ПЗ (1233967), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рисунок 1.1 – Распределение времени работы тепловозов
Установлено, что тепловозные дизели работают в режимах самопрогрева 14 % от общего времени эксплуатации. Расход топлива при этом составляет 3,8 % от общего расхода на тягу поездов (рисунок 1.2).
Работа дизеля на холостом ходу с целью самопрогрева обычно происходит при его низком температурном состоянии, что значительно ухудшает протекание рабочего процесса, так как чрезмерно возрастает коэффициент избытка воздуха. Это приводит к снижению температуры рабочей смеси и, как следствие, увеличению периода задержки воспламенения. На холостом ходу также наблюдается некачественное распыливание и сгорание топлива, приводящее к износу его в выхлопной тракт с выпускными газами, закоксовыванию поршневых колец, интенсивному нагарообразованию на поверхностях выпускного тракта, лопатках соплового аппарата и турбины турбокомпрессора, а также коррозия цилиндровых втулок в результате конденсации на их внутренней поверхности водяных паров и растворения в конденсате сернистого ангидрида. Неполнота сгорания топлива также приводит к разжижению моторного масла и, как следствие, вызывает повышенный износ узлов трения дизеля. Все это приводит к снижению ресурса дизеля и способствует увеличению удельного расхода топлива.
Рисунок 1.2 – Распределение расхода топлива
На сети железных дорог ежегодно на прогрев систем тепловозов расходуется около 600 тыс. тонн дизельного топлива [1]. Особенно большой его расход наблюдается в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока.
Парк локомотивов эксплуатационного локомотивного депо Новый Ургал, обслуживаемых производственным участком Новый Ургал составляет следующее количество: серии 2ТЭ10-29 единиц; серии ЗТЭ10-37 единиц; серии ТЭМ-2-31 единицы. Общее количество локомотивов составляет-88 единиц.
В настоящее время на производственном участке Новый Ургал производится прогрев следующих типов тепловозов: ТЭП70БС; ТЭП70; ТЭМ2УМТ; ТЭМ2УМ; ТЭМ2У; ТЭМ2М; ТЭМ2К; ТЭМ2АК; ТЭМ2А; ТЭМ2; 4ТЭ10С; ЗТЭ10М; ЗТЭ10МК; ЗТЭ10У; 2ТЭ10С; 2ТЭ10М; 2ТЭ10Л; 2ТЭ10В; 2ТЭ10У; 2ТЭ10УТ; 2ТЭ10УТК; 2ТЭ10УК; 2ТЭ10МК; 2ТЭ70.
По показателю «Топливо» эксплуатационном депо «Новый Ургал» - отражено 14,827 млн. руб. при плане 15,034 млн. руб., за 12 месяцев 2015 года экономия составила 207 тыс. руб. или 1,4 % за счет снижения «горячего простоя». К отчету прошлого года - перерасход 1,874 тыс. руб. или 13,1 % при снижении программы ремонта на 1 % в связи с отнесением расходов за октябрь-декабрь 2014 года на «убытки прошлых лет» счёт в размере 1.860 млн.руб.
1.2 Анализ способов прогрева тепловозных дизелей
При создании, модернизации и совершенствовании тепловозных систем прогрева важно установить влияние тех или иных конструктивных, эксплуатационных и теплотехнических факторов на протекание процессов тепломассообмена в режимах свободного охлаждения и прогрева силовых установок тепловозов и выбрать наиболее рациональные решения из множества вариантов.
Для такого выбора обычно применяют экспериментальные методы, которые дают наиболее достоверные результаты при отрицательной постановке опытов. Однако эти методы очень трудоемки, дорого стоят, не дают практически проверить многие варианты, кроме того имеет место влияние посторонних факторов на результаты опытов, которые могут искажать полученные данные. Вследствие этих недостатков и трудностей мало изучено влияние многих эксплуатационных и теплотехнических факторов на протекание теплообменных процессов в режимах естественного охлаждения и прогрева силовых установок автономных локомотивов.
Для эффективного решения таких задач возможно применение методов численного моделирования процессов теплообмена [14, 15] в режимах охлаждения прогрева силовых установок тепловозов.
Теплосиловая установка (ТСУ) тепловоза 2ТЭ10М включает в себя двухтактный дизель типа 10Д100, водяную систему охлаждения, масляную и топливную системы.
При работе дизеля теплота аккумулируется собственно дизелем и системами тепловоза. При неработающем дизеле ТСУ тепловоза рассеивает накопленную теплоту в окружающую среду.
Рассмотрим дизель и его системы с точки зрения рассеивания теплоты после остановки. На дизель приходится наибольшая доля массы всей ТСУ тепловоза при сравнительно малой поверхности теплосъема. Кроме того, дизель не имеет непосредственного контакта с наружным воздухом. Ввиду этого можно ожидать, что охлаждение дизеля будет происходить медленно.
Водяная система тепловоза 2ТЭ10М имеет два больших контура циркуляции (рисунок 1.3, а): основной (первый или горячий) и дополнительный (второй или холодный).
В основном контуре горячая вода из дизеля поступает в водовоздушный холодильник, откуда засасывается насосом и нагнетается в дизель для охлаждения цилиндров.
Второй контур водяной системы предназначен для охлаждения масла дизеля и охлаждения (или подогрева) наддувочного воздуха. Здесь вода после охлаждения в водовоздушном холодильнике поступает в воздухоохладители, затем нагретая в водомасляный теплообменник. Такое направление потока воды несколько повышает температуру масла дизеля.
Кроме этих двух главных контуров, существуют еще два малых контура циркуляции воды: контур подогрева топлива и контур обогрева кабины локомотива.
У тепловоза ТЭМ2 водяная система имеет также два больших контура циркуляции (рисунок 1.3, б): основной и дополнительный.
Функционирование основного контура идентично выше описанному основному контуру тепловоза 2ТЭ10М.
Второй контур водяной системы предназначен для охлаждения (или подогрева) наддувочного воздуха. Здесь вода после охлаждения в водовоздушном холодильнике поступает в воздухоохладитель, затем нагретая снова в холодильник.
Функционирование водяной системы тепловоза 2ТЭ10МК (рисунок 1.3, в) идентично функционированию водяной системы тепловоза 2ТЭ10М. Таким образом, водяные системы дизелей различных тепловозов содержат различные участки, отличающиеся своей массой, условиями работы и размещением. После остановки дизеля циркуляция воды в системе практически отсутствует. Ввиду этого можно предположить, что различные элементы системы обладают разными темпами охлаждения, причем наиболее охлаждаемыми являются радиаторные секции с их развитой поверхностью со стороны воздуха.
Системы смазки тепловозов предназначены: для создания необходимого давления, подачи масла к узлам трения дизеля и вспомогательных агрегатов, отвода тепла от них, удаления продуктов износа и частиц нагара, попадающих между трущимися поверхностями.
В общем случае, масляная система тепловоза состоит из внутренней и внешней.
Внутренняя масляная система дизеля представляет собой совокупность каналов и трубок в деталях, обеспечивающих подвод масла ко всем механизмам деталей, и принципиально одинакова у всех рассматриваемых тепловозов.
Рисунок 1.3 – Схемы водяных систем тепловозов: а – 2ТЭ10М; б – ТЭМ2; в – 2ТЭ1ОМК; 1 – дизель; 2, 3 – водяные насосы первого и второго контуров соответственно; 4 – воздухоохладитель; 5 – охладитель масла; 6, 7 – радиаторные секции первого и второго контуров; 8 – водяной коллектор
Внешняя система смазки обеспечивает циркуляцию, очистку и охлаждение смазочного масла, забираемого из картера дизеля и подводимого к его масляному коллектору.
Принципиально системы смазки рассматриваемых тепловозов идентичны, за исключением тепловоза ТЭМ2, имеющего масловоздушные секции охлаждения масла (рисунок 1.4, б).
После остановки дизеля значительная часть масла из дизеля, водомасляного теплообменника, фильтров и трубопроводов стекает и практически вся сосредотачивается в картере дизеля. Картер обладает значительной массой и, кроме того, защищен аккумуляторными отсеками (тепловоз 2ТЭ10М, рису нок 1.4, а) и топливным баком от непосредственного воздействия окружающей среды. Следовательно, можно предположить, что охлаждение его будет мало интенсивным.
Рисунок 1.4 – Принципиальная схема масляной системы тепловозов: а – 2ТЭ10М(К);
б – ТЭМ2; МПА – маслопрокачивающий агрегат; МН – масляный насос; ФТО, ФГО – соответственно фильтры тонкой и грубой очистки масла.
На тепловозе ТЭМ2, естественно, часть масла будет оставаться в секциях и, поэтому, здесь ожидается более интенсивное его охлаждение.
Топливные системы тепловозов предназначены для размещения, очистки, подогрева и подачи топлива к насосам высокого давления дизеля.
Принципиально топливные системы рассматриваемых тепловозов идентичны (рисунок 1.5), т. е. в своем составе имеют одинаковые по назначению элементы – топливный бак, трубопроводы, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, топливоподогреватель, клапаны, вентили и манометры.
Рисунок 1.5 – Принципиальная схема топливной системы тепловоза 2ТЭ10М: ТНВД – топливные насосы высокого давления: ФТО. ФГО – соответственно фильтры тонкой и грубой очистки топлива; ТПА – топливоподкачивающий агрегат; АК – аварийный клапан.
После остановки дизеля топливо полностью стекает в бак, имеющем контакт с окружающей средой. Поэтому следует ожидать более интенсивное охлаждение околостенных слоев топлива в баке, чем масла в картере. Однако масса топлива и его полная теплоемкость достаточно велики, следовательно, переохлаждение топлива, находящегося в баке, мало вероятно.
Подводя итог выше сказанному, можно заключить, что в наиболее худших условиях, с точки зрения сохранения теплой энергии, находится водяная система дизеля, особенно ее второй контур.
1.3 Обоснование и программа теоретических исследований
Низкая температура воды и масла в соответствующих системах дизелей тепловозов, работающих с небольшими нагрузками и без нагрузки, в значительной степени объясняется несовершенством конструкции систем циркуляции теплоносителей, в том числе отсутствием необходимых перепусков жидкостей, позволяющих аккумулировать теплоту в системах. Это вызвано также значительной протяженностью трубопроводов систем и большой площадью поверхности теплообмена радиаторов, что приводит к сравнительно интенсивному отводу теплоты от теплоносителя за счет естественной конвекции. При снижении температуры наружного воздуха от минус 20 до минус 50 °С теплорассеивающая способность охлаждающего устройства значительно возрастает, и суммарные потери теплоты превышают сравнительно небольшие тепловыделения в дизеле, что приводит к значительным понижениям температуры теплоносителей в процессе эксплуатации, а также усложняет процесс прогрева силовой установки на стоянке.
Низкая температура воды и масла в системах дизеля также обусловлена уменьшением теплосодержания воздуха в кузове локомотива. При работающем дизеле температура воздуха в дизельном помещении в различных зонах имеет значение от 0 до минус 10 °С при температуре окружающего воздуха от минус 30 до минус 36 °С [16]. Данное явление имеет место вследствие инфильтрации холодного наружного воздуха через неплотности кузова при понижении давления воздуха в дизельном помещении ниже атмосферного. Это становится возможным при воздухоснабжении дизеля и электрических машин из дизельного помещения. При значительном снижении теплосодержания воздуха в дизельном помещении тепловоза увеличиваются тепловые потери во вспомогательных системах, ухудшаются индикаторные показатели дизеля на режимах холостого хода и частичных нагрузок.
Исследования, направленные на совершенствование процесса прогрева силовых установок тепловозов определили целесообразность поддержания определенной температуры только в водяной системе охлаждения дизеля за счет ее циркуляции, так как топливо в баке и масло, сосредоточенное в картере дизеля охлаждаются значительно медленнее воды. За счет циркуляции воды поддерживается примерно одинаковая температура во всех интенсивно охлаждающихся участках.
1.4 Анализ режимов работы силовых установок маневровых тепловозов
При пуске переохлажденного дизеля увеличивает вероятность появления трещин в блоке и других узлах, нарушению плотности уплотнительных соединений в системе охлаждения и появлению других отрицательных факторов, в частности переохлаждение топливной системы приводит к появлению в ней парафинистых отложений, засоряющих фильтры, с последующим выходом ее из строя. Переохлаждение цилиндровых втулок может привести к опасному уменьшению зазоров между поршнем и втулкой, конденсации водяных паров на внутренней поверхности втулки и к образованию сернистой кислоты, ведущему к усиленной коррозии. При отрицательной температуре наружного воздуха осуществление прогрева является также средством, обеспечивающим надежную герметичность множества уплотняющих элементов в системе охлаждения дизеля.
В эксплуатации простой тепловозов на тракционных путях локомотивных депо – явление довольно частое. При этом тепловозы эксплуатируемого парка находятся в «горячем» резерве, т. е. в постоянной готовности принять полную нагрузку при подаче под поезд. Принятие дизелем полной нагрузки разрешается при его прогретом состоянии. Следует отметить, что различают три тепловых состояния дизеля: нормальное (номинальное), прогретое и холодное.
Например, для дизелей типа Д49 (16ЧН26/26) тепловое состояние считается:
- нормальным, если температура масла и воды на выходе из дизеля соответственно находится в пределах 60–80 °С и 65 – 80 °С;
- прогретым, если температура масла и воды находится между 45 °С и нижним пределом нормальной температуры;
- холодным, если температура масла и воды ниже 45 °С.
Согласно инструкции по эксплуатации тепловозов ТЭ10МК прогрев должен осуществляться на 1–4 позиции контроллера машиниста (КМ) при холодном состоянии дизеля. Не реже чем через два часа, прогрев дизеля необходимо осуществлять на 15 позиции контролера машиниста не менее 30 минут. Однако в условиях локомотивных депо, как показал анализ [7], прогрев часто осуществляется непрерывной работой дизеля на низших или нулевой позициях КМ. В большинстве случаев это объясняется отсутствием обслуживающего персонала, боязнью замораживания воды в системе, особенно второго контура и стремлением поддерживать такое тепловое состояние дизеля, чтобы при подачи тепловоза под поезд тепловое состояние дизеля не было ниже номинального. В противном случае при работе дизеля с полной нагрузкой снижается механический КПД, повышается тепловая напряженность цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и увеличивается расход топлива. Поэтому и выбран наиболее простой выход поддержания нормального теплового состояние дизеля при простое.
По данным ВНИТИ [8], стоимость прогрева систем с использованием режима холостого хода дизеля только по топливу составляет 1,0–1,5 % всех эксплуатационных расходов на локомотив. Такое положение объясняется, главным образом, отсутствием на серийных тепловозах эффективных устройств для прогрева рабочих жидкостей. Следовательно, для прогрева систем тепловоза, особенно при длительных отстоях, необходимо продолжать исследовать возможности применения других, более эффективных способов. В разное время, а также в последние годы для уменьшения непроизводительных затрат топлива на прогрев транспортных силовых установок, в частности силовых установок тепловозов в период их отстоя, выполнен ряд работ по созданию систем прогрева. Уже на первых отечественных тепловозах устанавливали специальные системы прогрева, в основном на базе водогрейных котлов, работающих на жидком топливе [14]. Однако, из-за сложности, недостаточной надежности и эффективности применявшихся водогрейных котлов, а также сравнительно низкой стоимости дизельного топлива в то время от специальных систем прогрева отказались.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
