Введение к работе
Актуальность работы. Повышение технико-экономических показателей тепловозной тяги связано с повышением мощности и эффективности силовых установок. Рост агрегатной мощности тепловозных дизелей за счет увеличения числа цилиндров ограничен допустимыми массогабаригными показателями дизеля. Повышение частоты вращения коленчатого вала дизеля приводит к снижению ресурса дизеля. Основным направлением повышения мощности силовых установок является повышение среднего эффективного давления в цилиндре, или форсирование дизелей. Основными преимуществами высокофорсированных дизелей являются:
высокая топливная экономичность в области высоких мощностей;
меньшие затраты на ремонт;
меньшая металлоёмкость.
Вместе с тем, эксплуатация тепловозов 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ5 и д.р., оснащенных высокофорсированными дизелями показала, что наблюдается повышенный расход топлива на малых нагрузках, дымление в переходных процессах и снижение надежности дизеля.
Проведёшше научные исследования в области совершенствования рабочего процесса и регулирования дизелей позволили повысить топливную экономичность и надёжность высокофорсированных дизелей. Однако при дальнейшем повышении форсировки дизелей достигнутого научного и технического уровня недостаточно для достижения высоких показателей по экономичности и надёжности.
Поэтому исследование путей повышения топливной экономичности высокофорсированных дизелей является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является повышение топливной экономичности и улучшение переходных процессов высокофоригрованных транспортных дизелей.
4 Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
проведён анализ двигателестроения и научных исследований в области повышения экономичности дизелей;
разработана математическая модель рабочего процесса комбинированного двигателя при работе в переходных и установившихся режимах, учитывающая особенности различных систем воздухоснабжения;
предложены технические решения, позволяющие повысить топливную экономичность и приёмистость высокофорсированных дизелей;
обоснована экономическая эффективность применения предложенных технических решений на тепловозах;
Поставленные задачи решены с использованием методов математического моделирования переходных и статических режимов работы тепловозных дизелей и систем воздухоснабжения. Для описания рабочих процессов дизелей использовались характеристики агрегатов, полученные в ОАО «СКБТ», ВНИ-ИЖТе, ПО «Коломенский завод».
Научная новизна:
разработана математическая модель рабочих процессов высокофорсированных тепловозных дизелей на переходных и установившихся режимах, учитывающая особенности систем воздухоснабжения, способов регулирования агрегатов воздухоснабжения, подвода дополнительной энергии от коленчатого вала и электродвигателя;
проведён анализ работы силовых установок в статических и переходных процессах;
произведён анализ влияния подвода дополнительной энергии к ротору турбокомпрессора (подкрутки) от электродвигателя на топливную экономичность дизеля;
исследована возможность использования электродвигателя подкрутки в генераторном режиме с целью повышения топливной экономичности дизеля;
разработана методика согласования турбинной ступени турбокомпрессора с поршневой частью дизеля.
Практическая ценность;
показаны пути повышения топливной экономичности силовых установок за счёт совершенствования систем воздухоснабжения в зависимости от форси-ровки дизелей;
показана возможность повышения топливной экономичности эксплуатируемых тепловозов за счет применения агрегатов наддува с повышенным к.п.д., настроенных на эксплуатационные режимы;
на основании проведённых расчётов разработан, испытан и серийно выпускается отечественный турбокомпрессор для дизеля тепловоза ЧМЭЗ;
разработана система воздухоснабжения тепловозного дизеля, состоящая из турбокомпрессора и электродвигателя подкрутки;
разработан алгоритм управления электродвигателем и требования к системе подкрутки ротора турбокомпрессора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Российско-польском семинаре молодых учёных в Москве (г. Москва, 1997г.), конференции молодых учёных и аспирантов (г. Щербинка, 2000г.), на заседании научно-технического совета отдела «Автономный подвижной состав» комплексного отделения «Тяговый подвижной состав и электроснабжение».
Публикации. По теме диссертации опубликовано три статьи.
