Размещено на http://www.allbest.ru/

Курганский институт железнодорожного транспорта филиал Уральского государственного университета путей сообщения

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОНОМНЫХ ЛОКОМОТИВОВ

Лысенко Д.А

Аннотация

В этой статье описываются история развития некоторых энергосиловых установок автономных локомотивов основные принципы усовершенствования двиготилей автономных локомотивов. Изменение КПД в ходе развития установок

Annotacia

энергосиловой установка автономный локомотив

This article describes the history of some power plants Autonomous locomotives basic principles of improvement of Autonomous locomotives. Changes in efficiency during plant development

Основная часть

За многолетнюю историю формирования людской культуры народом основано большое число промышленных концепций и предметов (приборов, автомобилей, агрегатов, устройств и т. п.), какие в наше время период оформляют техносферу, важную среди народом и природой. Присутствие этом каждое техническое устройство формироваться в собственное период с целью исполнения конкретной функции.

Во все без исключения периода формирования людей в деятельности лица согласно удовлетворению собственных нужд была автотранспортная роль, т. е. передвижение тел, объектов, веществ и наиболее себе в месте. С целью исполнения данной функции человеком основано колоссальное количество чередующихся в времени все без исключения наиболее результативных промышленных средств с целью транспортировки - с простых катков вплоть до современных машин и локомотивов, самолетов.

На базе высококачественно рассмотрения стадий «существования» промышленных предметов конкретного многофункционального направления и их узкопотребительских свойств возможно совершить заключение о этом, то что создаваемые человеком промышленные предметы с временем меняются, улучшаются, т. е. формируются. И данная процедура формирования содержит абсолютно конкретную направленность во времени, таким образом равно как совершается около влиянием желания лица к удовлетворению собственных регулярно возрастающих нужд (равно как согласно их числу, таким образом и согласно качеству). Несомненно, данное характерно и этому типу промышленных предметов, равно как энергосиловая монтаж независимого локомотива. Она в протяжение 2-ух веков формирования жд автотранспорта и автономных локомотивов (паровоз - тепловоз - турбовоз) кроме того менялась (паровая поршневая машина, паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания, турбинный двигатель), кроме того развивалась.

Не порождает сомнения, то что эффективность и результативность современного творчества экспертов и инженеров согласно совершенствованию имеющейся и созданию новейшей технической в существенной уровня находятся в зависимости с всесторонности учета выделиться развития техники в прошлом, с познания законов её формирования, перемены (усовершенствования) критериев свойства, какие имеют все шансы являться определены в базе рассмотрения события ранее состоявшегося формирования технических объектов.

Изучение развития техники дает возможность раскрыть и описать благоприятный опыт успешного постановления возникавших ранее вопросов инженерного творчества, а затем применять его в постановлении нынешних вопросов. Исследование конструктивной эволюции дает возможность понять в деталях и рассмотреть процесс извлечения видных изобретений, основательно изучить работу и опыт видных конструкторов и экспертов. Исследование развития предоставляет базу с целью развития закономерностей структуры и формирования технической, понимание каковых упрощает пребывание новейших, результативных и многообещающих промышленных заключений.

Использование тепловых двигателей в в качестве силовой установки

Рисунок 1 Паровой двигатель

Эффективность тепловых двигателей в качестве силовой установки расценивается совокупностью последующих характеристик: мощность, коэффициент полезного действия, удельный расход горючего в единицу вырабатываемой энергии и его цена, размеры и вес, регулируемость, динамические свойства, вредоносное влияние в окружающую среду. Более чем за полуторавековой промежуток использования коэффициент полезного действия паровоза увеличился с 2 - 3 % вплоть до 9 - 12 % за счет перемены характеристик паросиловой конструкции (увеличения давления и температуры пара, использования пароперегревателей и компаундного расширения, улучшения парораспределения, использования конденсации пара и др.). При этом постоянным сохранилось промышленное разрешение - рабочее тело (пар) получалось из воды, на что тратилась существенная часть выделяющейся энергии при сжигании в топке горючего, что напрасно выбрасывалась в атмосферу с отработавшим паром. Это был основной недостаток используемого в паровозе технического решения.

Увеличение результативных характеристик паровоза во многом зависит от давления и температуры пара. Температура пара обусловливается площадью колосниковой решетки, находящейся в топке, и поверхностью нагрева парового котла. Синхронное повышение данных характеристик и использование конструктивных дополнений в паросиловой энергоустановке предоставило рост КПД паровоза.

Использование двигателей внутреннего сгорания в качестве силовой установки

Рисунок 2 Дизельный двигатель

Переход от паровозов к тепловозам осуществлен за счет смены паросиловой конструкции двигателем внутреннего сгорания (дизелем), в коем использовано новейшее промышленное разрешение теплового двигателя получение рабочего тела из воздуха и продуктов сгорания горючего в рабочей полости цилиндра. При этом отсутствуют утраты энергии в процесс «жидкость - пар», т. е. теплота расходуется только в увеличение температуры и давления рабочего тела, т. е. его возможной энергии. Это позволило в несколько раз увеличить КПД тепловоза по сравнению с КПД паровоза. В дальнейшем за счет использования ряда полезных усовершенствований, направленных в усовершенствование характеристик (увеличение степени сжатия, использование прямого впрыска горючего с целью внутреннего смесеобразования, самовоспламенения рабочей смеси, разных методик наддува и др.), коэффициент полезного действия тепловозов был завышен с 0,15 - 0,20 вплоть до 0,35 - 0,4. Проследим изменение характеристик теплосиловой конструкции тепловозов советской и российской постройки.

Повышение эффективных показателей тепловоза во многом зависит от степени сжатия и давления наддува. Увеличение этих параметров и применение конструктивных дополнений в дизельной энергоустановке дало снижение удельного эффективного расхода топлива с 224 до 191,5 г/кВт-ч.

В ходе развития тепловозной тяги к настоящему времени выявился дефект тепловозов -ограничение дальнейшего роста агрегатной мощности дизеля по габаритам и массе, что вызвано в основном наличием у него возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Недостатком является и необходимость использовать высококачественное, дорогостоящее топливо. Эти дефекты могут быть устранены заменой дизеля на газотурбинный двигатель (тоже разновидность теплового двигателя), в котором использованы такие технические решения, как сжигание топлива в отдельной камере сгорания и преобразование потенциальной энергии рабочего тела в механическую энергию в каналах между лопатками вращающегося ротора. Это позволяет значительно снизить массу и габаритные размеры энергосиловой установки, уменьшить ее сложность и существенно снизить трудоемкость и стоимость технического обслуживания и ремонта, применять более дешевые сорта топлива.

Максимум КПД газотурбинного двигателя находится в области 70 - 80 %ной мощности, что в наибольшей степени соответствует закону использования мощностей магистральных локомотивов в условиях эксплуатации. Выбор схемы и конструкции газотурбинных двигателей целесообразно увязывать с назначением, условиями работы локомотива, с возможностями отечественного газотурбостроения. Для газотурбовозов грузовой службы необходимо стремиться к достижению максимально возможного (на уровне дизельного) КПД даже за счет серьезного усложнения и удорожания машины.

В 60-х гг. в СССР возник интерес к атомным локомотивам. Таких локомотивов и сегодня в мире еще нет, но проработки проектов выполняются в наше время и на самом современном уровне. Принцип действия локомотива с ядерной силовой установкой не отличается от принципа действия всех автономных локомотивов. Ядерная силовая установка - атомный реактор - является тепловым генератором, т. е. источником тепловой энергии, которая выделяется в процессе цепной реакции деления (распада) атомов ядерного топлива. При помощи теплоносителя эта энергия так же, как на АЭС, должна быть передана в теплообменнике рабочему телу, которое в каком-то тепловом двигателе, в свою очередь, преобразует свою тепловую энергию в механическую работу, которую далее можно использовать для создания силы тяги.

При реализации этого принципа возникает необходимость решения ряда сложных технических задач: определение вида рабочего тела, невозможность быстрого изменения нагрузки, значительная масса биологической защиты реактора. К тому же, пока нет ясности, где на железных дорогах мира можно эффективно использовать преимущества ядерной силовой установки, дающей возможность локомотиву длительно находиться в автономном и безостановочном движении.

Резкое усиление требований к безопасности ядерной силовой установки, экологической чистоте и абсолютной радиационной защите, трудно обеспечиваемых в условиях напряженной работы железнодорожного транспорта, делает в настоящее время задачу создания атомного локомотива пока не актуальной.

Развитие криогенной техники и ее изучение специалистами локомотивостроения в процессе создания газотепловозов позволили рассматривать в качестве перспективных энергетических установок для автономных локомотивов некоторые источники энергии, еще не достигшие стадии промышленного применения, например, топливные элементы. Локомотив на топливных элементах теоретически мог бы иметь определенные преимущества по сравнению с обычным тепловозом - отсутствие теплового генератора и связанных с преобразованием в нем потерь энергии. Однако для энергетической установки на топливных элементах необходимы значительно большие размеры охлаждающих устройств, чем у тепловозного дизеля. Требуются аккумуляторы энергии для обеспечения собственных нужд локомотива, прицепной криогенный тендер для запаса жидкого водорода и т. п. Выполненные расчеты показали, что локомотив такого типа не может иметь очевидных технико-экономических преимуществ по сравнению с обычным тепловозом - сокращение затрат на топливо в эксплуатации будет перекрываться в приведенных расходах значительно большей стоимостью самого локомотива и увеличением затрат на его обслуживание.

Таким образом, развитие энергосиловых установок автономных локомотивов за два века связано с изменениями технических решений в рамках тепловых двигателей (паровая машина - двигатель внутреннего сгорания газотурбинный двигатель) и более многочисленными конструктивными изменениями в рамках каждого технического решения, направленными на улучшение параметров.

Литературный список

1. Половинкин, А. И. Основы инженерного творчества [Текст]: Учебноепособие / A. И. Половинкин. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

2. Четвергов, В. А. Основы методологии научно-технической деятельности [Текст] / B. А. Четвергов / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 78с.

3. Локомотивные энергетические установки [Текст]: Учебник / А. И. Володин, В. З. Зюба-нов и др.; Под ред. А. И. Володина. М.: Желдориздат, 2002. 718 с.

Размещено на Allbest.ru