Введение к работе
Аюуальность работы
Мощность, экономичность, уровень экологического воздействия на окружающую среду и эксплуатационная надёжность тепловозных дизелей существенно зависят от качественной работы агрегатов наддува. Анализ эксплуатационной надёжности тепловозов, выполненный на основе отчётной документации ОАО «РЖД», показывает, что неисправности агрегатов наддува дизеля составляют 23,4 % от общего числа отказов по дизелю, что сказывается на качестве его работы.
В то же время в эксплуатации находится большое количество тепловозов с неисправностями, которые принято называть «скрытые» отказы (или частичные отказы), к ним можно отнести: пережог топлива, низкая номинальная мощность, неравномерность распределения мощности по цилиндрам. Как правило, это связано с ухудшением технического состояния турбокомпрессоров (ТК), изменением регулировки топливной аппаратуры, закоксовыванием выпускных органов, сопловых и рабочих лопаток турбины, загрязнением газовоздушного тракта дизеля.
В настоящее время при отклонении качества функционирования ДГУ от установленных нормативов особое внимание уделяется настройке топливопо-дающей аппаратуры, условно принимая, что параметры системы наддува находятся в установленных пределах. Причиной такого подхода к определению неисправных агрегатов является отсутствие простого и доступного метода оценки технического состояния элементов газовоздушного тракта. В случае использования в конструкции дизеля газотурбинного или комбинированного наддува при диагностировании агрегатов наддува отсутствуют чёткие критерии определения исправности, и не всегда принятые технические решения достоверно характеризуют действительное техническое состояние объекта.
Существующая в настоящее время в локомотивных депо технология ремонта не предусматривает обязательный контроль качества ремонта ТК и приводного центробежного нагнетателя (ПЦН). Оценка состояния узлов ТК ведется органолептическими методами, а контроль оговоренных правилами ремонта допусков и зазоров в сопряжённых узлах при сборке ТК производится при помощи ручных измерительных средств. Поэтому велика вероятность постановки
на тепловоз агрегатов наддува с неоптимальными газодинамическими характеристиками.
Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии со Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»), и в соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта РФ до 2030 года, утвержденной постановлением Правительства РФ 17 июня 2008 г.
Цель диссертационной работы - совершенствование технологического процесса испытания и контроля технического состояния агрегатов наддува тепловозного дизеля путём проведения послеремонтных испытаний турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на эксплуатационных режимах их работы в стационарных условиях локомотивного депо.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи.
-
Проведение анализа существующих методов и систем контроля технического состояния агрегатов наддува.
-
Построение математической модели газодинамических процессов при испытании агрегатов наддува, которая позволяет оценивать влияние конфигурации испытательного оборудования и внешних воздействий на параметры работы агрегатов наддува тепловоза.
-
Проведение расчётно-экспериментального моделирования работы агрегатов наддува тепловоза при испытании на стенде и разработка методики определения технического состояния и критериев исправности агрегатов наддува.
-
Разработка стенда для контроля технического состояния агрегатов наддува тепловоза, позволяющего проводить их послеремонтные испытания на эксплуатационных режимах работы и обеспечивающего автоматический сбор и анализ информации о параметрах их работы.
-
Разработка технологии проведения испытания турбокомпрессора в условиях депо с применением разработанного стенда и на основе проведённого расчётно-экспериментального исследования.
-
Проведение натурных экспериментальных исследований по контролю технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя в стационарных условиях депо на разработанном стенде.
-
Расчёт экономического эффекта от использования предложенной технологии контроля технического состояния агрегатов наддува.
Объект исследования: технология контроля и испытания агрегатов наддува.
Предмет исследования: методика стендовых испытаний агрегатов наддува.
Методы исследования
При выполнении работы использованы методы математического моделирования газодинамических процессов, методы математической статистики и теории вероятностей, компьютерного моделирования и планирования эксперимента. Экспериментальная оценка параметров работы турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя осуществлялась на базе депо Моршанск Куйбышевской железной дороги.
Обработка результатов испытаний турбокомпрессора и построение математической модели выполнена в математических средах Excel и MathCAD. Проектирование интерфейса пользователя стенда для испытания турбокомпрессора велось в среде Visual Studio 6.0, код программы разрабатывался на Visual Basic 6.0 и Visual С 6.0++.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
-
Разработана математическая модель для определения характеристик агрегатов наддува тепловозов при послеремонтных испытаниях, отличающаяся возможностью анализировать характеристики приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора в зависимости от расхода воздуха (режима испытания) и учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования при различных схемах подключения турбокомпрессора.
-
Разработана методика определения технического состояния агрегатов наддува по комплексному показателю — координатам точки, которая характеризует режим работы приводного центробежного нагнетателя или турбокомпрессора, отмеченная на их универсальных характеристиках, позволяющая делать вывод о нахождении параметров работы агрегатов наддува в допустимых пределах.
Положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель газодинамических процессов при испытании агрегатов наддува для определения характеристик агрегатов наддува тепловозных дизелей, учитывающая влияние конфигурации испытательного оборудования.
-
Схема стенда для контроля технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта, позволяющая проводить испытание агрегатов наддува на эксплуатационных режимах работы.
-
Методика определения технического состояния агрегатов наддува по режиму работы приводного центробежного нагнетателя и турбокомпрессора.
-
Технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта с использованием разработанного стенда и методики определения технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя.
Достоверность научных положений и результатов
Достоверность подтверждена путём сопоставления результатов моделирования с параметрами работы агрегатов наддува в ходе экспериментальных исследований. Расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 7 %. Также достоверность результатов подтверждается использованием современных методов, методик исследования, применением сертифицированных приборов и устройств измерения; положительными результатами внедрения технических решений в ремонтное локомотивное депо Моршанск Куйбышевской дирекции по ремонту ТПС.
Практическая ценность:
-
Разработана методика определения технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя на основе определения их теплотехнических параметров, позволяющая контролировать техническое состояние агрегатов наддува после ремонта и перед постановкой их на тепловоз.
-
Разработан и внедрён в производство стенд для испытания турбокомпрессора ТК-34 и приводного центробежного нагнетателя, позволяющий оценивать их техническое состояние после ремонта на эксплуатационных режимах работы (защищен патентом РФ № 73076 по кл. G 01 М 15/00 от 27.12.2007).
-
Разработана технология проведения испытания турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя после ремонта, позволяющая оценивать теплотехническое состояние турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя по комплексному показателю и исключающая постановку на тепловоз агрегатов наддува с низкими теплотехническими параметрами, реализованная в ремонтном локомотивном депо Моршанск Куйбышевской ДРТ.
Апробация работы
Основные результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на V международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM» (Москва, 2008 г., МИИТ), на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2009 г., СамГУПС), на научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2009 г., СГАУ), на международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара, 2009 г., СамГУПС), на VII межвузовской научно-технической конференции «Молодые учёные - транспорту» (Екатеринбург, 2010 г., УрГУПС), на II Конференции «Повышение автоматизации и механизации ремонта подвижного состава на железнодорожном транспорте» (Щербинка, 2010 г., Экспериментальное кольцо ВНИИЖТ).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе статей -15, из них 2 в ведущих научных изданиях из Перечня ВАК РФ, тезисов докладов на конференциях -1,1 патент на полезную модель, 1 патент на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материалы диссертационной работы содержат 129 страниц печатного текста, 9 таблиц и 40 рисунков, 4 приложения на 30 страницах. Список использованных источников состоит из 103 наименований.
