ВКР Кузнецов (1233351), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В современных условиях для решения проблемы прогрева силовых установок тепловозов наиболее предпочтительны электрические схемы, поскольку они основываются на доведенных, серийно выпускаемых элементах. Поэтому тепловозостроительные заводы начали внедрение именно электрических систем прогрева, оснастив ими серийные и опытные тепловозы ТЭМ2У, 2ТЭ116А, 4ТЭ130, ТЭ136, 4ТЭ10С, ЧМЭ3Т и др. Однако серийные электрические системы обеспечивают необходимую теплопроизводительность только при определенном уровне температур наружного воздуха, а при более низких температурах наружного воздуха такие системы мало эффективны. Следует отметить и такой недостаток серийных электрических систем как использование режима холостого хода дизеля, при отборе электроэнергии от тягового генератора. Также при прогреве водяной системы дизеля от внешнего источника трехфазного переменного тока не предусматривается возможность подогрева топлива, масла и подзарядка аккумуляторной батареи. Кроме того, зависимость от внешнего источника энергии делает электрические системы прогрева неавтономными, требует оборудования специальных линий отстоя с устройствами присоединения к энергосети, снижает маневренность локомотивного парка депо.

Следует отметить и системы прогрева с использованием аккумулятора тепла, роль которого выполняет водяная система дизеля с значительно большей массой охлаждающей воды [4]. При работе дизеля в зимнее время под нагрузкой температура воды в аккумуляторе должна поддерживаться на наиболее высоком уровне постоянным автоматическим пополнением более горячей водой. При стоянках тепловоза накопленное тепло может быть возвращено в систему охлаждения дизеля естественной или принудительной циркуляцией воды через аккумулятор тепла. Естественная циркуляция может быть обеспечена присоединением наиболее холодных участков водяной системы к аккумулятору. Аккумулятор тепла следует надежно изолировать от воздействия наружного воздуха. В качестве теплоизоляции можно использовать металлическую оболочку. Пространство между аккумулятором и оболочкой может быть заполнено дизельным маслом, которое одновременно будет масляным аккумулятором тепла и, в некоторой степени, тепловым изолятором, так как коэффициент теплопроводности масла примерно в два раза ниже, чем у воды. Аккумулятор тепла необходимо оборудовать электронагревательными элементами или другими устройствами для обогрева. Аккумулятор тепла вместимостью 2–3 м³ позволит значительно повысить теплоемкость водяной системы тепловоза, что будет способствовать сокращению времени и снижению расхода топлива на прогрев, повышению ресурса и надежности дизеля. Зарубежный опыт показывает, что проблема прогрева тепловозов актуальна и для стран с более высоким уровнем среднегодовых температур, чем в нашей стране. Например, в Германии [7] создана унифицированная система прогрева, которая позволяет осуществлять прогрев дизеля с целью стабилизации температуры. По этой системе дизель прогревается за счет циркуляции воды в системе охлаждения, причем вода может подогреваться паром из внешнего паропровода или отопительного котла. Возможен подогрев и горячей водой из внешней сети. Внедрение данной системы обеспечивает экономию дизельного топлива на железных дорогах Германии в размере 5700 т ежегодно.

В США фирма Микровор Инкорпорейтед серийно выпускает систему прогрева тепловозных дизелей [6]. Система представляет собой специальный блок, состоящий из вспомогательного дизель-генератора, обеспечивающего прогрев основного двигателя как электрокотлом, так и теплом, отводимым охлаждающей водой и отработавшими газами. Электрические аппараты управления тепловым режимом основного дизеля, отключающие устройства безопасности и устройства для постоянной подзарядки аккумуляторных батарей, также входят в этот блок. Учитывая величину экономии дизельного топлива, которую можно получить применением такой системы, она рекомендована для массовой установки на тепловозах железных дорог США. Единственным ее недостатком являются большие габаритные размеры дизель-генератора, теплообменников – газовых и электрических, которые сложно разместить в кузове тепловоза.

Интересные системы охлаждения [8, 9] применены на тепловозах серий V36, V320 (Германия), в которых температура воды при работе дизеля регулируется не изменением потока воздуха через радиатор, а изменением потока воды, проходящего через него (рисунок 2.2, а).

Рисунок 2.2 – Схемы систем охлаждения зарубежных тепловозов: а – V36, V320; б – U25B, U28B и U50; 1 – циркуляционный насос; 2 – дизель; 3 – водомасляный теплообменник; 4 – вакуумный тормозной насос; 5 – термостатный клапан; 6 – водяной бак; 7 – холодильник; 8 – спаренные клапаны

При температуре ниже нормальной вода, засасываемая циркуляционным насосом 1, прокачивается через дизель 2 и водомасляный теплообменник 3, с ответвлением части воды на охлаждение вакуумного тормозного насоса 4 и через термостатный клапан 5 возвращается в водяной бак 6. Если температура воды превышает установленную норму, термостатный клапан 5 открывает проход к холодильнику 7, пройдя который циркулирующая вода смешивается с водой, находящейся в баке.

На тепловозах U25B, U28B и U50 американской компании «Дженерал электрик» [10, 11] применяются подобные системы охлаждения. В этих системах охлаждения оптимальная температура теплоносителей поддерживается автоматически в любое время года на всех нагрузках за счет организации перепуска воды (рисунок 2.2, б). Циркуляционный насос 1 подает охлаждающую воду из дизеля 2 непосредственно в водяной бак 6 или через секции холодильника 7. Вода из секций холодильника возвращается в бак и затем поступает в насос через водомасляный теплообменник 3 и дизель. Количество воды, проходящее через секции, регулируется с помощью шести спаренных клапанов 8, работающих параллельно тремя группами. При низкой температуре охлаждающей воды клапаны закрыты, и вся вода из двигателя поступает в бак в обход секций холодильника. С повышением температуры воды соответствующие термостаты срабатывают и открывают поочередно клапаны всех трех групп. Температура воды в системе поддерживается в диапазоне 74–82 °С.

Прогрев силовой установки тепловоза при таких системах охлаждения производится при отключенном холодильнике, что позволяет значительно уменьшить теплоотдачу в окружающую среду и, следовательно, сократить затраты теплоты при прогреве. Кроме того, такие системы позволяют значительно увеличить безопасный простой тепловоза с остановленным двигателем путем слива воды из радиаторов в теплоизолированный водяной бак.

Система прогрева тепловоза маневрового «Гольфстрим». На полигоне Красноярской железной дороги в целях снижения затрат на топливные ресурсы подвижного состава на тепловозной тяге внедряется автономная система подогрева тепловоза в период горячего простоя. В 2012 году в план работ ЗАО «ДЦВ Красноярской ж.д.» был включен объем по сопровождению, сервисному обслуживанию и ремонту систем прогрева «Гольфстрим».

Система прогрева тепловоза маневрового «Гольфстрим», предназначена для прогрева и поддержания в течение длительного времени предпусковых температурных условий дизелей маневровых тепловозов (путем поддержания необходимой температуры охлаждающей жидкости и масла в картере дизеля) и прогрева воздуха в кабине машиниста и аккумуляторном отсеке.

Изделие «Гольфстрим» обеспечивает:

- поддержание температурных охлаждений жидкости при заглушенном дизеле тепловоза в установившемся режиме работы системы прогрева маневрового тепловоза (СПМТ) «Гольфстрим» в пределах плюс 40–80 ^оС при температуре окружающего воздуха до минус 30 ^оС, используя в составе СПМТ один блок подогрева охлаждающей жидкости (воды) (БПОЖ), и до минус 50 ^оС, используя в составе СПМТ два БПОЖ;

- поддержание температуры масла в картере при заглушенном дизеле тепловоза в установившемся режиме работы СПМТ в пределах плюс 20–50 ^оС при температуре окружающего воздуха до минус 30 ^оС, используя в составе СПМТ один БПОЖ, и до минус 50 ^оС, используя в составе СПТМ два БПОЖ;

- поддержание температуры воздуха в кабине машиниста тепловоза в установившемся режиме работы системы воздушного отопления кабины машиниста (СВОКМ) при температуре окружающей среды минус 50 ^оС от плюс 10 ^оС до плюс 30 ^оС, в аккумуляторном отсеке выше 0 ^оС;

- безопасный одноразовый простой тепловоза от своих полностью заряженных аккумуляторных батарей с заглушенным дизелем не менее 10 часов при температуре окружающего воздуха до минус 30 ^оС, используя в составе СПМТ один БПОЖ, и до минус 50 ^оС, используя в составе СПМТ два БПОЖ.

Размещение элементов СПТМ на тепловозе ТЭМ2 представлены на рисунке 2.3. В состав системы входят:

- блок подогрева охлаждающей жидкости (БПОЖ «Гольфстрим»);

- блок оповещения и связи (БУОС «Гольфстрим»);

- система воздушного отопления кабины машиниста (СВОКМ «Гольфстрим»);

- блок подогрева масла (БПМ «Гольфстрим»);

- датчик: температуры воды, температуры масла;

- аккумуляторные батареи «6СТ-210АП»;

- жгуты;

- обратный клапан.

Рисунок 2.3 – Обобщенная схема включения системы «Гольфстрим» на тепловозе ТЭМ2

В зависимости от конструктивных особенностей тепловозов и требований заказчика изделия могут отличаться вариантами конструктивного использования, кабельной продукции, наличием или отсутствием СВОКМ и количеством используемых БПОЖ.

В БПОЖ могут применяться подогреватели характеристики, которых аналогичны характеристикам подогревателей Webasto Thermo 350. В СВОКМ могут применяться подогреватели характеристики, которых аналогичны характеристикам подогревателей Webasto Air Top 3500.

Преимущества перед электрическими системами: автономность, может быть включена в любом месте; ее требует строительства стационарных мест для отстоя тепловозов и подвод высокомощных электрических сетей.

Преимущества перед системами с дизель-генератором: высокий КПД, меньшие затраты на обслуживание, меньшие капиталовложения.

Вместе с тем, ниже ожидаемых результатов работает система прогрева маневровых тепловозов «Гольфстрим». Так, за 2015 г. 154 системы сэкономили только 431 т дизельного топлива – 2,8 т на каждую. Причинами явились низкая надежность системы и неудовлетворительная организация ее обслуживания. По состоянию на 1 января 2016 г. были неисправны 20 установок «Гольфстрим» (13 % от общего числа). В хозяйстве необходимо организовать постгарантийное обслуживание систем прогрева тепловозов.

Система подогрева тепловоза (СПТ) «Бриз». «Бриз» обладает существенными преимуществами по отношению к аналогичным системам и системам предпускового подогрева дизеля:

- поддерживает в течение длительного времени рабочую температуру охлаждающей жидкости, дизельного топлива и масла дизельного двигателя тепловоза (при этом сам дизель тепловоза заглушен) в автоматическом режиме для каждого контура;

- обеспечивает безопасный запуск двигателя при низких температурах окружающей среды в любой момент времени;

- предотвращает размораживание системы охлаждения тепловоза во время длительного простоя при отрицательных температурах окружающей среды;

- обеспечивает подогрев воздуха и создание комфортных условий в кабине машиниста;

- поддерживает положительную температуру воздуха в дизельном помещении (в том числе в аккумуляторном отсеке), с целью предотвращения замерзания электролита аккумуляторных батарей;

- выдает назначенным ответственным лицам по каналу GSM периодически сообщения SMS о функционировании системы.

Использование СПТ «Бриз» позволяет не только обеспечить безопасный запуск дизеля в холодное время года, но и сэкономить топливо, замедлить износ двигателя, снизить численность обслуживающего персонала и уменьшить вредные выбросы в атмосферу.

На основании выше изложенного можно заключить, что в настоящее время недостаточно разработаны надежные, простые по конструкции и обслуживанию, эффективные систем предпускового прогрева силовых установок тепловозов. Практически единственным способом прогрева тепловозных дизелей на сети железных дорог является их самопрогрев.

Из приведенного выше обзора и выполненных в нашей стране и за рубежом работ можно сделать следующие выводы.

Характеристики

Список файлов ВКР