CC BY
70
УДК [629.424.3:621.436].003.13
А. О. КАГРАМАНЯН, А. В. ОНИЩЕНКО (УкрДАЗТ, Харьков)
ОЦ1НКА ЕКОНОМ1ЧНО1 ЕФЕКТИВНОСТ1 ЗАСТОСУВАННЯ ПРОГР1ВУ ТЕПЛОВОЗ1В В1Д АЛЬТЕРНАТИВНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГП
У статп розглянуто питання eKOHOMi4HOi ефективносп використання прорву Tenn0B03iB за рахунок працюючого на холостому ходу тепловозного дизеля та проведена екoнoмiчна оцшка piзних спoсoбiв про-гpiвy теплoвoзiв.
В статье рассмотрены вопросы экономической эффективности использования прогрева тепловозов за счет работающего на холостом ходу тепловозного дизеля и проведена экономическая оценка разных способов прогрева тепловозов.
In the article the issues of economic efficiency of use of warming-up the diesel locomotives at the expense of an idle-run diesel engine are considered and the economic estimation of different ways of warming-up the diesel locomotives is carried out.
Постановка проблеми у загальному виглядi
Як вщомо, для нормального функщонуван-ня тепловозного дизеля на будь-яких позищях контролера машишста зпдно техшчних умов заводу-виробника потрiбно, щоб температура води та масла була не менше 40 °С. Географiч-не положення Украши та клiматичнi умови експлуатацii тепловозiв вимагають тдтримува-ти параметри води та масла дизелю тепловоза шд час вщстою на необхiдному температурному рiвнi. Це можливо за рахунок роботи двигу-на на холостому ходi або прогрiву вщ сторон-нього джерела енергii.
В Укрш'ш майже повсюдно практикуеться про^в тепловозiв за рахунок працюючого на холостому ходу тепловозного дизеля. Як показала практика, цей метод дуже неефективний, як з економiчноi, так i з екологiчноi точки зору. Зпдно статистичних даних, за 2008 р. по затз-ницях Украши витрата палива на про^в скла-ла приблизно 3750 т натурного палива. При цьому зменшуеться моторесурс дизеля, час мiж каттальними ремонтами, а також значно поп-ршуеться екологiчна ситуацiя в мюцях вiдстою тепловозiв. Особливо треба зауважити те, що тепловоз, який працюе в режимi «гарячого» резерву, е небезпечним джерелом забруднюю-чих речовин. Оскшьки при роботi дизеля на холостому ходi до атмосфери викидаеться така кiлькiсть оксидiв i дiоксидiв вуглецю, дiоксидiв сiрки, оксидiв азоту та вуглеводшв, яка дорiв-нюе, а iнодi навiть перевищуе показники дизе-лiв, якi працюють на номшальних та максима-льних режимах навантаження. Тому питання економп палива при прогрiвi тепловозiв, якi
знаходяться у «гарячому» резервi, а як наслщок зменшення викидiв забруднюючих речовин з вщпрацьованими газами, е одними з найактуа-льнiших проблем для Украши.
Аналiз дослiджень щодо даного питання
Питаннями пiдвищення економiчностi теп-ловозних дизелiв, де немалу частку складають i питання економii дизельного палива при про-грiвi тд час вiдстою, займалося та займаеться багато видатних вчених таких, як Хомич А. З., Симсон А. С., Срощенков С. А., Перельот В. I., Тупщин О. I., Грищенко А. В., Володiн А. I. та багато шших. Ними були проведеш дослщжен-ня i запропоновано чимало альтернативних ме-тодiв прогрiву, якi ми розглянемо в основнш частинi статтi.
Основний матерiал
Як було сказано вище, в Укра1'ш прогрiв те-пловозiв вщбуваеться за рахунок працюючого на холостому ходу тепловозного дизеля. При цьому коефщент корисноi дii двигунiв внутр> шнього згоряння, як джерела енергп для само-прогрiву, не перевищуе 45...47 %.
Крiм того, слщ звернути увагу також на те, що необхщшсть у прогрiвi не залежить вiд гео-графiчного розташування тепловозного депо або точки обороту локомотива (у межах Укра1-ни) i не е характерним для якоюь iз серiй теп-ловозiв (дизеля), тобто тут не простежуеться прямий вплив клiматичноi зони. На рис. 1 на-дано розподш витрат палива на прогрiв по зат-зницях Украши.
© Каграманян А. О., Онищенко А. В., 2010
5,65
11,5
11,25
18,67
36,82
а Донецька залiзниця
16,09 вЛьвiвська залiзниця
О Одеська залiзниця
■ Пвденно-захщна залiзниця
□ Приднinровська залiзниця
□ Пвденна залiзниця
Рис. 1. Розподш витрат палива
Р1вень витрати палива тепловозами на про-гр1в по депо затзниць Укра!ни в основному залежить вщ р1вном1рност1 та пропорцшносп за часом у подач1 тепловоз1в до по!зд1в, а також вщ наявносп в депо вшьних опалювальних примщень (стшл) для очшування в непрацюю-чому сташ тепловоза до вщправлення по!зд1в.
Пюля розглянутого вище, робимо висновок, що економ1я палива на об1гр1в тепловоз1в { ви-ключення шших недолшв, пов'язаних з !х са-мопрогр1вом, можуть бути досягнув викорис-танням тшьки альтернативних систем прогр1ву, як мають бшьш високий коефщент корисно! ди, шж двигуни тепловоз1в, як працюють в режим! самопрогр1ву { забезпечують можливють шдтримки силових установок тепловоз1в в мо-бшьному сташ на мшмально допустимому температурному р1вш.
Умовно методи прогр1ву тепловозних дизе-л1в можна роздшити на три групи: стацюнарш, автономш, комбшоваш. До стацюнарного вщ-носять таю, як прогр1в вщ деповсько! котельш, прогр1в вщ електромережi, прогр1в тепловоза гарячим пов1трям, прогр1в пальниками - шфра-червоним випромшюванням. До автономного вщносять таю методи, як прогр1в вщ тягового генератора, прогр1в вщ котла-пщ1гр1вника, про-гр1в з використанням теплоти вщпрацьованих газ1в й прогр1в з використанням акумулятора теплоти.
Рядом автор1в [3] було запропоновано еко-ном1чну оцшку р1зних способ1в прогр1ву тепло-воз1в за вартютю 1 МДж теплоти, що витрача-еться на прогр1в. Вона е досить наближеною 1 умовною, осюльки виконуеться без облшу ви-
на прогрiв по затзницях Укра!ни
трат на модершзащю тепловоза 1 каштальних витрат. Але е дуже практичною для наглядного пор1вняння того чи шшого способу прогр1ву та визначення економ1чного ефекту вщ запрова-дження альтернативних або комбшованих систем прогр1ву. За даною методикою були проведет розрахунки, яю представлеш в табл. 1.
Як бачимо з ще! таблищ, перспективним способом прогр1ву е пщ1гр1в вщ акумулятора теплоти. Застосування приховано! теплоти фа-зових переход1в х1м1чних речовин (вщомого ф1зичного принципу переходу речовини з одного агрегатного стану в шший) дозволить значно шдвищити ефектившсть передпускового прорву системи охолодження тепловоза в холод-ну пору року. На жаль, багато конструктор1в { фах1вщ-теплотехшки проходять повз факт ви-користання (як акумулятор1в теплово! енерги) речовин, що мають низьку теплоту плавлення. Температура фазового переходу, так само як I юльюсть тепла, яка поглинаеться або видшя-еться при цьому процесс залежить вщ типу за-стосовано! речовини й змшюеться в широких межах. Найбшьший ефект можна одержати при взаемоди обрано! речовини ¡з системою охолодження, яка представлена розгалуженою водяною системою охолодження. Тому що макси-мальне значення температури охолоджувально! рщини тепловоза не перевищуе 95 °С, юнуе невелика група речовин, що мають температуру плавлення нижче необхщно! максимально!. Причому, чим вище температурний перепад 1 питома теплота плавлення робочо! речовини, тим бшьший ефект можна одержати.
к» Н
ОЧ к»
Н
Н
С ерш тепловоза
к» о
к»
(Л
ЧО 00
Витрата дизельного палива на режиш холостого ходу тепловоза, кг/год
-й-
о
ОЧ
ОЧ
"к>
(Л
ОЧ (Л
и1
'л
(Л
Витрата палива на самопрогр1в вщ працюючого дизеля, т/рж
Ч
п
й в-н № н
о
(Л
к» ЧО I*)
-Й-
ЧО *чО 00 чо
-Й-
ЧО ЧО О
и)
ЧО ЧО
К» ЧО ЧО ЧО
Вартють палива, витраченого на прогр1вання, тис. грн/рж
и
V!
Я
К «
К О
и1 рч оо
оо 00
и1 ЧО
О 00
(Л
ОЧ
-й-
I*)
(Л
оо
-й-
"оч
ОЧ
о
ЧО О
о
ЧО -й-
к>
ОЧ
Величина теплоти, що вводиться до системи охолоджування [ масла, кВт-год (МДж)
о -1
о
•е-
п К н
V!
к» о
(Л
ЧО
к> о
(Л
к» о о
к»
(Л -й-
ОЧ ОЧ 00
о -й-
00
ОЧ
к» 00 к»
чо
ОЧ
чо чо 00
I*)
о
к»
I*)
о
о
чо 00 о
к» о
ОЧ
чо 00
Витрати теплоти на caмoпpoгpiвaння одше! секцй тепловоза за рпс, кВттод/рж(МДж/рж)
-й-
к>
ОЧ -й-
ОЧ
(Л
00
о
(Л
(Л
к»
-й-
к>
к»
"к>
I*)
к»
о
чо
к» 00 00
чо
к» о
ОЧ (Л
к» 00
3
О п
^ гь
13 Й'
к»
(Л
"о о
(Л
рч
"о -Й-
ОЧ
I*) ©
"чо к»
(Л
чо
"о -Й-
чо
I*)
о
I*) ^
ОЧ
чо
к» к»
I*)
рч
00
ОЧ
ОЧ (Л
чо
к»
ОЧ
-Й-
к> к»
к» к»
(Л
к»
п
13 Й'
о
(Л
о "о о о
к»
"чо
I*)
о "о о о
-Й-
чо "чо 00 чо
о "о о о
-Й-
00
"чо чо о
о "о о о
I*)
"чо чо
I*)
о "о о о
к» чо
ЧО ЧО I*)
о "о о о
3
О п
>3 2
ТЗ Й'
Варпсть палива при прогр1ванш з подключениям тягового генератора, тис. грн/рж
Вартють палива при прогр1ванш з використанням теплоти вцщрацьо-ваних пглв. тис. грн/рпч
Вартють палива при прогр1ванш вад акумулятора теплоти, тис. грн/рпс
к
о
п н №
в-н п
н
и о
а
о о о о»
о -1
ю
00 00 к»
(Л
к» к» "к> к» ОЧ
чо
00 (Л
к»
00 00
чо чо -й-
чо
ЧО (Л
оо
"к>
о
(Л
к»
"к> чо
ОЧ
ОЧ ЧО
К»
I*)
ЧО ОЧ
(Л
чо
М
ч а и я 3 °
Й У к
Вартють газу при прогр1ванш вад котельно! депо, (Цг = 2,72 грн/м3) тис. грн/рж
ОЧ (Л
и1
(Л 00 -й-
оо о
ОЧ
-й-
к»
ОЧ
и1 к» "ю
(Л
чо
ОЧ -й-
и1 ОЧ
к» к»
"(Л 00
к»
чо I*)
(Л (Л
о
ОЧ
-I ►©• м
а 3 о а
Вартють електроенерп! при прогрь ванн1 вад м1сько! слсктромсрсла (Ц, = 62,66 коп/кВт), тис. грн/р1к
н
02 о» Й я
с
»
Кр1м того, певш обмеження накладае спе-цифша роботи тепловоз1в у зимовий час, що полягае в необхщносп багаторазового вщтво-рення режим1в фазового переходу. Тшьки т речовини, яю дозволяють багаторазово прово-дити над собою знакозмшш режими, реально претендують на широке застосування. У цьому випадку термш служби робочо! речовини та
вше! системи може бути необмежений. Наведе-мо деяю техшко-х1м1чш параметри речовин, що реально претендують на проведення повно-масштабних випробувань на локомотивах, у табл. 2. I! анатз показуе, що найкращими характеристиками волод1ють гщроокис бар1ю й розчин !дкого натру, вони ж добре вщповща-ють наведеним вище специф1чним вимогам.
Таблиця 2
Технiко-хiмiчнi параметри речовин з низькою теплотою плавлення
Речовина Температура плавлення, °С Густина у рщкому станi, г/см3 Питома теплота плавлення:
кДж/кг кДж/л
Вода Н2О 0 1,00 335,3 333,0
Розчин вдкого натру Ма(ОН)-Н2О 65,0 1,72 255,0 446,0
Пдроокис барш Ва(ОН)-8Н2О 78,0 2,06 280,0 576,0
Пальмiтинова кислота 65,0 0,86 184,5 162,9
Стеаринова кислота 70,1 0,95 200,3 191,0
Парафш (бiлий) 55,0 0,80 187,7 150,3
Нафталiн 80,0 1,15 150,3 172,1
Конструктивно система представляе собою звичайний теплообмшник, виконаний у вигщщ термоса. Пристрш мютить два корпуси з нер-жав1ючо! сталк зовшшнш з пщвщним та вщв1-дним штуцерами { внутршнш, у якому розта-шоваш капсули з робочим тшом. Капсули яв-ляють собою герметичш порожнини, виготов-леш з тонкого мщного листа. Пакет капсул з1браний у едину матрицю. Розташування мат-риць може бути виконане за стшьниковою схемою. У зазори, що утворилися, вкладаються турбул1затори.
Тобто акумулятор теплоти - це пристрш, який заряджаеться теплотою за час роботи дви-гуна тд навантаженням при виконанш тепловозом будь-яких маневрових або шших робгг. За час вщстою тепловозу в «гарячому» резерв1 накопичена акумулятором теплота витрачаеть-ся на прогр1в. Тому, якщо не враховувати ви-трати роботи водяного насосу на циркулящю води в систем! охолодження (а вони були пе-редбачеш в попередшх розрахунках), тод1 цша 1 МДж теплоти, яка шшла на прогр1в теплово-з1в, буде дор1внювати нулю, тобто СМдж = 0.
Також можна додати, що з ус1х запропоно-ваних метод1в прогр1в вщ котельно! депо та прогр1в вщ акумулятора теплоти е бшьш еко-
ном1чно ефективними. Але слщ зауважити, що окремо кожен з цих метод1в не дуже ефектив-ний { у бшьшосп випадюв не тдходить 1з-за конструктивних особливостей тепловоз1в. Тому доцшьно використовувати комбшоваш системи прогр1ву, що реатзують якусь сукупнють спо-соб1в з наведених вище. Тому наведеш вище розрахунки не е остаточними { тдлягають по-дальшому анатзу та перерахунку.
Висновки
1. Зроблено висновок про доцшьшсть запровадження альтернативно! системи прогр1-ву тепловоз1в, що перебувають в «гарячому» резерва
2. Наведено класифшащю 1 економ1чну оцшку застосування р1зних способ1в прогр1ву тепловоз1в.
3. Показано, що найбшьш ефективним е спос1б прогр1ву вщ деповсьюй котельш (або стороннього джерела теплоти) та вщ акумуля-тора теплоти.
4. Зроблено висновок про доцшьшсть використання комбшованих систем прогрь ву тепловоз1в, яю знаходяться у «гарячому» резерва
Б1БЛ1ОПРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Хомич, А. З. Эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей [Текст] / А. З. Хомич. - М.: Транспорт, 1979. - 144 с.
2. Хомич, А. З. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов [Текст] / А. З. Хомич, О. И. Тупицын, А. Э. Симсон. -М.: Транспорт, 1975. - 264 с.
3. Характеристика рiзних способiв прорву тепло-возiв та !х економiчна оцшка за вартiстю оди-нищ витрачено!' теплоти [Текст] / С. А. £роще-нков та ш. // Теплоенергетичнi установки та еколопя на залiзничному транспортi : зб. наук. пр. - 2005. - № 68. - Х.: УкрДАЗТ, 2005. -С. 15-23.
4. Хомич, А. З. Электропрогрев водяной системы. Электрическая и тепловозная тяга [Текст] / А. З. Хомич, М. И. Мартышевский. - М.: Транспорт, 1978. - 30 с.
5. Каграманян, А. О. Аналiз витрат тепла секцп тепловоза та його вплив на визначення кшькос-п теплоти при самопрогрiвi дизеля [Текст] / А. О. Каграманян, А. В. Онищенко // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. - 2007. -№ 12. - С. 30.
6. Каграманян, А. О. Шдвищення паливно! еконо-мiчностi та полшшення економiчних показни-к1в тепловозних дизелiв при роботi на холостому ходi [Текст] / А. О. Каграманян, А. В. Они-щенко // Зб. наук. пр. - Донецьк: Дон1ЗТ, 2008. - Вип. 13. - С. 112-118.
7. Сергиенко, Н. И. Выбор и научное обоснование технико-экономических показателей тепловозных дизелей для локомотивного парка Украины [Текст] : дисс. ... канд. техн. наук. - Х.: ХарПАЖТ, 2000. - 194 с.
8. Хомич, А. З. Топливная эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей [Текст] / А. З. Хомич. - М.: Транспорт, 1987. -271 с.
Надшшла до редколегп 19.01.2010.
Прийнята до друку 21.01.2010.
