Повышение эффективности работы тепловозов при применении накопителя энергии в силовой цепи
Диссертация
Предложено техническое решение. по применению накопителя электрической энергии в силовой цепи тепловоза с целью повышения качества рабочего процесса в неустановившихся режимах. Минимизирована необходимая энергоемкость накопителя за счет изменения алгоритма нагружения дизеля. Применение разработанного алгоритма нагружения силовой установки позволяет уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу… Читать ещё >
Содержание
- 1. Использование накопителей энергии для тяги поездов
- 2. Анализ исследований по улучшению работы тепловозных дизелей на неустановившихся режимах
- 2. 1. Совершенствование схем и систем воздухоснабжения
- 2. 2. Режимы работы тепловозных дизелей
- 2. 3. Совершенствование системы регулирования тепловозных дизель-генераторов
- 2. 4. Выбор эксплуатационных характеристик и способов нагружения дизель-генераторов тепловозов
- 2. 5. Постановка задачи исследования
- 2. 6. Выводы
- 3. Математическое моделирование работы дизель-генератора тепловоза
- 3. 1. Принципиальная силовая схема локомотива с гибридной силовой установкой
- 3. 2. Расчет показателей работы дизеля
- 3. 2. 1. Обобщенная блок-схема модели дизеля и основные допущения для расчета показателей работы дизеля
- 3. 2. 2. Методика расчета расхода рабочего тела
- 3. 2. 3. Методика расчета параметров рабочего тела по элементам дизеля
- 3. 3. Адекватность математической модели дизель-генератора
- 3. 4. Выводы
- 4. Определение необходимой энергоемкости и выбор типа накопителя энергии
- 4. 1. Исследование работы дизель-генератора тепловоза с накопителем энергии в силовой цепи в переходных процессах
- 4. 2. Анализ характеристик накопителей энергии и их пригодности для использования на тяговом подвижном составе
- 4. 3. Выводы
- 5. Снижение энергоемкости накопителя
- 5. 1. Предлагаемый способ управления силовой установкой тепловоза с накопителем энергии в силовой цепи
- 5. 2. Расчет показателей работы электропривода
- 5. 2. 1. Обобщенная блок-схема алгоритма расчета электромагнитных процессов в силовой электрической цепи
- 5. 2. 2. Расчет показателей работы электропривода тепловоза
- 5. 3. Тяговый расчет
- 5. 4. Адекватность математической модели электропривода
- 5. 5. Обобщенная блок-схема алгоритма работы Windows-приложения
- 5. 6. Демонстрация работы Windows-приложения
- 5. 7. Исследование показателей работы дизель-генератора тепловоза в переходных процессах при работе по разработанному алгоритму
- 5. 8. Выводы
- 6. Технико-экономическое обоснование эффективности внедрения разработанных решений
- 6. 1. Предлагаемые пути повышения эффективности работы тепловозов с накопителем энергии в силовой электрической цепи
- 6. 2. Моделирование режимов эксплуатации
- 6. 3. Расчет срока окупаемости модернизации локомотива
- 6. 3. 1. Методика расчета
- 6. 3. 2. Расчет годовых эксплуатационных расходов
- 6. 3. 3. Определение экономического эффекта за расчетный период и срока возврата капитальных вложений
- 6. 4. Выводы
Список литературы
- Краснобаев Н.И., Барский М. Р., Шредер И. Б., ВанагЯ.А. Контактноаккумуляторная тяга на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1977.-279 с.
- Чирахов Ф. Опыт эксплуатации аккумуляторного вагона в России.
- Известия общества инженеров-электриков. 1912. — № 9., с. 1−15.
- Кочнев Ф.П. Организация перевозок пригородных пассажировавтомотрисами. М.: Трансжелдориздат, 1962. 156 с.
- Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог. М.: Транспорт, 1995.-564 с.
- Садуорс Дж., Тилли А. Сернонатриевые аккумуляторы./Пер. с англ. М.:1. Мир, 1988.-672 с.
- Краснобаев Н.И., Макаренко И. Т. О применении дизельных поездов иавтомотрис в местном и пригородном сообщении // Железнодорожный транспорт. М.: 1957. — № 7., с. 17−20.
- Краснобаев Н.И. Некоторые вопросы электрического транспортакомбинированного питания // Энергетика и транспорт. — 1973. — № 6., с. 137−143.
- Сергеев В.Л. Знакомьтесь: маневровый аккумуляторный локомотив ЛАМ01// В. Л. Сергеев, И. А. Шаркин // Локомотив, 2003. № 10., с. 39.
- Vantuono W. Economy of fuel at diesel draft // Railway Age, 2002. № 9., p. 59−69.
- Исаев И.П. Маховоз системы Шуберского // Железнодорожный транспорт, 1952. -№ 2., с. 87−88.
- Моторный вагон с устройством для аккумулирования энергии. Weinstein С. Н. R-32 energy storage propulsion system. IEEE IAS Annu. Meet., 1975. Pap. 10th Annu. Meet., Hyatt Ragency Atlanta, 1975. N. Y, 1975, p. 238−246.
- Новые вагоны АСТ-1 для городских железных дорог. Silien Joseph S. АСТ-1 turns ideas into hardware // Railway Gaz. Int., 1976. 132, № 9., p. 329−333.
- Подвижной состав метрополитена за рубежом // Железные дороги мира, -1978.-№ 5., с. 24−26.
- Использование маховика на дизельном подвижном составе для накопления энергии. Glassers Annalen, 1996. — № 7., p. 302.
- Газотурбовозы облегченной конструкции для вождения высокоскоростных пассажирских поездов на ж.д. США. // Railway Gazette International, 1998. № 11., p. 75.
- Перспективный пассажирский локомотив для железных дорог США // Железные дороги мира. 1998. — № 12., с. 70., 1999. — № 10., с. 27−28.
- Рекуперативное торможение на автомотрисе с гидравлической передачей. Recuperation use solution sur un autorail // Preveraucl Jean-Francois. 1989., -№ 55., p. 22−24.
- Выравнивание нагрузки тяговых подстанций с помощью аккумуляторов энергии // Железные дороги мира, 1997. № 1., с. 43−50.
- Системы накопления электроэнергии на железнодорожном транспорте (Канада) // IEEE/ASME Railroad Conf, Baltimore Md, 26−28, Apr. 1983. N.Y., 1983.-p. 69−77.
- D.Habel et al. Инерционный накопитель энергии для тяговой сети // Железные дороги мира, 2004. № 2., http://www.css-rzd.ru/zdm/02−2004/3 204−2.htm.
- Применение батарейного накопителя на горной железной дороге // Железные дороги мира, 1998. -№ 3., с. 37−40.23.0sawaM. NE-Train the first-ever rail bus with the combined drive // Rail International, 2004. № 4., p. 16 — 23.
- Международная выставка железнодорожной техники InnoTrans2004 II Железные дороги мира, 2004. № 4., с. 11.
- ХребаМ.С. Повышение технико-экономических показателей работы тепловозов в республике Сирия путем совершенствования технологии обслуживания и характеристик дизель-генаратора. М.: Дисс. канд. техн. наук., 1994.-152 с.
- Погребняк В.В. Разработка и исследование устройств для дополнительного разгона агрегатов наддува в переходном процессе тепловозных дизелей и автоматизированных дизель-генераторов. -Харьков: Автореф. дисс. канд. техн. наук, 1971. 26 с.
- Renald D.T. Turboharger Developments for Large Engines // Diesel and Gas Turbine Progress, 1974. № 4., p. 20−21.
- Романов Г. И., Козлов С. И. Выбор рациональных способов регулирования воздухоснабжения турбопоршневых двигателей // Двигателестроение — Л.: 1982.-№ 6., с. 5−7.
- Кривов В.Г., Синатов С. А., Орлов A.A. Улучшение качества процесса в дизелях с газотурбинным наддувом путем утилизации их отходящей теплоты // Двигателестроение Л.: 1983. — № 8., с. 37.
- Юз Л.Д., Богомольный Е. С. Обеспечение возможности быстрого приема нагрузки дизель-генераторами // Сборник «Развитие комбинированных ДВС». М.: Машиностроение, 1974. — с. 262−287.
- Раскин В.Г. Турбопоршневые дизель-электрические агрегаты типа Д100. М.: Машиностроение, 1972. — 224 с.
- Артюхов В.Я., Захаров В. Н., Парамзин В. П., Сковородников Е. И., Четвергов В. А. Информационная система анализа надежности локомотивов // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. ТР-ОмИИТ: 1976. — вып. 64., с.3−26.
- Соболь В.Н. Улучшение переходных процессов тепловозных дизелей типа 1 ОД 100 и Д70 // Электрическая и тепловозная тяга. М.: 1970 — № 11., с. 44−45.
- Васильев В.Н., Файн М. А. Расширение диапазона реализуемых мощностей дизеля с турбонаддувом // Электрическая и тепловозная тяга. -М.: 1978.-№ 7., с. 44−47.
- Круглов М.Г. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1973. — 296 с.
- Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия. — М.: Машгиз, 1963. 640 с.
- Скаженик A.M. Влияние давления наддува на эксплуатационную экономичность тепловозного двигателя Д70 // Электрическая и тепловозная тяга. М.: 1970. — № 11., с. 27−28.
- Кудряш А.П., Заславский Е. Г., Тартаковский Э. Д. Резервы повышения экономичности тепловозов 2ТЭ10Л М.: Транспорт 1975. — 65 с.
- Шокотов Н.К. Основы термодинамической оптимизации транспортных дизелей. — Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьковском ун-те, 1980. -154 с.
- Зеленов В.В. Исследование применения соплового регулирования для улучшения динамических характеристик двухтактных двигателей. -Харьков: Автореф. дисс. канд. техн. наук, 1972. 22 с.
- Севрук И.В., ЭпштейнА.С. Переходный процесс автоматизированного дизель-генератора с приводным турбокомпрессором при мгновенном набросе 100% нагрузки // Двигатели внутреннего сгорания. ХГУ: 1972. -вып. 15., с. 104−108.
- Wadman Bruce W. Engine Harisans. Diesel and Gas Turbine Progress. 1972. V. 38, № 9, p. 9−11.
- Коссов E.E., ПоварковИ.Л. Исследование соответствия некоторых характеристик дизелей с высоким наддувом требованиям тепловозной тяги // Вестник ВНИИЖТ. 1975. № 3., с. 23 28.
- Соколов С.С., Лазурко A.A., Щеглова З. И. и др. Конструктивные особенности систем наддува дизелей с высоким и сверхвысоким уровнем форсирования // Двигатели внутреннего сгорания. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1981. — № 30., 49 с.
- Севрук И.В. Исследование переходных процессов четырехтактного тепловозного двигателя с высоким наддувом. Харьков: Автореф. дисс. канд. техн. наук, 1969. — 23 с.
- Леонов О.В. О режимах разгона двигателя // Известия ВУЗОВ. М.: Машиностроение, 1964.-е. 100−110.
- Тернопол В.П., Погребняк В. В., Соболь В. Н. Анализ рабочего процесса автоматизированного дизель-генератора 12Д70 при мгновенных изменениях нагрузки // Двигатели внутреннего сгорания. ХГУ: 1976. -вып. 23., с. 57−61.
- Коссов Е.Е., Поварков И. Л. Экспериментальное исследование переходных процессов тепловозных дизелей и систем автоматического регулирования // Труды ВНИИЖТ. М.: 1977. — вып. 570., с. 116−126.
- Соболь В.Н., Погребняк В. В., Тартаковский Э. Д. и др. Совершенствование системы газотурбинного наддува тепловозного двигателя 12Д70 // Вестник ВНИИЖТ. М.: 1974. — № 5., с. 45−48.
- Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.: Машиностроение, 1964.-248 с.
- Сахаревич В.Д., Щербаков В. Г., Белинский И. Н. Расчетно-экспериментальное исследование по выбору систем газотурбинного наддува двигателей 4ЧН8, 4ЧН12/12 и 8ЧН13/11,5 //ДВС. Харьков: 1980.-вып. 31., с. 68−77.
- Глаголев Н.М. Тепловозы. М.: Гос. трансп. ж.-д. изд-во, 1948. 388 с.
- Хомич А.З., ТупицынО.И., Симеон А. Э. Экономия топлива и теплотехническое моделирование тепловозов. М.: Транспорт, 1975. -264 с.
- Развитие локомотивной тяги / Под ред. H.A. Фуфрянского и А. Н. Бевзенко. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1988. 344 с.
- Володин А.И., Фофанов Г. А. Топливная экономичность силовых установок тепловозов. -М.: Транспорт, 1979. 126 с.
- Васильев В.Н. Эксплуатационная экономичность тепловозных дизелей с учетом переходных процессов // Труды МНИТ. М.: Транспорт, 1978, вып. 611., с. 27−34.
- Кудряш А.П. Резервы повышения экономичности тепловозов. М.: Транспорт, 1975. 275 с.
- ХомичА.З. Оценка эксплуатационной экономичности тепловозного дизеля // Двигателестроение. Л.: 1979. № 7, с. 47−49.
- Хомич А.З. Эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1987. — 270 с.
- Коссов Е.Е., Новиков A.B., Поварков И. Л. Повышение эксплуатационных качеств тепловозных дизелей с высоким наддувом // Электрическая и тепловозная тяга. М.: 1976. — № 8., с. 42−43.
- Поварков И.Л., Володин А. И., Коссов Е. Е. Системы оптимальной защиты тепловозных дизелей от перегрузок в эксплуатации // Труды ВНИИЖТ. -М.: 1975. вып. 531., с. 91−96.
- Егунов П.М. Тенденции развития мощных тепловозных дизелей // Двигатели внутреннего сгорания. М.: НИИинформтяжмаш, 1976. -№ 8., с. 42−43.
- Володин А.И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. -М.: Транспорт, 1985. 216 с.
- Backhause R., Winterbanse D.E. Dynamic Behaviour of a turbocharged diesel engine // SAE Tehn. Pop. Ser. 1985, № 860 453., p. 1−8.
- Кудряш А.П. Надежность и рабочий процесс транспортного дизеля. -Киев: Навукова думка, 1981. 136 с.
- Галкин В.Г., Парамзин В. П., Четвергов В. А. Надежность тягового подвижного состава. -М.: Транспорт, 1981. 184 с.
- Крутов В.И., Кабанов A.A. Математические динамические модели корректоров топливоподачи и нагрузки тепловозного дизеля // Двигателестроение. — JL: 1987. — № 10., с. 26−28.
- Кудряш А.П., Созаев В. Т., Тартаковский Э. Д. Повышение эффективности тепловозных дизель-генераторов в эксплуатации // Железнодорожный транспорт. -М.: 1972. вып. 10., с. 38−40.
- Белдгин Г. И., Иванченко H.H. О целесообразности и условиях реализации двигателя постоянной мощности // Двигателестроение. — Л.: 1979. — № 2., с. 6−8.
- Дружинин М.М. Повышение эксплуатационной экономичности тепловозов обеспечением оптимальной по расходу топлива генераторной характеристики. М.: Дисс. канд. техн. наук., 1985. 174 с.
- Белостоцкий A.M. Исследование переходных режимов двигателей маневровых тепловозов с использованием ЦВМ. М.: Дисс. канд. техн. наук., 1967. 114 с.
- Старовойт В.А. Повышение эксплуатационной эффективности маневровых тепловозов. М.: Дисс. канд. техн. наук, 1984. 206 с.
- Сухопаров С.И. Повышение эффективности работы тепловозных дизелей корректированием нагрузки в переходных процессах. — М.: Дисс. канд. техн. наук, 1988.-239 с.
- Коссов Е.Е. Оптимизация работы тепловозного дизель-генератора // Труды МИИТ. М.: 1972. — вып. 700., с. 8−21.
- Коссов Е.Е., Вдовина Л. И., Михайлиди К. Г. и др. Методика расчета расхода топлива и производительности тепловозов с учетом работы нанеустановившихся режимах // Труды МИИТ. М.: 1981. — вып. 632., с. 60−72.
- Михайлиди К.Г., Коссов Е. Е. Моделирование функциональных связей системы объединенного регулирования при расчете переходных процессов тепловозного дизель-генератора. — М.: Рук. деп. ЦНИИТЯЖМАШ, 1985, МИИТ. № 1514 ТМ-85 Деп. 30 с.
- Коссов Е.Е. Моделирование переходных процессов тепловозного дизель-генератора. М.: Рук. деп. ЦНИИТЯЖМАШ, 1985, МИИТ. № 1543 ТМ-85 Деп. 29 с.
- Коссов Е.Е. Повышение производительности и топливной экономичности тепловозов путем оптимизации режимов работы дизелей. М.: Дисс. докт. техн. наук., 1987. — 363 с.
- Севрук И.В., Эпштейн A.C. Методика расчета переходных процессов четырехтактного тепловозного дизеля с высоким газотурбинным наддувом // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков, 1970, вып. 11., с. 78−83.
- Куценко С.М., Карпов И. П., ГулякинаТ.В. Системы и математическое моделирование процессов управления тепловозом. Учебное пособие для вузов. Харьков.: ХПИ, 1980. — 92 с.
- Эпштейн A.C. Исследование и расчет переменных режимов транспортных двигателей с газотурбинным наддувом. М.: Автореф. дисс. канд. техн. наук, 1960. -21 с.
- Коссов Е.Е., Сухопаров С. И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генарторов. -М.: Интекст, 1999. 184 с.
- Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача, учебное пособие для неэнергетических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1975.-496 с.
- Зысин В.А. Техническая термодинамика потока. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1977. — 160 с.
- Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. -512 с.
- Новиков И.И. Термодинамика: Учеб. пособие для студентов энергомашиностроительных и теплотехнических специальностей втузов. М.: Машиностроение, 1984. — 592 с.
- Вукалович М.П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1968.-496 с.
- Луканин В.Н., Шатров М. Г., Камфер Г. М. и др. Теплотехника / Под ред. В. Н. Луканина. — 2-е изд., перераб. — М.: Высшая школа, 2000. — 671 с.
- Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания = Aufladung von Verbrennungsmotoren: Пер. с немецкого / Под ред. д.т.н. Иванченко H.H. -Л.: Машиностроение, 1978. — 264 с.
- Исследование и доводка тепловозных дизелей / Под ред. Круглова Г. М., Володина А. И. -М.: Машиностроение, 1975. 184 с.
- Агрегаты воздухоснабжения комбинированных дизелей / Под ред. Круглова Г. М. М.: Машиностроение, 1973. — 296 с.
- Володин А.И., Зюбанов В. З., Кузьмич В. Д. Локомотивные энергетические установки / Под ред. Володина А. И. М.: ИПК Желдориздат, 2002. -718 с.
- Лосев Е. П. Эффективность применения накопителей энергии в силовых установках автономных локомотивов. М.: Дисс. канд. техн. наук., 2000. -211 с.
- Корнев А.Н. Системы электростартерного пуска энергетических установок тепловозов с импульсными конденсаторами сверхвысокой энергоемкости. М.: Дисс. канд. техн. наук., 1995. — 220 с.
- Шевлюгин M.B. Проблемы использования накопителей энергии в системах тягового электроснабжения. М.: Дисс. канд. техн. наук., 2000. -218 с.
- Карлаш И.В., Носков В. Н. Проблемы накопления энергии в системах тягового электроснабжения // Усиление систем электроснабжения электрифицированных железных дорог. Ростов н/д: 1989., с 18−21.
- Болдов H.A. Теория оптимальных параметров автономной электрической тяги. М.: Дисс. докт. техн. наук., 1964. — 371 с.
- Болдов Н. А., Степанов А. Д. Теплоэлектрический подвижной состав. М.: Транспорт, 1968. — 360 с.
- Бхатт Д.П. Исследование электропередачи маневровых тепловозов с рекуперативным торможением. — М.: Дисс. канд. техн. наук., 1981. -183 с.
- Бут Д.А., Алиевский Б. Л., Мизюрин С. Р., Васюкевич П. В. Накопители энергии: Учебное пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1991. -400 с.
- Джента Дж. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем / Пер. с англ. М.: Мир, 1988. — 430 с.
- Гулиа Н.В. Маховичные двигатели. М.: Машиностроение, 1976. -172 с.
- Гулиа Н.В. Накопители энергии. -М.: Наука, 1980. 152 с.
- Гулиа Н.В. Инерция. -М.: Наука, 1982. 152 с.
- Попов Г. Г., Маховик A.C. 937 824 СССР. Бюл. Изобретений, 1982. -№ 23.
- Фонер С., Шварц Б. Сверхпроводящие машины и устройства. — М.: Мир, 1977.-763 с.
- Астахов Ю.Н., Веников В. А., Тер-Газарян А.Г. Накопители энергии в электрических системах: учебное пособие для электроэнергет. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1989. — 159 с.
- Фишер JI.M., Петровский Ю. В. Высокотемпературная сверхпроводимость. Успехи и перспективы // Электротехника, 1987. -№ 11., с. 59−62.
- КарасикВ.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. — М.: Наука, 1964.-348 с.
- Веников В.А., Зуев Э. Н., Околотин B.C. Сверхпроводники в энергетике. М.: Энергия, 1972. — 119 с.
- Rose M.F. Compact Capacitor Powered Railgun System // IEEE Transactions on Magnetic, 1986.-Vol. MAG-22., № 6, p. 1717−1721.
- Брускин Д. Э и др. Электрические машины и микромашины. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1990. — 528 с.
- Правила тяговых расчетов для поездной работы / Под ред. Киселевой Н. П. М.: Транспорт, 1985. — 287 с.
- Гребенюк П.Т., Долганов А. Н., Скворцова А. И. Тяговые расчеты: Справочник. / Под ред. П. Т. Гребенюка. — М.: Транспорт, 1987. 272 с.
- Баранов A.M., Козлов В. Е., Фельдман Э. Д. Развитие пропускной и провозной способности однопутных линий. Труды ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1964. -№ 280., 196 с.
- Фельдман Э.Д. Технико-экономическое обоснование параметров магистральных тепловозов на перспективу. М.: Машиностроение, 1976.-е. 34−63.
- Синенко Н.П., Гринсберг Ф. Г., Половинкин И. Д., Розенблит Г. Б., СкаженикА.М. Исследование и доводка тепловозных дизелей. М.: Машиностроение, 1975. — 184 с.
- Повышение надежности и долговечности тепловозных дизелей. Под ред. д.т.н. Володина А. И. Труды ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1972. — 152 с.
- Насыров P.A. Повышение надежности работы поршней тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1977. — 216 с.
- Струнге Б.Н. Регулирование частоты вращения и мощности дизель-генераторов тепловозов. М.: Транспорт, 1976. — 112 с.
- Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте, /ВНИИЖТ МПС/. М.: Транспорт, 1991. -112 с.