Введение к работе
Актуальность работы
Мощность, экономичность, уровень экологического воздействия на окружающую среду и эксплуатационная надёжность тепловозных дизелей существенно зависят от качественной работы агрегатов наддува. Эффективность работы и экологическая безопасность дизельных двигателей транспортных средств существенно снижается на переходных и неустановившихся режимах.
Особенностью переходных процессов является значительное отличие индикаторных и эффективных показателей двигателя от их значений при соответствующих им установившихся режимах. При одинаковых цикловых подачах топлива на установившемся и неустановившемся режимах, связанных с ростом нагрузки, на неустановившемся достигается меньшая мощность. Снижение мощности на неустановившихся режимах приводит к росту удельного расхода топлива. Низкая экономичность и повышенная дымность выпускных газов на неустановившихся режимах связаны с рассогласованием подачи топлива и поступлением воздуха в цилиндры тепловозного дизеля, что приводит к ухудшению индикаторного и эффективного КПД
Диссертационная работа посвящена повышению эффективности работы системы воздухоснабжения тепловозных дизелей на переходных процессах.
Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии со Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»), Энергетической стратегией холдинга «Российские железные дороги» на период до 2015 года и на перспективы до 2030 года, и в соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года от 17 июня 2008 г.
Цель диссертационной работы: совершенствование методов сокращения времени переходных процессов в системе воздухоснабжения тепловозного дизеля, за счет снижения времени приемистости турбокомпрессора.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Провести анализ переходных процессов и выявить их влияния на технико-экономические показатели тепловозного дизеля.
2. Разработать математическую модель переходных процессов работы тепловозного дизеля на переходных режимах, позволяющую определять параметры рабочего тела во всех характерных точках газовоздушного тракта двигателя внутреннего сгорания, а также показатели качества работы системы воздухоснабжения.
3. На основании результатов исследования математической модели разработать мероприятия по совершенствованию системы воздухоснабжения тепловозного дизеля.
4. Провести расчетно-экспериментальную оценку по определению эффективности разработанных мероприятий сокращающих время переходного процесса.
5. Рассчитать ожидаемый экономический эффект от использования предложенных мероприятий регулирования давления наддува тепловозного дизеля.
Объект исследования
Система воздухоснабжения тепловозного дизеля 10Д100.
Предмет исследования
Переходные процессы и их влияние на технико-экономические показатели тепловозного дизеля.
Методы исследований
При выполнении работы использованы методы математического моделирования газодинамических процессов, методы математической статистики и теории вероятностей, компьютерного моделирования. Экспериментальная оценка параметров работы турбокомпрессора с применением систем регулирования наддува осуществлялась на стенде для испытания агрегатов наддува в локомотивном депо Моршанск Куйбышевской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.
Обработка результатов испытаний турбокомпрессора, построение математической модели и программа расчетов выполнены в математических средах Excel и MathCAD.
Научная новизна
1. Разработана математическая модель работы тепловозного дизеля на переходных режимах, позволяющая определять параметры рабочего тела во всех характерных точках газовоздушного тракта двигателя внутреннего сгорания, а также показатели качества работы системы воздухоснабжения в зависимости от изменения нагружающего воздействия, отличающаяся от известных возможностью учитывать влияние регулировки системы воздухоснабжения (подкрутка ротора турбокомпрессора, подача дополнительного воздуха и др.) на параметры рабочего процесса.
2. Разработана методика, учитывающая особенности переходных процессов, которая позволяет сократить время приемистости турбокомпрессора тепловозного дизеля.
Положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель работы тепловозного дизеля на переходных режимах.
2. Разработанные мероприятия по совершенствованию системы наддува дизеля.
3. Методика регулирования давления наддува тепловозного дизеля.
Достоверность научных положений и результатов
Достоверность подтверждена путём сопоставления результатов моделирования с параметрами работы агрегатов наддува в ходе экспериментальных исследований. Расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 8 %. Также достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов и устройств измерения; положительными результатами внедрения технических решений на Куйбышевской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.
Практическая ценность
1. Разработана методика регулирования давления наддува тепловозного дизеля заключающаяся в подаче дополнительного воздуха и паров воды на турбину турбокомпрессора в начальный период переходного процесса и до стабилизации режима работы дизеля.
2. Разработаны мероприятия по совершенствованию системы наддува тепловозного дизеля, позволяющие сократить время переходных процессов, снизить удельный расход топлива и повысить показатели качества работы турбокомпрессора.
3. Разработаны системы регулирования давления наддува тепловозного дизеля. Системы защищены Патентами РФ № 82005 по кл. F02М 37/12 от. 6.11.08; № 108490 по кл. F02B39/00, F02D23/00 от 13.05.2011
Апробация работы
Основные результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2009 г., СамГУПС), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (Москва, 2007 г.), на научно-практической конференции «Надежность ж.д. техники и управление» (Самара, 2007 г. СамГУПС), на научно-практической конференции «Обеспечение безопасного функционирования автомобильного транспорта в Самарской области» (Самара, 2008 г.)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе статей – 9, из них 2 в ведущих научных изданиях из Перечня ВАК РФ, 4 патента на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материалы диссертационной работы содержат 142 страницы печатного текста, 7 таблиц и 32 рисунка, 3 приложения на 24 страницах. Список использованных источников состоит из 125 наименований.
Похожие диссертации на Повышение эффективности работы системы воздухоснабжения тепловозных дизелей на неустановившихся режимах
