Технические науки/4. Транспорт
к.т.н. Мусабеков М.О., соискатель
Джакупов Н.Р.
Казахская академия транспорта и
коммуникаций им. М.Тынышпаева, Казахстан
К оценке топливной
экономичности в эксплуатации
Возможность повышения
топливной экономичности перевозок, выполняемых тепловозами, связывается с
применением на них в качестве силовых установок более совершенных
высокоэкономичных четырехтактных двигателей большой мощности, у которых на режиме
номинальной нагрузки расход топлива составляет (180-200) г/(кВт. ч), т. е.
примерно на (10-15)% меньше, чем в этом
режиме у двухтактных двигателей. На железных дорогах Казахстана эксплуатируются
тепловозы ТЭ10МК с четырехтактными двигателями 7FDL12. Но при сопоставлении
расхода топлива в поездной работе этими тепловозами и тепловозами ТЭ10М с
двухтактными дизелями 10Д100 экономия топлива оказывается меньшей. Тщательный
анализ того, как во время эксплуатации реализуются заложенные в конструкции
дизеля теплотехнические качества, должен способствовать поискам эффективных
мер, направляемых на повышение его топливной экономичности. В качестве критерия,
с помощью которого оценивают теплотехническую эффективность тепловозных
дизелей, часто используют паспортный показатель расхода топлива на единицу
эффективной мощности при работе дизеля в режиме номинальной нагрузки, т. е. по
удельному эффективному расходу на номинальном режиме – qe .
Экономичность дизеля
снижается на таких вспомогательных режимах, как переходные процессы. Они
вызываются изменением нагрузки при ведении поезда, частыми включениями
вспомогательных агрегатов (вентилятора холодильника, компрессора), остановками
и пусками дизеля, а также вследствие затрат топлива для выполнения работы на
собственные нужды дизеля /1/.
Анализ влияния работы
вспомогательного оборудования и различных режимов дизеля в поездной работе на
формирование общего расхода топлива, способствует более полному использованию теплотехнических качеств
дизеля, и определить
величину снижения его эффективного к. п. д.
Совершенствование методов оценки и анализа эксплуатационной экономичности тепловозных дизелей зависит не только от полноты учета такого важного фактора, каким является постоянно изменяющийся в эксплуатации удельный эффективный расход топлива. Для правильного определения и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов необходимо уметь правильно учитывать эксплуатационный коэффициент полезного действия (КПД) и полезную работу выполненную дизелем за время эксплуатации тепловоза.
Расход топлива на тягу поездов зависит от затраченной механической работы локомотива и его КПД на данном режиме т.е.
ЕТ = А /
η (1)
Механическая
работа, затрачиваемая на тягу поездов на определенном участке длиной S, равна:
А
= F·∫dS (2)
где: F- сила тяги тепловоза соответствующая определенному
режиму работы дизеля;
dS - элементарный участок
проходимый тепловозом на определенном режиме работы дизеля.
К участку S могут относиться: участки разгонов или замедления (сила тяги соответствующая переходным режимам работы силовой установки - FП.ПР); участки движения с постоянной скоростью на подъёмах или площадках (сила тяги соответствующая установившимся режимам работы силовой установки на определенной позиции контроллера машиниста - FУР); участки движения с постоянной скоростью на спусках (сила тяги соответствующая работе дизеля на холостом ходу - FХ.Х).
Т.е. суммарная механическая работа, затраченная на тягу на участке - S
будет равна:
А = FП.ПР·∫dS1 + F У.Р·∫dS2 + FХ.Х·∫dS3 (3)
Тогда суммарный расход топлива, затраченный на тягу поездов на участке S составит:
∑ЕТ = ∑ (FП.ПР·∫dS1) / η П.ПР + ∑ (F У.Р·∫dS2 )/ η У.Р + (FХ.Х·∫dS3 )/ η Х.Х (4)
где: η П.ПР,
η У.Р, η Х.Х – КПД двигателя соответственно на переходном
режиме, установившемся режиме и холостом ходу;
dS1 – участок проходимый тепловозом на переходном режиме работы двигателя;
dS2 – участок проходимый тепловозом на установившемся режиме работы двигателя;
dS3 – участок проходимый тепловозом при работе двигателя на холостом ходу.
Скорость движения поезда по участку зависит от расписания, сигналов, предупреждений о порядке следования по перегонам, состояния пути, параметров окружающей среды и т.п. Каждый перевод ручки контроллера машиниста сопровождается переходными процессами в силовой установке тепловоза. Кроме того, переходные процессы возникают при боксовании колесных пар, включении и выключении из работы вспомогательных агрегатов (тормозного компрессора, вентилятора холодильника). Низкая экономичность и повышенная дымность выпускных газов при переходных режимах является результатом неудовлетворительного протекания индикаторного процесса горения топлива и как следствие низкого индикаторного КПД. Низкий КПД соответствует и режиму холостого хода. Из выражения 4 видно что минимальные затраты топлива будут соответствовать движению поезда на установившимся режиме, работы дизеля. Формула 4 не учитывает доли эффективной мощности отбираемой на выполнение работы для собственных нужд дизеля и тепловоза в целом.
Так номинальная мощность дизеля 10Д100 тепловозов ТЭ10М согласно паспортным данным составляет NЕН=2200 кВт. Однако для того, чтобы обеспечить работу дизеля на таком режиме при температуре наружного воздуха 20о С от эффективной мощности отбирается доля, необходимая для привода вентилятора системы охлаждения дизеля NЕВ =150 кВт.
Тогда мощность, используемая для тяги, будет составлять 2200-150=2050кВт.
Т.е. паспортные показатели топливной экономичности искажают истинное значение реализуемого КПД двигателя в сторону улучшения примерно на 10% /2/.
Это приводит к не обоснованному завышению эффективного КПД дизеля тепловоза в эксплуатации.
На разных мощностных режимах работы и в зависимости от особенностей условий эксплуатации доля эффективной мощности отбираемой для собственных нужд дизеля и на вспомогательные агрегаты тепловоза могут изменяться в широких пределах.
Определение эксплуатационного КПД конкретного дизеля, работающего в известных реальных условиях за определенный период времени эксплуатации должен сводиться к определению эксплуатационной характеристики работы дизеля NЕ(τ) и совмещению её с эксплуатационной характеристикой расхода топлива qЕ (NЕ). Указанные характеристики позволяют получить данные о количестве израсходованного топлива и полезно реализуемой работе во всем диапазоне эксплуатационных режимов дизеля за рассматриваемый период.
Литература:
1. Володин А.И. Локомотивные энергетические установки. - М.: Желдориздат,
2002. - 718 с.
2. Хомич А.З.
Топливная эффективность и вспомогательные
режимы тепловозных дизелей. - М.: Транспорт,
1987. – 271 с.