Повышение эффективности прогрева маневрового тепловоза в зимнее время за счет использования вторичных энергоносителей

• Автор: Чертыковцева, Наталья Валерьевна
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ

И СИСТЕМ ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗОВ.

1.1. Режим холостого хода.

1.2. Системы прогрева

1.3. Обзор работ по использованию вторичных энергоносителей

при прогреве в зимнее время

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВЬГХЛОПНЫХ ГАЗОВ МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ .

2.1. Анализ конструкции вспомогательных систем

маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

2.2. Энергетический расчет дизеля и КПД системы прогрева .
2.3. Исследование и расчет процессов теплопередачи .
2.4. Математическое моделирование функционирования
системы утилизации энергии выхлопных газов
2.5. Расчет процесса пршрева теплоносителей в режиме включения теплового аккумулятора
2.6. Выводы
3. ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ
МНОГОСЕКЦИОННОГО ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА.
3.1 Анализ и основной комплекс требований
3.2. Разработка теплоаккумулирующих материалов
3.3. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
И ПРОГРЕВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ.
4.1. Процессы утилизации энергии выхлопных газов
4.2. Особенности процесса прогрева тепловоза
4.3. Определение необходимой теплопроизводительности системы прогрева
4.4. Выводы.
5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРОГРЕВА МАНЕВРОВЫХ
ТЕПЛОВОЗОВ НА ОСНОВЕ МНОГОСЕКЦИОННОГО
ГЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА
5.1. Особенности конструкции и принцип работы многосекционного теплового аккумулятора.
5.2. Бортовая установка для прогрева маневровых тепловозов
на основе многосекционного теплового аккумулятора
5.3. Разработка устройства автоматического управления
системой прогрева тепловоза.
5.3.1. Функции устройства. Структурная схема.
Аналитическое описание.
5.3.2. Реализация устройства. Выбор базовых элементов
5.3.3. Функциональная схема устройства автоматического управления системой прогрева.
5.3.4. Структура программного обеспечения.
5.4. Выводы
6. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГРЕВА
6.1. Оценка экономической эффективности системы прогрева
на базе многосекционного теплового аккумулятора.
6.2. Расчет себестоимости системы прогрева
6.3. Формирование отпускной цены бортовой системы прогрева
6.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Классификация систем прогрева
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Методы физикохимического анализа
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Результаты исследования теплоаккумулирующих
материалов
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Копии документов, подтверждающие практическую
реализацию результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ


При пониженной температуре окружающей среды, близкой к 0 С, когда предпусковой прогрев тепловозного дизеля не производят, продолжительность их прогрева до нормальной рабочей температуры колеблется в пределах . При более низких температурах продолжительность прогрева дизеля, даже при наличии средств предпускового подогрева, увеличивается и достигает в среднем . Внедрение специальных систем подогрева дизелей маневровых тепловозов позволит экономить до топлива . Работа дизеля на холостом ходу является наименее эффективным способом прогрева, как с точки зрения экономичности, так и с точки зрения сохранения эксплуатационной надежности. Низкое температурное состояние дизеля значительно ухудшает протекание рабочего процесса чрезмерно возрастает коэффициент избытка воздуха, что приводит к снижению температуры рабочей смеси и, как следствие, увеличеншо периода задержки воспламенения. Также наблюдается некачественное распыливание и сгорание топлива, приводящее к уносу его в выхлопной тракт с выпускными газами, закоксовыванию поршневых колец, интенсивному нагарообразованию на поверхностях выпускного тракта, лопатках соплового аппарата и рабочего колеса турбины турбокомпрессора, а также коррозии цилиндровых втулок в результате конденсации на их внутренней поверхности водяных паров и растворения в конденсате сернистого ангидрида. Низкая полнота сгорания топлива приводит к разжижению моторного масла топливом и, как следствие, вызывает повышенный износ узлов трения дизеля. Все это приводит к снижению ресурса дизеля и увеличению удельного расхода топлива. Согласно инструкции по эксплуатации тепловозов 2ТЭМ прогрев должен осуществляться периодической работой дизеля на позиции контроллера машиниста КМ не ниже восьмой. При назначении указанного режима прогрева принимается во внимание только одно условие предотвращение разжижения масла топливом. Однако в условиях локомотивных депо 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. Поэтому и выбран наиболее простой способ поддержания нормального теплового состояние дизеля при простое. На основании анализа, проведенного В. М. Овчинниковым , можно утверждать, что при назначении режимов прогрева тепловозных дизелей ни заводизготовитель, ни локомотивные депо практически не учитывают такой немаловажный фактор, как экономичность прогрева. Хотя очевидно, что остановка двигателя тепловоза при содержании его в горячем резерве является одним из эффективных способов экономии дизельного топлива. На возможность применения такого способа экономии топлива указывается в работах 6, , 9, но обращается внимание на повышенный износ дизеля при пуске и необходимость установления такого числа остановок и пусков, при котором экономия топлива оправдывает износ двигателя. Дизель тепловоза на стоянках должен останавливаться, если повторный пуск его потребуется не менее чем через мин. По подсчетам специалистов Британских железных дорог цилиндровый дизель на холостом ходу расходует около ,2 кгч топлива, а если он будет останавливаться хотя бы на 5 ч в сутки, то экономия топлива составит 2 . Помимо экономии топлива, это заметно снижает уровень шума и загрязнения воздуха на станциях и депо. В результате исследований , а также практики самопрогрева тепловозов в локомотивных депо были предложены следующие рациональные режимы самопрогрева тепловозов горячего резерва в зимних условиях. При температуре наружного воздуха С и выше двигатель тепловоза при отстое следует останавливать. При этом охлаждение водяной системы дизеля происходит до температуры С. Прогрев осуществлять периодическими пусками дизеля. Послепусковой прогрев производить до температуры воды дизеля равной С на ниже указанных позициях в зависимости от температуры наружного воздуха табл. При температуре наружного воздуха ниже С дизель тепловоза не следует останавливать.