CC BY
50
УДК 629.424.016:621.436.001.24
А. К. Белоглазов, В. Ф. Тарута, В. А. Четвергов, А. В. Чулков
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
РЕОСТАТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Аннотация. В статье предлагается использование автоматизированных систем контроля параметров дизель-генераторных установок при проведении реостатных испытаний тепловозов, которые позволяют накапливать и анализировать результаты испытаний по разработанным формам протоколов и сводных таблиц параметров во всем диапазоне нагрузок и определять количественный показатель оценки технического состояния ДГУ.
Ключевые слова: тепловоз, дизель-генератор, реостатные испытания, автоматизированная система контроля, статистическая обработка параметров, техническое состояние, топливная экономичность.
Anatoliy K. Beloglazov, Viktor F. Taruta, Vitaliy A. Chetvergov, Alexei V. Chulkov
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, Russian Federation
EVALUATION EFFICIENCY OF DIESEL-GENERATOR SETS ACCORDING TO THE CONTROL PARAMETERS RESULTS DURING THE RHEOSTAT TESTS
Abstact. During automated rheostat tests of locomotives it's necessary to control a lot ofparameters of the diesel generator set and support systems. Due to the features ofperception of the information by human the control is brought to the observation of a small number ofparameters.
Implementation in practice of rheostat tests of automated systems of inspection and testing allowed to expand the amount of received information.
In this article is offered using automated control systems of diesel-generator sets parameters during rheostat tests which allow to accumulate and analyze test date using developed protocols forms and pivot tables with parameters in entire range of loads, also it helps to determine the quantitative index of a technical condition of diesel-generator set.
Keywords: diesel, diesel generator, rheostat test, automated control system, static processing parameters, technical condition, fuel economy.
При проведении автоматизированных реостатных испытаний (РИ) тепловозов необходимо контролировать множество как электрических, так и тепловых параметров. До появления на станциях реостатных испытаний тепловозов автоматизированных систем контроля и испытаний (АСКИ) контроль теплотехнического состояния дизель-генераторных установок (ДГУ) в силу особенностей восприятия информации человеком сводился к контролю основных параметров: частоты вращения коленчатого вала дизеля, давления вспышки и температуры газов на выходе из цилиндра, а также к визуальному контролю показаний приборов на пульте машиниста тепловоза [1].
Внедрение в практику проведения РИ автоматизированных систем контроля и испытаний помогло значительно расширить объем получаемой информации. Эту информацию можно обрабатывать непосредственно при проведении испытаний, а также накапливать, обрабатывать и анализировать в дальнейшем, используя протокол РИ, который хранится в архиве (рисунок 1).
Обработка полученных в процессе проведения испытаний данных делится на несколько этапов: первичная обработка данных, разработка форм и составление таблиц для систематизации информации, заполнение таблиц, проверка достоверности и статистическая обработка данных, анализ первичных статистик, оценка достоверности отличий, нормирование данных, корреляционный и факторный анализ.
2 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(30) 2017
1
Из соображений обеспечения целесообразной последовательности в большинстве случаев обработку данных необходимо начать с составления сводных таблиц. Основой для сводной таблицы исходных данных является протокол РИ тепловоза, каждая строка которого содержит значения всех показателей в одном испытании. В каждом столбце (поле) протокола записаны значения одного показателя по всем режимам испытаний, соответствующим реальным условиям эксплуатации [2]. Таким образом, в каждой ячейке (клетке) таблицы записано только одно значение одного показателя. В начале таблицы даны реквизиты организации, проводящей испытания, ФИО (или какой-либо другой идентификатор) испытателя, номер и секция тепловоза, дата испытаний, измеренные показатели, шкальные оценки и т. п. Эти данные облегчают восприятие показателей таблицы. В каждой последующей таблице записываются значения всех измеренных у данного тепловоза (по номеру и секции) параметров в одном и том же порядке показателей.
Пример сводной таблицы результатов испытаний тепловоза, сформированный в формате Excel, представлен в таблице 1.
Обработка результатов испытаний на основе программного пакета STATISTICA позволяет получить всестороннее описание данных, найти закономерности и зависимости между переменными, т. е. ответить на вопросы, которые встают перед испытателем при обработке больших массивов информации.
На основе работы с архивом был выполнен статистический анализ распределения мощности дизель-генераторных установок тепловозов ТЭМ2 на номинальном режиме работы ДГУ для двух локомотиворемонтных депо - О и Б. Аналогичный анализ выполнен для температуры выпускных газов по цилиндрам дизеля на этом же нагрузочном режиме (100 % номинальной мощности). Общий объем выборки составил 327 секций тепловозов.
Рисунок 1 - Образец протокола реостатных испытаний тепловоза ТЭМ2 с использованием АСКИ
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 3
По вычисленному математическому ожиданию и среднему квадратическому отклонению для каждой совокупности параметров были построены графики плотности вероятности (частости) для нормального закона распределения, описываемой выражением:
1
А =-т= ехр
сг.Ы 2п
( Л- ,, \2Л
(х -1 )2
V 2аг2
(1)
где X • - значение, для которого вычисляется плотность вероятности; I • - математическое ожидание для теоретического распределения; 5; - среднее квадратическое отклонение параметров.
Полученные результаты сведены в таблицы 2 - 5 и представлены на рисунках 2 и 3. Таблица 1 - Фрагмент табличного представления результатов реостатных испытаний тепловоза ТЭМ2
Протокол реостатных испытаний тепловоза ТЭМ2 2547: температура окружающего воздуха 19 °С; барометрическое давление 100.1(751) кПа (мм рт. ст.); частота вращения вала дизеля на холостом ходу (Кх.х) и под нагрузкой (Ыд)
Позиция КМ 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Норма, об/мин 300 ± 15 300 ± 15 300 ± 15 330 ± 10 400 ± 10 480 ± 10 570 ± 10 650 ± 10 750 ± 5
N х.х, об/мин 306 306 307 334 392 468 580 664 745
об/мин 304 284 280 329 402 502 574 661 750
«Временной срез» тепловозной характеристики
Позиция КМ 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Рг, кВт 0 21 61 117 196 322 449 582 741
1г, А 0 200 340 487 618 750 891 1088 1213
иг, В 0 106 179 241 317 430 504 535 611
Ивг, В 74,7 74,5 74,8 74,7 74,9 74,7 74,6 74,5 74,6
N^3, об/мин 304 284 280 329 402 502 574 661 750
Тн, С° 34 33 33 33 33 33 32 42 35
Рн, кг/см2 0 0 0 0 0 0,07 0,14 0,31 0,53
Тщ, С° 173 155 187 194 203 305 324 410 454
Тц2, С° 154 127 157 162 177 297 321 400 448
Тцз, С° 170 159 192 196 209 324 352 411 462
Тц4, С° 180 160 190 194 208 313 341 429 471
Тц5, С° 96 96 136 142 159 289 318 402 455
Тцб, С° 171 140 167 171 186 312 343 427 471
Таблица 2 - Статистические данные о распределении температур выпускных газов по цилиндрам ДГУ тепловозов ТЭМ2 в локомотивном депо Б
№ п/п Интервал Середина Частота Частость
1 «1 - А интервала = —~— 1 2 П; _ щ ]г п
1 2 3 4 5
1 255 - 295 275 9 0,02
2 296 - 336 316 8 0,02
3 337 - 377 357 26 0,06
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
№ 2(30) 2017
Окончание таблицы 2
1 2 3 4 5
4 378 - 418 398 62 0,15
5 419 - 459 439 116 0,27
6 460 - 500 480 125 0,30
7 501 - 541 521 38 0,09
8 542 - 582 562 16 0,04
9 583 - 623 603 9 0,02
10 624 - 664 644 13 0,03
Таблица 3 - Статистические данные о распределении температур выпускных газов по цилиндрам ДГУ тепловозов ТЭМ2 в локомотивном депо О
№ п/п 1 Интервал «1 - А Середина интервала «г+А * = 2 Частота П Частость щ ]г п
1 258 - 299 298 2 0,00
2 300 - 341 340 1 0,00
3 342 - 383 382 51 0,03
4 384 - 425 424 177 0,12
5 426 - 467 466 554 0,37
6 468 - 509 508 457 0,30
7 510 - 551 550 204 0,13
8 552 - 593 592 63 0,04
9 594 - 635 634 22 0,01
10 636 - 677 676 7 0
Таблица 4 - Статистические данные о распределении мощностей ДГУ тепловозов ТЭМ2 в локомотивном депо Б
№ п/п 1 Интервал «1 - А Середина интервала «г+А * = 2 Частота Частость г _ ]г п
1 520 - 550 535 2 0,04
2 551 - 581 566 3 0,04
3 582 - 612 597 1 0,01
4 613 - 643 628 1 0,01
8 737 - 767 752 13 0,18
9 768 - 798 783 6 0,08
10 799 - 829 814 1 0,02
Таблица 5 - Статистические данные о распределении мощностей ДГУ тепловозов ТЭМ2 в локомотивном депо О
№ п/п Интервал Середина Частота Частость
1 «1 - А интервала = —~— 1 2 г _ Щ ]г п
1 2 3 4 5
1 373 - 424 399 5 0,02
■ИИ ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 5
Окончание таблицы 5
1 2 3 4 5
2 425 - 476 450 7 0,03
3 477 - 528 503 12 0,05
4 529 - 580 554 20 0,08
5 581 - 632 607 21 0,08
6 633 - 684 658 40 0,15
7 685 - 736 711 82 0,32
8 737 - 788 762 65 0,25
9 789 - 840 815 2 0,01
10 841 - 892 866 2 0,01
Рисунок 2 - Распределение показателей мощности локомотивов серии ТЭМ2 при реостатных испытаниях
Рисунок 3 - Распределение показателей температуры выпускных газов по цилиндрам тепловозов серии ТЭМ2 при реостатных испытаниях
Сравнительный анализ статистической информации о теплонапряженности дизель-генераторных установок тепловозов в двух локомотивных депо показывает, что статистические характеристики контролируемых параметров (мощности ДГУ и температур выпускных газов по цилиндрам) подобны (нормальный закон распределения), но параметры сглаживающих кривых отличаются друг от друга. Мощность ДГУ тепловозов в обоих депо ниже установленной нормы (740 кВт), однако в локомотивном депо Б мощность в среднем на 25 кВт (около 5 %) выше, чем в локомотивном депо О. При этом разброс мощностей при
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
№ 2(30) 2017
6
настройке ДГУ в локомотивном депо О в полтора раза выше, чем в локомотивном депо Б (~ 60 и 90 кВт).
Анализ распределения температур выпускных газов по цилиндрам показывает, что средние значения температур в локомотивном депо О выше, чем в локомотивном депо Б (467 и 453 °С). При большем показателе среднего квадратического отклонения (55 °С депо О и 42 °С депо Б) это свидетельствует об устойчивости отмеченной тенденции.
Чаще всего анализ параметров работы ДГУ тепловозов проводится для установления функциональной зависимости между ними. Например, зависимость температуры выпускных газов от мощности ДГУ с достаточной для практических целей точностью можно считать линейной. Большее значение мощности (при равной частоте вращения коленчатого вала дизеля) достигается за счет увеличения цикловой подачи топлива или лучшего технического состояния дизель-генераторной установки. Известно также, что потери тепла с уходящими газами характеризуют энергетическую эффективность работы ДГУ: при равной мощности двух дизелей более совершенным является рабочий процесс у того, где температура выпускных газов ниже.
Обозначив через обобщенный показатель q отношение анализируемых параметров:
q_ ^ (2)
'■г
где Рдгу - средняя мощность ДГУ тепловоза, кВт;
и - средняя температура выпускных газов по цилиндрам дизеля, °С, можно использовать его для сравнительной оценки эффективности работы ДГУ. Например, применительно к анализируемым данным можно сказать, что эффективность использования ДГУ тепловозов в локомотивном депо Б выше, чем в локомотивном депо О _ 1.53 > q2 _ _ 1.45).
Таким образом, непрерывный мониторинг и системный анализ информации о результатах проведенных РИ в депо позволяют наглядно представить картину текущего технического состояния тепловозов и на этой основе вести работы, направленные на повышение их эффективности и топливной экономичности в эксплуатации.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
1. Полученные результаты свидетельствуют о неудовлетворительном качестве ремонта тепловозов, в частности, топливной аппаратуры дизелей. Основными причинами сложившегося положения являются устаревшее стендовое испытательное оборудование и недостаточно высокая квалификация ремонтного персонала.
2. Заключительным этапом испытания топливной аппаратуры должна стать объективная (не зависящая от субъективных оценок испытателя) проверка качества выполненного ремонта. Топливные отделения ремонтных депо необходимо оснащать автоматизированной стендовой испытательной аппаратурой.
3. Добиться улучшения технического состояния ДГУ тепловозов можно и за счет белее качественной настройки при проведении реостатных испытаний в депо.
Список литературы
1. Глухов, С. В. Утилизация вторичных энергетических ресурсов при проведении реостатных испытаний [Текст] / С. В. Глухов, В. Ф. Тарута, М. В. Глухова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - № 3. - С. 68 - 72.
2. Техническая диагностика и надежность железнодорожной техники [Текст] / В. М. Бочаров, А. Н. Головаш и др. - М.: Спутник+, 2006. - Ч. II. - 249 с.
3. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания [Текст] / А. Э. Симсон, А. З. Хомич и др. - М.: Транспорт, 1987. - 536 с.
№2021370) ИЗВЕСТИЯ Транссиба
References
1. Glukhov S. V., Taruta V. F., Glukhova M. V. The utilization of secondary energy resources while conducting test rheostat [Utilizatsiia vtorichnykh energeticheskikh resursov pri provedenii reostatnykh ispytanii]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2015, no. 3, pp. 68 - 72.
2. Bocharov V. M., Golovash A. N., Molchanov V. V. Tekhnicheskaia diagnostika i nadezh-nost' zheleznodorozhnoi tekhniki (Technical diagnostics and reliability of railway equipment). Moscow: Company Satellite +, 2006, 249 p.
3. Simson A. E., Khomich A. Z., Kurits A. A. Teplovoznye dvigateli vnutrennego sgoraniia (Diesel internal combustion engines). Moscow: Transport, 1987, 536 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Белоглазов Анатолий Кузьмич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-34-17.
E-mail: BeloglasovAK@ mail.ru
Тарута Виктор Федорович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-34-17.
E-mail: TarutaVF@gmail.com
Четвергов Виталий Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-34-17.
E-mail: ChetvergovVA@omgups.ru
Чулков Алесей Владимирович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-34-17.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Оценка эффективности работы дизель-генераторных установок по результатам контроля параметров при проведении реостатных испытаний [Текст] / А. К. Белоглазов, В. Ф. Тарута и др. // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. -№ 2 (30). - С. 2 - 8.
8
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Beloglazov Anatoliy Kuzmich
Omsk State transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Ph. D., associate professor of the department «Locomotives», OSTU.
Tel: (3812) 31-34-17. E-mail: BeloglasovAK @ mail.ru
Taruta Viktor Fedorovich
Omsk State transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Ph. D., associate professor of the department «Locomotives», OSTU.
Tel: (3812) 31-34-17. E-mail: TarutaVF@gmail.com
Chetvergov Vitaliy Alexeevich
Omsk State transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Dr. Sci. Tech., professor of the department «Locomotives», OSTU.
Tel: (3812) 31-34-17.
E-mail: ChetvergovVA@omgups.ru
Chulkov Alexei Vladimirovich
Omsk State transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Ph. D., associate professor of the department «Locomotives», OSTU.
Tel: (3812) 31-34-17.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Beloglazov A. K., Taruta V. F., Chetvergov V. A., Chulkov A. V. Evaluation efficiency of diesel-generator sets according to the control parameters results during the rheostat tests. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 30, no. 2, pp. 2 - 8. (In Russian).
ИЗВЕСТИЯ Транссиба №202(370)
