Admin

Резервы экономии топлива при эксплуатации тепловозов 2ТЭ116

Тепловозы серии 2ТЭ116 производства АО ХК «Лугансктепловоз» эксплуатируются на железных дорогах России и стран СНГ с 1971 г. и зарекомендовали себя как надежные и экономичные локомотивы. Для улучшения эксплуатационных свойств и продления срока службы локомотивов в 2000 г. часть находящихся в эксплуатации тепловозов была модернизирована с присвоением серии 2ТЭ116К и 2ТЭ116КМ.

В настоящее время разработаны новые модификации — 2ТЭ116У и 2ТЭ116УМ, которые поставляются в Россию и Монголию. Несмотря на значительные усовершенствования, у тепловозов 2ТЭ116 всех указанных серий тип системы регулирования температуры теплоносителей (далее САРТ) остался прежним — релейным.

Система САРТ релейного типа характеризуется тем, что температура воды регулируется путем открытия и закрытия боковых жалюзи (БЖ), включением и отключением мотор-вентиляторов (ВУ) с одновременным открытием и закрытием верхних жалюзи (ВЖ). Управление осуществляется с помощью датчиков температуры типа ТАМ-103.

Во избежание звонковой работы САРТ между значениями температур включения и выключения ВУ сделан интервал, что предопределяет переохлаждение теплоносителя относительно рекомендованного уровня на величину, равную почти половине этого температурного интервала (рис. 1). Следствием вынужденного переохлаждения теплоносителя является дополнительный расход мощности, затрачиваемой на привод ВУ.

С увеличением количества ступеней регулирования температуры воды неизбежно растет суммарный интервал регулирования. Так, в системе регулирования температур воды контура охлаждения масла и наддувочного воздуха тепловоза 2ТЭ116 используются три ВУ, при этом разница температур между включением первой и выключением последней ВУ очень существенная — почти 15 °С.

Кроме того, при средних и малых нагрузках силовой установки тепловоза, а также при средних и низких температурах атмосферного воздуха, когда возникает потребность в работе всего двух или одной ВУ, уровень переохлаждения воды и, следовательно, перерасход мощности привода ВУ еще выше (см. рис. 1). Вместе с тем, указанные режимы работы тепловозов являются наиболее характерными и продолжительными по времени.

Другой, не менее значимой причиной перерасхода мощности, затрачиваемой на привод ВУ, является потребление энергии на изменение теплосодержания охлаждающей воды и металла в системе охлаждения. Количественное значение перерасхода определяется массовой теплоемкостью системы охлаждения (более 5 МДж/°С), а также разницей температур между включением и выключением ВУ.

Кроме того, значительные потери энергии связаны с изменением скорости вращения рабочих колес ВУ, работающих в режиме «разгон-торможение».

Совокупность всех изложенных факторов приводит к дополнительным затратам мощности и, как следствие, к перерасходу топлива на привод ВУ.

Альтернативой релейному способу регулирования является САРТ с плавным изменением частоты вращения вентиляторных колес ВУ. Плавная САРТ лишена вышеуказанных недостатков и ее параметры близки к расчетным. По разным оценкам, фактический расход мощности привода ВУ при релейной САРТ превышает теоретически необходимый в 3 — 4 раза. Однако при этом не учитываются потери, обусловленные технологическим увеличением диапазона регулирования, связанного с работой более одной ВУ. Таким образом, применительно к охлаждающему устройству тепловозов серии 2ТЭ116 указанные потери существенно выше.

Проблема перерасхода топлива становится еще более значимой при снижении теплорассеивающего потенциала охлаждающего устройства. Причин тому несколько. В качестве доминирующих можно выделить:

загрязнение внутренних полостей радиаторов продуктами коррозии и на-кипеобразования;

Ф замена секций типа Р62.131.000 (российский аналог 9717.000) на менее эффективные, но более стабильные в эксплуатации, радиаторы типа 7317.000;

* наличие утеплительных щитов, которые, зачастую, не демонтируются в теплое время года (речь идет о верхней заделке в виде листа, закрывающего до 40 % фронта радиаторов).

Первая причина обусловлена сложными физико-химическими процессами, происходящими во внутренних полостях элементов системы охлаждения тепловоза. Раньше предлагались различные способы борьбы с указанным негативным явлением, однако до настоящего времени проблема в полной мере не решена.


Вторая причина тесно связана с первой. В силу того, что радиаторы типа Р62.131.000 имеют повышенную склонность к закупорке водяных трубок продуктами коррозии и накипеобразования, в эксплуатации их нередко заменяют на более устойчивые к загрязнению секции типа 7317.000. Существует мнение, что несмотря на пониженную тепловую эффективность последних их эксплуатационная надежность восполняет указанный недостаток. В то же время, такая замена неизбежно приводит к перерасходу мощности на привод ВУ и, следовательно, дизельного топлива.

Третья причина обусловлена недостатками конструкции самих щитов и их установки на тепловозе, а также организационными трудностями, связанными с обеспечением их сохранности в межсезонный период. Наличие таких щитов, во-первых, приводит к уменьшению площади поверхности охлаждения радиаторов, омываемой воздухом и, во-вторых, к увеличению аэродинамического сопротивления тракта ВУ. Последнее обстоятельство приводит не только к снижению производительности ВУ, но и к смещению рабочей точки ВУ в зону низких КПД. По результатам наблюдений, проведенных в депо Елец Юго-Восточной дирекции тяги и депо Великие Луки Октябрьской дирекции тяги, более половины тепловозов 2ТЭ116 в летнее время года эксплуатируется с недемонтированными щитами.

В настоящей статье определены дополнительные потери, связанные с несовершенством работы САРТ тепловоза 2ТЭ116 с учетом различного состояния секций водовоздушных радиаторов обоих типов (Р62.131.000 и7317.000), атакже при наличии и отсутствии утеплительных щитов. Сопоставление носит сравнительный характер, поэтому допущения, принятые в расчетах, практически не оказывают влияния на корректность выводов.

Для сравнительного расчета были приняты следующие допущения и ограничения:

► располагаемый диапазон температур атмосферного воздуха от -40 до +40 °С разбит на 8 поддиапазонов с шагом 10 °С. Время реализации i-ro диапазона принято по ГОСТ 16350—80 («Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей») для климата категории У, регион г. Москва;

► относительное время реализации нагрузок дизеля принято по данным эксплуатации тепловозов 2ТЭ116 на участке Елец — Старый Оскол Юго-Восточной дороги с поездами весом свыше 4500 т;

► расходы воздуха при полностью открытом фронте и при недемонтированных утеплительных щитах получены с помощью аэродинамического расчета;

► суммарная мощность четырех ВУ при номинальной частоте вращения главного генератора составляет 96 кВт, а приведенная к валу дизеля — 126 кВт. Затраты топлива на привод ВУ при этом составляют 26,7 кг/ч;

► годовой бюджет времени тепловоза составляет 288 сут.;

► стоимость топлива принята в ценах 2010 г. из расчета 19 тыс. руб. за тонну.

Расчет производился по методике, учитывающей изменение теплорассеивающей способности охлаждающего устройства тепловоза 2ТЭ116 в зависимости от атмосферных условий и нагрузок дизеля, а также суммарную вероятность годовых сочетаний температур атмосферного воздуха и относительных значений времени работы тепловоза с различными нагрузками в пути следования.

Результаты расчетных исследований представлены на рис. 2 — 4. На рис. 2 приведена ожидаемая годовая экономия денежных средств от замены релейной САРТ на плавную. Годовые потери денежных средств от снижения теплорассеивающей способности радиаторов представлены на рис. 3. Годовые потери, связанные с заменой радиаторов типа 9717.000 на 7317.000, а также с эксплуатацией тепловоза 2ТЭ116 с недемонтированными боковыми щитами, представлены на рис. 4.

Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:

> замена существующей САРТ релейного типа на плавный аналог позволит существенно снизить эксплуатационные затраты. Экономия денежных средств на одну секцию тепловоза ожидается на уровне 460 — 530 тыс. руб. в зависимости от состояния радиаторов;

> применительно к охлаждающему устройству тепловоза 2ТЭ116 с релейной САРТ экономические потери, связанные с загрязнением секций типа 9717.000 (см. рис. 3), не превышают потери, связанные с их заменой на радиаторы типа 7317.000 (см. рис. 4). Использование секций типа 9717.000 выглядит предпочтительным в начальный период эксплуатации, после постройки тепловоза или после промывки его радиаторов. Только после снижения их теплорассеивающего потенциала до уровня еj3 = 0,65 перерасход денежных средств, выражаемый в затратах топлива на привод ВУ, становится равным перерасходу денежных средств от использования секций типа 7317.000. Принимая во внимание, что состояние радиаторов, соответствующее Sj3 = 0,65 достигается за 3 — 4 года, что соизмеримо с периодичностью проведения восстановительных работ, а также то, что за этот период состояние секций 7317.000 также изменится в худшую сторону, то преимущества секций 7317.000 относительно 9717.000 выглядят сомнительными;

- учитывая то, что в охлаждающих устройствах большинства тепловозов 2ТЭ116 используются радиаторы 7317.000, а среднее состояние таких радиаторов обычно не превышает нижней границы допустимого диапазона еj3 = 0,85), годовые потери денежных средств составляют не менее 120 тыс. руб. на одну секцию тепловоза (см. рис. 4);

- перерасход денежных средств от эксплуатации тепловоза с недемонтированными утеплительными щитами составляет приблизительно 125 тыс. руб. (см. рис. 4). Дополнительные потери, связанные с использованием секций 7317.000 вместо 9717.000 совместно с наличием недемонтированных утеплительных щитов оцениваются приблизительно в 170 тыс. руб.


Таким образом, тепловоз 2ТЭ116 имеет значительные резервы по снижению непроизводительных затрат денежных средств. Для повышения его эффективности рекомендуются проведение следующих мероприятий.

- Заменить способ регулирования температур теплоносителей. Стоимость САРТ плавного типа составляет приблизительно 600 тыс. руб. на одну секцию тепловоза. С учетом доработки и установки такой системы на тепловозе 2ТЭ116 ее окончательная стоимость не превысит 800 тыс. руб. на одну секцию. Таким образом, окупаемость системы составит менее двух лет.

- Рассмотреть вопрос по замене боковых жалюзи (БЖ) и утеплительных щитов тепловоза, конструкции которых морально и физически давно устарели. Современные конструкции утепленных воздушных клапанов, обеспечивающие, по необходимости, полное или частичное их открытие, позволяют сочетать в себе функции БЖ и утеплительных щитов. Стоимость клапанов и их установка соизмеримы с существующими годовыми потерями денежных средств на привод ВУ при эксплуатации тепловоза с недемон-тированными щитами.

- Провести комплекс работ, направленных на поддержание качества охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля на требуемом уровне. К числу таких работ относятся: оснащение водяных систем тепловозов устройствами катодной, комплексной защиты, препятствующей или существенно снижающей скорость электрохимической коррозии металлов; оснащение водяных систем устройствами фильтрации воды; применение ультразвуковых генераторов, препятствующих осаждению накипи и шлама на стенках теплопередающих поверхностей и пр.

- Пересмотреть существующее мнение в отношении повышенной скорости снижения теплорассеивающего потенциала радиаторов типа Р62.131.00.000 (9717.000). Их высокая начальная эффективность компенсирует указанный недостаток. И даже при значительном их загрязнении, соответствующем потере 35 % поверхности теплообмена, затраты, связанные с их использованием, соизмеримы с применением новых радиаторов типа 7317.000.

Реализация указанного перечня позволит существенно сократить эксплуатационные затраты и, прежде всего, затраты денежных средств, связанных с расходом дизельного топлива.

В.И. ГОРИН, старший научный сотрудник ОАО «ВНИИЖТ»

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin