Admin

Что показали сравнительные испытания тепловозов ТЭМ14, ТЭМ7А, ТЭМ18В И ТЭМ18ДМ

Парк маневровых локомотивов ОАО «РЖД» за последнее время пополнился новыми сериями тепловозов — ТЭМ18В и ТЭМ14. В эксплуатационных испытаниях, которые выполнялись ОАО «ВНИИЖТ» в 2013 — 2014 гг., оценивалась топливная экономичность, уровень экологической безопасности и надежности новых тепловозов. В опытную группу входили тепловозы ТЭМ18В и ТЭМ14, в контрольную — ТЭМ18ДМ и ТЭМ7А. Локомотивы обоих групп были подобраны близко по своему возрасту и техническому состоянию. Испытания тепловозов ТЭМ18В проходили в эксплуатационных локомотивных депо Пенза III и Новокузнецк, ТЭМ14 — в депо Ярославль-Главный и Бекасово-Сортировочное. Основные технические характеристики опытных и контрольных тепловозов представлены в таблице.

ТепловозТЭМ14был разработан ОАО «Синара—Транспортные машины» в 2011 г. на базе тепловоза ТЭМ7А, однако существенно отличается от него конструктивно и концептуально [1]. Данный локомотив оснащен двумя силовыми установками на базе высокооборотных дизелей типа ДГ-880Л (8ЧН21/21) мощностью по 882 кВт (1200 л.с.) каждый. Включение в работу одной, затем подключение другой силовой установки в зависимости от требуемой в данный момент мощности должно дать экономию топлива, особенно на режимах, когда тепловоз загружен менее 50 % мощности (режимы холостого хода, безнагрузочные, с 1 -й по 4-ю позиции контроллера). Второй дизель должен будет запускаться автоматически при нагрузке тепловоза более 50 % мощности. Дизель тепловоза ТЭМ14 — более компактный, с более высокой частотой вращения коленчатого вала и с более высоким средним эффективным давлением рабочего цикла по сравнению с дизелем 12-2Д49, установленным на тепловозе ТЭМ7А.
Наличие второй силовой установки потребовало от конструкторов новых технических решений. На тепловозе применена более сложная система охлаждения, объединенная для двух дизелей для поддержания неработающего дизеля в подогретом состоянии и готовности к запуску. Разработан новый алгоритм работы устройств электропередачи для распределения нагрузки на две четырехосные тележки при работе одного или двух дизель-генераторов, автоматического запуска второго двигателя при переходе на 5-ю позицию контроллера машиниста. Применены электрические приводы вспомогательного оборудования (вместо гидромеханических на ТЭМ7А), модульный принцип конструкции основных агрегатов.

Испытания продолжались восемь месяцев. Перед их проведением все тепловозы прошли реостатные испытания, в ходе которых были проверены мощность по тепловозной характеристике, расходы топлива, соответствие экологических характеристик действующим нормативам.


В этих весьма масштабных испытаниях осуществлялось одновременное наблюдение за шестью тепловозами — двумя опытными и четырьмя контрольными. Помимо специалистов ОАО «ВНИИЖТ» в них принимали также участие инженерные работники локомотивных депо. Для измерений и контроля параметров работы применялся современный инструментарий (в частности, электронные режимные счетчики, регистраторы параметров работы локомотива и учета дизельного топлива).

Как показали сравнительные реостатные испытания тепловозов ТЭМ14-0015 и ТЭМ7А-0452, на режимах работы с 1-й по 4-ю позиции контроллера машиниста эффективный удельный расход топлива опытного тепловоза оказывался ниже контрольного тепловоза на 5 — 9 %, т.е. наблюдалась существенная экономия топлива (рис. 1). Начиная с 5-й позиции контроллера на тепловозе ТЭМ14 вступал в работу второй дизель, и удельный расход топлива возрастал. На режимах 5-й, 6-й и 8-й позиций контроллера удельный расход оказывался выше, чем у тепловоза ТЭМ7А, здесь имел место перерасход топлива (исключением являлся режим 7-й позиции контроллера). На режиме холостого хода опытных тепловозов ТЭМ14 расход топлива составил в среднем 6,2 кг/ч (при условии, что работает один дизель) — это на 40 % ниже, чем контрольного тепловоза ТЭМ7А.

Распределение времени работы тепловоза по позициям контроллера показало, что на этих наиболее выгодных режимах относительно топливной экономичности тепловоза ТЭМ7А (нулевая, 1-я, 2-я иЗ-я позиции) тепловозТЭМ14-0015 проработал 94 % времени. В среднем за период испытаний экономия топлива тепловозом ТЭМ 14-0015 по отношению к ТЭМ7А составила 19,4 %. При этом работал только один дизель-генератор (ведущий). Суммарное время работы второго дизель-генератора (ведомого) составило в среднем 4 %, т.е. в работе тепловоза он практически не участвовал.

Наиболее значительными повреждениями на период испытаний для тепловозов ТЭМ 14 явились пробои главных генераторов силовых установок (пробои изоляции) ввиду высокой стоимости и продолжительности работ по их замене, а также повреждения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения. Отмечены течи тосола из трубных соединений системы охлаждения. На тепловозе ТЭМ7А за тот же период выходили из строя система управления тепловозом (бортовой компьютер, цепи пуска дизеля), регулятор частоты вращения, электропередача (пробои изоляции силовой цепи).

Тепловоз ТЭМ 18В производства Брянского машиностроительного завода был создан на базе локомотива ТЭМ18ДМ и является первым из выпускаемых маневровых тепловозов для ОАО «РЖД», на котором установлен современный дизель производства фирмы «Wartsila» (Финляндия) мощностью 882 кВт [2]. У нового дизеля наиболее совершенные, не освоенные отечественным производством высокотехнологичные системы топливоподачи и регулирования, он отличается весьма высокой форсировкой (среднее эффективное давление рте= 2,1 МПа) и параметрами рабочего процесса. При высоких циклических силовых нагрузках на несущие узлы конструкция дизеля W6L20LA отработана с точки зрения безотказности и долговечности. Это говорит о выполнении фирмой большого объема работ по отработке конструкции, в том числе усталостных испытаний натурных образцов и о высокой культуре производства.

На дизеле «Wartsila•> установлена аккумуляторная система впрыска топлива «Common Rail», электронная система управления двигателем, осуществляющая контроль его параметров, «UNIC W20 СЗ “TEMPO”». Выбросы отработавших газов соответствуют международным нормам Tier II.

Отметим, что с повышением форсировки дизель приобретает свойства, не очень подходящие для его работы в качестве силовой установки тепловоза — замедляется переход с режима меньшей на режим с большей мощностью (этот недостаток был отмечен на стендовых реостатных испытаниях ТЭМ18В), область наиболее низких значений удельного расхода топлива перемещается к высоким значениям нагрузки, с наиболее активной работой агрегатов воздухоснабжения.

У нового дизеля более высокая частота вращения коленчатого вала (1000 об/мин вместо 750 об/мин у дизеля 1-ПД4Д), поэтому были разработаны новые приводы вспомогательных устройств — вентилятора холодильника тепловоза, тормозного компрессора КТ-6. Новому форсированному дизелю необходимы и новые расходные материалы, не распространенные на сети ОАО «РЖД». В частности, моторное масло SAE40 Navigo ТРЕО и особые присадки к охлаждающей воде. Все они в России не производятся и должны закупаться в странах ЕС. Новый тепловоз примернов 1,5 раза дороже, чем ТЭМ18ДМ.

Удельный эффективный расход топлива тепловозом ТЭМ 18В на 1-й позиции контроллера машиниста значительно (на 27 — 30 %) ниже по сравнению с контрольными ТЭМ18ДМ, на режимах 3-й, 4-й и 5-й позиций их характеристики сближаются (рис. 2). Область наиболее экономичной работы двигателя наблюдается при мощности, близкой к номинальной, — 650 — 700 кВт (на 7-й позиции). Расход топлива на холостом ходу ниже, чем у контрольных тепловозов на 20 %.

Поданным наблюдений, наибольшая доля времени работы тепловозов приходилась на режим холостого хода (78 — 82 % времени работы). Доля 1-й позиции контроллера составляла 6,5 — 8 % и 2-й позиции 2 — 4%. Наибольшая мощность, реа-
лизованная при работе, составила для этого типа тепловозов не более 300 кВт, или 35 % от номинальной. В среднем за период испытаний, работая с такой нагрузкой, экономия топлива у тепловозов ТЭМ 18В по отношению к ТЭМ 18ДМ составила 12,3 %.

Анализ данных повреждений показал, что наиболее значимыми (стоимость ремонта, время на которое тепловоз отвлекается от работы) для опытных тепловозов были повреждения электронной системы управления дизелем «TEMPO», устройств тормозного оборудования УКТОЛ. На третьем месте неожиданно оказались повреждения дизеля W6L20LA (на одном тепловозе был отмечен выброс масла в выхлопной коллектор, на другом — повышенный расход масла) и комплекса приборов безопасности. Повреждения комплекса приборов безопасности затронули в равной степени опытные и контрольные тепловозы.

Главными на контрольных тепловозах ТЭМ18ДМ были незначительные повреждения дизеля — заклинивания, задиры плунжерных пар ТНВД, изломы трубок высокого давления.

Что же показали сравнительные испытания? Для тепловоза ТЭМ 14 была получена исключительно высокая экономия топлива (19,4 %), тепловоз при этом работал в необычных условиях — был недогружен, работал «вполсилы» или даже меньше, на наиболее выгодных с точки зрения экономии топлива режимах относительно ТЭМ7А.

Отмеченные конструктивные особенности двухдизельного тепловоза ТЭМ 14 — более сложная электропередача, система охлаждения, система управления — являются «платой» за возможность включения в работу только одного из дизелей или обоих одновременно. Однако более сложный в устройстве тепловоз должен обеспечить более высокую надежность своих узлов и систем, чтобы встать в один ряде предшественником ТЭМ7А. Прошедшие испытания таких качеств у нового тепловоза не показали.

У тепловозов ТЭМ 18В неплановых ремонтов было не меньше, чем у контрольных ТЭМ18ДМ, при этом для его работы требовались дорогие расходные материалы, например, моторное масло с присадками, которое было в два раза дороже применяемого на ТЭМ18ДМ. Новый дизель W6L20LA значительно дороже, чем 1-ПД4Д, что привело к удорожанию тепловоза (и это при одинаковой с предшественником мощности и тяговых свойствах). В итоге, несмотря на экономию топлива, замена ТЭМ18ДМ новым тепловозом ТЭМ 18В экономически не целесообразна, а проще говоря — убыточна.


Существует еще одна группа причин, которые, на мой взгляд, следует учитывать. Опыт использования иностранных двигателей в других отраслях, например, на судах гражданского и военного флота [3] уже показал, что при их эксплуатации возникает ряд проблем. По окончании заводских гарантий стоимость заменяемых импортных деталей и узлов может оказаться несопоставимо выше стоимости тех же деталей, которые были установлены на дизеле и тепловозе при постройке, что перечеркивает все положительные экономические выкладки.

Особо следует остановиться на программном обеспечении, оно входит в блок управления дизелем «TEMPO». Покупая готовый дизель или право на его сборку, фирма не приобретает прав на программное обеспечение, и при его случайных или неслучайных сбоях исправный, в принципе, тепловоз работать не сможет. Такая, вполне реальная, ситуация вызывает тревогу, поскольку будет неизбежен переход в зависимое положение от фирмы-разработчика программного обеспечения, его технической политики, которая может противоречить интересам ОАО «РЖД».

Канд. техн. наук И.В. СИРОТЕНКО, старший научный сотрудник ОАО «ВНИИЖТ»

Библиография

1. Тарасов А.Н. Знакомьтесь: тепловоз ТЭМ14//Локомотив. — 2011. — № 10.— С. 36 —37.

2. Wartsila 20. Product guide — 1/2013. URL: http://http://www.wartsila.com/ products/marine-oil-gas/engines-generating-sets/diesel-engines/wartsila-20 (дата обращения 28.10.2015 г.).

3. Казеннов В. Флоту нужны российские дизели. Они ничем не уступают зарубежным // Национальная оборона. — 2011. — № 11.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК