Введение к работе
Актуальность. На железнодорожном транспорте весьма значительная часть потребляемых энергоресурсов идет на обеспечение горячего простоя тепловозов в холодное время года. Так на эти цели во всех видах движения в 2008 г. было израсходовано 502 тыс. т дизельного топлива, в 2009 г. – 530 тыс. т, в 2010 – 517 тыс. т. Таким образом, снижение расходов энергии на единицу транспортной продукции является одной из главных государственных задач. Это подтверждается тем, что на снижение издержек по данному вопросу отводится третий раздел в «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008г. №877р и распоряжением ОАО «РЖД» от 11 февраля 2008г. №269р.
С учетом нарастающего дефицита традиционных источников энергии (нефти, угля, торфа и т.д.) вопросы экономии дизельного топлива приобретают приоритетное значение. Это определяет необходимость совершенствования разработки методов и технических решений, направленных на уход от затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов.
Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре «Локомотивы» и «Электрический железнодорожный транспорт» в Самарском государственном университете путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2006 по 2011 годы. Работа поддержана грантом Самарской государственной академии путей сообщения, стипендиальной наградой правительства РФ и поручением президента ОАО «РЖД» В.И. Якунина по итогам конкурса «Новое звено».
Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование методов, технических и технологических решений, направленных на оптимизацию процессов прогрева тепловоза по критерию минимума расхода дизельного топлива.
Для достижения поставленной цели в работе были поставлены следующие задачи:
провести критический анализ состояния проблемы прогрева тепловоза;
разработать модель процесса охлаждения водяной системы тепловоза, как сложного регулируемого объекта с тепловым аккумулятором и подогревателем;
разработать методику исследования и выполнить математическое моделирование процессов охлаждения маневрового тепловоза с тепловыми аккумуляторами и подогревателем;
выполненить экспериментальные исследования процессов охлаждения и прогрева в системе охлаждения тепловозного дизеля;
рассчитать технико-экономическую эффективность результатов исследования.
Объект исследования: система прогрева тепловоза.
Предмет исследования: тепловые процессы в системе прогрева с внешними источниками тепла в виде теплового аккумулятора и подогревателя.
Методика исследований. При выполнении работы использованы методы математического моделирования теплофизических процессов, методы математической статистики, сходимости эксперимента и обработки результатов исследования, компьютерного моделирования. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в водяной системе тепловозного дизеля выполнена в среде MathCAD. Устройство автоматического управления реализовано на базе ОЭВМ Siemens 80C552, с использованием внутрисхемного эмулятора на стадии отладки программного обеспечения. Программное обеспечение написано на языке C+ с частичным использованием языка Assembler.
Научная новизна работы
Обоснованы особенности построения и разработана математическая модель процессов съема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.
Исследован характер и установлены закономерности протекания процессов съема и отдачи теплоты при использовании теплового аккумулятора и подогревателя.
Исследован и предложен способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя.
Основные положения, выносимые на защиту.
- Способ прогрева тепловозных дизелей с применением теплового аккумулятора и подогревателя, постановка гипотезы исследования.
- Теоретические и экспериментальные исследования тепловых процессов в системе прогрева с использованием тепловых аккумуляторов и подогревателя.
- Методика расчета характеристик теплового аккумулятора и подогревателя для тепловоза.
Достоверность научных положений и выводов.
Достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов, устройств измерений и анализа ошибок; положительными результатами внедрения предложенных технических решений в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинель, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».
Практическая ценность работы
Полученные результаты позволили разработать методику расчета тепловых аккумуляторов и подогревателя, характеристики которых обеспечивают поддержание заданного температурного режима.
Разработанная методика расчета системы теплового аккумулятора и подогревателя позволяет на стадии проектирования рассчитать теплоотдачу системы и определить ее массогабаритные характеристики.
Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, практические результаты, полученные в диссертационной работе, нашли применение в производственной деятельности в локомотивных депо Самара, Пенза, Кинель, Дема Дирекции тяги Куйбышевской железной дороги-филиала ОАО «РЖД».
Полученные результаты получили поддержку президента ОАО «РЖД» Якунина В.И. № ПП-96 от 17.11.09 и старшего вице-президента Гапановича В.А. № П-ВГ-421 от 26.10.09.
Апробация работы. Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2006г., МИИТ), на международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (г. Екатеренбург, 2006г., УрГУПС), на 3-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Самара, 2006г., СамГАПС), на IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2008г., СамГУПС), на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009г., СамГУПС).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 13 печатных работах, в том числе статей – 8 , из них 2 – в ведущих рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, патентов на полезную модель – 5, общим объемом – 3,35 п.л., авторский вклад – 60%.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, заключения, библиографического списка и приложений. Материалы диссертации содержат 126 страниц основного текста, 24 рисунка , 17 таблиц и приложения на 4 страницах. Список использованных источников содержит 122 наименования. Общий объем работы 131 страница.
