ПЗ (1233967), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Таким образом, с учетом текущих цен на дизельное топливо в Сибирском Федеральном округе по состоянию начало 2014 года экономия может составлять 22–44 тысяч рублей в месяц с одной единицы подвижного состава.
2 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА НАДЕЖНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТЕПЛОВОЗОВ
Важное место в решении данной проблемы отводится тепловозной тяге. Из анализа технико-экономических показателей тепловозов на сети железных дорог следует, что при их эксплуатации, особенно в межсезонный и зимний периоды, существенно снижается экономичность и надежность работы дизелей, охлаждающих устройств и тяговых электрических двигателей (ТЭД). Возрастают эксплуатационные расходы на ремонт и техническое обслуживание локомотивов. Это обусловлено неприспособленностью данного силового оборудования тепловозов к эксплуатации в тяжелых климатических условиях, а также в условиях постоянно изменяющихся эксплуатационных режимов работы силовой установки локомотива [1]. Данные последствия вытекают из того, что расчеты конструктивных особенностей тепловозов производятся для различных климатических зон. Например, производительность холодильника воды и масла в эксплуатации, достаточная в зонах умеренного климата, является высокой для холодных зон и явно недостаточной для жаркого климата дорог Средней Азии, где машинисты в летнее время нередко совершают непредвиденные вынужденные остановки для охлаждения дизеля. На дорогах Севера эти холодильники создают для машинистов трудности по предохранению их от размораживания.
Результатами анализа экономичности и надежности работы тепловозов в данных условиях эксплуатации установлено, что повышается расход дизельного топлива примерно 30 %, особенно при эксплуатации тепловозов на режимах холостого хода и частичных нагрузок, а количество отказов дизелей составляет 34,5 %, охлаждающих устройств – 20 % и тяговых двигателей ‒ 28 % от общего количества отказов тепловозов [1].
Снижение работоспособности тепловозного дизеля и охлаждающих устройств обусловлено значительным и частым изменениями теплового состояния дизеля, существенными тепловыми потерями силовой установкой в зависимости от режимов работы тепловоза и температуры наружного воздуха.
Повышение тепловых потерь в окружающую среду и амплитуды колебаний температур теплоносителей в системе охлаждения двигателя (порядка 30– 35 °С) вызывают знакопеременные температурные деформации, способствующие образованию трещин в нагруженных узлах дизеля, радиаторных секциях охлаждающих устройств. Снижение работоспособности охлаждающих устройств обусловлено повышением вероятности замерзания воды в трубках радиаторных секций и образования в них продольных трещин. Радиаторы с данными неисправностями не являются ремонтопригодными.
Стабилизация теплового состояния силовой установки не может быть достигнута в зимних условиях эксплуатации тепловозов из-за неспособности существующих автоматических систем регулирования температур теплоносителей дизеля (САРТ) обеспечить поддержания оптимальных стабильных температур воды и масла дизеля вследствие ухудшения условий работы элементов САРТ, высокой инерционности охлаждающих устройств. Снижение экономичности тепловозного дизеля в зимних условиях на режимах холостого хода и частичных нагрузок, на которых тепловозы работают более 90 % рабочего времени, обусловлено превышением тепловых потерь дизеля и систем охлаждения над тепловыделением дизеля. В результате снижаются температуры воздуха в кузове тепловоза, воды и масла в системах охлаждения и смазки дизеля, механический КПД двигателя, а, следовательно, повышается расход дизельного топлива. Для компенсации потерь теплоты требуется прогрев дизеля на холостом ходу с дополнительным расходом топлива (порядка 6,8 %). Из-за неудовлетворительных условий сгорания топлива имеет место разжижение дизельного масла топливом, ухудшение технического состояния дизеля и снижение ресурса его работы.
Сибирский полигон железных дорог по климатическим условиям можно разделить на три зоны: Западно-Сибирскую, Восточно-Сибирскую и Забайкальскую. К Западно-Сибирской зоне отнесены Свердловская и Западно-Сибирская железные дороги, к Восточно-Сибирской - Красноярская и Восточно-Сибирская, к Забайкальской-Забакайльская и отделение бывшей Байкало-Амурской магистрали.
От температуры наружного воздуха и барометрического давления зависит мощность и режим работы силовой установки. Электрические машины тепловоза, особенно тяговые электродвигатели, заметно реагируют на температуру и влажность воздуха, и буквально все агрегаты тепловоза, включая и его экипажную часть, весьма чувствительны к концентрации пыли в воздухе.
Анализ средних многолетних метеорологических данных (1880–2011 гг.) для городов и пунктов, расположенных вдоль Транссибирской железной магистрали, показал, что средняя продолжительность периода со среднесуточной температурой наружного воздуха от 0 °С до минус 45 °С составляет более 180 суток.
В Забайкалье и Якутии число суток в году с отрицательной температурой достигает до 290, в том числе более 100 суток температура наружного воздуха находится в диапазоне от минус 20 °С до минус 50 °С.
Статистический анализ параметров наружного воздуха позволил определить время работы тепловозов при различных температурах и построить температурный спектр, позволяющей выделить интервал температуры, в котором основное время работают тепловоза (таблица 2.1) [2].
В Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской зонах до 70 % времени тепловозы используются в интервале от минус 20 °С до плюс 20 °С, а в Забайкальской зоне от минус 40 °С до 0 °С наружного воздуха. Воздействие окружающей среды на элементы аппаратуры и узлов тепловозов приводит к повышению работоспособности, изменению рабочих параметров и характеристик дизель-генераторных установок (ДГУ). Чтобы обеспечить безотказную работу автономных (дизельных) локомотивов в различных условиях эксплуатации, необходимо знать, какое влияние оказывают на них факторы внешней среды, встречающиеся в природе.
Таблица 2.1 – Время работы тепловозов при различных температурах
| Интервал температуры, С | Время работы по регионам, % | ||
| Западно- Сибирский | Восточно- Сибирский | Забайкальский | |
| Ниже минус 40 °С | 1 | 4 | 6 |
| от минус 40 °С до минус 20 °С | 12 | 23 | 29 |
| от минус 20 °С до 0 °С | 38 | 42 | 41 |
| от 0 °С до плюс 20°С | 41 | 26 | 16 |
| от плюс 20 °С до плюс 40 °С | 8 | 5 | 1 |
Для ряда машин эта задача решается с помощью испытаний, имитирующих эксплуатационное воздействие среды [3]. Необходимо отметить, что в отношении тепловозов такая работа на стадии их создания не проводиться, в результате чего тепловозы для всей сети железных дорог строятся в одном исполнении. Действующие в настоящее время нормы параметров, характеризующих систему эксплуатационно-ремонтного обслуживания дизельных локомотивов (межремонтные пробеги, виды и объемы ремонтных работ, расходы материалов, запасных частей и расход топлива на тягу), являются среднесетевыми, то есть не учитывают реальных условий эксплуатации.
Одним из основных параметров окружающей среды, оказывающим существенное влияние на надежность и экономичность работы ДГУ тепловозов является температура наружного воздуха и ее перепады в одном пункте, а также между пунктами тягового плеча.
Изменение температуры наружного воздуха Та и барометрического давления Ра оказывают влияние на рабочий процесс дизеля. Повышение наружной температуры и снижение барометрического давления сопровождаются уменьшением заряда цилиндров дизеля воздухом и, как следствие, увеличение индикаторного расхода топлива.
При низкой температуре наружного воздуха определяющими оказываются не тепловые, а динамические нагрузки, возрастающие из-за увеличения периода задержки воспламенения и изменения скорости нарастания давления. При этом увеличиваются плотность воздуха перед впускными органами дизеля, коэффициент избытка воздуха, индикаторный КПД и снижаются теплозаряженость и удельный расход топлива. Так же увеличивается продолжительность прогрева систем тепловоза в режиме холостого хода, ухудшается процесс пуска дизеля. Так же увеличивается сопротивление движению поезда, в результате чего удельный расход топлива на перевозочную работу в зимний период возрастает, поэтому обслуживание и настройка характеристик ДГУ при реостатных испытаниях тепловозов в зоне отрицательной температуры имеет особое значение и актуальность в связи с эксплуатацией железных дорог на тепловозной тяге на севере Западной Сибири и Байкало-Амурской магистрали.
3 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТИПОВ ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗОВ
Снизить непроизводительные потери топлива при прогреве силовой установки работой дизеля можно уменьшением относительной длительности его работы в цикле прогрева.
Простейшим из путей решения этой задачи является увеличение продолжительности режима охлаждения, которое определяется временем падения температуры воды в наиболее интенсивно охлаждающихся участках до критических значений. В большинстве случаев такими участками являются нижние ярусы секций холодильника и трубопроводы, отводящие воду из радиаторов.
Для увеличения длительности режима охлаждения применяют теплоизоляцию и дополнительные циркуляционные электрические насосы. Постоянно или периодически прокачивая теплоносители по системам, они обеспечивают равномерное их охлаждение и более полное использование тепла, аккумулированного элементами силовой установки. Повысить количество запасаемой тепловой энергии можно путем применения специальных тепловых аккумуляторов [3].
Уменьшение времени работы дизеля в режиме прогрева достигается за счет применения дополнительного электрического водогрейного котла, который питают от главного или вспомогательного генератора работающей секции прогреваемого тепловоза. Это мероприятие позволяет также за счет повышения частичной загрузки дизеля снизить нагарообразование в его цилиндрах и повышенный износ деталей. Для ускорения прогрева можно использовать утилизированную энергию выпускных газов дизеля.
В тепловозных силовых установках возможен прогрев не только дизеля и его систем, но и всех агрегатов, расположенных в кузове локомотива. Для этого в кузове с помощью вентилятора обеспечивается замкнутая или разомкнутая циркуляция воздуха, нагретого в радиаторах. Один из вариантов такого способа – замкнутая система циркуляции нагретого воздуха между дизельным помещением и охлаждающим устройством (рециркуляция на тепловозах серии 3ТЭ10).
Отдельную группу составляют системы прогрева на базе стационарных генераторов тепла - водяных и паровых котлов. Такие котлы отработаны, выпускаются серийно и имеют КПД 80–90 %. Они обычно имеют большую единичную мощность, что позволяет одновременно обслуживать несколько тепловозов. Прогрев силовых установок осуществляется горячей водой и маслом, подаваемыми в их системы по трубопроводам с быстроразъемными соединениями. Возможен подогрев масла путем его прокачки через тепловозный водомасляный теплообменник. В этом случае к тепловозу необходимо подводить электроэнергию для питания циркуляционного насоса. В результате усложняется система прогрева и особенно ее обслуживание в зимний период. Кроме того, появляется необходимость в дополнительных путях отстоя прогреваемых локомотивов, затрудняется их маневрирование. Поэтому прогрев на базе стационарных генераторов тепла в настоящее время применяется только в отдельных депо с развитым путевым хозяйством.
В некоторых депо Горьковской железной дороги используется внешний источник энергии для запуска и остановки дизеля в автоматическом режиме, т. е. в зависимости от температуры воды обеспечивается автоматический прогрев систем дизеля. Однако применение такого способа не исключает работу дизеля на холостом ходу. К тому же очень частый запуск приводит к резкому износу деталей в узлах трения дизеля и к значительному расходу электроэнергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
