Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор работ по анализу условий эксплуатации, режимов работы и экономичности тепловозов 12
1.1 Особенности условий эксплуатации и режимов работы 12
1.2. Основные факторы, влияющие на надежность и экономичность тепловозных дизелей 21
1.3. Основные методы контроля и диагностирования топливной аппаратуры дизелей 24
1.4. Методы и средства контроля расхода топлива тепловозными дизелями 32
1.5. Предмет, цели и задачи исследования 41
Выводы 44
2. Расчетно-экспериментальное исследовaние процессов топливоподачи дизелей тепловозов 45
2.1. Математическая модель системы топливоподачи 45
2.2. Расчетная оценка процессов в системе топливоподачи 51
2.3. Экспериментальное исследование характерных показателей процесса впрыска топлива 58
2.4. Метод контроля и диагностирования топливной аппаратуры 64
Выводы 68
3. Исследование влияния параметров процесса эксплуатации на формирование режимов работы и экономичность тепловозов 69
3.1. Зависимость расхода топлива от технических и эксплуатационных факторов использования тепловозов 69
3.2. Оценка теплоэнергетической эффективности тепловозных дизелей по результатам реостатных испытаний и в условиях эксплуатации 79
3.3. Исследование режимов работы дизель-генераторных установок тепловозов 89
Выводы 97
4. Разработка мероприятий и технических средств сбора информации о режимах работы и экономичности тепловозов 98
4.1. Разработка устройства для учета загрузки дизель-генераторной установки 98
4.2. Разработка устройства для измерения расхода топлива 107
4.3. Способ определения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания и устройство для его осуществления 116
4.4. Оценка погрешности измерения расхода топлива 122
Выводы 130
5. Технико-экономическая эффективность от внедрения разработанных мероприятий 131
5.1. Экономическая эффективность совершенствования настройки ДГУ. 131
5.2. Расчет экономического эффекта от внедрения устройства для измерения расхода топлива ДГУ 134
Выводы 141
Основные выводы 142
Список использованных источников 144
Приложение 1 157
- Основные методы контроля и диагностирования топливной аппаратуры дизелей
- Экспериментальное исследование характерных показателей процесса впрыска топлива
- Оценка теплоэнергетической эффективности тепловозных дизелей по результатам реостатных испытаний и в условиях эксплуатации
- Способ определения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания и устройство для его осуществления
Введение к работе
Железнодорожный транспорт России, выполняя технологические функции перемещения большого объема грузов на значительные расстояния, является энергоемкой сферой промышленного производства. В тоже время развитие и нормальное функционирование экономики нашей страны невозможно без железнодорожного транспорта, основной задачей которого является удовлетворение народного хозяйства и населения в перевозках, повышение эффективности работы транспортной системы.
Осуществляя основные для государства объемы перевозок, железнодорожный транспорт России, естественно, является одним из крупных и стабильных транспортных потребителей энергоресурсов, ежегодно расходуя 5-6% вырабатываемой в стране электроэнергии и до 6% дизельного топлива, или в натуральных показателях: свыше 40 млрд. кВт-ч электроэнергии, 3 млн. т дизельного топлива, 4,5 млн. т угля, до 1 млн. т мазута, почти 1 млн. м сжатого газа и 170 тыс. тонн бензина [67,98,127].
Превалирующим энергоносителем для тяги и эксплуатационных нужд в энергобалансе отрасли является электроэнергия (более 50%), дизельное топливо составляет - 18%, уголь и мазут - 20% (соответственно - 14,6 и 5,3%).
Затраты на приобретение топливно-энергетических ресурсов составляют в целом по сети ~ 11,2% (2003г.) от общесетевых эксплуатационных расходов или около 60,0 млрд. руб., из них непосредственно на тягу поездов расходуется - 72,2% и 27,8% на нетяговые нужды.
Необходимое условие существенных сдвигов в области экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) - это создание и использование технических и информационно-методических средств обеспечения энергосбережения. Прежде всего, следует добиваться широкого внедрения на предприятиях автоматизированных систем учета и контроля, позволяющих иметь объективную и динамичную картину расхода топлива и энергии. Эту и другие задачи призвана решать отраслевая Программа ресурсосбережения. Одно из направлений реализации этой программы - внедрение в технологию
5 ремонта тепловозов автоматизированных систем контроля и диагностирования локомотивов с целью снижения удельного расхода топлива на тягу поездов [32].
В период экономических реформ разработанные федеральные и отраслевые целевые программы развития всех видов транспорта, реализация которых должна была обеспечить эффективное удовлетворение потребностей экономики и населения в перевозках грузов и пассажиров в рыночных условиях, на практике в должной мере не улучшили ситуацию, а напротив, перевод транспортной отрасли на коммерческую основу и сокращение выделяемых ей государственных инвестиций, существенно обострили проблемы развития отрасли [108].
В декабре 2001г. постановлением №848 Правительство РФ утвердило Федеральную целевую программу «Модернизация транспортной системы России (2001-2010гг.)». Одна из подпрограмм этой программы -«Железнодорожный транспорт». Данная подпрограмма содержит ряд проектов - отраслевых программ по развитию конкретных хозяйств железнодорожного транспорта. В их числе программа «Реорганизация и развитие отечественного локомотиво- и вагоностроения, организация ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 2001-2010гг.», включающая: реорганизацию системы эксплуатации и ремонта подвижного состава и др. [111].
Поставленные задачи обновления и пополнения парка из-за общей ограниченности инвестиционных средств решаются в три этапа, в том числе организуется сервисное обслуживание ТПС; создаются бортовые и стационарные средства технической диагностики, изменяются нормативные документы по срокам межремонтных пробегов и регламентам работ на ТО и ТР, выпускаются средства контроля и др.
Масштабность задач делает проблему реорганизации производства, эксплуатации и ремонта подвижного состава значимой для всей России.
Проблема энергосбережения приобрела в настоящее время стратегическое значение. Это подтверждается принятым в последние годы Правительством РФ рядом постановлений, в том числе от 17 ноября 2001г. №796, которым утверждена федеральная программа «Энергоэффективная экономика на 2002-2005годы и на перспективу до 2010года». Цель программы -снижение энергоемкости всех отраслей экономики.
Для железнодорожного транспорта снижение энергоемкости перевозок — один из главных факторов конкуренции на рынке транспортных услуг. С учетом этого, а также в соответствии с «Основными положениями энергетической стратегии России на период до 2020г.» указанием МПС России от 26 ноября 2002г. №187у предусмотрена разработка энергетической стратегии железнодорожного транспорта, ориентированная на всесторонне ресурсосбережение.
С целью сокращения непроизводительных потерь энергии рекомендовано применение в локомотивных депо систем энергетической диагностики и оценки энергетической эффективности тягового подвижного состава, в том числе в части оперативной оценки и диагностики теплотехнического состояния тепловозов в эксплуатации.
Анализ технических средств и технологий железнодорожной энергетики, к которым относятся все устройства, потребляющие или генерирующие энергию в технологических процессах работы железнодорожного транспорта, показал, что их исходное состояние в большинстве своем в настоящее время характеризуется высокой степенью физического и морального износа, высокой энергоемкостью и малой энергоэффективностью. Пассажирские и грузовые локомотивы, эксплуатируемые на сети железных дорог России, построены по техническим требованиям 1960-70-х годов. Значительная часть инвентарного парка локомотивов полностью выработала свой ресурс и требует обновления. Так, в целом по сети на 1 января 2003г. выработали установленный срок службы 37% грузовых тепловозов, 17% пассажирских тепловозов. Применение морально устаревших энергоустановок первого и второго поколения с низкими
7 конструктивными и эксплуатационными КПД влечет за собой не только повышение расхода энергии в рабочих режимах, но и дополнительное повышение энергозатрат на эксплуатацию и ремонт технических средств. В связи с недостаточностью мощностей предприятий по выпуску новых локомотивов предусматривается модернизация существующего подвижного состава с продлением его срока службы до 40-45 лет. Всего в 2004-2010гг. планируется модернизировать 4,5 тыс. секций магистральных и маневровых тепловозов [105].
Многие мероприятия в разной мере уже находят применение на сети дорог в рамках реализации ежегодных программ энергосбережения, что дает определенный эффект по снижению расходов энергоресурсов, обеспечивает окупаемость капитальных вложений за 2-3 года.
Следует учитывать, что только один процент экономии энергоресурсов в целом по отрасли обеспечивает экономию годовых эксплуатационных расходов на сумму 600 млн.руб. (в ценах 2003г.).
Всё это предполагает проведение всесторонних научных исследований, направленных на повышение экономичности и эффективности работы локомотивов в эксплуатации, на разработку методов и средств контроля и диагностирования тепловозов и их энергетических установок. Проведенные научные исследования в области энергетического диагностирования тепловозных дизелей в эксплуатации позволили повысить их топливную экономичность. Однако достигнутого уровня недостаточно для достижения высоких показателей по экономичности дизеля. Поэтому исследование путей повышения топливной экономичности тепловозных дизелей является актуальной задачей.
Диссертационная работа подготовлена по результатам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных на кафедре «Локомотивы» Самарской государственной академии путей сообщения при непосредственном участии автора в период с 2002 по 2005 годы. Исследования проводились в соответствии с постановлением Правительства РФ №796 от
8
17.11.2001г., которым утверждена федеральная программа
«Энергоэффективная экономика на 2002-2005годы и на перспективу до 2010года» и указаниями МПС России №187у от 26.11.2002г. «Основные положения энергетической стратегии России на период до 2020г.» в которой предусмотрена разработка энергетической стратегии железнодорожного транспорта, ориентированная на всесторонне ресурсосбережение, а также по заказам предприятий Куйбышевской железной дороги.
Цель и задачи исследований
Целью исследования является разработка и усовершенствование методов и средств, повышающих топливную экономичность и энергетическую эффективность тепловозных дизелей в эксплуатации.
Для достижения цели были поставлены задачи:
Проанализировать данные локомотивных депо по расходу топлива и техническому состоянию дизелей тепловозов в условиях эксплуатации.
Усовершенствовать математическую модель процесса топливоподачи, с учетом изменяемости модуля упругости и плотности топлива, а также количества воздуха в нем.
Разработать метод оценки технического состояния топливной аппаратуры по показателям процесса топливоподачи.
Разработать структуру и аппаратно-программные средства мониторинга топливной экономичности и энергетической эффективности тепловозных дизелей.
Провести экспериментальные исследования оценки теплотехнического состояния тепловозных дизелей в эксплуатации по удельному расходу топлива и характерным параметрам впрыска.
Методы исследований
При выполнении работы применялись экспериментальные методы, методы математического моделирования, методы математической статистики, методы планирования и обработки результатов натурного эксперимента, регрессионного анализа. При построении графических зависимостей в двух и
9 трех координатных осях использовались пакеты программ Microsoft Excel, Statistica, MathCAD, Math lab и др.
Разработанные математические модели уточнялись и корректировались по результатам экспериментальных исследований. Экспериментальный материал получен по результатам обследования и регистрации теплоэнергетических параметров на маневровых ЧМЭЗ, ТЭМ2 (локомотивные депо Самара, Кинель) и магистральных тепловозах 2ТЭ10М,В,У (локомотивные депо Моршанск и Ульяновск), перед постановкой на ремонт и после ремонта, на станциях реостатных испытаний и в эксплуатации.
Научная новизна
Усовершенствована математическая модель процесса топливоподачи,
основанная на гидродинамическом расчете топливной системы, с учетом
изменяемости модуля упругости и плотности топлива, а также количества
воздуха в нем.
Разработан метод диагностирования технического состояния топливной
* аппаратуры по показателям процесса топливоподачи, включающий:
энергетические показатели через работу подачи топлива насосом и системой топливоподачи в целом;
удельные показатели, эквивалентные мощности или средней интенсивности нагнетания и впрыскивания топлива в расчете на один градус поворота коленчатого вала;
- относительные показатели - коэффициент полезного действия (к.п.д.) топливного насоса высокого давления и к.п.д. системы топливоподачи в целом.
Практическая ценность 1. Разработанный метод контроля и диагностирования топливной аппаратуры позволил эффективно оценивать и прогнозировать техническое состояние топливной аппаратуры дизеля, что в свою очередь, позволило снизить издержки, связанные с расходом горюче-смазочных материалов, изменением мощности дизеля, отдаваемой в нагрузку, улучшить экологические параметры дизеля.
Разработанное устройство для учета загрузки дизель-генераторной установки (ДГУ) позволило проводить длительный эксплуатационный мониторинг режимов работы тепловозов и оценивать нагрузочные режимы в условиях реальной эксплуатации ДГУ тепловозов.
Разработанное устройство для измерения расхода топлива в комплекте с устройством для учета загрузки ДГУ позволило оценивать и анализировать параметры режимов нагрузки и топливной экономичности тепловозов в условиях эксплуатации.
На основании исследований получены осредненные реализованные значения коэффициента загрузки ДГУ, рассчитанные для режимов тяги маневровых и магистральных тепловозов по видам работы.
Разработанные методы и аппаратно-программные средства защищены патентами и свидетельствами на интеллектуальную собственность. Устройство для учета загрузки ДГУ внедрено в локомотивном депо Самара Куйбышевской железной дороги - филиале ОАО «РЖД».
Реализация результатов работы
Основные теоретические положения, методы исследований, практические результаты, полученные в диссертационной работе, широко используются на Куйбышевской железной дороге - филиале ОАО «РЖД». Результаты работы реализованы в технологии текущего ремонта и технического обслуживания тепловозных дизелей в локомотивном депо Самара.
Апробация работы
Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на региональной научно-практической конференции «Вузы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБу» (г. Новосибирск 2002г., СГУПС), на XXX межвузовской научной конференции студентов и аспирантов (г. Самара 2003г., СамГАПС), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (г.Самара 2003г., СамГТУ), на международной научно-практической конференции «Безопасность и логистика
транспортных систем» (г. Самара 2004г.), на региональной научно-технической конференции «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте», посвященной 75-летию Южно-Уральской железной дороге (г. Челябинск 2004г.), на международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России», посвященной 75-летию РГУПС (г. Ростов н/Д, 2004г., РГУПС), на региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», посвященной 130-летию Куйбышевской железной дороги (г. Самара 2004г.), на сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (г. Омск 2004г., ОмГУПС) и др.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе статей -11, тезисов докладов на конференциях - 8 , получено 3 патента на полезную модель, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ и 3 свидетельства на интеллектуальные продукты.
Основные методы контроля и диагностирования топливной аппаратуры дизелей
В то же время в эксплуатации находится большое количество тепловозов с неисправностями, которые можно отнести к «скрытым» отказам (или частичным отказам): пережог топлива, низкая номинальная мощность, неравномерность распределения мощности по цилиндрам. Как правило, это связано с ухудшением технического состояния турбокомпрессоров, изменением регулировки топливной аппаратуры, закоксованием выпускных органов, сопловых и рабочих лопаток турбины, загрязнением газовоздушного тракта дизеля и т.д. [44]. На рис.1.4 приведено распределение процента узлов и агрегатов, ухудшение качества работы которых приводит к снижению эффективной мощности тепловозного дизеля. Как следует из рис.1.4 чаще всего снижение мощности дизеля происходит из-за ухудшения качества работы турбокомпрессоров и топливной аппаратуры. Анализ показателей работы тепловозов свидетельствует, что у 30% обследованных дизелей мощность оказалась заниженной на 15...20%, а неравномерность нагрузки по цилиндрам достигала 25...30% [78]. Это связано с тем, что характеристики тепловозного дизеля проявляются в реальных условиях эксплуатации, технического обслуживания и текущего ремонта, под воздействием факторов внешней среды, условий применения, конструктивно-производственных ремонтных воздействий характеристики структурных элементов, параметры систем и узлов изменяются. Сочетаясь, друг с другом, факторы способны существенно изменить надежность и экономичность тепловозов и в частности тепловозных дизелей, как правило, в худшую сторону.
Состояние дизеля оказывает значительное влияние на эксплуатационные расходы топлива. Как показывает практика, совершенствование системы обслуживания и ремонта и своевременное диагностирование топливной системы позволяет снизить расходы топлива на 5-6%. К числу основных причин, ухудшающих экономичность работы дизеля в эксплуатации, относится неравномерность распределения топливоподачи по цилиндрам.
Режимы работы тепловозов в условиях эксплуатации обусловливаются большим числом факторов, определяемых зоной эксплуатации, ее геофизическими и климатическими условиями, принятой технологией организации перевозочного процесса и так далее. Такая многофакторная зависимость затрудняет анализ формирования режимов работы ДГУ тепловозов, поэтому необходимо выделить факторы, которые являются общими и типичными для определенных зон эксплуатации. Эксплуатация тепловозных дизелей на железнодорожном транспорте характеризуется значительной по времени долей работы на холостом ходу и частичных нагрузках, приводящей к снижению экономичности дизелей. Эксплуатационные режимы работы тепловозных дизелей определяются изменением мощности, частоты вращения, переходными процессами и т.д. При анализе экономичности наиболее важными параметрами являются мощность, частота вращения и количество сбросов - набросов нагрузки в единицу времени[13,14,21,129].
Режимы работы дизелей грузовых тепловозов весьма детально исследовались ВНИТИ, ЦНИДИ, МИИТ, ОМИИТ. Результаты испытаний показывают, что распределение времени работы дизелей по интервалам времени грузовых тепловозов имеет два максимума. Первый максимум времени соответствует режиму холостого хода при частоте вращения коленчатого вала менее 50% номинальной. Второй максимум времени работы находится в интервале 60-80% полной мощности и 80-90% номинальной частоты вращения. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения дизелей грузовых тепловозов при работе под нагрузкой составляют 60% полной мощности и 80% номинальной частоты вращения. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения с учетом режимов холостого хода составляет 36% полной мощности и 72% номинальной частоты вращения. Среднее время работы дизелей грузовых тепловозов на холостом ходу составляет 42% общего времени работы. Расход топлива на холостом ходу составляет 7-13% общего расхода топлива дизелей грузовых тепловозов. Время работы в переходных режимах составляет 5-7% времени работы под нагрузкой при числе переходов с позиции на позицию контроллера 20 в час работы.
Режимы работы дизелей пассажирских тепловозов исследовались ВНИТИ, ЦНИДИ, МИИТ, ОМИИТ. Результаты испытаний показывают, что распределение времени работы дизелей по интервалам времени пассажирских тепловозов имеет два максимума - в зоне холостого хода и в интервале 40-60%) полной мощности и 80-90% номинальной частоты вращения. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения дизелей пассажирских тепловозов при работе под нагрузкой составляют 55% полной мощности и 79% номинальной частоты вращения соответственно. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения с учетом режима холостого хода составляет 31% полной мощности и 67% номинальной частоты вращения соответственно. Среднее время работы дизелей пассажирских тепловозов на холостом ходу составляет 45% общего времени работы. Расход топлива на холостом ходу составляет 10-20%) общего расхода топлива. Время работы в переходных режимах составляет 10-15% времени работы под нагрузкой при числе набросов и сбросов нагрузки около 100 в час работы. Режимы работы дизелей маневровых тепловозов исследовались ВНИТИ, ЦНИДИ, МИИТ. Результаты испытаний показывают, что распределение работы времени работы дизелей по интервалам времени маневровых тепловозов также имеет два максимума - на холостом ходу и в интервале 20 40% полной мощности. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения дизелей маневровых тепловозов при работе под нагрузкой составляют 36% полной мощности и 60% номинальной частоты вращения соответственно. Средние эксплуатационные значения мощности и частоты вращения с учетом режима холостого хода составляют 13% полной мощности и 56% номинальной частоты вращения соответственно. Среднее время работы дизелей маневровых тепловозов на холостом ходу составляет 67% общего времени работы. Расход топлива на холостом ходу составляет 30-50% общего расхода топлива этими дизелями. Время работы в переходных режимах составляет 40-50% времени работы под нагрузкой при числе набросов и сбросов нагрузки около 500 в час работы.
Экспериментальное исследование характерных показателей процесса впрыска топлива
Точное определение характерных показателей процесса впрыска топлива для оценки параметров диагностирования неисправностей топливных форсунок по результатам испытаний связано с необходимостью набора большого объема статистического материала [95]. Кроме того, точное определение остаточного давления в трубопроводе Р0Ст5 давления открытия форсунки Ротк и максимального давления впрыска Рнтах сопряжено с необходимостью динамической тарировки датчика и учета особенностей возникновения волновых колебаний давления в нагнетательном трубопроводе (рис. 2.12). Затруднено определение давления в конце впрыска на фоне затухающих колебаний давления в трубопроводе. Только приближенно можно оценить продолжительность впрыска фп .
В процессе работы дизеля остаточное давление Рост в нагнетательном трубопроводе изменяется. Для исключения влияния уровня остаточного давления на результаты контроля и диагностирования принята система диагностических параметров, приведенных на рис. 2.12.
Среди них: Потк - параметр давления открытия форсунки; Пмах - параметр максимального давления подачи топлива; Пвпр - параметр повышения давления впрыска топлива; ПоПТ - параметр угла опережения подачи топлива (практически равен углу опережения подачи топлива фопт; Пп - параметр продолжительности подачи топлива. При определении принятых диагностических параметров за уровень отсчета характерных давлений принято остаточное давление в нагнетательном трубопроводе Рост перед началом процесса подачи топлива. При этом на диаграмме изменения давления на входе в форсунку выделяются три характерных точки а, В и С. Точка а соответствует давлению открытия форсунки Ротк и диагностическому параметру Потк, точка В соответствует максимальному давлению впрыска Рнтах и диагностическому параметру Птах, точка С соответствует уровню давления открытия Ротк на участке снижения давления при закрытии форсунки. Диагностический параметр повышения давления впрыска Пвпр определяется от уровня давления открытия Ротк. Диагностический параметр угла опережения подачи топлива Попт определяется как фазовый угол точки а относительно ВМТ (численно равен ( рп). Диагностический параметр продолжительности подачи топлива Пп определяется как фазовый угол между точками а и С. Для оценки информативности этих диагностических параметров и их корреляции с фактическими параметрами процесса впрыска топлива проведены экспериментальные исследования. Для имитирования дефектов в элементах топливной аппаратуры были произведены следующие доработки: 1 дополнительно изготовлены и испытаны два распылителя с эффективными проходными сечениями JLIF=0,476 и 0,269 мм (проходное сечение штатного распылителя цТ=0,383 мм2; 2 - изменяли затяжку пружины для обеспечения давления открытия форсунки при Ро 27,5; 22; 20; 17 и 11 МПа; 3 - изменяли величину подъема иглы распылителя в диапазоне 0,2 - 0,5 мм установкой дополнительных прокладок толщиной 0,1 и 0,3 мм под ограничителем подъема; 4 - утечки через неплотности имитировали небольшим отворачиванием накидной гайки трубопровода подвода топлива.
Для исследований была принята штатная топливная аппаратура. Каждый параметр определяли пятикратно, чтобы обеспечить воспроизводимость и достоверность результатов.
Параметры в процессе впрыска фиксировались измерительным комплексом на базе ПЭВМ через каждые 0,35 поворота вала кулачкового привода топливного насоса и сохранялись в памяти для последующей обработки.
Варианты сочетания параметров при исследовании влияния неисправностей форсунок на параметры гидродинамических процессов приведены в табл. 2.2. Влияние размера сопловых отверстий (имитирование закоксовывания) видно из графиков на рис. 2.13, где по осям абсцисс отложен параметр jnF в мм2, по осям ординат: давление в МПа для индексов Imax, 1впр, 1отк и максимального давления сгорания Ртах, индекс продолжительности впрыска топлива 1п и индекс угла опережения подачи топлива Іопт в градусах. Как следует из рис. 2.13, при увеличении проходного сечения iF индексы Imax, Івпр уменьшаются, а 1отк слегка возрастает. Величина максимального давления сгорания Рмах увеличивается. Индекс опережения подачи топлива 10пт также увеличивается, а индекс продолжительности подачи топлива 1П - уменьшается.
Влияние давления открытия форсунки (затяжки пружины форсунки) на диагностические параметры показано на рис. 2.14, где по осям абсцисс отложено давление открытия форсунки Ротк в МПа. По осям ординат отложены те же диагностические параметры, что и на рис. 2.13. Параметр давления открытия форсунки 1отк возрастает с повышением давления открытия Ротк, также как и максимальное давление сгорания Ртах. Остальные параметры уменьшаются с повышением давления открытия Ротк.
Оценка теплоэнергетической эффективности тепловозных дизелей по результатам реостатных испытаний и в условиях эксплуатации
Таким образом, увеличение веса поезда во всех случаях приводит к уменьшению расхода топлива, особенно при увеличении нагрузки на ось вагона.
Исследуя эксплуатационную работу депо, заметно, что в период с 1999 по 2002 год параллельно с увеличением среднего веса поезда происходит снижение удельного расхода топлива (рис. 3.8).
На расход топлива влияет и суточная производительность тепловоза. Повышение ее дает возможность выполнять поездную работу меньшим количеством тепловозов, а следовательно, меньше расходовать топлива за счет сокращения расхода на собственные нужды в ожидании поезда. Таким образом борьба с непроизводительными потерями является важным резервом экономии топлива [53]. Большое влияние на расход топлива оказывает качество ремонта. В условиях эксплуатации об общем техническом состоянии тепловоза судят по косвенным показателям: расход топлива и масла, степени дымности пуска, работоспособности топливной аппаратуры. Например, неудовлетворительная притирка иглы к корпусу распылителя форсунки, большого зазора между иглой и ее направляющей нечеткого впрыска, зависания плунжера и потеря плотности плунжерной пары топливного насоса — приводит к перерасходу дизельного топлива; постановка на дизель топливных насосов различной производительности увеличивает расход топлива. Своевременная очистка игл замена фильтрующих элементов позволяет содержать тепловоз в лучшем техническом состоянии, способствуя экономии топлива [45].
Основной неисправностью, часто обнаруживаемой в эксплуатации является снижение уровня развиваемой мощности. Анализ неплановых реостатных испытаний показал, что примерно 30% из них вызвано снижением мощности из-за неисправностей в схеме возбуждения главного генератора, 25% необходимостью обкатки дизелей после замены дефектных узлов, 15% повреждениями топливной аппаратуры, до 10% для настройки внешней характеристики главного генератора после замены дефектных узлов. Следовательно, обеспечение стабильности уровня мощности в эксплуатации - один из резервов повышения экономичности тепловозов.
Значительные потери составляют при сливе, хранении и заправке топлива в баки тепловозов. Это происходит из-за различных подтеканий, просачивания топлива, вследствие неисправности оборудования и резервуаров, плохого соединения трубопроводов, неправильного использования шлангов, переполнения баков тепловозов при заправке, недослива топлива при сливе из цистерн и т.д.
Длительная, надежная и экономичная работа тепловозных дизелей, как известно, в значительной степени зависит от состояния топливной аппаратуры, которая должна обеспечить качественную подачу топлива на протяжении всего времени эксплуатации тепловоза. Известно, что одним из основных параметров, оказывающих наиболее существенное влияние на мощностные, экономические, динамические и температурные показатели рабочего процесса дизельных двигателей, является угол опережения впрыска топлива [109].
Для наилучшего протекания рабочего процесса дизеля действительный угол опережения впрыска топлива должен быть оптимальным и зависящим от способа смесеобразования, режимных условий работы дизеля, конструктивных параметров камеры сгорания, материала поршня и крышки дизеля и многих других факторов.
На основании совокупностей контролируемых параметров угла опережения впрыска топлива дизелей тепловозов 2ТЭ10В,М,У локомотивного депо Ульяновск Куйбышевской железной дороги проведен расчет числовых характеристик и осуществлен подбор закона распределения. Значения числовых характеристик распределений угла опережения впрыска топлива правого и левого рядов форсунок дизелей тепловозов 2ТЭ10, при различной частоте вращения коленчатого вала дизеля в диапазоне от 514 до 688 об/мин, приведены в прил. П.1.
Для статистического анализа произведем учет округления из условия равномерного распределения погрешностей в указанном интервале. Кроме того учтем, что само значение зафиксированного уровня не является истинным. Последнее находится в доверительном интервале и распределено нормально относительно округленного значения
Способ определения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания и устройство для его осуществления
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей при измерении расхода топлива, за счет увеличения динамического диапазона измерения расхода, повышения точности и оперативности измерения, обеспечения измерения массового и объемного расхода топлива в широком диапазоне режимов ДВС в условиях переменной температуры и плотности топлива. Способ измерения расхода топлива реализованный в разработанном устройстве для измерения расхода топлива заключается в использование в предлагаемом устройстве нескольких расходомеров позволяющий расширить динамический диапазон измерителя за счет перепуска топлива через параллельно подключенные расходомеры, а также повысить точность измерения при последовательном или параллельном подключении расходомеров с определением объемного и массового расхода в условиях переменных температур и плотности [119].
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения расхода топлива, содержащее измерительный участок, включающий например в качестве расходомера сужающее устройство с датчиком перепада давления и преобразователем, байпасный отвод с измерителем объемного расхода, управляющее вычислительное устройство, устройство вывода, дополнительно, введены первый и второй вентили, которые установлены на измерительном участке до сужающего устройства, первый и второй дополнительные байпасные отводы, на которых установлены первое и второе дополнительные сужающие устройства, с датчиками перепада, преобразователями и третьим и четвертым вентилями, которые установлены после сужающих устройств, причем первый дополнительный байпасный отвод подключен к измерительному участку перед первым вентилем и соединен перемычкой, на которой установлен пятый вентиль, перед вторым дополнительным байпасным отводом, а второй дополнительный байпасный отвод соединен с измерительным участком перед вторым вентилем и перемычкой, на которой установлен шестой вентиль перед сужающим устройством, а в байпасном отводе установлен электроуправляемый клапан, который соединен с управляющим вычислительным устройством, причем преобразователи сужающего устройства, первого и второго дополнительных сужающих устройств соединены через управляющее вычислительное устройство с устройством вывода [91,55]. Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на рис. 4.9 приведена принципиальная схема устройства для измерения расход топлива.
Устройство для измерения расхода топлива Устройство для измерения расхода топлива содержит измерительный участок 1, включающий сужающее устройство 2 с датчиком перепада давления и преобразователем, байпасный отвод с измерителем объемного расхода 3, первый и второй дополнительные байпасные отводы с дополнительными сужающими устройствами 4 и 5 с датчиками перепада давления и преобразователями. Управляющее вычислительное устройство 6 и устройство вывода 7, трубопроводы обвязки, электроуправляемый клапан 8, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой вентили 9, 10, 11, 12, 13, 14. Электроуправляемый клапан 8 установлен на байпасном отводе перед объемным расходомером 3. Первый 9 и второй 10 вентили установлены на измерительном участке 1 до сужающего устройства 2, третий 11 и четвертый 12 вентили установлены на первом и втором дополнительных байпасных отводах после дополнительных сужающих устройств 4 и 5, а пятый 13 и шестой 14 вентили установлены на перемычках, соединяющие первый и второй дополнительные байпасные отводы с измерительным участком 1. Первый дополнительный байпасный отвод подключен к измерительному участку 1 перед первым вентилем 9 и соединен перемычкой, на которой установлен пятый вентиль 13, перед вторым дополнительным байпасным отводом. Второй дополнительный байпасный отвод подсоединен к измерительному участку 1 перед вторым вентилем 10 и соединен перемычкой, на которой установлен шестой вентиль 14, перед сужающим устройством 2. Устройство для измерения расхода топлива работает следующим образом.
Для измерения объемного сверхмалого расхода топлива, когда дизель работает на малых режимах (холостой ход), топливо из топливного бака (условно не показан) при закрытых вентилях 9, 13 и открытом вентиле 11 поступает в измерительный участок 1, через сужающее устройство 4 в дизель (условно не показан). Величина перепада давления АР4 измеренная сужающим устройством 4, поступает в виде сигнала на вход управляющего вычислительного устройства 6. На выходе устройства 6 периодически вырабатывается сигнал, который открывает электроуправляемый клапан 8.
Измеренная сужающим устройством 4 величина перепада давления ЛР\ при открытом электроуправляемом клапане 8 и величина объемного расхода Qo6, измеренная объемным расходомером 3, также поступают на входы вычислительного устройства 6. В вычислительном устройстве 6 происходит обработка результатов измерений, вычисляется плотность топлива и массовый расход топлива. Полученный результат регистрируется устройством вывода 7. Наличие объемного расходомера 3 позволяет определять плотность топлива.
