- работа в составе системы мониторинга оборудования предприятия в реальном времени для эксплуатации по техническому состоянию - АСУ; - автоматическая оперативная диагностика состояния оборудования по параметрам вибрации, температуры и частоты вращения вала; - встроенная экспертная система автоматической диагностики с возможностью расширения правил пользователем; - визуальные и речевые сообщения экспертной системы с выводом на головные телефоны; - автоматическая калибровка и самоконтроль системы; - всего две кнопки управления МикроМонитором.

3.8. Режим работы системы.

Выбранное значение Рпод при любых условиях работы должно обеспечить превышение давления потока топлива в опасном сечении РХ над давлением его насыщенных паров Рнас.

Таким образом, для стабильной работы топливной аппаратуры на сжиженном газе или другом легком топливе необходимо выполнить условие:

Рпод РХ> Рнас

Рассчитаны значения минимально необходимого давления подкачки топлива Рпод : для дизельного топлива - 1,8 кг/см , для сжиженного нефтяного газа - 8,5 кг/см .

В силу малой кинематической вязкости сжиженного нефтяного газа и его смеси с дизельным топливом, и их относительно высокой испаряемости и сжимаемости коэффициент подачи топливной системы п при эксплуатации на них снижается. В среднем при работе на сжиженном газе коэффициент подачи топливной системы п на сжиженном нефтяном газе по сравнению со значением п на дизельном топливе, уменьшается на малых подачах до 30%, а на больших - до 16%.

4.2. Расчетно-экспериментальная методика определения воспламеняемости смеси дизельного топлива и сжиженного газа.

На основе графоаналитического метода, предложенного Г. М. Камфером, а также данных А.А.Чарыкова, предположившего, что при прочих равных условиях одинаковому значению ЦЧ соответствует одинаковое значение периода задержки воспламенения, предложена расчетно-экспериментальная методика определения воспламеняемости смеси дизельного топлива, сжиженного нефтяного газа и высокоцетановой присадки. Такими присадками рекомендованы изопропилнитрат, гидроперекись кумола, бутил-нитрат и др.

Предложены аналитические зависимости для оценки воспламеняемости смесей:

ЦЧсм.пр = ЦЧ1* М1+ ЦЧ2 * М2 + ЦЧсм,

где ЦЧсм = ln ЦЧ2 - ln (ЦЧ2 - ЦЧ1) ln (100 * М1);

ЦЧ1 и М1 - соответственно ЦЧ и доля низкоцетанового компонента в смеси; ЦЧ2 и М2 - ЦЧ и доля высокоцетанового компонента (дизельного топлива) в смеси.

Формула (6) выражает величину, на которую повышается значение ЦЧ смеси от действия присадки.

Значение ЦЧ1 низкоцетанового компонента, учитывая природу топлива (парафинового и ароматического основания), вычисляется по формулам:

ЦЧ1П =18,4 + 0,65*OЧ - 6,9*10-3*OЧ2;

ЦЧ1А = 30,1 + 0,25 * ОЧ - 4,7 *10-3*OЧ2;

где ОЧ - октановое число используемого в дизеле альтернативного легкого топлива.

Значение ЦЧ2 для стандартного дизельного топлива вычисляется по выражению:

ЦЧ2 = 18,4 + 0,26* у + 0,0078* у2

где у = 44,7-18* + 18 * t50 - 1,32*2- 1,53 * t502 ;

р9 t50 - плотность топлива и температура выкипания 50% фракции дизельного топлива.

Выборочные расчеты показали, что расхождение при оценке значений ЦЧ топлива и смесей с присадками по предполагаемой методике и моторным методом на установке ИТ9-3 не превышает 7%.

4.3. Метод и математическая модель процессов топливоподачи сжиженного газа.

Приведено описание метода и методика расчета процессов топливоподачи сжиженного газа в топливной аппаратуре тепловозного дизеля ПД1М.

Показана необходимость применения при использовании сжиженных газов динамической теории впрыска, которая базируется на известном волновом уравнении.

Современное состояние теории подобия позволяет научно обоснованно обобщать и распространять физические закономерности единичных процессов на группу им подобных. Методы подобия могут служить основой и для моделирования процессов впрыска топлива в дизелях.

В общем случае необходимыми и достаточными условиями подобия процессов впрыска являются тождественность дифференциальных уравнений, описывающих движение жидкости, и граничные условия у насоса и форсунки в безразмерном виде, а также геометрическое подобие систем топливоподачи.

С использованием общей методологии теории подобия, были рассмотрены процессы, протекающие в топливной системе дизельного двигателя.

Избыточное давление в форсунке р, подъем иглы u и скорость истечения топлива через сопла 0 могут быть выражены через параметры топливной системы и время:

p = f1(H, ст, с, Мп,р0, , , t);

u = f2(H, ст, с, Мп,р0, , , t);

0=f3(H, ст, с, Мп, р0, , , t),

где Н - характеристический ход плунжера; ст = /t - характеристическая скорость плунжера; с - жесткость пружины форсунки; Мп - приведенная масса пружины форсунки; р0 - давление открытия иглы форсунки; - коэффициент сжимаемости топлива; - плотность топлива; t = 0/ - характеристический промежуток времени, соответствующий углу поворота кулачкового вала 0.

Пользуясь теорией размерностей, уравнения (11, 12, 13) можно привести к безразмерному виду:

р/р0 = 1 р0/ст2; р0; с/Нр0; Мп/Н3; /0,

u/H = 2 р0/ст2; р0; с/Нр0; Мп/Н3; /0,

0/ст = 3 р0/ст2; р0; с/Нр0; Мп/Н3; /0,

Анализ уравнений (14), (15), (16) показывает, что параметры геометрически подобных топливных систем, у которых движение плунжера кинематически подобно, должны удовлетворять следующим четырем условииям: Ep = р0/ст2=const; C=р0=const;M = Мп/Н3=const; k8= с/Нр0= const. Это значит, что при выполнении указанных выше условий, диаграммы, отображающие изменение давления р , скорости истечения топлива 0 , подъема иглы u d соответствующих безразмерных координатах p/p0, /0; 0/ст, /0; u/H, /0 для разных систем, совпадут независимо от значений отдельных параметров. Величины Еп, С, Мп и kявляются критериями подобия. При принятых допущениях закон подачи топлива выражается функцией:

Q/Fп cT = f (/0)

Секундный расход топлива через сопло можно записать так:

Q = (y/yмах)fc(2p/)

Если разделить уравнение (18) на Fп cT и приравнять его к уравнению (17), то после несложных преобразований получаем закон подачи топлива в окончательном виде:

p/p0 = f (/0) .

Результаты модельных сравнительных исследований процессов топливоподачи двух разных топлив у ТНВД (рис.1) и форсунки тепловозного дизеля ПД1М показали, что изменение значений давления для топлива с разной сжимаемостью существенно разнится, что требует проведения соответствующих перерегулировок топливной аппаратуры дизеля. Используемая ранее топливная система тепловоза ТЭМ-2 реконструирована сотрудниками Омского государственного университета путей сообщения в универсальную, предназначенную для работы дизельных двигателей как на дизельном топливе, так и на смеси, состоящей из сжиженных нефтяных газов и дизельного топлива [11]. Для сохранения номинальной мощности двигателя при непосредственном впрыске сжиженного газа цикловая подача последнего должна быть эквивалентной теплоте сгорания дизельного топлива. Учитывая разницу объемных теплотворных способностей сжиженного газа и дизельного топлива, необходимо выполнить следующее условие:

VTQH.T = VгQн.г,

где VT и Vг - объемная подача соответственно дизельного топлива и сжиженного газа на один рабочий цикл, мм3 ; QH.T и Qн.г - низшая теплота сгорания соответственно дизельного топлива и сжиженного газа, МДж/л.

Из выражения (21) находим объем сжиженного газа на один рабочий цикл:

Vг = VT (QH.T/ Qн.г ).

Это условие справедливо при допущении, что сгорание обоих видов топлива происходит с одинаковой эффективностью.

Выполнен анализ результатов экспериментов по определению показателей работы дизелей на сжиженном газе и его смесях с дизельным топливом и высокооктановой присадкой.

Экспериментальные данные позволили сделать следующие выводы: - для устойчивой работы двигателя и сохранения оптимального процентного содержания дизельного топлива (не более 20%) в смеси необходимо использование высокооктановых присадок; - работа на указанных смесях возможна при обеспечении давления перед насосом большем чем давление насыщенных паров, при увеличении объемной производительности топливной системы на 40-45%, при регулировке топливной аппаратуры на оптимальные параметры процесса впрыска, при регулировке дизеля по углу опережения впрыска смеси сжиженного газа и дизельного топлива.

4.4. Критерий оценки эффективности использования топлива в виде сжиженного газа.

Ввиду отсутствия стандартной методики в части определения эффективности применения сжиженных газов как для экономии дизельного топлива, так и для одновременного снижения ущерба, причиняемого загрязнением окружающей среды в районе эксплуатации тепловозов, комплексную (обобщенную) оценку энергоэкологических показателей работы тепловоза предлагается оценивать на основе анализа системы «тепловоз - сжиженный нефтяной газ - окружающая среда».

Учитывая причинно-следственные связи, в качестве критерия оценки эффективности использования топлива, предложен комплексный показатель Кээ:

Кээ = птссмKTi

где пт - КПД производства сжиженных газов,

пт = Qbп / (Qbн + Qсжп + Qсжэкс)

Qbп, Qbн , Qсжп , Qсжэкс - соответственно высшая теплота сгорания полезной части топлива сжиженных газов и исходного материала (подготовленной к перегонке нефти), энергия, эквивалентная затратам на производство сжиженных газов и на эксплуатацию установки по производству смесевого топлива; эсм- эффективный КПД дизеля при работе на сжиженных газах (либо на его смесях с дизельным топливом и присадками):

эсм = 3600 рэ/gi * Qн*p

где gi,QH , рэ, pi - соответственно индикаторный расход топлива дизелем, низшая теплота сгорания используемого топлива или смеси, среднее эффективное и индикаторное - gi, Qy, рэ, рi - соответственно индикаторный расход топлива дизелем, низшая теплота сгорания используемого топлива или смеси, среднее эффективное и индикаторное давления в цилиндре дизеля;

Кт[ - коэффициент снижения токсичности по i-му компоненту вредных выбросов дизеля (NOx, СО, СН, сажа, альдегиды), который оценивается так:

КTi = 1 +[(Ci1 - Ci2)/Ci1]

где Сп, Ci2 - концентрации i -го компонента при работе дизеля на сжиженных газах или его смеси с дизельным топливом и присадкой.

Обобщая формулы (23) - (26), можно получить окончательное выражение для оценки энерго-экологического критерия работы дизеля на топливной смеси в виде:

Кээ = [ (1- )*пт + эсм]* эсм[1 + (Ci1 - Ci2)/Ci1]*100%

где - массовая доля конденсата в продуктах сгорания топлива либо смеси.

Данный критерий составил 31,1% и 33,7% при работе на дизельном топливе и смеси СНГ с дизельным топливом соответственно, что указывает на более предпочтительные экономические и экологические показатели при использовании смеси СНГ и дизельного топлива.

4.5. Оценка экономической эффективности применения сжиженных газов для тепловозов ТЭМ-2.

При определении экономической эффективности разработки - перевода дизеля типа ПД1М на сжиженный нефтяной газ кроме различия в стоимости топлива, присадок (бутилнитрата и гидроперекиси кумола) были учтены дополнительные расходы, связанные с дооборудованием дизелей и их систем, а также экономия, образующаяся за счет снижения износа деталей ЦПГ и ТА двигателей. По опытным данным при работе дизеля на смеси 20% дизельного топлива + 78% сжиженного нефтяного газа + 2% присадки срок службы дизелей ПД1М увеличивается в 1,5 раза из-за уменьшения износа деталей ЦПГ и ТА, а также из-за увеличения срока службы моторного масла.

Для оценки экономической эффективности разработки были определены следующие основные показатели: чистый дисконтированный доход (ЧДД), или интегральный экономический эффект, индекс доходности (ИД) и срок окупаемости (Т0). Показатели эффективности определялись из расчета срока службы системы в 10 лет. В результате были получены значения ЧДД > 0 и ИД > 1, что указывает на целесообразность внедрения разработки - перевода дизеля ПД1М на смеси СНГ с дизельным топливом и присадками. Общий годовой экономический эффект разработки составил более 340 тыс. р. на один локомотив.

Глава 5. Опыт эксплуатации модернизированных тепловозов на ЖДЯ.

Сегодня Якутия - самый интересный регион в России по инвестиционной привлекательности. Подтверждением тому служит разработанная Схема развития производительных сил, транспорта и энергетики Республики Саха (Якутия) до 2020 года..

Происходит реализация крупных проектов в электроэнергетике, горнодобывающей промышленности, металлургии. Осуществление этих проектов немыслимо без развитой транспортной инфраструктуры, прежде всего железной дороги. Уже к 2010 году железная дорога будет построена до ст. Нижний Вестях, что напротив Якутска на правом берегу Лены. Это означает более чем двукратное увеличение плеча перевозки грузов. Если сюда добавить увеличение грузов, связанных с реализацией мегапроектов, становится очевидным - парк тепловозов необходимо увеличивать как минимум втрое, существующий обновлять, а надежность работы возводить на принципиально иной уровень.

Железная дорога Якутии - дорога молодая. Дороге всего 15 лет с момента начала её строительства. Но уже сегодня дорога вносит весомый вклад в доставке народнохозяйственных грузов для Республики Саха (Якутия). Открыто пассажирское движение и теперь жители республики могут воспользоваться и железнодорожным транспортом. Имеются беспересадочные вагоны до Москвы, Хабаровска, Благовещенска. Организовано движение багажных вагонов. За текущий год по сравнению с предыдущим годом объём перевозок вырос на 34,3%. Основной груз дороги это: уголь, нефтепродукты, контейнера, строительный груз, продовольствие. Завершено строительство железной дороги до Якутска и, как следствие, увеличение грузопотока на север Республики. А это увеличение плеч обслуживания, локомотивного парка до 30 локомотивов, локомотивных бригад и обслуживающего персонала.

На сегодня плечи обслуживания ОАО АК «Железные дороги Якутии» - это участок Нерюнгри - грузовая - Алдан - Томмот протяжённостью 360 км. Локомотивное хозяйство имеет подменный пункт локомотивных бригад по ст. Нерюнгри грузовая и основное локомотивное депо по ст. Алдан, в котором имеется цех ТО-2 на две секции локомотива и цех ТО-3 на две секции. Цеха регламентированы для проведения ТО-2, ТО-3, ТР-1 локомотивам серии ТЭ10 и ТЭМ2. Имеются цеха: автоматный, топливный, скоростемерный, КРП - все цеха со стендами. Так же имеются цеха: токарный, аккумуляторный, электроаппаратный. Приписной парк локомотивного хозяйства ОАО АК «Железные дороги Якутии» - это: 5 локомотивов - 2ТЭ10М с дизелями Д-100 грузовое движение; 2ТЭ10МК и GE - 3 локомотива с дизелями 7FDL12 грузовое движение; - ТЭП70 - 1 локомотив с дизелем Д -49пассажирское движение; - ЗТЭ10МК - 2 локомотива арендованных с дизелями Д - 49 грузовое движение; - ТЭМ2 - 8 локомотивов с дизелями Д -50маневровое движение..

Из-за отсутствия собственного цеха по обточке и выкатки колесно-моторных блоков такие виды ремонта проводятся пока в депо Тында Дальневосточной железной дороги. А это 490 км. от депо Алдан.

На сегодняшний день в эксплуатации находятся модернизированные магистральные тепловозы ТЭ10М по проекту с использованием оборудования компании «Дженерал Электрик Транспортные Системы» и вариант с использованием отечественного оборудования, в том числе дизеля Д49 производства ОАО «Коломенский завод».

Таким образом, можно сделать некоторые предварительные выводы из наблюдений над тремя секциями с дизелями Д49 производства Коломенского завода, и тремя секциями с дизелями 7FDL производства General Electric.

По Якутской железной дороге на локомотивы установлена следующая весовая норма в грузовых поездах по сериям локомотива: ТЭ10М - дизеля 10Д100: 900 тонн на сек.(летний период) - 800 тонн (зимний период) ТЭ1ОМК - дизеля Д-49: 1000 тонн на сек.(летний период) - 900 тонн (зимний период) Э1 ОМК-дизеля 7FDL12: -1100 тонны на сек.(летний период) - 950 тонн (зимний период). Проведённый сравнительный анализ работы трёх секций модернизированных тепловозов с дизелями 7FDL12 и трёхсекционного модернизированного тепловоза с дизелями Д-49 в суровых климатических условиях - зимой до минус 50 градусов, при обильных снегопадах и летом до плюс 30 градусов приведен в табл.9:

Таблица 9

По депо Алдан будет построен третий корпус локомотивного депо, длиной 126 метров и шириной 60 метров, где установлены два мостовых крана грузоподъёмностью до 25-30 тонн, скатоопускная канава, мастерские и многое другое. В новом цехе проводятся практически все виды ремонта, включая и тяжёлые [12].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В главе 1 сформулированы основные цели и задачи ОАО «ЖДЯ» по модернизации тепловозов. Намечены основные направления исследований и совместной работы всех участников программы модернизации тепловозов. В главе 2 сформулированы главные технические решения по модернизации тепловозов. Разработано исполнение двигателя 10Д100М1Б, соответствующее всем действующим в РФ требованиям (ГОСТам). В главе 3 приведены результаты модернизации совместной работы ОАО «ЖДЯ» и «Дженерал-Электрик», позволившие получить экономический эффект от модернизации 1 ед. тепловоза в год в сумме 6215582 руб., и снизить расходы топлива на 12-25%, масла - 2.5 раза, с увеличением ресурса на30 %. В главе 4 выполнен качественный и количественный анализ возможностей и условий для сохранения на тепловозе смеси дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа. Предложена технология использования смеси дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа для дизелей тепловозов, обеспечивающая улучшение эксплуатационных показателей и снижение затрат на топливо. Исследована и определена степень влияния состава топливной смеси на эксплуатационные характеристики дизелей тепловозов. Разработана математическая модель для оценки эксплуатационных показателей дизелей тепловозов при работе на дизельном топливе, сжиженном нефтяном газе и его смесях с дизельным топливом и присадками. Установлен критерий оценки эффективности работы тепловозов на сжиженном нефтяном газе, его смеси с дизельным топливом и присадками. Проведена оценка эффективности от внедрения технологии использования сжиженного нефтяного газа для работы тепловозов. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет более 340 тыс. р. в год на один локомотив. Полученные новые технические и технологические решения по использованию сжиженного нефтяного газа для работы дизелей тепловозов обеспечивающие снижение затрат на топливо в размере 3 - 5%. В главе 5 приведены итоги эксплуатации модернизированных тепловозов на ЖДЯ.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. В.В.Шимохин. Основные направления модернизации локомотивного парка ОАО АК «Железные дороги Якутии». Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 8-14.

2. В.В. Шимохин. «К необратимым последствиям кризис не привел». Ж-л Транспорт, 2010.г.

3. В.В. Шимохин. ЖДЯ - железное звено транспортной системы. Ж-л «Дальневосточный капитал», Якутск, №7 (131), 2011 г.

4. В.В. Шимохин. Все пути ведут на Север. Ж-л «Транспорт», №3 9!2), 2009 г.

5. В.В. Шимохин. Магисталь развития региона. Ж-л «Транспортное машиностроение», «РЖД-Партнер», №10 (182), Якутск, 2010 г.

6. В.В. Шимохин. Курс на расширение. Газета «Гудок», №132 (24611), 2010 г.

7. Шимохин В.В. «Открытое акционерное общество Акционерная компания «Железные дороги Якутии». Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 79-85.

8. Ишков A.M., Загородский В.Н., Шимохин В.В. «Результаты модернизации локомотивов в условиях ОАО «АК «ЖДЯ». Сб-к докладов II Международной научно-практической конференции «Современные технологии модернизации тягового подвижного состава для предприятий железнодорожного транспорта и частных операторов», г.Киров, 2010 г.., с. 62-64.

9. Ишков A.M., Загородский В.Н., Шимохин В.В., Коваленко Н.А. «Работоспособность уплотнительных устройств в условиях Севера». Сб-к докладов II Международной научно-практической конференции «Современные технологии модернизации тягового подвижного состава для предприятий железнодорожного транспорта и частных операторов», г.Киров, 2010 г., с. 65-68.

Список использованной литературы.

1. A.M.Ишков, О.Н.Жариков. Повышение надежности подвижного состава - основа надежности функционирования транспортной системы. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 26-29.

2. Бондаренко Л.М., Коссов B.C. Модернизация тепловозов типа ТЭ10М с использованием отечественного комплектующего оборудования. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 30-38.

3. Ковалев В.Ю., Момот A.M. Дизель-генераторы 1 ОД 100. Пути совершенствования. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 39-44.

4. Куанышев Б.М. Модернизации магистральных тепловозов железных дорог Казахстана. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 63-68.

5. Балахонов В.В. Модернизация тепловозов Белорусской железной дороги в рамках программы обновления подвижного состава. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 74-78.

6. Винклер Ф. Цеппелин „Power Systems" -15 лет работы в области модернизации тепловозов. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 119-130.

7. Назаров О.Н. Технические решения ВНИИЖТ для улучшения технико-эксплуатационных характеристик тепловозов. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 136-145.

8. Новачук Я.А., Тепляков А.Н., Слободенюк А.С. Проблемы модернизации тепловозов для работы в условиях низких температур. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 146-153.

9. Ташпулатов Ш.И. «Задачи модернизации тепловозов ОАО «АК «ЖДЯ». Сб-к докладов II Международной научно-практической конференции «Современные технологии модернизации тягового подвижного состава для предприятий железнодорожного транспорта и частных операторов», г.Киров, 2010 г.., с. 53-54.

10. Стадальникас С. ЗАО «Вильнюское депо по ремонту локомотивов»: модернизация и ремоторизация подвижного состава. Сб-к докладов Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения». Якутск, М..,2007, с. 58-62.

11. Лукьянченко В.В. Воспламеняемость альтернативных низкоцетановых топлив с инициирующими присадками для транспортных дизелей. Омский научный вестник, 2009, №1 (77), с.70-74.

12. Доля А.Н. Эксплуатация модернизированных локомотивов, преимущества и недостатки. Сб-к докладов II Международной научно-практической конференции «Современные технологии модернизации тягового подвижного состава для предприятий железнодорожного транспорта и частных операторов», г.Киров, 2010 г.., с. 43-48.

Размещено на Allbest.ru