпр
Зависимость Ьпр от Пк описывается параболой (см. рис. 3).
2
L^ = 7559,38 - 682185,0^ +155477,0^ z.
(3)
2,2 2,4 2,6 2,! Рис. 3. Зависимость Ьпр от Пк
Судя по рис. 3, Ьпр с ростом Пк возрастает. Наименьшее значение Ьпр можно найти из необходимого условия минимума функции лк
дЬ
пр- = -682185,0 + 2 -155477 ■%= 0 ^
д%„
ординат).
min Ьпр при Т = 976,525/77,51» 12,6 С.
О точности найденной регрессии можно судить по рис. 2, на котором приведено сопоставление рассчитанных по формуле (2) значений пробега Ьпрр (ось абсцисс, 10000 км) с экспериментальными Ьпр (ось ординат, 10000 км).
10 8 б 4 2 0
^г4 И
0
Щ'Р
Рис. 4. Сопоставление рассчитанных по формуле (3) значений Ьпрр с экспериментальными Ьпр
Зависимость Ьпр от расхода О (кг/с) также является параболической (см. рис. 5).
L = 315745,0 - 16,35G + 21869,3G 2.
пр
(4)
L
пр
ю
; 1
■ ■
■ D ■
■ ■
: п D -а- D ;
3,5 3.9 4,3 4.7 5,1 G
Рис. 5. Зависимость Ьпр от G
Из рис. 5 видно, что с ростом G значение Lnp
увеличивается.
Наименьшее значение Ьпр можно найти из необходимого условия минимума функции SL
—^ = -163543 + 2 • 21869,3 • G = 0 ^ SG
. т ^ 163543 „ „„
min L при G =-« 3,74.
пр F 43738,6
На рис. 6 приведено сопоставление рассчитанных по формуле (4) значений пробега Ьпрр (ось абсцисс) с экспериментальными Ьпр (ось ординат).
. 682185
min L при п =-« 2,19.
пр р * 31095 ,
О точности найденной регрессии можно судить по рис. 4, на котором приведено сопоставление рассчитанных по формуле (3) значений пробега Ьпрр (ось абсцисс) с экспериментальными Ьпр (ось
L-lip 10
-I -
- ■
0 :
_
-
; Иг-г- L
о
прр
1 2 3 4 5 Рис. 6. Сопоставление рассчитанных по формуле (4) значений Ьпрр с экспериментальными Ьпр
Транспорт
Более сложный вид имеет регрессионная зависимость Lпр от параметраpz (Па) (см. рис. 7)
Lnp =-4,585 -106 + 249150,0pz0'5 --3672,41pz + 0,22 pz2.
(5)
1800 2300 2800 3300 Рис. 7. Зависимость Lпр от pz
На рис. 8 приведено сопоставление рассчитанных по формуле (5) значений пробега Lпрр (ось абсцисс) с экспериментальными Ь„р (ось ординат).
Рис. 8. Сопоставление рассчитанных по формуле (5) значений Lпрр с экспериментальными Lпр
Многопараметрическое уравнение линейной регрессии, описывающее совместное влияние рассматриваемых параметров, имеет вид
L = 387170,0-56428,7G-25339,9л -
-11,3рг - 3240,027.
Заключение
Из полученной формулы совместного влияния видно, что с увеличением всех параметров величина беспомпажного пробега уменьшается, причем наибольшее влияние оказывают расход и степень повышения давления в компрессоре. Полученное уравнение позволит контролировать величину беспомпажного пробега, которая не должна превышать значения, полученного по формуле (6) плюс пробег, при котором выполнена замена фильтра.
О точности найденной регрессии можно судить по рис. 9, на котором приведено сопоставление рассчитанных по формуле (6) значений пробега Lпрр (ось абсцисс) с экспериментальными Lпр (ось ординат).
2.
3.
4.
5.
6.
7.
(6)
9.
ш
чр " 10
[ Л ]
:
| j
I I
-
j D D
о
Рис. 9. Сопоставление рассчитанных по формуле (7) значений Lnpp с экспериментальными Lnp
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Филонов С.П., Зиборов А.Е., Ренкунас В.В. и др. Тепловозы 2ТЭ10М и 3ТЭ10М. Устройство и работа. М. : Транспорт, 1986. 288 с.
Ремонт тепловозов ТЭМ [Электронный ресурс]. URL: http ://scbist. com/remont-teplovozov/22345-remont-teplovozov-tem.html. (Дата обращения 18.10.2015).
Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры судовых дизелей. Л. : Судостроение, 1971, 192 с. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) / А. Э.Симсон и др. М. : Транспорт, 1980. 384 с.
Локомотивные энергетические установки / под ред. А.И.Володина. М. : Желдориздат, 2002. 715 с. Предупреждение помпажа турбокомпрессора тепловоза 2ТЭ10В [Электронный ресурс]. // Тепловозы : сайт. URL:
http://www.dieselloc.ru/2te10v/2te10v_128.html. (Дата обращения 18.10.2015).
Руш Е.А., Тайван Тунгалаг Оценка эффективности работы системы воздухоочистки дизеля тепловоза серии 2ТЭ116УМ в условиях Монголии. // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. Т. 1. Иркутск, 2013. С. 221-224.
Руш Е.А., Тунгалаг Тайван Анализ степени влияния загрязнения воздушных фильтров на устойчивость работы турбокомрессора тепловоза 2ТЭ116УМ // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Т. 1. Иркутск, 2015. С. 285-290.
Руш Е.А., Тунгалаг Тайван Анализ надежности работы турбокомпрессора тепловоза 2ТЭ116УМ // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Т. 1. Иркутск, 2015. С. 295-300.
