CC BY
70
С -С К -і+Ьц_Ьі
где С„, С|2 - концентрации /-го компонента при работе дизеля на СНГ или его смеси с дизельным топливом и присадкой.
Обобщив формулы (1) — (7), можно получить окончательное выражение для оценки энерго-экологичес-кого критерия работы дизеля на топливной смеси в виде:
*Г = [(1 -4)n„4nr]nT
100%, (8)
где); — массовая доля конденсата в продуктах сгорания топлива либо смеси.
Таким образом, при переводе энергетических установок (транспортных и стационарных) на альтернативные, смесевые и другие новые нетрадиционные топлива необходима комплексная оценка эффективности их работы, отражающая как экологические, так и экономические показатели.
Таким комплексным показателем является предложенный критерий К”, являющийся инвариантным к роду топлива, а эффективность сжигания нового топлива учитывает экологическую составляющую используемого топлива в виде соотношений компонентов вредных выбросов двигателя.
1. Большаков Г. Ф., Гулин Е. И., Торичнев Н. Н. Физико-химические основы применения моторных, реактивных и ракетных топлив. — Л. : Химия, 1965. — 270 с.
2. Терентьев Г. А., Трюков В. М., Смаль Ф. В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. — М. : Химия, 1989. - 272 с.
3. Теория двигателей внутреннего сгорания / Н. X. Дьяченко, А. К. Костин, Б. П. Пугачев и др. — Л. : Машиностроение, 1974. - 551 с.
4. Ведрученко В. Р., Крайнов В. В., Кокшаров М. В., Ки-риенков А. В. Энерго-экологическая эффективность мероприятий по экономии топлива и тепловых ресурсов котельных установок // Вопросы теплоэнергетики и топливоиспользования : межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 1999. - С. 10 — 17.
5. Скотт У. М. Новые виды топлива для автомобильных дизелей // Перспективные автомобильные топлива : пер. с англ. — М. : Транспорт, 1982. — С. 223 - 248.
ЛУКЬЯНЧЕНКО Вячеслав Вячеславович, аспирант кафедры «Локомотивы».
E-mail: Omsk_develop@mail.ru
Дата поступления статьи в редакцию: 14.05.2009 г.
© Лукьянченко В.В.
УДК 629.424.1
Е. И. СКОВОРОДНИКОВ
A. В. ЧУЛКОВ
B. А. МИХЕЕВ С. И. АХМЕТОВ
Омский государственный университет путей сообщения
РАЗРАБОТКА
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И РАСХОДА ТОПЛИВА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ_________________________
В статье приведен краткий анализ режимов работы магистральных тепловозов в эксплуатации. Показана возможность применения математического моделирования для формирования режимов работы тепловоза и расчета удельного расхода топлива с учетом конкретных условий эксплуатации на заданном полигоне.
Ключевые слова: магистральный тепловоз, режимы работы силовых установок, расход топлива на тягу, математическое моделирование.
Режимы работы тепловозов определяются реальными условиями эксплуатации на обслуживаемом полигоне. При этом факторы, оказывающие воздействие на режимы работы тепловозов можно разделить на постоянно действующие (протяженность участков обслуживания, план и профиль пути на
участке, установленные скорости движения по участку и другие) и изменяющиеся во времени (параметры атмосферного воздуха, наличие временных ограничений и их характер, техническая и участковая скорости, масса и количество осей в составе поезда и другие) [ 1 ],
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (ВО). 2009
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования, а также опыт эксплуатации показывают, что режимы работы тепловозов взаимосвязаны с характеристикой удельного расхода топлива дизелем и определяют эксплуатационную экономичность дизель-генераторной установки тепловозов.
Процесс эксплуатации тепловозов характеризуется тремя режимными состояниями: холостой ход, частичные и номинальная нагрузки. В качестве оценочных показателей режимов используются распределения времени работы и расхода топлива тепловозами в интервалах мощности дизель-генераторной установки или по позициям контроллера машиниста. Обобщенные данные оценочных показателей для тепловозов серии 2ТЭ 116(1], приведенные на рис. 1, показывают, что работа дизельных локомотивов в условиях эксплуатации характеризуется частыми изменениями режимов работы дизель-генераторной установки и значительным временем их работы на частичных нагрузках и в режиме холостого хода в течение одной поездки.
Продолжительность работы дизель-генераторной установки на указанных выше режимах и расход топлива зависят от времени использования тепловоза в производственном цикле:
^сг.пр"^" ^см.бр ^сг.об"^" ^ст.осн ^оС ^оси' ^
где 1Л11 — время работы тепловоза в движении; I -
время простоя тепловоза на промежуточных станциях: 1см 0р - время простоя в пунктах смены локомотивных бригад; 1ст ов — время простоя на путях станции оборотного депо; - время простоя на пугях станции основного депо; ^ ^ - время простоя в оборотном и основном депо соответственно.
Данные по распределению времени работы и рас-
хода топлива тепловозами по элементам производственного цикла (рис. 2) показывают, что время полезной работы тепловоза не превышает 50 % от общего времени их эксплуатации (1 ]. А непроизводственные затраты топлива в период простоя тепловозов достигают 12,5 % от общего расхода в эксплуатации.
Таким образом, получение объективной информации о режимах работы дизель-генераторной установки тепловозов в эксплуатации представляет практическую значимость, так как позволяет оценивать эффективность функционирования тепловоза на заданном полигоне. Данная задача может быть решена посредством разработки математической модели для формирования режимов работы тепловоза, которая позволит определить математическое ожидание спектра нагрузочных режимов силовой установки тепловоза и оценить их экономичность (2].
В основе предлагаемой модели лежат тяговые расчеты, выполнение которых для заданного участка обращения и соответствующих исходных данных позволяет теоретически провести состав методом равномерных скоростей, что дает возможность определить распределение времени чистого движения тепловоза за поездку по позициям контроллера машиниста. Распределение времени работы тепловоза в переходных режимах, режимах разгона и торможения поезда, режимах стоянок и другие параметры эксплуатации принимаются в соответствии со среднесетевым вероятностным законом распределения времени работы магистральных локомотивов в грузовом движении.
В качестве исходных данных используется следующая информация:
1) серия и количество секций эксплуатируемого тепловоза;
2) протяженность участка обращения;
Таблица 1
Значения распределения параметров силовой установки тепловоза 2ТЭ116
Позиция контроллера машиниста Доля мощности дизеля ДЬІСІ Доля расхода топлива ДЬе
0 0,014 2,885
3 0,164 1,460
5 0,263 1,232
7 0,385 1,117
11 0,672 1,009
15 1,000 1,000
Таблица 2
Показатели эксплуатационной экономичности тепловоза 2ТЭ116
Наименование показателя Значения показателя для участка «А - Б»
четное направление нечетное направление
Масса поезда, т 2600 3600
Протяженность участка обслуживания, км 300 300
Работа тепловоза за поездку, ткм брутто 607980 936745
Работа дизель-генераторной установки тепловоза, кВт-ч 10060,69 14050,03
Удельный расход топлива дизелем за поездку, кг/ч 245,6 270,8
Расход топлива на измеритель, кг/(104ткм брутто) 50,28 36,71
Эксплуатационная экономичность дизель-генераторной установки тепловоза, кг/(кВт-ч) 0,298 0,249
холостой (0 - 0,25) (0,26 - 0,5) (0,51 - 0,75) (0,76 - 1) (1)
ход N емом Иеном Иеном N СНОМ Иеном
□ - время работы, %
расход топлива, %
Рис. 1. Распределение времени работы и расхода топлива в интервалах мощности дизель-генераторной установки тепловоза 2ТЭ116
3) профиль пути (количество спрямленных элементов в четном и нечетном направлении);
4) расчетный (руководящий) уклон в четном и нечетном направлении;
5) перемещаемый груз (структура поезда и масса состава);
6) условия эксплуатации (температура наружного воздуха, скорость движения на участке, количество плановых остановок, наличие постоянно действующих и временных ограничений скорости);
7) результаты экспериментальных и теоретических исследований режимов работы тепловозов и их эксплуатационной экономичности.
В эксплуатации важное значение имеет величина силы тяги тепловоза и величина скорости движения, при которой эта сила тяги может быть реализована, кН:
3,6 N,„7,
: ----------і
V
(2)
р,.|М=0,
(3)
где Ро)(У) - условие равновесия удельных сил, действующих на поезд в режиме тяги или выбега.
Время работы тепловоза на і-й позиции контрол-
лера машиниста при движении поезда в режиме тяги или выбега на )-ом элементе спрямленного профиля пути вычисляется по уравнению, ч:
V,'
(4)
где - длина ]-го элемента спрямленного профиля пути, км; У( — установленная скорость движения поезда, км/ч.
Расход топлива за время Ц на 1-й позиции контроллера машиниста определится по формуле, кг:
(5)
где ЫС1 - мощность тепловоза на і-ой позиции контроллера машиниста, кВт; г|і - коэффициент полезного действия вспомогательного оборудования; V — скорость тепловоза, км/ч.
Мощность тепловоза на номинальном режиме определяется по результатам настройки дизель-генераторной установки при выполнении реостатных испытаний. Мощность и удельный расход топлива дизелем на промежуточных позициях контроллера машиниста рассчитываются по данным таблицы 1, полученным по результатам экспериментальных исследований.
Значения касательной силы тяги локомотива Рк|) и позиция контроллера машиниста тепловоза на выбранном )-ом элементе профиля пути определяются из условия движения поезда с постоянной скоростью:
где — общее время работы тепловоза на Ьй позиции контроллера машиниста при движении по нормируемому участку с учетом времени переходных процессов, ч.
Суммарный расход топлива тепловозом за время чистого движения вычисляется по формуле, кг:
(6)
Время работы силовой установки тепловоза за поездку будет больше времени чистого движения, так как часть его будет затрачена на разгон и торможение поезда, на переходные процессы, связанные с изменением позиции контроллера машиниста и обогрев основного и вспомогательного оборудования тепловоза во время стоянок, на обеспечение работы тормозной системы.
Тогда суммарный расход топлива тепловозом за поездку, кг:
В =В + В ,
Е ли пер'
(7)
где Вш.р — дополнительный расход топлива тепловозом с учетом переходных режимов, кг.
По результатам расчетов по предлагаемой математической модели для заданного участка эксплуа-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (ВО). 2009 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (80). 2009
87.J
49,2
- -
14,8 п 9,4 11,2
. В 2,3 4,1 п0.9. ПИ 2.8 5,4 П1’4
1дв tcT.np ^СМ.бр ^СТ.ОСН tjrog t0CH t0g
□ - время работы, % I - расход топлива, %
Рис. 2. Распределение времени работы и расхода топлива тепловозами по элементам производственного цикла
тации в четном и нечетном направлениях определяется: удельный расход топлива за поездку на единицу перевозной работы, суммарная работа дизель-генераторной установки локомотива, среднеэксплуатационная экономичность магистрального тепловоза и другие показатели эффективности (в таблице 2 представлены результаты моделирования для условного участка «А — Б»).
Результаты приведенных исследований могут послужить основой для решения задач, связанных с повышением эффективности использования магистральных тепловозов в условиях эксплуатации посредством учета спектра нагрузочных режимов при настройках характеристик дизель-генераторной установки в процессе реостатных испытаний.
Библиографический список
1. Володин, А. И. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов [Текст] / А. И. Володина. — М. : ООО «Желдориздат»,
2007. - 264 с. - 15ВЫ 978-5-94069-012-2.
2. Сковородников, Е. И. Нормирование расхода топлива на маневровую и поездную работу тепловозов |Текст] / Е. И. Сковородников, С. М. Овчаренко // Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги : материалы научно-практической конференции / Омский государственный университет путей сообщения. — Омск, 2005. - С. 116-125.
СКОВОРОДНИКОВ Евгений Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Локомотивы». ЧУЛКОВ Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы». Михеев Владислав Александрович, аспирант кафедры «Локомотивы».
АХМЕТОВ Серик Имангалиевич, аспирант кафедры «Локомотивы».
644046, г. Омск. пр. Карла Маркса, 35
Дата поступления статьи в редакцию: 29.04.2009 г.
© Сковородников Е.И., Чулков А.В., Ахметов С.И.
