CC BY
19
УДК 621.436.1.004.18:504
Каграманян А.О., к.т.н., доцент (УкрДАЗТ) Онищенко А.В., шженер (УкрДАЗТ)
П1ДВИЩЕННЯ ПАЛИВНО1 ЕКОНОМ1ЧНОСТ1 ТА ПОЛ1ПШЕННЯ ЕКОЛОГ1ЧНИХ ПОКАЗНИК1В ТЕПЛОВОЗНИХ ДИЗЕЛ1В ПРИ РОБОТ1 НА ХОЛОСТОМУ ХОД1
Постановка 3ada4i. Експлуатацiйний цикл роботи тепловоза включае роботу на режимi тяги та режимi прорву, при знаходженнi його у «гарячому» резервi.
Статистичнi данi по локомотивному господарству Укра!ни показують, що тривалють роботи у режимi «гарячого» резерву становить до 15% вщ загально! тривалостi роботи тепловозного дизеля.
Працюючи на нульовiй позицп, у режимах «гарячого» резерву й при стоянках у заборонних сигнаив, дизеля споживають вщ 10% до 16% загально! експлуатацшно! витрати палива. У зимовий перюд тривалiсть роботи дизеля на холостому ходi й малих навантаженнях зростае на 10%...15% в основному за рахунок роботи дизеля при стоянках у режимах «гарячого» резерву.
У тепершнш час про^в тепловоза здшснюеться повсюдно методом самопро^ву вiд працюючого на холостому ходу двигуна. При цьому цей метод мае ютотт недолши: зменшуеться моторесурс двигуна, що веде до зниження штервалу часу мiж каштальними ремонтами; витрачаеться дороге дизельне пальне й мастильнi матерiали; збiльшуються викиди забруднюючих речовин з вiдпрацьованими газами. Тому проблема зниження витрати пального та полшшення економiчних показникiв тепловозних дизелiв на режимах холостого ходу та малих навантажень в Укра!ш е актуальною.
Аналiз до^джень по даному питанню. Питанням тдвищення паливно! економiчностi тепловозних дизелiв на допомiжних режимах займалося та займаеться багато видатних вчених. До них можна вщнести Симсона А.Е., Хомича А.З., Срощенкова С.А., Перельота В.1. та багатьох шших. Ними були проведет дослщження по рiзним напрямкам та розроблено багато заходiв направлених на зниження витрат пального i зменшення забруднюючих атмосферу викидiв. До
таких заходiв можна вщнести: вимикання одше! секцп тепловоза; модершзащя масляно! системи; покращення процесу сумшоутворення за рахунок удосконалення конструкцп дизелiв; вiдключення ряду цилiндрiв у V- образних двигушв; використання рiзноманiтних методiв прогрiву тепловозiв та багато шших заходiв. Аналогiчнi дослiдження проводяться i закордонними спецiалiстами. Наприклад в США фiрма Мiкрофор 1нкорпорейтед серiйно випускае систему прогрiву тепловозних дизелiв, яка дае суттеву економда дизельного пального, в зв'язку з чим вона рекомендована для повсюдного встановлення на тепловозах заизниць США.
Основный матерiал. Вщомо, що в Укршш повсюдно в якостi прогрiву тепловозiв використовують самопрогрiв, особливо, на територи депо шд час вiдстою тепловозiв в «гарячому» резервi. При цьому витрата палива дуже значна, а ККД цього процесу низький. К^м того у такий споЫб тепловози, як обiгрiваються вiд власно! ТСУ дуже забруднюють навколишне середовище.
Виходячи iз вище наведеного, виникла потреба в розробщ альтернативних методiв прогрiву, якi забезпечували б економш дорогого дизельного пального й вщповщно зменшували б кiлькiсть шюдливих викидiв до атмосфери.
Умовно методи прорву тепловозних дизелiв можна роздшити на три групи: стацiонарнi, автономш, комбiнованi. До стацiонарного вiдносять таю як про^в вiд деповсько! котельш, прогрiв вiд електромережi, прогрiв тепловоза гарячим повоям, прогрiв пальниками -шфрачервоним випромiнюванням. До автономного вщносять такi методи як прогрiв вщ тягового генератора, прогрiв вiд котла- пщ^вника й прогрiв з використанням акумулятора теплоти.
Надамо коротку характеристику кожному з наведених вище методiв.
СпоЫб прорву вiд котельнi депо розроблений в ХПТ^ i реалiзований у серединi 80-х рокiв у рядi локомотивних депо колишнього СРСР. Вода системи охолодження кожно! секци дизеля тепловоза нагрiваеться в рекуперативних теплообмшниках, установлених стацiонарно в пункт прогрiву, а циркуляцiя 11 здшснюеться насосом. Як теплоносiй у них використовуеться гаряча вода або пара, що подаеться до теплотраси з деповсько! котельш.
Переваги способу: високий (бшьше 70 %) коефщент використання теплоти згоряння палива, що спалюеться в котельш, про^в при зупиненому дизелi з уЫма його перевагами.
Недолжи: прогрiв тепловозiв тiльки в певному мющ депо (пунктi прорву), i капiтальнi витрати на створення пункту прорву.
СпоЫб прорву вiд деповсько! (державно!) електромережi конструктивно аналогiчний способу прорву вiд тягового генератора. Рiзниця полягае в тому, що електроживлення на котел надходить вщ зовшшньо! електромережi. Оскiльки прогрiв при цьому здшснюеться при зупиненому дизел^ то для забезпечення циркуляци води в системi охолодження передбачаеться спецiальний насос, живлення електропривода якого здшснюеться також вщ зовшшньо! електромережi.
Переваги: про^в при зупиненому дизелi, надiйнiсть, можливють автоматизацп системи прогрiву, можливiсть прорву тепловозiв у рiзних мiсцях територи депо. Ця iдея вже реашзована росiйськими спецiалiстами у виглядi системи пад^ву «Контур».
До недолiкiв способу потрiбно вiднести необхiднiсть модершзаци тепловоза з вщповщними витратами на не!, витрати на установку розподшьних щдлв на територп депо.
Спосiб прорву гарячим повiтрям реалiзуеться шляхом обдування дизеля i його систем гарячим повiтрям. Для тепловозiв даний споЫб навряд чи прийнятний.
До переваг можна вщнести тiльки прогрiв при зупиненому дизель
Недолши: мала ефектившсть (3 - 4 %) використання теплоти гарячого повггря, складнiсть само! системи.
Спосiб прорву вiд пальникiв iнфрачервоного випромiнювання для тепловозiв, особливо капотних, практично не можливо реалiзувати, хоча б з мiркувань тдвищено! пожежонебезпеки.
Спосiб самопро^ву з пiдключенням тягового генератора [2] полягае в тому, що в систему водяного охолодження вбудовуеться електричний водона^вальний котел, що одержуе енергда шд час прорву вiд тягового генератора. Про^в вiдбуваеться при робот тепловозного двигуна пiд навантаженням (1-111-я позици контролера машинiста), а не в режимi холостого ходу. Таким чином, додаткова теплота на про^в надходить за рахунок перетворення мехашчно! енергп двигуна через електричну в теплову. При цьому за рахунок шдвищення ККД двигуна як на^вального пристрою знижуеться витрата палива на прогрiв.
До переваг цього способу можна вщнести автономшсть, зменшення витрати пального, викидiв шкiдливих речовин газiв, вiдпрацьованих в двигуш, а також зменшення витрати моторесурса.
До недолтв способу вщносять витрати на модернiзацiю систем тепловоза, витрата (хоч i зменшена) дорогого дизельного пального, викиди шюдливих речовин газiв, вiдпрацьованих в двигунi, i витрата моторесурса.
Рiзновидом вищенаведеного способу е nporpiB друго1 секцiï тепловоза вщ дизеля працюючоï секцiï. Розрахунки показали, що такий cnoci6 економiчно недоцшьний.
Спосiб прогрiву вiд котла-пiдiгрiвника застосовувався на тепловозах 2ТЕ10. У дизельному примщенш тепловозiв зазначених серiй розташовувався водонагрiвальний котел, що працюе на дизельному пальному. Вiн забезпечував про^в тепловоза при непрацюючому двигунi.
Переваги такого способу прорву: автономнiсть, про^в з непрацюючим двигуном тепловоза.
Недолжи: складнiсть конструкцiï, низький ККД, пожежонебезпека.
Спошб прогрiву вiд акумулятора теплоти запозичений, очевидно, iз систем гарячого водопостачання i опалення.
У стащонарних системах i пристроях як речовина, що акумулюе теплоту, ви користуеться вода, яка мае високу теплоемшсть (Ср = 4,186 кДж/кг-град). Для транспортних засобiв водянi акумулятори виявляються занадто громiздкими i важкими. Тому в них можуть використатися речовини, що мають високу теплоту фазового переходу при вщносно низькш температурi плавлення (60 - 80 0С). Такi акумулятори теплоти виявляються бшьш компактними.
До переваг цього способу прорву можна вiднести автономнiсть, про^в тепловоза з непрацюючим дизелем i додаткову економш пального працюючим дизелем за рахунок зупинки вентиляторiв холодильноï камери при зарядцi акумулятора теплоти в перюд виконання поïзноï роботи.
Недолжи цього способу: складнiсть конструкцп, збшьшення маси тепловоза, обмежений час перебування у вiдстоï (6 - 8 годин).
Окремо кожен з цих методiв не дуже ефективний i у бшьшосл випадюв не тдходить iз-за конструктивних особливостей тепловозiв. Тому доцiльно використовувати комбiнованi системи прорву, що реалiзують якусь сукупшсть способiв з наведених вище.
Для прикладу зробимо поверхневий розрахунок економи палива та грошових коштiв без облжу витрат на модернiзацiю тепловоза i каштальних витрат при використанш комбiнованоï системи прогрiву тепловоза 2ТЕ116.
В якост комбiнованоï системи виберемо систему, яка включае в
себе:
- про^в з пiдключенням тягового генератора;
- про^в тепловоза вiд електричноï мережi депо;
- прогрiв тепловоза за допомогою акумулятора теплоти
Комбшащя цих методiв дуже ефективна, бо майже повшстю
виключае викиди забруднюючих речовин до атмосфери, покращуе
екологш регютв, де мiстяться депо. Також щ методи зменшують шум та вiбрацil в тепловозi, джерелом яких е мехашзми тепловозу та дизель.
Економiя грошових коштiв за рахунок використання комбшовано! системи прогрiву тепловоза ККД, яко! бiльше нiж при самопро^в^ одразу за опалювальний перюд визначаеться за формулою:
_ О ■ О
Зекон. _ Е 3 6 . 10б ' П ' СкДж1 - 3 6 . 10б ' П1 ' СкДжг , (1)
О''
де Е—-—-' И ' ЫёЛа 1 - сумарний добуток тепловтрат секци тепловоза
3,б '10
на П - мюячний термiн знаходження тепловоза в «гарячому» резервi при середнш температурi зовнiшнього повiтря у даному мющ на 1 -
вартiсть 1МДж теплоти, що йде на прогрiв двигуна при самопро^в^ коп./МДж ;
О''
Е—-—-' И ' ЫёЛя1 - сумарний добуток тепловтрат секци тепловоза
3,6 '10
на П - мюячний термш знаходження тепловоза в «гарячому» резервi при середнш температурi зовшшнього повiтря у даному мiсцi на - на
вартiсть 1МДж теплоти, що йде на про^в двигуна при самопрогрiвi з тдключенням тягового генератора, вiд зовшшньо! електромереж^ коп./МДж.
Визначимо економiю коштiв на пальне i зменшення витрати дизельного пального за опалювальний перiод вщповщно до клiматичних умов мiста Харкова, за рахунок використання енергп вщ електрично! мережi, самопрогрiву при шдключенш тягового генератора та використаннi акумулятора теплоти.
Для цього потрiбнi вихщш даннi:
1 Обiгрiв тепловозiв вщбуваеться 190 дiб (з 13 жовтня по 20 квггня).
2 Про^в тепловозу з пiдключенням тягового генератора приймаемо 4 години на добу.
3 Про^в тепловозу за допомогою акумулятора теплоти беремо з розрахунку - 4 години на добу.
4 Про^в вщ деповсько! (державно!) електромережь
Вартiсть 1 МДж теплоти, витрачено! на прогрiв тепловоза, Скдж =8,03 коп./МДж.
5 Самопрогрiв вщ працюючого на холостому ходу двигуна.
Варткть 1 МДж теплоти, що йде на про^в двигуна, Скдж =26,82 коп./МДж.
6 Знаходження тепловоза у «гарячому» резервi депо приведено у таблиц 1.
7 Втрати теплоти секци тепловоза 2ТЕ116 з дизелем 1Д80Б беремо з графшу залежност р1, р2, Q, 13, 16, 1в = f(tн) для району з 1нт1П= - 30 °С
[7].
В результатi розрахунюв з'ясувалось, що економiя коштiв складае 602,453 тис. грн. за опалювальний сезон, а економiя пального 191,742 т. Але такий приклад не е достатшм для ухвалення ршення про розробку тако! чи шшо! комбшовано! системи прогрiву тепловозiв. Квалiфiковане рiшення повинно базуватися на урахуванш як витрати на 1х розробку, так й одержуваний економiчний ефект.
Таблиця 1 - Час знаходження тепловозiв у гарячому резервi депо.
Мюяць Час знаходження тепловозiв у гарячому резервi депо Пi, в секцiй-годин. Мюяць Час знаходження тепловозiв у гарячому резервi депо Ш, в секцiй-годин.
жовтень (18д1б) 1008 лютий 1624
грудень 1736 березень 1736
Ычень 1736 Квiтень (21доба) 1120
листопад 1680 усього 10640
Высновкы:
1. Наведено класифшащю i короткi характеристики вiдомих способiв прорву тепловозiв, що перебувають в «гарячому» резервь
2. Зроблено висновок про необхщшсть розробки та використання комбшованих способiв прогрiву тепловозiв.
3. Наведено приклад розрахунку економи пального та грошових коштiв при використаннi комбшовано! системи прогрiву тепловозiв.
Список лтературы
1 Хомич А.З. Эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. Транспорт, 1979 г., 144 с.
2 Хомич А.З., Тупицын О.И., Симсон А.Э. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов. М., «Транспорт», 1975 г., 264 с.
3 «Сравнительные испытания бортовых систем прогрева тепловозных двигателей. Система электропрогрева тепловозов с использованием электроэнергии генератора». Отчёт о научно-исследовательской работе, ХИИТ,1987г., 10 с.
4 Хомич А.З., Мартышевский М.И. Электропрогрев водяной системы.-Электрическая и тепловозная тяга. - М., 1978, № 9, с. 30
5 Сергиенко Н.И. Выбор и научное обоснование технико-экономических показателей тепловозных дизелей для локомотивного парка Украины. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Харьков, ХарГАЖТ, 2000 г., 194 с.
6 Мартышевский М.И. Совершенствование режимов прогрева дизелей тепловозов с электрической передачей. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Харьков, 1982 г., 133 с.
7 А.О. Каграманян, А.В. Онищенко Анал1з витрат тепла секцп тепловоза та його вплив на визначення кшькосп теплоти при самопрогр1в1 дизеля// Энергосбережение, енергетика, энергоаудит. - 2007. - №12. - с. — 30.
УДК 629.4.027.3
Жыжко В.В., старший науковый ствробтнык (Д11Т)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕТЕКАНИЯ РЕАЛЬНОГО ГАЗА В ПНЕВМОСИСТЕМАХ
При расчете и моделировании пневматических исполнительных и управляющих элементов обычно используются уравнения состояния идеального газа. В данной работе применена приближенная формула, позволяющая с достаточной для технических расчетов точностью вычислять значения коэффициента сжимаемости реального газа при заданных температуре и давлении. Рассматривается изоэнтропное и адиабатическое перетекание газа из пространства 1 с известными параметрами состояния реального газа в пространство 2 также с известными параметрами состояния газа. На этом примере показано
