Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов прогрева тепловозных дизелей 10
1.1. Использование режима холостого хода 12
1.2. Использование специальных систем прогрева 20
1.3. Обзор работ по исследованию охлаждения и прогрева тепловозов ... 32
1.4. Основные выводы и постановка задач исследования 36
2. Математическое моделирование теплообменных процессов в режимах охлаждения - прогрева 38
2.1. Общие положения 38
2.2. Анализ конструкции вспомогательных систем рассматриваемых тепловозов 39
2.3. Обоснование и программа теоретических исследований 44
2.4. Разработка математической модели процессов теплообмена 45
2.4.1. Анализ нестационарных режимов теплообмена в системах
дизеля 45
2.4.2. Уточненная методика расчета процессов охлаждения и прогрева... 48
2.5. Результаты численного моделирования теплообменных процессов... 55
2.5.1. Расчет процессов охлаждения и прогрева 59
2.6. Проверка адекватности разработанной математической модели 67
2.7. Допустимое время простоя тепловоза с остановленным дизелем 70
2.8. Влияние скорости воздушного потока на интенсивность теплообмена 71
2.9. Результаты математического моделирования и выводы 74
3. Разработка технических систем прогрева силовых установок тепловозов 76
3.1. Бортовая установка для прогрева тепловозов от внешнего источника электроэнергии 76
3.1.1. Особенности конструкции и принцип работы установки 76
3.1.2. Расчет мощности, потребляемой для прогрева g2
3.2. Способ прогрева тепловозов от внешнего источника
электроэнергии 86
3.2.1. Прогрев от работающей ДГУ другого тепловоза 87
3.2.2. Прогрев от электровоза переменного тока, или стационарного источника электроэнергии 90
3.2.3. Рекомендации по использованию способа прогрева 93
3.3. Стационарная установка для прогрева тепловозов от тепловой энергии котельных установок депо 96
3.3.1. Расчет основных параметров стационарной установки 101
3.4. Выводы 115
4. Экспериментальные исследования процессов теплообмена 118
4.1. Особенности процесса охлаждения тепловоза 118
4.1.1. Методика проведения экспериментальных исследований 118
4.1.2. Результаты экспериментальных исследований распределения температур по участкам систем тепловоза 120
4.2. Особенности процесса прогрева тепловоза 129
4.2.1. Результаты экспериментальных исследований бортовой
установки 129
4.2.2. Результаты экспериментальных исследований способа прогрева... 131
4.3. Оценка тепловых потерь тепловоза 136
4.3.1. Тепловые потери водяной и масляной систем 136
4.3.2. Тепловые потери топливной системы 141
4.3.3. Общие тепловые потери тепловоза и определение необходимой теплопроизводительности систем прогрева 142
4.4. Выводы 146
5. Экономическая эффективность разработанных систем прогрева 148
5.1. Оценка экономической эффективности бортовой установки 149
5.2. Оценка экономической эффективности способа прогрева 155
5.3. Оценка экономической эффективности стационарной установки 161
5.4. Выводы 163
Заключение 165
Список использованных источников
- Обзор работ по исследованию охлаждения и прогрева тепловозов
- Проверка адекватности разработанной математической модели
- Стационарная установка для прогрева тепловозов от тепловой энергии котельных установок депо
- Результаты экспериментальных исследований распределения температур по участкам систем тепловоза
Введение к работе
Затраты на энергоресурсы являются одной из наиболее значительных статей расходов в народном хозяйстве страны и в отрасли.
В соответствии с «Программой энергосбережения на железнодорожном транспорте на 1998 - 2000 гг. и в период до 2005 г.» /1/, утвержденной указанием МПС № Б-1166у от 19.10.98 одним из основных направлений принято снижение расхода топлива в локомотивном хозяйстве.
Существенным резервом экономии энергоресурсов в отрасли является снижение расхода топлива тепловозами «горячего» резерва, дизели которых работают в не экономичном режиме - режиме самопрогрева.
В целом по сети железных дорог РФ для прогрева силовых установок автономных локомотивов в холодное время года затрачивается в год более 5 % всего дизельного топлива, используемого на тягу поездов 121. Непроизводительные затраты топлива представляет значительную долю в расходах локомотивного депо, если учесть, что затраты на топливо составляют до 55 % всех эксплуатационных затрат тепловозных депо.
В связи с этим совершенствование и разработка различных конструктивных и организационно-технологических мероприятий, направленных на уменьшение затрат дизельного топлива на прогрев тепловозов является важнейшей отраслевой и народнохозяйственной задачей /3, 4/.
Цель работы
Разработка и исследование конструктивных и организационно-технологических методов, направленных на повышение эффективности прогрева силовых установок автономных локомотивов при отстое в холодное время года.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- проведен анализ существующих методов и систем прогрева силовых установок тепловозов при длительных отстоях в холодное время года;
выполнено математическое моделирование теплообменных процессов в системах дизеля;
исследован характер и установлены закономерности теплоотдачи различных участков и систем силовой установки;
выявлены наиболее интенсивно охлаждающиеся участки вспомогательных систем дизеля, ограничивающие время безопасного простоя тепловоза с неработающим дизелем;
предложена уточненная методика расчета теплообменных процессов в системах дизеля, позволяющая установить зависимость изменения температуры теплоносителя от времени с учетом влияния скорости воздушного потока на интенсивность теплоотдачи силовой установки тепловоза в процессе охлаждения и прогрева;
- разработаны технические системы прогрева силовых установок от
внешнего источника энергии при отстое в холодное время года;
эффективность систем прогрева доказана экспериментальными испытаниями натурных образцов на тепловозах;
выполнен расчет экономической эффективности предложенных систем прогрева силовых установок автономных локомотивов.
Объект исследования
Локомотивы серий 2ТЭ10М, ТЭМ2 и ЧМЭЗ.
Основные методы научных исследований
Теоретические и экспериментальные исследования процессов естественного охлаждения и прогрева силовых установок тепловозов проведены на основе методов математического моделирования и основных положений теории регулярного теплового режима. Основные расчетные соотношения получены с использованием дифференциального и интегрального исчислений. Эксперименты проведены на тепловозах серий 2ТЭ10М, ТЭМ2 и ЧМЭЗ. Обработка результатов математического моделирования теплообменных процессов в системах дизеля и экспериментов выполнена с помощью ПЭВМ и программы MathCAD.
7 Научная новизна
Разработана математическая модель для оценки динамики процессов прогрева и охлаждения силовых установок тепловозов в условиях низких температур окружающей среды, учитывающая влияние температуры и скорости окружающего воздуха на протекание теплообменных процессов.
Предложена уточненная методика расчета теплообменных процессов в элементах технических систем тепловозного дизеля.
Выявлены закономерности процессов прогрева и естественного охлаждения технических элементов силовой установки тепловоза в условиях низких температур.
4. Разработана приближенная классификация методов, технических
средств и способов прогрева силовых установок тепловозов.
5. Исследован и предложен новый способ и усовершенствованы извест
ные способы прогрева силовых установок тепловозов в период отстоя.
Основные положения, выносимые на защиту
Математическая модель для оценки динамики процессов естественного охлаждения и прогрева теплоносителей во вспомогательных системах тепловозов.
Усовершенствованные технические системы прогрева силовых установок тепловозов от внешнего источника энергии.
Новый способ прогрева силовых установок методом прокрутки ДГУ от внешнего источника электроэнергии.
Рациональная классификация методов, технических систем и способов прогрева силовых установок тепловозов.
Закономерности процессов прогрева и естественного охлаждения технических элементов силовой установки тепловоза в условиях низких температур.
8 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 и систем прогрева силовых установок тепловозов в локомотивных депо Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Красноярской железных дорог; оценкой адекватности разработанной математической модели реальным теплообменным процессам в режимах естественного охлаждения и прогрева силовых установок автономных локомотивов.
Практическая ценность
Разработанная математическая модель и уточненная методика расчета теплообменных процессов позволяют оценить динамику естественного охлаждения и прогрева теплоносителей во вспомогательных системах тепловозного дизеля при различной температуре и скорости окружающего воздуха.
Разработанные и предложенные эффективные технические решения и системы прогрева силовых установок автономных локомотивов позволяют получить реальный экономический эффект от сокращения расхода топлива при отстое тепловозов в холодное время года.
3. Разработанная приближенная классификация методов, технических
средств и способов прогрева силовых установок тепловозов позволяет выбрать
наиболее удачную систему в условиях конкретного локомотивного депо, уточ
нить основные требования к типу и конструкции системы прогрева, облегчить
расчет и проектирование, провести технико-экономическое сравнение различ
ных вариантов.
Реализация результатов работы
Бортовая установка для прогрева силовых установок автономных локомотивов внедрена в локомотивных депо Омск, Топки Западно-Сибирской железной дороги. Способ прогрева силовых установок от внешнего источника
9 электроэнергии - в локомотивных депо Новосибирск, Барнаул, Карасук Западно-Сибирской железной дороги, в локомотивных депо Красноярск, Ужур Красноярской железной дороги и Иркутск Восточно-Сибирской железной дороги.
Апробация работы
Основные положения, результаты исследований, выводы и рекомендации по прогреву силовых установок автономных локомотивов в холодное время года докладывались и обсуждались на третьей научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» - Москва, 2000; сетевом инновационном форуме «ТрансСибВуз-2000» - Омск, 2000; научно-технической конференции «Молодые ученые на рубеже XXI века» -Омск, 2001; дорожной теплотехнической конференции «Использование топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов за июль и 7 месяцев 2001 года» - Новосибирск, 2001; научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» - Омск, 2001.
Публикации
Основное содержание работы опубликовано в 10 печатных работах, в том числе в центральных и отраслевых изданиях и отражено в 5 научно-исследовательских отчетах.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников (101 наименование) и трех приложений, содержит 61 рисунок и 23 таблицы. Общий объем работы 189 страниц.
Работа выполнена на кафедре «Локомотивы» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС).
Экспериментальные исследования проведены в локомотивных депо Омск, Новосибирск, Топки, Карасук, Барнаул Западно-Сибирской железной дороги, Красноярск, Ужур Красноярской железной дороги и Иркутск Восточно--Сибирской железной дороги.
Обзор работ по исследованию охлаждения и прогрева тепловозов
В 60 - 70-х годах проблема прогрева силовых установок тепловозов также приобрела актуальность и за рубежом, в частности в научно-исследовательском центре государственных железных дорог ФРГ в Мюнхене изучалось распределение температур в элементах силовой установки тепловоза 218 (Ne ном = 1839 кВт) при свободном охлаждении /40/. На основании анализа распределения температур, сделан вывод о значительной неравномерности охлаждения различных элементов силовой установки, что создает угрозу замерзания воды в некоторых их них.
Одновременно в ГДР проводились подобные исследования на тепловозе BR 120 /41/. В результате проведенных исследований было установлено, что после остановки дизеля и прекращения циркуляции воды происходит накопление тепла и подъем температуры в контуре. Однако естественная циркуляция воды настолько мала, что не может передать эту долю теплоты всему контуру, поэтому имеет место локальный подъем температуры в элементах водяной системы непосредственно дизеля и вблизи него. Кроме того, после остановки дизеля при низких температурах наружного воздуха в связи с отсутствием принудительной циркуляции наблюдается различная степень охлаждения элементов водяной системы. В блоке дизеля вода охлаждается относительно медленно, а в секциях холодильника и в определенных трубопроводах происходит быстрое охлаждение. Вследствие этого при последующем пуске дизеля горячие еще детали попадают под «холодный водопад», что нежелательно.
Исследования /42/, выполненные А.П. Палиховым и В.И. Евдокиенко на тепловозах ТЭЗ в условиях Дальнего Востока, дали подобные результаты.
Для оценки возможности поддержания допускаемых температур воды в системе охлаждения дизеля тепловоза 2ТЭ10Л при низкой температуре окружающего воздуха ЦНИИ МПС проводились теплотехнические испытания в поездном режиме и при отстоях с неработающем дизелем. Испытания проводились при температурах наружного воздуха -27 и -31 С и скорости воздушного потока 3-5 м/с при зачехленном и расчехленном холодильнике. Результаты испытаний опубликованы Е.Я. Рогачевым в работе /43/. В результате проведенных испытаний сделан вывод, что при полном зачехлении холодильника нет необходимости в непрерывной работе дизеля для прогрева при отстое, в условиях температуры наружного воздуха до -30 С.
Во ВНИТИ проводились исследования теплового состояния одноконтурной водяной системы охлаждения тепловоза ТЭ109 /11/, а также системы охлаждения тепловоза ТГМЗ /44/ при свободном охлаждении. Первый тепловоз предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом, второй -широко используется в промышленности. В работе /11/ О.В. Смышляев и Е.Б. Черток отмечают неравномерность охлаждения водяной системы, что создает опасность местного замерзания ее при относительно высокой температуре воды в дизеле. Таким образом, при температуре наружного воздуха -21 С за три часа простоя вода в трубопроводе у калорифера охлаждается до 3 С, а в дизеле только до 42 С. Масло в картере дизеля охлаждается равномерно и медленно. Установлено, что время охлаждения масла от 70 до 15 С (минимальная температура масла по условиям запуска дизеля типа Д49) при температуре наружного воздуха 0 и -25 С соответственно составит 19 и 12 ч.
В работе /45/ те же авторы приводят полученную линейную зависимость теплопотерь водяной системы тепловоза ТЭ109 с неработающим дизелем от температурного напора между водой и наружным воздухом. Температурное состояние масла и топлива во внимание не принималось.
В этих же работах авторами исследовалась возможность прогрева систем тепловоза ТЭ109 с помощью модернизированного котла-подогревателя ПЖД-600Д и электронагревателей. В результате установлено, что предпусковой прогрев водяной системы от 20 до 40 С обеспечивается при температуре атмосферного воздуха -25 С. Электрическая система прогрева мощностью 32 кВт при температуре наружного воздуха до -30 С способна поддерживать температуру теплоносителей на уровне +20 С.
Процессы охлаждения силовой установки маневрового тепловоза ТЭМ2 были широко исследованы С.Г. Грищенко /46 - 49/. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований режимов охлаждения радиаторной секции предложена методика расчетного определения распределения температур в секции /49/. При этом секция рассматривалась как система, состоящая из большого числа элементов, а охлаждение как два одновременно происходящих процесса: теплоотдача элементом секции в окружающую среду и перетекание теплоты от более нагретого элемента к менее нагретому. Указанная методика позволяет находить распределение температур жидкости в радиаторной секции в режиме охлаждения свободной конвекцией при известных начальных температурах, с учетом изменения температуры окружающего воздуха. Однако исследованный автором тепловоз ТЭМ2 имеет кузов капотного типа и отличную от магистральных тепловозов силовую установку, включая системы, что не позволяет применить разработанную методику на магистральные тепловозы.
Проверка адекватности разработанной математической модели
Для проверки соответствия разработанной математической модели реальном процессам охлаждения - прогрева силовой установки тепловоза проведены экспериментальные исследования процессов охлаждения - прогрева силовой установки тепловоза серии 2ТЭ10М в локомотивных депо Карасук, Новосибирск и Барнаул Зап.-Сиб. железной дороги /71 - 73/. В процессе исследований предусматривалось измерение температуры воды в нижнем ярусе водяных секций первого и второго контуров. Результаты экспериментальных исследований показаны нарис. 2.11 -2.13.
Как видно из рис. 2.11 - 2.13, результаты экспериментальных с достаточной точностью совпадают с результатами теоретических исследований (отклонение значений 5 не более 5 %), что свидетельствует об адекватности разработанной математической модели реальным процессам охлаждения - прогрева силовой установки тепловоза. Проверка адекватности произведена по формуле, %: 8 = - -100, (2.32) Р где тэ, Тр- соответственно время охлаждения воды, определенное в результате эксперимента и из расчета, ч.
Допустимое время простоя тепловоза с остановленным дизелем будет определятся минимально допустимой температурой воды в наиболее интенсивно охлаждающихся участках водяной системы.
Таким образом, зная начальную tB0H (tB0H = 75 и 55 С соответственно для первого и второго контуров водяной системы) и конечную tB0 = 40 С температуры воды в процессе охлаждения по выражениям (2.17)-(2.18) определим допустимое время простоя тепловоза 2ТЭ10М (рис. 2.14).
Анализируя данные, полученные на рис. 2.14 можно заключить, что в зимних условиях эксплуатации тепловоз «горячего» резерва может простоять с остановленным дизелем продолжительное время. Следовательно, останавливая дизель на это время, можно существенно уменьшить расход топлива на прогрев тепловоза.
Для выявления влияния скорости воздушного потока V на теплоотдачу силовой установки тепловоза были проведены экспериментальные исследования процесса охлаждения силовой установки тепловоза с остановленным дизелем при температуре наружного воздуха t0 = 0 С и средней скорости воздушного потока V = 3 и 5 м/с (рис. 2.15).
Наложив полученные кривые на кривые охлаждения воды при отрицательной температуре наружного воздуха, выявим наиболее близкие зависимости (рис 2.16).
Анализируя полученные данные, можно заключить, что изменение температуры воды при температуре наружного воздуха t0 = 0 С и скорости воздушного потока V = 3 и 5 м/с эквивалентно изменению температуры воды при безветренной погоде и температуре наружного воздуха t0 = -5 и -10 С соответ Таким образом, можно сделать вывод, что изменение скорости воздушного потока на 1 м/с эквивалентно (по воздействию на теплоотдачу силовой установки в окружающую среду) изменению температурного напора между силовой установкой и наружным воздухом примерно на 2 С.
Другими словами, теплоотдача прогретой до одного и того же уровня силовой установки будет примерно одинакова как при температуре наружного воздуха -10 С и скорости воздушного потока 5 м/с, так и при температуре -20 С при безветренной погоде.
Такое положение подтверждается результатами исследований ВНИТИ, выполненных для тепловоза 2ТЭ116 с остановленным двигателем /74/.
Таким образом, возможно аналитически оценить влияние скорости воздушного потока на теплоотдачу силовой установки тепловоза.
Воспользовавшись зависимостью (2.30) и введя коэффициент ф, учитывающий влияние скорости воздушного потока получим следующее выражение: t„i = (С - ФО е щх + ф!0. (2.33)
Подставляя ф, tBjH, t0, ти в выражение (2.33) можно определить изменение температуры теплоносителя в процессе охлаждения силовой установки тепловоза, с учетом влияния воздушного потока.
Также можно учесть влияние скорости воздушного потока на теплоотдачу силовой установки тепловоза в процессе прогрева последней.
Воспользовавшись зависимостями (2.30) и (2.21), (2.22) и введя коэффициент ф, учитывающий влияние скорости воздушного потока получим следующее выражение: tBi = QBcyM/ + (tB1H - cpto - QBcy7o})e-w T + cpto. (2.34) Подставляя величины QBcy7(0i, ф, tBiH; t0, і и м, в выражение (2.34) можно определить изменение температуры теплоносителя в процессе прогрева силовой установки тепловоза, с учетом влияния воздушного потока.
Стационарная установка для прогрева тепловозов от тепловой энергии котельных установок депо
ХА - пантограф; QF - главный выключатель; TV - тяговый трансформатор; QS - вторичная секционированная обмотка тягового трансформатора; VD1, VD2 - диодные мосты; LI, L2 - сглаживающие реакторы; Ml ...М4 - тяговые электродвигатели; КМ1, КМ2 - главные пусковые контакторы тяговых электродвигателей электровоза; 3 - зуммер тепловозный; APT - автоматическое реле температуры; П1...П6 - пусковые контакторы тяговых электродвигателей тепловоза; ТГ - тяговый генератор; П - пусковая обмотка тягового генератора; ДП - дополнительная обмотка тягового генератора кабелей в трубах и ограждение участка железобетонным забором-экраном (рис. 3.8).
При прокрутке ДГУ не исключается функционирование штатной системы воздухообеспечения, что, естественно, будет отрицательно сказываться на эффективность прогрева систем дизеля. Это объясняется тем, что тепловые потери в окружающую среду будут пропорционально зависеть от температуры наружного воздуха и составлять порядка 70 - 80 % от общего подводимого тепла. Для исключения такого фактора необходимо в процессе прогрева систем закольцовывать выпускной тракт дизеля с всасывающим патрубком турбокомпрессора. Поставленная задача решается путем использования суфле улиткообразной формы (рис. 3.9), выполненной из двухслойной стеклоткани с теплоизоляционной прослойкой и весом не более восьми килограмм (тепловозы с кузовом капотного типа), или путем снятия крышек смотровых люков выпускных коллекторов (тепловозы с кузовом вагонного типа).
Эффективность закольцованного воздушного потока по контуру дизель -турбокомпрессор - дизель, объясняется тем, что исключается выпуск в атмосферу нагретого воздуха из цилиндров дизеля и также исключается проход потока холодного воздуха через штатный водовоздушный теплообменник. Рекомендации по использованию способа прогрева
В локомотивных депо, имеющих парк электровозов переменного тока, экономически целесообразно использовать электроэнергию для прогрева от выпрямительной установки силового трансформатора электровоза.
В локомотивных депо, имеющих ограничения по электроснабжению, рекомендуется в качестве источника использовать один из прогреваемых тепловозов, при этом потенциалы его тягового генератора следует подключить к общей силовой линии. Таким образом, одновременно можно прогревать несколько тепловозов.
В локомотивных депо, имеющих развитое путевое хозяйство, рекомендуется организовывать участки отстоя локомотивов. При этом участки отстоя следует планировать в зонах наименьшего воздействия воздушного потока, или путем ограждения их забором-экраном.
С целью сокращения материальных затрат рекомендуется монтировать силовую линию в виде воздушной проводки с использованием железобетонных опор.
В качестве перспективы внедрения системы прогрева желательно на участках отстоя устанавливать стационарные источники электроэнергии с тири-сторными системами управления.
Подключение, отключение, контроль и управление должен осуществлять машинист, занятый на прогреве тепловозов.
Разработанный способ прогрева силовых установок тепловозов методом прокрутки ДГУ от внешнего источника электроэнергии позволяет:
1) оперативно, в местах длительного отстоя тепловозов, производить прогрев водяной системы дизеля, картерного масла, дизельного топлива, кабины локомотива, а также обеспечивать подзарядку аккумуляторной батареи по штатной схеме;
2) в аварийных ситуациях обеспечивать автоматическое отключение схемы от энергосети и оповещение в виде звукового сигнала;
3) путем закольцовывания выпускного тракта с всасывающим патрубком турбокомпрессора снизить тепловые потери в окружающую среду и, тем самым, существенно повысить эффективность прогрева систем дизеля.
В последнее время разработаны и опробованы системы прогрева на базе использования тепловой энергии котельных установок депо, так называемые системы стационарного прогрева. В таких установках, химически приготовленная охлаждающая вода, нагретая паром, подводится по трубопроводам к тепло возу и принудительно прокачивается через системы дизеля. Опыт использования стационарного способа прогрева систем дизеля типа 1 ОД 100, который реализован в ряде локомотивных депо сети железных дорог РФ и СНГ 121, показал ряд существенных недостатков, которые особенно просматриваются в зимнее время года. В частности, не обеспечивается полная циркуляции воды через систему блока дизеля, систему калорифера кабины локомотива, а также не предусматривается подогрев топлива и подзарядка аккумуляторной батареи.
Необходимость подзарядки АБ, и особенно, при длительных отстоях локомотивов в холодное время года, объясняется тем, что при колебании и снижении температуры наружного воздуха происходит снижение плотности электролита, разрушение пластин и, как следствие, это приводит к снижению емкости АБ.
Учитывая указанные недостатки и особенности прогрева при относительно низких температурах окружающей среды, разработана наиболее эффективная система прогрева для тепловозов с одно- и двухконтурной системами охлаждения дизеля.
Результаты экспериментальных исследований распределения температур по участкам систем тепловоза
Для сокращения расхода горюче-смазочных материалов и повышения ресурса дизелей разработаны эффективные технические системы прогрева силовых установок тепловозов от внешнего источника энергии, без существенных конструктивных изменений вспомогательных систем дизеля. Системы прогре ва позволяют поддерживать температуру воды, масла и топлива в диапазоне, рекомендуемом инструкцией по эксплуатации и осуществлять подзарядку аккумуляторной батареи тепловоза при отстое в холодное время года.
2. Бортовая установка для прогрева силовых установок тепловозов от внешнего источника электроэнергии позволяет: - оперативно, в местах длительного отстоя тепловозов, переходить на прогрев в автоматическом режиме водяной системы дизеля, дизельного топли ва в баке, картерного масла и тепловоза в целом, а при необходимости обеспе чивать подзарядку аккумуляторной батареи и подогрев масла в картере ком прессора КТ6; - при аварийных ситуациях обеспечивать автоматическое отключение установки от энергосети, а также предусматривать защиту при пробое изоля ции в силовой цепи.
3. Способ прогрева силовых установок методом прокрутки ДГУ от внеш него источника электроэнергии позволяет: - оперативно, в местах длительного отстоя тепловозов, производить про грев водяной системы дизеля, моторного масла, дизельного топлива, кабины локомотива, а также обеспечивать подзарядку аккумуляторной батареи по штатной схеме; - в аварийных ситуациях обеспечивать автоматическое отключение схемы от энергосети и оповещение в виде звукового сигнала; - путем закольцовывания выпускного тракта дизеля с всасывающим патрубком турбокомпрессора существенно повысить эффективность прогрева систем дизеля.
4. Стационарная установка для прогрева силовых установок от тепловой энергии котельных установок депо обеспечивает: - оперативность подключения и отключения системы охлаждения дизеля к стационарной установке; - энергообеспечение штатной системы прогрева дизельного топлива и подзарядку аккумуляторной батареи; - электро- и противопожарную безопасность в процессе прогрева систем; - свободный слив воды в бойлер и поддержание постоянства уровня воды в системе дизеля, не ниже уровня в расширительном баке локомотива; - исключение изменение химического состава и снижения уровня воды в системе охлаждения дизеля; - полную циркуляцию горячей воды через блок дизеля и другие отдаленные участки системы охлаждения.
5. При использовании предложенных технических решений и систем прогрева, за счет снижения времени работы дизелей на холостом ходу на 10 - 14 %, достигается сокращение расхода топлива до 4 % от общего расхода, моторного масла на 1 - 2 % и повышение ресурса дизелей на 5 - 7 %. Методика проведения экспериментальных исследований Анализ конструкции вспомогательных систем тепловозов, проведенный во втором разделе работы, показывает, что различные элементы при неработающем дизеле охлаждаются по-разному.
Поэтому в основу экспериментальных исследований процесса охлаждения систем дизеля положен дифференциальный метод /5, 88/, сущность которого заключается в следующем. Силовая установка и вспомогательные системы тепловоза разбиваются на некоторое число элементов, в которые устанавливаются термодатчики. Таким образом, в любой момент времени при охлаждении определяется распределение температур по всем объектам исследования.
Такой метод позволяет установить изменение теплового состояния как всей установки в целом, так и отдельных ее элементов, а также определить наиболее охлаждаемые из них. Последние будем называть критическими, поскольку они плохо сохраняют аккумулированную теплоту.
С этой целью в системы тепловоза серии 2ТЭ10М были вмонтированы термодатчики, схема размещения которых приведена на рис. 4.1. - 4.3. Термодатчики представляют собой стандартные полупроводниковые термометры сопротивления типа ПП-2, с диапазоном измерений температур от 0 до 120 С. Сигнал от датчиков поступал, через переключатели, на указатели температур типа ТЭУ-8А. Через определенный промежуток времени (15 мин) показания снимались со всех исследуемых участков. Температура наружного воздуха измерялась спиртовым термометром с ценой деления 1 С, скорость воздушного потока - ручным анемометром. Отсчет времени производился с помощью электронного секундомера.
