CC BY
19
УДК 629.424.3:621.436
А. А. Беляев, В. Т. Данковцев, В. А. Четвергов
УПРАВЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЕМ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
В статье предложено новое конструктивное решение, улучшающее количественные и качественные показатели протекания процессов впрыскивания топлива в цилиндры тепловозных отелей. Приведен сравнительный анализ использования штатной топливной аппаратуры и топливной аппаратуры, оборудованного пневматическими догружателями форсунок.
Количественные и качественные показатели протекания процессов впрыскивания топлива в цилиндры тепловозных дизелей во многом зависят от ряда конструктивных особенностей топливной аппаратуры и ее привода.
В настоящее время с целью улучшения качества распыливания топлива осуществлены конструктивные мероприятия, такие как повышение скорости перемещения плунжера топливного насоса высокого давления (ТНВД) за счет изменения профиля кулачка вала привода насоса, изменение конструкции нагнетательного клапана ТНВД, отключение на холостом режиме работы дизеля ряда топливных насосов и использование двухрежимных форсунок на дизелях типа 1 ОД 100. Несмотря на достигнутые за счет этого успехи остается ряд существенных недостатков в виде неудовлетворительной работы топливной аппаратуры в режимах холостого хода и на промежуточных нагрузках дизеля, что связано с понижением давления топлива из-за уменьшения цикловой подачи в указанных режима работы дизеля.
С целью повышения качества распыливания топлива при любых режимах работы дизеля разработана автоматическая система регулирования давления впрыска топлива [1], приемлемая для различных типов дизелей. Система представлена в виде схемы на рисунке 1.
Рисунок 1 - Автоматическая система регулирования давления впрыска топлива в зависимости
от режимов работы дизеля
2 ИЗВЕСТИЯ ТрансбШШ ^^
Рисунок 2 - Структурная схема релейного блока управления РБУ
Система включает в себя следующие элементы и узлы: пневматические догружатели форсунок 1, 2, 3, пневматические редукторы 4, 5, 6, электропневматические вентили 7, 8, 9, датчик давления воздуха 10 и релейный блок управления (РБУ). Подвод воздуха к пневмодогружате-лям форсунок осуществляется от общей воздушной магистрали локомотива через перепускной вентиль 11, перепускные трубопроводы 12, электропневматические вентили 7, 8, 9 и через пневматические редукторы 4, 5, 6.
Схема релейного блока управления (рисунок 2), подключенного к контактам контроллера машиниста и контактору КВ, включает в себя электропневматические клапаны ЭПК1, ЭПК2, ЭПКЗ и реле управления РУ1 и РУ2 [2].
Автоматическая система на примере дизеля ПД1М функционирует следующим образом.
На режиме холостого хода при всех частотах вращения коленчатого вала дизеля контактор КВ (см. рисунок 2) в цепи возбуждения тягового генератора будет включен, и тогда через электропневматический клапан ЭПК 1 включится электропневматический вентиль 7 (см. рисунок 1), который обеспечит подвод воздуха к пневмодогружателям форсунок через пневморедуктор 4.
При переводе рукоятки контроллера машиниста в первое и второе положение блокировка контактора КВ (см. рисунок 2) отключается и от РУ1 включаются электропневматический клапан ЭПК 1 и электропневматический вентиль 7 (см. рисунок 1), который обеспечит подвод воздуха к пневмодогружателям форсунок через пневморедуктор 4.
При третьем и четвертом положении включается контактор ВТ 1 (см. рисунок 2) и питает реле РУ1, которое размыкает его блокировку контактора РУ1. Так как контакты КВ и РУ1 разомкнуты, то ЭПК 1 обесточивается и через замкнутый контактор РУ2 и электропневматический клапан ЭПК 2 включится электропневматический вентиль 8 (см. рисунок 1), который обеспечит подвод воздуха к пневмодогружателям форсунок через пневморедуктор 5.
При переводе рукоятки контроллера машиниста в пятое положение контроллера размыкается ВТ 1 (см. рисунок 2), перестают работать ЭПК 2 и пневморедуктор 5, но на пятой позиции включается контакт ВТ 3 и, следовательно, ЭПК 3. Затем включится электропневматический вентиль 9 (см. рисунок 1), который подведет воздух к пневмодогружателям форсунок с помощью пневморедуктора 6.
При всех последующих положениях контроллера за счет контакта ВТ 4 и включения реле РУ 2 пневморедукторы перестают подавать сжатый воздух к пневмодогружателям форсунок. Порядок включения катушек, вентилей и реле релейного блока управления в зависимости от позиции контроллера машиниста приведен в таблице 1.
Таким образом, управление автоматической системой регулирования давления впрыска топлива дизеля ПД1М позволяет пневматически воздействовать на пневмодогружатели форсунок при работе дизеля без нагрузки на всех позициях контроллера машиниста, при малых нагрузках на первой и второй позициях и при средних нагрузках дизеля на третьей, четвертой и пятой позициях.
Необходимое давление воздуха в пневмодогружателях форсунок предварительно регулируется в зависимости от режимов работы дизеля, т. е. посредством пневморедукторов 4-6, давление устанавливают опытным путем исходя из требуемого качества распыливания топлива. Более мелкое распыливание топлива резко увеличивает суммарную поверхность капель
4<8> ИЗВЕСТИЯ Транссиба з
\ Л Л ~ - — - ■
жидкости, что ускоряет процессы тепло- и массообмена между воздухом высокой температуры и каплями топлива При этом уменьшение размеров частиц топлива обеспечивает их нагрев и испарение за более короткие промежутки времени, что повышает эффективность процессов рабочего цикла дизеля и уменьшает расход топлива на режимах, где действует пневмо-догружатель.
Для оценки экономической эффективности автоматической системы были проведены испытания топливной аппаратуры дизеля ПД1М, оборудованного форсунками с пневмодогру-жателями.
Таблица 1 - Порядок включения катушек, вентилей и реле
Позиция контроллера Холостой ход Режим нагрузки
электропневматический вентиль реле управления электропневматический клапан
ЭПК1 кв ВТ1 втз ВТ4 РУ1 РУ2 ЭПК1 ЭПК2 эпкз
0 1 2 3 4 5 6 7 8 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Результаты измерения часового расхода топлива при различных режимах работы приведены в таблице 2 и на рисунках 3 и 4.
Таблица 2 - Расход топлива на холостом ходу и в режиме нагрузок
Позиция контроллера машиниста 7 Время работы на 7-й позиции % Мощность ДГУ на 7-й позиции кВт Часовой расход топлива на 7-й позиции без пневмодогружателя В,1Ь кг/ч Часовой расход топлива на 7-й позиции с пневмодогружателем К,, кг/4 Экономия топлива, % Годовой эффект Эгод>Р-
Холостой ход
0+1 48 - 11,90 10,95 8 60995,25
2 3 - 14,00 12,88 8 4484,94
3 1,5 - 16,00 14,72 8 2562,83
4 5 - 20,00 18,40 8 10678,44
5 9 - 24,00 22,08 8 23065,43
6 2 - 27,00 24,84 8 5766,36
7 1 - 31,00 28,52 8 3310,32
8 0,5 - 36,00 33,12 8 1922,12
Режим нагрузок
1 6 40 12,40 11,66 6 5958,57
2 5,5 85 22,10 20,77 6 9734,73
3 4,5 140 32,20 30,59 5 9670,66
4 5 220 48,40 45,98 5 16151,14
4 ИЗВЕСТИЯ ТрансбШШ ^^
Рисунок 3 - Расход топлива на холостом ходу
Рисунок 4 - Расход топлива на режимах нагрузки
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения форсунки с пневмодогружате лем определялся по формуле:
Э =365СЦт1СВ
год ^ М \ 41 41/ л г\Г\ '
/=0 100
где 365 - количество дней в году;
¿м = 23,0 - 23,5 ч - время работы маневрового локомотива в сутки;
Цт =15,9 р/кг - цена дизельного топлива;
Вч1 - часовой расход топлива на /-м режиме работы дизеля без пневмодогружателя, кг/ч; В'ч1 - часовой расход топлива на /-м режиме работы дизеля при наличии пневмодогружа теля, кг/ч;
- доля времени работы на /-й позиции контроллера машиниста за сутки, %.
№4(8) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 5
9ГИ Л ^ 1
Расчет годового эффекта также сведен в таблицу 2.
Ожидаемый годовой эффект Эгод от внедрения форсунок с пневмодогружателем при цене на дизельное топливо 15,9 р/кг составит 162,7 тыс. р. на один тепловоз.
Данная система впрыска топлива может применяться для установки на тепловозах ТЭМ2 (дизель ПД1М), а также ЧМЭЗ (дизель КбЗЗКЮЯ).
Список литературы
1. Беляев, А. А. Автоматическая система регулирования давления впрыска топлива в зависимости от режима работы дизеля [Текст] / В. А. Четвергов, В. Т. Данковцев, А. А. Беляев // Труды всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2008»: В 3 ч. / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2008. - Ч. 3. - 303 с.
2. Беляев, А. А. Регулирование давления впрыска топлива в зависимости от режимов работы тепловозных дизелей [Текст] / В. А. Четвергов, В. Т. Данковцев, А. А. Беляев // Труды всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2009»: В 3 ч. / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2009. - Ч. 3. - 423 с.
УДК 629.424.3:621.436
А. И. Володин, Д. В. Балагин, Ю. С. Комкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ТЕПЛОВОЗНОМ ДИЗЕЛЕ
В статье рассматриваются вопросы математического моделирования нестационарных температурных полей на поверхности цилиндропоришевой группы тепловозного дизеля.
В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью освоена большая номенклатура инфракрасных термометров, тепловизоров и пирометров, которые практически безынерционны, работают в реальном масштабе времени, позволяют измерять температуру от - 40 до 3000 °С. Эти приборы обеспечивают непрерывное, быстрое и безопасное измерение температуры объектов, которые двигаются, имеют очень высокую температуру или находятся в труднодоступном месте. Приборы обладают высокой оптической разрешающей возможностью (погрешность 0,01 °С) и широким набором функций [2].
При тепловой диагностике основным источником информации о температурном поле и его градиентах служит инфракрасное излучение. Сложность процессов, формирующих тепловые поля узлов и деталей подвижного состава, требует разработки адекватных математических моделей физических процессов, характеризующих различного рода взаимодействия составных частей подвижного состава не только друг с другом, но и с внешними системами, а также разработки и адаптации диагностических систем ИК-радиометрического контроля в условиях реальной эксплуатации.
Подвижной состав генерирует собственное инфракрасное излучение за счет работы дизеля, электрических машин (400 К), торможения локомотивов и вагонов (400 - 800 К), нагрева буксовых узлов (340 К) и т. п. В результате происходит формирование внешних тепловых полей, отражающих процессы, происходящие внутри объектов в зависимости от их технического состояния [1].Разработка общих форм математических моделей теплоэнергетической визуализации технических объектов в зависимости от внутренних термодинамических процессов с последующей реализацией в виде прикладных программ для использования их в системах технического диагностирования решит проблему широкого использования методов тепловой диагностики для целей диагностирования.
6 ИЗВЕСТИЯ ТранссШВш^=^Ш
