Проект топливной системы тепловозного дизеля Д49 с электронным управлением топливоподачи

 

    Продолжение таблицы  1

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
RK3CT	Англия, ЕЕ	25.4/30,5	16V	3130	1000	0.247	23970	7,7	1,55
LVA24	Швейцария, S	24/28	16V	2940	1100	0,202	18500	6,3	1,69
251Е	США, ALCo	22,9/26,7	16V	2870	1100	0,176	19200	6,7	1,89
251D	США, ALCo	22,9/26,7	16V	2650	1050	0.176	19000	7,2	1,84
7-FDL	США, GE	22,9/26,7	16V	1050	1050	0,176	19700	6,8	1,92
V625H	США, ФРГ	26,5/30	16V	4700	1000	0,265	н. д	н. д	2,13
РА5-255	Франция, Р	25,5/27	12V	2650	1000	0,165	17000	6,4	1,96
РА5-255	Франция, Р	25,5/27	16V	3825	1100	0,22	н. д.	н. д.	1,94
РА6-280	Франция, Р	28/29	16V	4120	1050	0,286	24000	5,8	1,65

 

 

 

      Ряд мер, направленных на улучшение работы дизелей типа Д100 планировался их изготовителем — Харьковским заводом им. Малышева — еще в середине 80-х годов. На первом этапе модернизации предусматривались: повышение давления сгорания, применение топливных насосов с увеличенным диаметром плунжера, новых кулачковых валов и двухрежимных форсунок. Реализация только этих мер позволяла ожидать снижения удельного расхода топлива на 7-9 г/кВт ч. На втором этапе предполагалось улучшение аэродинамики камеры сгорания и окон гильзы цилиндра, а также повышение к.п.д. турбокомпрессора, что могло привести к еще большему снижению расхода топлива. К сожалению, большая часть этих разработок осталась нереализованной.

          В то же время корпорация Дженерал Моторс, которая в течение 60 лет ориентировалась исключительно на развитие своего ряда двухтактных дизелей (типы 567, 645 и 710), получила существенный эффект па двигателях сначала типа 645 за счет целого ряда следующих усовершенствований в этом направлении:

- снижения частоты вращения  коленчатого вала в режиме холостого хода с 315 об/мин сначала до 235, а затем и до 200 об/мин. При этом сокращались затраты энергии на привод вспомогательного оборудования и на преодоление трения в движущем механизме;

- повышения степени сжатия  в цилиндре с 14,5 до 16; усовершенствования  турбокомпрессора; увеличения диаметра  плунжера топливных насосов. 

      Значительные успехи были достигнуты в создании мощных четырехтактных дизелей средней быстроходности, к которым относятся и двигатели типа Д49 Коломенского завода, с применением которых были созданы современные отечественные тепловозы: грузовые 2ТЭ116, 2ТЭ121, 2ТЭ136 и пассажирские ТЭП70, ТЭП80, и даже на базе последней, новой модификации Д49, был выпущен новый тепловоз 2ТЭ25А, именуемый «Витязь» , о котором расскажем более подробно, т.к. прототипом является его двигатель.

      Магистральный  грузовой  двухсекционный тепловоз 2ТЭ25А «Витязь», изображенный на рисунке 2 , построенный ОАО «Коломенский завод», с электрической передачей переменного тока,  с поосным регулированием силы тяги предназначен для вождения грузовых поездов на железных дорогах Российской Федерации в районах с умеренным климатом при температуре окружающей среды от 40 °С до минус 50 °С.  Эксплуатационные испытания тепловоза 2ТЭ25А показали, что по тяговым характеристикам он значительно превосходит тепловозы, которые находятся в эксплуатации у ОАО «РЖД». В 2007 году, во время испытаний, «Витязь» успешно провел на участке Брянск — Орел поезд общим весом  7 600 тонн. Этот показатель находится на уровне лучших мировых аналогов и значительно превышает возможности тепловозов, составляющих основу парка железных дорог стран СНГ — весовая норма основного грузового тепловоза ОАО «РЖД» 2ТЭ10М составляет 5 200 тонн.

 

 

 

Рисунок 2- Фотография тепловоза 2ТЭ25А 

 

 

       Переход на массовое использование таких машин позволит значительно увеличить средний вес поездов тепловозного полигона сети российских железных дорог, сократит количество «узких мест», позволит повысить эффективность эксплуатации инфраструктуры и уменьшить сроки доставки грузов. 

         Основными преимуществами тепловоза 2ТЭ25А являются:  
 -высокая сила тяги при трогании с места и расчетного режима;  
-уменьшение объема ремонта тяговых электродвигателей;  
 -уменьшение количества силовых и вспомогательных электроаппаратов;  
-применение встроенных средств с диагностикой параметров;  
-оптимизация затрат мощности на привод собственных нужд. 

       

 

       Секция тепловоза оборудуется:

- дизель-генератором 21-26ДГ-01 с электронными системами подачи топлива и перепуска наддувочного воздуха, обеспечивающими возможность оптимизации параметров управления двигателем во всем поле рабочих режимов, увеличение давления наддува на частичных нагрузках, что улучшает протекание рабочего процесса и снижает вредные выбросы. По своим экологическим показателям дизель-генератор соответствует европейским стандартам 7/68/EG;          

- электрической передачей переменного тока с синхронным тяговым агрегатом, тяговыми преобразователями на базе автономных инверторов напряжения и асинхронными тяговыми двигателями с поосным регулированием силы тяги, обеспечивающей повышение тяговых свойств тепловоза, увеличение межремонтных пробегов, снижение затрат на ремонт;

- двумя трехосными бесчелюстными  тележками с двухступенчатым  рессорным подвешиванием (вторая  ступень рессорного подвешивания  системы «Флексикойл»), низкоопущенным шкворнем, системой радиальной установки колесных пар, с асинхронными тяговыми двигателями, с моторно-осевыми подшипниками качения, обеспечивающими снижение затрат на техническое обслуживание, увеличение межремонтных пробегов тепловоза, повышение плавности хода, уменьшение динамических нагрузок, увеличение коэффициента использования сцепного веса;

- многофункциональной микропроцессорной  системой управления, контроля и  диагностики с отображением информации на дисплее пульта машиниста (рисунок 3), которая позволяет контролировать техническое состояние оборудования, обеспечивать оптимизацию тяговой и тормозной характеристик тепловоза;   

- комплексным локомотивным объединенным  устройством безопасности «БЛОК»;  

- системой автоматизированного  контроля параметров работы дизельного  подвижного состава и учета дизельного топлива «АСК»; 

- основным пневматическим автоматическим  и вспомогательным прямодействующим тормозом;   

- стояночным ручным тормозом, удерживающим тепловоз на 30 ‰; 
 - электрическим обдуваемым реостатным тормозом с системой управления, обеспечивающей регулируемое торможение;    

 - модульным компрессорным агрегатом АКВ-4,5/1ПУ2 на базе винтового компрессора с приводом от электродвигателя постоянного тока с системой осушки и очистки сжатого воздуха;    

- унифицированным комплексом тормозного  оборудования УКТОЛ с краном  машиниста дистанционного управления; 

 - индивидуальным охлаждением тягового электрооборудования радиальными мотор- вентиляторами с асинхронным приводом с плавным регулированием частоты вращения и асинхронного привода осевых мотор-вентиляторов охлаждающего устройства с плавным регулированием с использованием тиристорных преобразователей собственных нужд, обеспечивающих соответствие передаваемой мощности на привод собственных нужд фактической потребности; 

- двухступенчатыми системами очистки  воздуха, поступающего в дизель  и на охлаждение электрооборудования с принудительным выбросом уловленной пыли;  

- автоматической системой пожарной сигнализации и пожаротушения «СПСТ»;  
- кабиной управления, отвечающей современным санитарно-гигиеническим, эргономическим и климатическим требованиям с установкой обеспечения микроклимата и автономным отопителем «Webasto»; 

- системой подогрева теплоносителей дизеля, обеспечивающей дли- тельную стоянку в «горячем» резерве с электропитанием от сети депо;  
- колесными парами с бандажами увеличенной толщины, обеспечивающими увеличение пробега тепловоза между переточками колесных пар;  
- радиостанциями технологической связи метрового и гектометрового диапазонов; 

- умывальником с подогревом воды и экологически чистым туалетом закрытого типа; 

- холодильником пищи, электроплиткой  для подогрева пищи.  

 

       

 

Рисунок 3- Пример типового экрана с  сообщением «Система в норме»

 

 

 

      На локомотиве использованы экранированные силовые провода швейцарского производства, применена раздельная трассировка силовых проводов и цепей управления. Для соединения кабелей с тяговыми двигателями использовали джамперные перемычки.     

     Повышение мощности двигателей ряда Д49 на этих тепловозах приведенных выше, также связана с увеличением среднего эффективного давления Р_с. Сейчас его величина составляет у серийных двигателей 1,3- 1,6 МПа и достигает 1,7-1,9 МПа и даже более у опытных машин. Эти характеристики привели в последнее время к постепенному вытеснению с тепловозов двухтактных двигателей. В модернизации отечественного тепловозного парка уже предусмотрена замена устаревших дизелей типов Д100 и 14Д40 на более эффективные четырехтактные типа Д49.

       Четырехтактные дизели традиционно применяет на своих тепловозах другой крупнейший производитель тепловозов в США — Отделение транспортных систем корпорации Дженерал Электрик (General Electric Transportation Systems).

       Даже Дженерал Моторс в США, убедившись в том, что дальнейшее повышение мощности своих двухтактных дизелей имеет предел, в 1996 г. для возможности создания мощных тепловозов совместно с немецкими фирмами разработала четырехтактный двигатель Y625H размерностью 26,5 x 30 с высоким наддувом и величиной Р_с = 2,13 МПа. Мощность этой машины в 16 цилиндрах достигла 4 700 кВт. Тепловозы с такими двигателями и с электрическими передачами переменного тока уже проходят испытания в опытной эксплуатации.

 

1.2 Обоснование выбора прототипа

 

       При создании и модернизации эксплуатируемых тепловозов, стараются в целом  улучшить такие показатели как мощность, надежность, габаритные размеры, масса, стоимость единицы выполненной работы и особенно уделяют внимание топливной экономичности. Проблема энергосбережения приобрела в настоящее время стратегическое значение. Поэтому исследование путей повышения топливной экономичности и эффективности работы тепловозных дизелей в эксплуатации остается актуальным.

         С целью улучшения эксплуатационных качеств двигателей, рекомендовано проведение всесторонних научных исследований, направленных на повышение топливной экономичности и эффективности работы локомотивов в эксплуатации энергетических установок. Проведенные научные исследования в области энергетического диагностирования тепловозных дизелей позволили повысить их топливную экономичность. Однако достигнутый, уровень эффективности работы тепловозных дизелей, недостаточен, для достижения высоких показателей по экономичности дизеля в эксплуатации.

         Вначале проекта, стоял вопрос о выборе прототипа двигателя. Актуальность выбора, зависела от того, как широко используется двигатель, и от степени его новизны.   Очевидно, что такие условия удовлетворяет двигатель серии Д49, который в основном и применяется на магистральных тепловозах российских железных дорог. 

Прототипом был принят двигатель  Д49 последней модификации, модель 12ЧН26/26, который установлен на тепловозе  2ТЭ25А .

       

1.3 Техническое решение по повышению качества работы двигателя

 

        Мы считаем что, главным узлом влияющим на топливную экономичность и работу двигателя является, топливная аппаратура. Строго порционная и своевременная подача топлива и возможность с помощью электроники регулировать угол опережения, отключать несколько цилиндров одновременно, позволяют не только сэкономить топливо, но и оптимизировать работу и облегчить регулировку двигателя. Поэтому было принято решение спроектировать двигатель Д49, заменив механический ТНВД Д49 на индивидуальный ТНВД с электромагнитный клапанном фирмы Вosch.