CC BY
56
Количество металла, осевшего на стенках картера и трубопроводов (Goc), установить сложно, поэтому в модели накопления на основании исследований [4] оно принимается равным 5 % от общего объема металла, изношенного с деталей.
Таким образом, предложенная модель расчета количества металла, изношенного с деталей дизеля, позволяет по промежуточным значениям концентрации оценить степень износа деталей в процессе эксплуатации безразборным методом.
Список литературы
1. ГОСТ 20759-90. Техническое диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса методом спектрального анализа масла [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 24 с.
2. Овчаренко, С. М. Моделирование работы и оценка эффективности систем очистки моторного масла различных серий тепловозов [Текст] / С. М. Овчаренко // Вестник РГУПСа / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону. - 2008. - № 1. - С. 21 - 27.
3. Чанкин, В. В. Динамика изменения концентрации примесей в дизельных маслах [Текст] / В. В. Чанкин, Э. А. Пахомов // Вестник ВНИИЖТа / Научно-исследовательский ин-т ж.-д. трансп. - М., 1964. - № 6. - С. 31 - 34.
4. Григорьев, И. Б. Износ и долговечность автомобильных двигателей [Текст] / И. Б. Григорьев, Н. И. Пономарев. М.: Машиностроение, 1976. - 248 с.
References
1. Tekhnicheskoe diagnostirovanie i prognozirovanie ostatochnogo resursa metodom spech-tralnogo analiza masla, GOST 20759-90 (Technical diagnostics and prediction of the residual life of the method of spectral analysis of oil, State Standart). Moscow, Standarty, 1991, 24 p.
2. Ovcharenko S. M. Modeling and evaluating the effectiveness of cleaning the engine oil of various series of locomotives [Modelirovanie raboti i ocenka effectivnosti system ochistki motor-nogo masla razlichnikh seriy teplovozov]. Vestnik RGUPS - HeraldRSTU, 2008, no. 1, pp. 21 - 27.
3. Chankin V. V., Pakhomov E. A., Dynamics of changes in the concentration of impurities in diesel oils [Dinamika izmeneniya koncentracii primesey v dizelnikh maslakh]. Vestnik VNIIZhT -Herald VNIIZhT,, 1964, no. 6, pp. 31 - 34.
4. Grigorev I. B., Ponomarev N. I. Iznos i dolgovechnost avtomobilnikh dvigateley (Wear and durability of automobile engines). Moscow, 1976, 248 p.
УДК 629.424.001.57
, А. C. Анисимов, Ю. Б. Гришина
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СМЕСЕВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА В ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЯХ
Основным направлением снижения эксплуатационных расходов на тягу поездов является уменьшение затрат на топливно-энергетические ресурсы, снижение ремонтных расходов за счет повышения показателей эксплуатационной надежности энергетических установок дизельного подвижного состава. Очевидно, что решение этих проблем в настоящее время, когда эксплуатационная экономичность дизелей и их надежность находятся на пределе для сложившихся условий эксплуатации и производства дизельных локомотивов, возможно за счет применения альтернативных видов топлива, использование которых позволит повысить как надежность дизельного подвижного состава, так и его экономичность в условиях эксплуатации. Одним из таких альтернативных видов топлива может бвть либо природный газ, либо бытовой нефтяной газ, т. е. смесь бутана и пропана в различных соотношениях. В настоящей статье на базе математических моделей показана возможная экологическая и экономическая эффективность использования смесевых видов топлива на примере тепловозного дизеля 2А-5Д49.
Проблема экономии жидкого нефтяного топлива остается одной из самых актуальных в обеспечении народного хозяйства России топливно-энергетическими ресурсами. Увеличение
Е. И. Сковородников
потребления жидкого топлива, связанное с развитием производственных и социальных отношений в стране, сопровождается истощением освоенных и удобно расположенных нефтяных месторождений. Освоение новых месторождений, расположенных в труднодоступных районах, приводит к удорожанию как сырой нефти, так и получаемых из нее нефтепродуктов.
Между тем имеются достаточно большие запасы высококачественного моторного топлива, не требующего для использования в двигателях внутреннего сгорания никакой дополнительной химической переработки. Одним из таких видов топлива является газовое топливо: сжатый и сжиженный бытовой (бутан-пропановая смесь), попутный нефтяной и природный газ.
Газовое топливо, имеющее высокие антидетонационные свойства, благоприятные условия смесеобразования и широкие пределы воспламенения в смеси с воздухом, обеспечивает высокие технико-экономические показатели двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Мировой опыт применения газовых видов топлива в энергетических установках на транспорте, мотор-генераторах и т. д. дает основание для широкомасштабного внедрения их в различные сферы энергетики.
Перевод современных тепловозных двигателей на газовое топливо или на смесевые виды топлива (смесь дизельного топлива с каким-либо газом) является процессом достаточно длительным и трудоемким. Замена части жидкого топлива (например, дизельного) на газообразное требует решения ряда принципиальных задач, а именно:
анализа динамики термодинамических параметров рабочего цикла дизеля, работающего на смесевом топливе при изменении нагрузочных режимов;
изменения, при необходимости, конструкции цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизеля, связанного с особенностями сгорания топливной смеси с учетом динамических и термических напряжений деталей ЦПГ;
некоторого изменения конструкции элементов топливной аппаратуры и системы, управляющей ее работой;
модернизации системы регулирования частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля с учетом специфики применяемого топлива и конструктивных особенностей топли-воподающей аппаратуры;
учета требований техники безопасности при применении газообразного топлива и условий, в которых работает дизель на смесевом виде топлива.
В двигателе, который может работать на дизельном топливе и смеси его с каким-либо газом, эти задачи можно решить либо созданием специальных систем для подачи каждого из видов топлива, либо применением топливной аппаратуры, управляющей составом смеси путем изменения количества подаваемого воздуха и топлива.
При конвертировании существующих дизельных двигателей для работы на смесевом виде топлива его воспламенение осуществляется от источника зажигания, в качестве которого используется запальная доза жидкого дизельного топлива. До настоящего времени в газовых двигателях не нашел применения метод воспламенения от сжатия, используемый в дизелях. Основным затруднением в этом случае является высокая температура самовоспламенения природного и нефтяного газа (650 - 700 °С), значительно превышающая температуру самовоспламенения дизельного топлива (320 - 380 °С).
В качестве значительного приближения к такому процессу можно рассматривать процесс, в котором осуществляются впрыск газового топлива в цилиндр двигателя в конце процесса сжатия и его воспламенение запальной дозой дизельного топлива, количество которой не превышает 20 % циклового расхода, что позволяет использовать дизели степени без изменения сжатия и конструкции топливной аппаратуры.
Разработка высокоэффективных способов организации рабочих процессов при сжигании смеси дизельного топлива и природного газа, определения путей дальнейшего уменьшения количества токсичных элементов в продуктах сгорания, повышения топливной экономичности и надежности деталей и узлов дизеля в перспективных двигателях является и в настоящее время актуальной задачей.
№ 3(19) ЛЛИ Л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 37
=2014 ■
При применении запального жидкого топлива для воспламенения газовоздушной смеси используется штатная топливная аппаратура дизеля, обеспечивающая возможность работы двигателя на двух видах топлива. В этом случае расход жидкого топлива не может быть ниже расхода топлива, соответствующего малым нагрузкам дизеля, на которых работа дизеля осуществляется только на жидком, дизельном топливе.
Кроме того, при переводе дизелей на газообразное топливо усложняется процесс регулирования нагрузки, так как чисто качественное регулирование, имеющее место в дизелях, в данном случае невозможно и требуются разработка и применение устройств, регулирующих количество подаваемого газа.
При создании двигателей, работающих по газодизельному циклу (ГДЦ), возникают трудности с организацией подачи в цилиндр двух видов топлива, причем при уменьшении дозы запального топлива до минимально возможной необходимо обеспечить гарантированное воспламенение топливовоздушной смеси без пропусков. Наиболее отлаженный путь, применяемый в существующих в настоящее время газодизельных двигателях, - это подача запальной дозы топлива в цилиндр двигателя через штатную топливную аппаратуру в количестве 15 - 20 % от величины номинального расхода. В этом случае дальнейшее увеличение мощности двигателя может достигаться за счет увеличения количества подаваемого в цилиндр газа.
Следует отметить, что окончательно величина запальной дозы топлива определяется экспериментальным путем по условиям стабильности воспламенения топлива в цилиндре дизеля для различных переменных режимов работы.
Практика использования газодизельного топлива в транспортных двигателях показала, что работа двигателей на газовом топливе обеспечивает лучшее смесеобразование, на 30 - 50 % повышается ресурс деталей двигателя, увеличивается срок службы моторного масла, снижается количество вредных выбросов в отработавших газах дизеля.
В общем случае в качестве газового топлива в двигателях внутреннего сгорания может использоваться три вида нефтяных газов.
Пропан-бутановая смесь. Пропан-бутановая смесь доступна по цене, имеет высокие энергетические и экологические показатели, удобна при хранении и транспортировке в сжиженном виде, обладает возможностью дальнейшей переработки, что обеспечивает довольно широкий спектр ее применения в качестве моторного топлива. Технические требования к данному виду топлива определены ГОСТ 20448-90. Элементарный состав пропан-бутановой смеси (50 % бутана С4Н10, 50 % пропана С3Н8) определен ГОСТ 27578-87. Элементарный химический состав смеси: С = 0,822, Н = 0,178. Плотность при нормальных условиях - 2,5 кг/м , низшая теплота сгорания - 103 МДж/м3 (41200 кДж/кг).
Попутный нефтяной газ. Попутный нефтяной газ (ПНГ) - углеводородный газ, находящийся в нефтяных залежах в растворенном состоянии и выделяющийся из нефти при снижении давления. Основными составляющими ПНГ являются предельные углеводороды -гомологи метана от СН4 до С6Н14, %: метан (СН4) 76,39, этан (С2Н6) 6,46, пропан (С3Н8) 7,82, изобутан (ьС4Н10) 1,62, н-бутан (№С4Н10) 2,63, пентан (С5Н12) 1,2, гексаны и выше (С6Н14) 0,74, двуокись углерода (С02) 1,15, азот (Ы2) 1,99. Плотность при 0 °С - 1,024 кг/м3, низшая теплота сгорания - 46,135 МДж/кг. Элементарный химический состав ПНГ рассчитан без учета содержания в нем двуокиси углерода и азота: С = 0,7388, Н = 0,2612. В зависимости от состава ПНГ его стоимость колеблется в интервале от 600 до 1200 р. за 1000 м3 или от 0,586 до 1,172 р./кг.
Природный газ. Природный газ - это смесь газов, образовавшихся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ в пластовых условиях находится в газообразном состоянии - в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений - либо в растворенном состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии.
Основную часть природного газа составляет метан (СН4) - до 98 %. В состав природного газа могут входить также более тяжелые углеводороды - гомологи метана: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). В составе некоторых природных газов возможно содержание неуг-
леводородных элементов, таких как водород (Н2), сероводород (Н^), диоксид углерода (СО2), азот (N2) и гелий (Не).
Физические характеристики зависят от состава газа и при нормальных условиях составляют: плотность - от 0,68 до 0,85 кг/м3 (сухой газообразный) и 400 кг/м3 (жидкий), температура самовозгорания - 650 °С, взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом - от 5 до 15 % по объему. Удельная теплота сгорания - 28 ^ 46 МДж/м3. Для российских месторождений теплота сгорания природного газа Ни составляет 38231 кДж/м3, при плотности упр. г = 0,717 кг/м3 теплота сгорания Ни = 53320 кДж/кг. Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания составляет 120 - 130.
В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива - при его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива.
На основании сказанного следует полагать, что применение смесевых видов топлива будет иметь существенное преимущество в условиях эксплуатации, если цена газовой добавки к дизельному топливу будет значительно ниже, чем цена дизельного топлива.
Кроме того, даже при равнозначности цены на топливо эффективность применения сме-севых видов определится за счет улучшения экологических характеристик дизеля (уменьшение отчислений локомотивного депо на охрану окружающей среды) и повышения надежности работы деталей шатунно-поршневой группы дизельных двигателей [1, 2].
Методику оценки эксплуатационной топливной и экологической эффективности использования смесевых видов топлива в тепловозных дизелях покажем на примере тепловоза 2ТЭ70, работающего на выбранном полигоне эксплуатации по режимной карте, представленной в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры работы дизеля 2А-5Д49 по позициям контроллера машиниста тепловоза 2ТЭ70 на выбранном участке обращения
Позиция конт- Параметры работы дизеля
роллера машиниста (КМ) Ые, кВт пд, мин 1 Ье, кг/(кВт-ч) Г ч
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 30 162 302 452 610 777 953 1138 1332 1535 1747 1968 2197 2436 2683 2940 349 407 463 517 568 618 665 711 754 796 835 872 907 940 971 1000 0,5979 0,5148 0,4541 0,4069 0,3689 0,3373 0,3106 0,2878 0,2680 0,2520 0,2384 0,2275 0,2194 0,2140 0,2116 0,2123 4,37 0,13 0,22 0,27 0,40 0,34 0,32 0,34 0,57 0,60 0,80 0,44 0,34 0,19 1,29 3,58
При оценке эксплуатационной эффективности работы тепловозов на различных видах топлива использованы теоретические модели и методы, разработанные на кафедре «Локомотивы» ОмГУПСа и представленные в работах [1 - 3].
Согласно проведенным ранее исследованиям значения эффективной мощности энергетической установки (Ыег-, кВт), удельного расхода топлива (Ье¡, кг/(кВтч)) и частоты вращения коленчатого вала дизеля (пдг-, мин -1) для каждой позиции контроллера машиниста при работе тепловоза на дизельном топливе определяются по выражениям:
Щ = Ив ■ ёЫе = 2940 • (0,001518Пк2 + 0,0432Пк + 0,01); (1)
№ 3(19) ЛЛИ Л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 39
=2014 ■
be = be■ dbet = 0,210• (0,01033Пк2 -0,279Пк + 2,885);
n„
= n ■ dn- = 1000 ■ (- 0,001042Пк2 + 0,059Пк + 0,350).
(2) (3)
500
300
200
100
В уравнениях (1) - (3) обозначено: Ые, Ье, пд -соответственно эффективная мощность, удельный расход топлива и частота вращения коленчатого вала дизеля при работе на номинальном режиме (Пк = 15); Ыеи Ьеи пд - эффективная мощность, удельный расход топлива и частота вращения коленчатого вала дизеля на 1-й позиции контроллера машиниста.
Для номинального режима работы (Пк =15) согласно паспортным значениям принимаем: Ые = 2940 кВт, Ье = 0,210 кг/(кВт-ч), пд = 1000 мин-1 . Результаты расчета по выражениям (1) - (3) представлены в таблице 1.
Для каждого серийного тепловоза эксплуатируемого парка депо значения Ые, Ье, и пд для номинального режима работы принимаются по результатам последних реостатных испытаний.
При работе тепловозного дизеля по газодизельному циклу полагаем, что величина запальной дозы дизельного топлива составляет 20 % от номинального расхода и остается практически неизменной для всех позиций контроллера машиниста. Как указано выше, увеличение мощности дизеля на 3-й и последующих позициях (/ = = 3 - 15) достигается за счет увеличения количества подаваемого газа согласно зависимостям, представленным на рисунке 1. Как видно из приведенных зависимостей, неоднозначность отношения количества дизельного топлива к количеству газа приведет к изменению элементарного состава горючей смеси при переходе с одной позиции контроллера машиниста на другую. Тогда для каждой 1-й позиции контроллера машиниста элементарный состав горючей смеси определяется по соответствующим выражениям:
0
— ~ • - ДТ; природн бутан-п] ый газ; )опан < / f • 9/
у
/ Г
Л ж
0
3
6
9
Пк
15
Рисунок 1 - Закон подачи дизельного и газового топлива при реализации газодизельного рабочего цикла в дизеле 2А-5Д49 (16ЧН 26/26)
Вч(„г) ■ С + Вч(г) ■ СС
(i)
-гдц
H(i) =
11ГДЦ
0(° = 0ГДЦ
v(i) =
°ГДЦ
Вч(г) + Вч(г д г );
Вч(г) ■ H + Вч(г) д г ■ HH
Вч(г) + Вч(г д г )
Вч(г) ■ 0 + Вч(г) ■ 00
Вч(г) + Вч(г) д г ;
Вч(г) ■ S + Вч(г SS
Вч(г) + Вч
(i )
(4)
(5)
(6) (7)
где С, H, S, O - элементарный состав дизельного топлива; CC, HH, SS, OO - элементарный состав газового топлива; Вч(г), Вч(г) - соответственно часовой расход дизельного топлива и газа на i-й позиции контроллера машиниста, кг/ч.
Расчет часового расхода дизельного и газового топлива по позициям контроллера машиниста выполнен с учетом следующих условий:
1) расход дизельного топлива за один час работы дизеля на 0-й, 1-й и 2-й позициях определяется по выражению: Вч(,г) = Nebe;
2) если г > 3, то часовой расход дизельного топлива рассчитывается по выражению Вч(г) = Ив2Ь(зап), в котором Ыв2 - мощность дизеля на второй позиции контроллера машини-
ста, а
Ь(зап) -
запальная доза дизельного топлива;
3) часовой расход газового топлива, у которого удельная теплота сгорания Ни(г)для каждой г-й позиции контроллера машиниста (г > 3) определяется по соотношению:
„ ,, ЩЬв7Ни(д) - ИвЬ(зап)Ни(д)
Т<и() ___2 д
Ни
(г)
(8)
Тогда СГДЦ:
Н(0
Н ГДЦ-
е( О
°ГДЦ :
о
а)
есть элементарный состав газодизельного топлива для
каждой г-й позиции контроллера машиниста тепловоза. На рисунке 2 представлено изменение долевого состава топливной смеси, определенное согласно выражениям (4) - (7) по позициям контроллера машиниста. Как видно из рисунка 2, добавка к стандартному дизельному топливу природного газа, в состав которого входит в основном природный газ (СН4) или смеси 50 % бутана (С4Нш) и 50 % пропана (СзН8), приводит к уменьшению доли углерода и к увеличению доли водорода в составе топливной смеси. Заметно уменьшается в топливной смеси относительное количество кислорода и серы, что, с одной стороны, может вызывать снижение качества сгорания топлива, с другой стороны - снижение соединений серы и углерода в продуктах сгорания, что будет способствовать повышению надежности узлов и деталей дизеля. Снижение количества серы потребует применения в моторном масле присадок, способствующих повышению его смазывающих свойств.
0,86
0,26 Н 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10
Г— •
/
1
1 • /
'/ —/—
--ДГ:
— _ ДГ -прлр.газ; - — ДГ - бутан-пропан
0,82
0,8
0,78
0,76
0,74
К
ДГ;
— — ДГ-прнр.газ; — ДГ - 5\тан-пропан
Пк
15
1П2к
15
б
Рисунок 2 - Изменение содержания водорода (а) и углерода (б) в элементарном составе топливной смеси (в долях) по позициям контроллера машиниста
Очевидно, что изменение элементарного состава топливной смеси приведет к изменению удельной теплоты сгорания топлива и параметров выгорания топлива в цилиндре дизеля, что повлечет за собой изменение технико-экономических и экологических характеристик работы дизель-генераторной установки (ДГУ) тепловоза.
По рассчитанным параметрам работы дизель-генераторной установки (ДГУ) тепловоза (см. таблицу 1) определяется величина среднего эффективного давления рабочего цикла дизеля 2А-5Д49 для каждой позиции контроллера машиниста с использованием выражения, МПа
Рв = 0,565
Ив,
п„
(9)
на основании которого корректируется величина удельного расхода дизельного топлива по позициям контроллера машиниста, кг/(кВт-ч),
№ 3(19) 2014
0
3
6
9
0
3
6
9
а
Ъв1 = 0,163Рег 2 - 0,518Рег + 0,623. (10)
Выражения (9), (10) целесообразно использовать при выполнении расчетов, когда мощность и частота вращения коленчатого вала дизеля на каждой 1-й позиции контроллера машиниста не соответствуют нормативным значениям, приведенным в таблице 1.
По результатам предварительных исследований, представленных выше, определим количество тепла (О, кДж), которое необходимо получить в дизеле при сгорании различных
видов углеводородного топлива, чтобы реализовать в поездной работе тепловоза 2ТЭ70 режимную карту, приведенную в таблице 1.
При работе тепловоза на дизельном топливе
Пк Пк
й=£ &,=£ Вчг^Иы(д); (11)
1=0 i=0
при работе тепловоза на смесевом виде топлива
Пк 2 Пк
Ох =ЁОь =ЁВч^Иы^ . (12)
1=0 1=0 1=3
Результаты расчета по выражениям (11), (12) представлены в таблице 2, на основании данных которой можно заключить, что независимо от вида смесевого топлива, теплоемкости, составляющих его горючих элементов суммарное количество тепла должно соответствовать количеству тепла на каждой позиции контроллера машиниста, полученному при работе по дизельному циклу. Это условие необходимо соблюдать, и система регулирования подачи газа должна быть настроена так, чтобы мощность дизеля на каждой 1-й позиции контроллера машиниста соответствовала нормативным, паспортным значениям.
По данным таблицы 2 с учетом теплоты сгорания того или иного вида топлива рассчитан его расход для каждой позиции контроллера машиниста с учетом достижения нормативной мощности дизеля на позиции; суммарный расход за поездку и с учетом стоимости различных видов топлива - денежные затраты при выполнении поездной работы.
Таблица 2 - Распределение тепла по позициям контроллера машиниста при сгорании различных видов углеводородного топлива при дизельном и газодизельном цикле
Распределение тепла (кДж) при реализации рабочих циклов дизеля 2А-5Д49
Позиция КМ дизельный газодизельный
°, кДж дизельное топливо (ДТ) дизельное топливо + природный газ дизельное топливо + бутан-пропан
ДТ СН4 ДТ С4Н10+С3Н8
0 3383599 3383599 3383599 0 3383599 0
1 461490 461490 461490 0 461490 0
2 1286227 1286227 1286227 0 1286227 0
3 2113594 2113594 1578551 535043 1578551 535043
4 3832989 3832989 2338594 1494394 2338594 1494394
5 3795523 3795523 1987805 1807718 1987805 1807718
6 4035031 4035031 1870875 2164156 1870875 2164156
7 4744524 4744524 1987805 2756719 1987805 2756719
8 8682239 8682239 3332497 5349742 3332497 5349742
9 9887704 9887704 3507891 6379813 3507891 6379813
10 14192913 14192913 4677189 9515725 4677189 9615725
11 8390880 8390880 2572454 5818426 2572454 5818426
12 6980707 6980707 1987805 4992902 1987805 4992902
13 4218785 4218785 1110832 3107952 1110832 3107952
14 31197630 31197630 7541967 23655663 7541967 23655663
15 95185660 95185660 20930419 74255241 20930419 74255241
Всего 2,02Т08 2,02Т08 60556000 1,42Т08 60556000 1,42108
95185660 95185660
42 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 3(19) 2014
Понятно, что эффективность применения газового топлива в тепловозных дизелях, или конвертирование серийных тепловозных дизелей для работы по газодизельному циклу, может быть доказана только тогда, когда известна истинная цена газового топлива. По данным открытых интернет-источников определена среднеевропейская цена природного газа -300 ^ 400 долларов за 1000 м и экспортные цены на сжиженную бутан-пропановую смесь -210 ^ 340 долларов за 1000 кг.
Для оценки экономического эффекта принято: цена 1 кг природного газа с учетом его плотности - 15,6 р./кг; цена 1 кг сжиженного нефтяного газа - 9,42 р. Расчеты выполнены по средней стоимости газа. Результаты расчета с учетом времени работы тепловоза на каждой 1-й позиции контроллера машиниста (см. таблицу 1) представлены в таблице 3.
Таким образом, выполненные расчеты показывают, что конвертирование серийных тепловозных дизелей на работу по газодизельному циклу принесет экономический эффект, если стоимость газового топлива существенно ниже стоимости дизельного топлива. Однако в настоящее время в системе ценообразования не понятна динамика изменения цен как на дизельное топливо, так и на различные виды нефтяных газов.
Выполненные модельные расчеты показали, что применение бутан-пропановой смеси в качестве добавки к дизельному топливу позволит сократить до 50 % затрат на единицу выполненной работы, а применение природного газа - примерно на 44 %. Если учесть капитальные затраты на оснащение тепловозных дизелей газоподающей аппаратурой, затраты на разработку автоматизированной системы подачи газа, величину эксплуатационных расходов на обслуживание системы топливоподачи, то перевод серийных дизелей для работы по газодизельному циклу скорее всего не приведет к снижению эксплуатационных расходов.
Таблица 3 - Распределение количества топлива по позициям контроллера машиниста и суммарных затрат на энергоносители при работе дизеля по дизельному и газодизельному циклам
Позиция КМ Расход топлива (кг) по позициям контроллера машиниста при реализации рабочих циклов дизелем 2А-5Д49
дизельный газодизельный
ДТ ДТ+СН4 ДГ+(С4Ню+СэН8)
ДТ СН4 ДТ С4Н10+С3Н8
0 78,66 79,43 0 79,43 0
1 10,74 10,83 0 10,83 0
2 29,9 30,19 0 30,19 0
3 50,04 37,06 10,44 37,06 11,58
4 90,28 54,90 29,16 54,90 32,34
5 89,82 46,66 35,27 46,66 39,12
6 94,54 43,92 42,23 43,92 46,83
7 112,21 46,66 53,79 46,66 59,66
8 204,99 78,23 104,38 78,23 115,77
9 230,25 82,35 124,48 82,35 138,06
10 335,42 109,80 185,66 109,80 205,93
11 199,16 60,39 113,52 60,39 125,91
12 164,34 46,66 97,42 46,66 108,05
13 97,2 26,08 60,64 26,08 67,26
14 726,82 177,05 461,55 177,05 511,92
15 2210,29 491,34 1448,81 491,34 1606,92
Итого, кг 4724,66 1391,55 2767,35 1391,55 3069,35
Итого, р 142685 42025 43171 42025 28913
Всего за поездку, р 142685 85196 70938
Список литературы
1. Володин, А. И. Комплексный анализ термодинамических, экономических и экологических характеристик тепловозных дизелей в условиях эксплуатации: Монография [Текст] / А. И. Володин, Е. И. Сковородников, А. С. Анисимов / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск, 2011. - 166 с.
№ 3(19) ЛЛИ Л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 43
=2014 ■
2. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов: Монография [Текст] / Под ред. А. И. Володина. - М.: Желдориздат, 2007. - 264 с.
3. Фофанов, Г. А. Альтернативные виды топлива на подвижном составе железнодорожного транспорта [Текст] // Труды ВНИИЖТа / Г. А. Фофанов, Д. Н. Григорович, А. С. Нестрахов / Научно-исследовательский ин-т ж.-д. трансп. - М., 2008. - 143 с.
References
1. Volodin A. I. Skovorodnikov E. I. Anisimov A. S. Kompleksnyj analiz termodinamicheskih, jekonomicheskih i jekologicheskih harakteristik teplovoznyh dizelej v uslovijah jekspluatacii (Complex analysis of thermodynamic, economic and ecological characteristics of diesel diesels under operating conditions). Omsk: Omsk institute of engineers of railway transport, 2011, 166 p.
2. Volodin A. I. Metody ocenki tehnicheskogo sostojanija, jekspluatacionnoj jekonomichnosti i jekolo-gicheskoj bezopasnosti dizel'nyh lokomotivov (Methods of an assessment of a technical condition, operational profitability and ecological safety of diesel locomotives). Moscow: JSC Zheldor-izdat, 2007, 264 p.
3. Fofanov G. A., Grigorovich D. N., Nestrahov A. S. Al'ternativnye vidy topliva na podvizhnom sostave zheleznodorozhnogo transporta: trudy VNIIZhT (Alternative fuels for the rolling stock of railway transport: proceedings of VNIIZHT). Moscow: Research Institute of railway transport, 2008, 143 р.
УДК 621.313
В. В. Харламов, П. К. Шкодун, А. В. Долгова, А. С. Хлопцов
ТЕРМОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье приведены результаты термографических исследований процесса нагревания деталей коллек-торно-щеточного узла (КЩУ) электрических машин постоянного тока. Обоснованы диагностические параметры для оценки технического состояния КЩУ ТЭД: отношение изменения превышения температуры во времени и в пространстве.
Надежность функционирования тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава является основой бесперебойной работы локомотивного парка. Статистика отказов ремонтного локомотивного депо Западно-Сибирской железной дороги свидетельствует о том, что тяговые электродвигатели серий ТЛ-2К1, ЭПД-810, СТК-810, ЭК-810 наиболее часто выходят из строя по причине пробоя и межвитковых замыканий обмотки якоря, выхода из строя моторно-якорных подшипников, а также неисправностей коллекторно-щеточного узла (КЩУ). Несмотря на использование в производстве различных технических и технологических решений количество отказов ТЭД по указанным причинам остается достаточно высоким. В работах [1 - 3] предложено использование разработанных средств технического диагностирования КЩУ ТЭД, представлено эффективное множество диагностических параметров для контроля технического состояния КЩУ [4]. Очевидно, что совершенствование методов достоверного диагностирования и оценки технического состояния элементов и узлов ТЭД является актуальной задачей при эксплуатации и ремонте тягового электроподвижного состава, в том числе магистральных электровозов [5].
