Введение к работе
Актуальность проблемы. Рациональное расходование энергетических ресурсов всегда оставалась актуальной задачей на протяжении всей истории железнодорожного транспорта России. Особую остроту эта проблема приобрела сегодня, в период перехода экономики на рыночные отношения, структурно-футгкционалыюго преобразования системой управления МПС. В этой связи на основании постановления правительства РФ №1078 от 12 ноября 1995г. "О неотложных мерах по энергосбережению" в МПС РФ в 1996г. были разработаны и введены в действие отраслевая "Программа первоочередных мер по реализации потенциала энергосбережений на железнодорожном транспорте в 1996-2000 годах" и указания МПС РФ "Об отраслевой программе по сбережению топливно-энергетических ресурсов (№47 8У от 30 апреля 1996г.) и "О методике анализа расхода энергоресурсов на тягу поездов" (№В-741У от 20 июня 1997г). Основная задача энергосбережения на транспорте - внедрение системного подхода к проблеме, предусматривающей как стимулирование оптимизации энергопотребления, так и разработку научно-технических мероприятий, стабилизирующих уровень энергозатрат и снижающих непроизводительные расходы.
Новая концепция развития научно-технической стратегии железнодорожной отрасли в области обновления парка пассажирского подвижного состава (ППС) предлагает новые критерии оценки качества пассажирского вагона: комфорт и потребительские услуги; стоимость жизненного цикла и коэффициент эксплуатационной готовности и др. В связи с повышением требований к уровню комфортности поездки пассажиров по железной дороге растёт электропотребление современного пассажирского вагона. Для обоснования оптимальной установочной мощности высоковольтных нагревательных элементов водогрейного котла вагона, повышения эффективности рационального использования энергоресурсов, нормирования электропотребления пассажирского вагона важное значение имеет проведение научно-исследовательских работ по изучению электрической нагрузки и режимов электропотребления системой комбиниро-
4 ванного (электроугольного) отопления с учетом многофакторного влияния в условиях эксплуатации.
Цель диссертационной работы - совершенствование организации режимов электропотребления высоковольтными нагревательными элементами (ВНЭ) водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (электроугольным) отоплением путём разработки норм и методов определения расхода электроэнергии ППС, и разработки практических рекомендаций по учёту электропотребления и решения технико-экономических аспектов проблемы.
Для достижения указаний цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка механизма получения и исследований графиков активной нагрузки и режимов потребления электрической энергии высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла пассажирского вагона.
-
Разработка структуры электробаланса ППС, расходная часть которой отражает поступление электроэнергии в высоковольтную магистраль поезда и сумму составляющих погрешности расчета, определяемых по формулам с учётом различных коэффициентов эмпирического характера.
-
Разработка аналитических и статистических методов расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами котла вагона, различных моделей в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и других факторов.
4., Разработка структурной схемы анализа рациональных режимов использования энергоресурсов в ППС, которая при неопределённой информации о режимах ВНЭ котла вагонов позволит выбрать наиболее приоритетные направления в научных исследованиях по рассматриваемой проблеме.
5. Разработка конструкции узла сопряжения, технических требований по изготовлению на, АО "ЛЭМЗ" электронного счетчика энергии постоянного тока на 25 А (3000 В) для внедрения его в высоковольтную магистраль пассажирского вагона.
5 Метод исследования. Для решения поставленных задач использованы теоретические и опытные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием: детерминированных и вероятностно-статистических алгоритмов, методов математической статистики, методов расчёта режимов электрических систем и сетей. Опытные исследования графиков активной электрической нагрузки ВНЭ котла вагонов выполнялись в процессе эксплуатации методом хронометража. Научная новизна диссертационной работы-.
-
Разработаны расчётно-аналитические и расчётно-статистические методы определения потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла пассажирских вагонов разных моделей и ППС в целом с использованием в расчётах нормированных коэффициентов: использования и статистического, а также параметра линейной функции регрессии.
-
Разработана специализированная математическая модель объективной оценки анализа режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов на базе электробаланса активной энергии. Разработана классификация составляющих модель электробаланса - погрешностей, позволяющих отличить расчётные данные расходной части от фактического электропотребления с точностью до 10...15%.
-
Разработана классификация факторов, позволяющая производить оценку расхода электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагонов и приемлемой для проведения анализа эффективности использования энергоресурсов на ППС.
Практическая иетюстъ, внедрение результатов.
Диссертационная работа является частью комплексного исследования, выполненного по заданию Управления Куйбышевской железной дороги (КБШ.Ж.Д.) "Разработка норм, средств учёта и методов расчёта электропотреб-лепия системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов от контактной сети 3000 В" и других НИР.
Разработанная классификация факторов, влияющих на потребление пассажирским вагоном электрической энергии от контактной сети, позволяет определить оптимальное направление в системе организации проведения ГШР по фактическому техническому состоянию нагревательных элементов комбинированного отопления пассажирских вагонов и определить структуру рациональных режимов электропотребления ВНЭ.
Предложены новые технические решения для внедрения электронных счетчиков постоянного тока по учёту расхода электрической энергии системой комбинированного отопления пассажирского вагона от контактной сети (3000 В). Даны рекомендации по совершенствованию систем комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов.
Внедрены на КБШ ж.д. нормированные коэффициенты для расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагона с учётом изменения температуры наружного воздуха и других факторов.
Результаты исследований, рекомендации и выводы использованы при выполнении сопутствующей хоз. договорной научно-исследовательской работы в научно-исследовательской лаборатории "Ресурсосберегающие технологии на транспорте" Самарского института инженеров железнодорожного транспорта, а также при изучении курсов "Электрооборудование вагонов" и 'Техническое обслуживание оборудования пассажирских вагонов".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и межвузовских научно-технических конференциях: "Проблемы транспортного строительства и транспорта" (Саратов: СГУ. 1997 г); "Надёжность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте" (Самара: СамГТУ 6-8 октября 1999г.); "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (Москва; РГОТУПС, 21-22 марта 2000 г.); на НТК Самарского института инженеров железнодорожного транспорта (1997-2000гг), на технических советах КБШ ж.д.
Реачизаиия работы. На основании выполненных в работе исследований разработана инструкция по расчёту расхода электрической энергии ВНЭ котла вагонов как купейного, так и плацкартного типа, с применением научно обоснованных нормированных коэффициентов.
Разработаны технические требования и задания, и изготовлены на АО "ЛЭМЗ" электропные счетчики энергии на 3000 В постоянного тока для установки в высоковольтную магистраль пассажирского вагона. Для этих целей разработан узел сопряжения.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8-ми печатных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 192 страницах машинописного текста, иллюстрирована 40 рисунками, содержит 19 таблиц и состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы на 9 страницах, включающих 100 наименований и приложений. В приложениях содержатся вспомогательные и дополнительные материалы, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы. Приложения содержат 30 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 33 рис. - всего 90 страниц.
