Проект топливной системы тепловозного дизеля Д49 с электронным управлением топливоподачи

 

 

 

                                             ВВЕДЕНИЕ

 

     В дипломном проекте рассмотрены, современные технические способы повышения эффективности эксплуатации, и эффективности ремонта тепловозных двигателей.

     Предложено заменить механический топливный насос высокого давления (ТНВД) на двигателе Д49 тепловоза 2ТЭ25А «Витязь», на индивидуальный ТНВД с электромагнитный клапаном фирмы Bosch.

  Сегодня тенденция разработки тепловозов  требует все больше внимания. При создании новых и модернизации эксплуатируемых тепловозов дизели выбирают по таким показателям как мощность, надежность, топливная экономичность, габаритные размеры, масса и стоимость единицы выполненной работы.

   Экономичность работы тепловоза определяется экономичностью его силовой установки - дизеля. Основные требования к конструкции дизеля направлены на экономию затрат на топливо, техническое обслуживание, ремонт и прочие расходы в процессе его эксплуатации.

   Общие требования к дизелям определяются существующими и перспективными потребностями тепловозостроения, уровнем и возможностями развития дизелестроения, а также с учетом многолетнего опыта эксплуатации автономных локомотивов они постоянно изменяются, возрастают и должны удовлетворять:

    - требуемой величине эффективной мощности (от 350 до 4420 кВт) при соответствии габаритных размеров и весовых норм для локомотивов и обладать возможностями повышения эффективной мощности на перспективу;

    - экономичности по расходу топлива и смазочных материалов во всем диапазоне рабочих режимов в эксплуатации;

    - возможности работы на дешевых низкосортных топливах (содержание серы в топливе до 2,5%);

    - быть технологичными и относительно простыми по конструкции, обеспечивая низкую стоимость и удобство при изготовлении, монтаже, демонтаже, ремонте и обслуживании в эксплуатации;

    - требованиям безотказности  пуска при минимальном расходе  энергии;

    - приемлемым массам и габаритным размерам вспомогательных систем (очистка воздуха, охлаждение, смазка и т.д.), а также расходам мощности на их функционирование, не снижающих механический к.п.д. двигателя на номинальном режиме работы менее 0,85;

    -возможности быстрого изменения режима работы при сохранении экономичности;

    -возможности создания мощного ряда, обеспечивающего потребности железнодорожного транспорта с целью максимальной унификации конструкций отдельных узлов и деталей, приводящей к снижению стоимости изготовления, ремонта и обслуживания локомотивов;

    Дизельные силовые установки, характеризуются: высокой экономичностью (эффективный к.п.д. достигает от 42 до 46%), достаточной надежностью и т.д., наиболее полно удовлетворяют в настоящее время предъявляемым требованиям по сравнению с силовыми установками других типов. Это обеспечило широкое использование таких установок на тепловозах и в обозримом будущем они сохранят ведущую роль в транспортном машиностроении.

     Удельный эффективный расход топлива на номинальной мощности у современных отечественных четырехтактных тепловозных дизелей достигнут 190-5-200 г/(кВт-ч) на дизелях типа Д49 (ОАО «Коломенский завод»), у двухтактных - от 215 до 230 г/(кВт-ч) — типа 10Д100 и масла от 1 до 1,5% от расхода топлива.

    Для тепловозных дизелей существенным преимуществом могла бы явиться их топливная универсальность, особенно возможность применения низкосортных топлив; однако при высокой форсированности тепловозных дизелей этому препятствует резкое снижение их надежности и моторесурса.

    Наиболее важным технико-экономическим показателем, количественно характеризующим качество тепловозных дизелей и оказывающим весьма существенное влияние на эффективность тепловозной тяги, является надежность дизелей. Надежность тепловозных дизелей определяет величину их моторесурса, под которым понимают время непрерывной работы до переборки или капитального ремонта, выраженное в часах работы, или километров пробега тепловоза.

     Для дизелей средней быстроходности ресурс до капитального ремонта должен быть не менее 40000-50000 часов работы.

     Повышение надежности, а следовательно и моторесурса дизелей достигается комплексом конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий (подбор новых материалов, повышение усталостной прочности, износной и кавитационной стойкости деталей, совершенствование технологии изготовления и ремонта, улучшение очистки воздуха, поступающего в дизель, повышение качества смазочного масла и его фильтрации).

       Одной из важных задач в развитии тепловозных двигателей является их широкая унификация. Потребности в агрегатных мощностях двигателей для маневровых и магистральных тепловозов могут быть удовлетворены ограниченным числом типоразмеров двигателей. Перекрытие необходимого диапазона мощностей может быть достигнуто на базе этих типоразмеров путем их развития в мощностные ряды. Двигатели одного мощностного ряда отличаются числом цилиндров, компоновкой, степенью наддува и охлаждения надувочного воздуха и в отдельных случаях небольшим изменением частоты вращения коленчатого вала.

       Исследования показывают, что для различных модификаций мощностного ряда можно унифицировать 75-85% деталей и 90% технологической оснастки, применяющейся при изготовлении дизелей. Унификация двигателей уменьшает стоимость их изготовления и ремонта, позволяет повысить качество изготовления, что оказывает положительное влияние на надежность и долговечность.

    Примером мощностного ряда может служить современный четырехтактный двигатель с газотурбинным наддувом типа Д49, разработчиком и основным изготовителем которого является ОАО «Коломенский завод».

     Двигатели этого типа имеют число цилиндров 4 и 6 рядного исполнения и 8, 12, 16 и 20 цилиндров в V-образном исполнении. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала 750-1100 об/мин, числа цилиндров и форсировки по среднему эффективному давлению Ре, от 0,802 до 2,4 МПа, двигатели типа Д49 охватывают диапазон мощностей от 370 до 5300 кВт. Удельный расход дизельного топлива на номинальном режиме составляет около 190 г/кВт.ч. Ресурс (в зависимости от назначения) составляет: до выемки поршней 15000-25000 ч; до капитального ремонта — 60000-120000 ч.

          Однако, несмотря на существующие, достигнувшие результаты, двигатель Д49 и сегодня привлекает внимание, для повышения показателей, таких как: эффективные, индикаторные, экономические и т.д.

 

 

                  

 

Рисунок 1- Мощностной диапазон двигателей Д49

 

1 ВЫБОР ПРОТОТИПА И  ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

 

1.1 Обзор тепловозных  дизелей и существующих методов  их совершенствования

 

         Возможности создания новых, более совершенных и эффективных тепловозов, в первую очередь, определяются состоянием дизелестроения, как нашей стране, так и во всем мире ведь, как не крути, дизель является основным энергетическим узлом локомотивов. Проанализировав таблицу 1, основных параметров дизелей примененных или применявшихся, на отечественных тепловозах, а также проектировавшихся и построенных в экспериментальном порядке в стране и за рубежом, можно выявить три основных класса дизельных двигателей:

- двухтактные дизели  средней быстроходности (со скоростью  вращения вала на номинальных  режимах от 750 до 900- 950 об/мин) ;

- четырехтактные дизели средней  быстроходности (от 750 до 1000-1100 об/мин);

 - четырехтактные быстроходные дизели (1400-1600 об/мин).

      Для тепловозных двухтактных дизелей средней быстроходности в последние десятилетия достигнуты единичные мощности порядка 2 900-3 000 кВт (3 950-4 050 л.с.) — двигатели типов 645 и 710 Дженерал Моторе (США). Двухтактные дизели, как было показано в предыдущих главах, использованы на отечественных тепловозах типов ТЭ10 и М62 , составляющих и ныне основную часть грузового тепловозного парка, а также на пассажирских ТЭП60. Двухтактные дизели имеет значительная часть (не менее половины грузового парка) тепловозов железных дорог США — это локомотивы производства Отделения электрической тяги корпорации Дженерал Моторе (Electro-Motive Division, General Motors Corporation). Такие тепловозы работают также во многих странах Южной Америки, Азии и Африки.

  Удельная масса этих двигателей составляет 5,6-6,4 кг/кВт (4-7 кг/л. с), что при нормальной величине массы дизеля для шестиосной секции тепловоза в пределах 18-20 тон, дает возможность иметь ее секционную мощность именно на том уровне, о котором была речь выше, - порядка 2 900 кВт (4 000 л.с.).

  Достигнутая величина, среднего эффективного давления у мощных двигателей (р_с = 0,9-1,1 МПа), по-видимому, максимальна для этого класса, и возможности их дальнейшей форсировки исключены всеми производителями.

 Однако этого нельзя сказать о возможностях повышения экономичности этих двигателей. Они связаны в основном с улучшением качества работы двигателей на частичных (не номинальных) режимах и нагрузках. Магистральный грузовой тепловоз около половины времени своей работы не потребляет энергии от своего дизеля, и последний работает на холостом ходу.

 

 

 

 

 

  Таблица 1- Основные параметры тепловозных дизелей

 

Модель	Страна, фирма изготовитель	Размерность D/S, см	Число цилиндров, г		Мощность, Nc, кВт	Частота вращения вала, п, об/мин	Рабочий объем, V, м ’	Масса, G, КГ	Удельн. масса		Средн.эфект, давл.,МПа
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10
А. Двухтактные дизели
2Д100	СССР, ЗМ	20,7/2x25,4	10Р		1470	850	0,171	16000	10,9		0.61
10Д100	СССР, ЗМ	20,7/2x25,4	10Р		2210	850	0,171	16700	7,60		0,91
18 Д100	СССР, ЗМ	20,7/2x25,4	12Р		2650	850	0,205	22000	8,3		0,93
11Д45	СССР, КТЗ	23/30	16V		2210	750	0,199	13800	6,3		0,89

    Продолжение таблицы  1

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
14Д40	СССР, КТЗ	23/30	12V	1470	750	0,151	12585	8,5	0,79
645ЕЗА	США, GMC	23/25,4	20V	2905	900	0,211	18640	6,4	0,94
645F3	США, GMC	23/25,4	16V	2830	950	0,169	15650	5,6	1,08
710G	США, GMC	23/27,9	16V	2980	900	0,186	18000	6,1	1,1
Б. Четырехтактные дизели средней  быстроходности
2-2Д49	Россия, КТЗ	26/26	12V	1470	1000	0,166	15000	10,2	1,06
1А-5Д49	Россия, КТЗ	26/26	16V	2250	1000	0,221	20800	9,2	1,25
2В-5Д49	Россия, КТЗ	26/26	16V	2940	1000	0.221	21500	7,3	1,63
1Д49	Россия, КТЗ	26/26	20V	4410	1000	0,277	25700	5,8	1,96
1Д56	Россия, КТЗ	32/32	12V	4410	900	0,309	27800	6,3	1,94
2Д70	СССР, ЗМ	25/27	16V	2250	1000	0.212	18735	8,2	1,31
ЗД70	СССР, ЗМ	25/27	16V	2940	1000	0,212	19300	6,6	1,66
1Д80	СССР, ЗМ	26/27	16V	2940	1000	0,229	21600	7,3	1,25
2Д80	СССР, ЗМ	26/27	16V	3750	1000	0,229	22430	6,1	1,37
ЗД80	СССР,ЗМ	26/27	16V	4410	1000	0,229	22430	5,1	1,45
Д90А	СССР, ЗМ	28/31	16V	4410	900	0,305	27640	6,3	1,97
ПД1М	Россия, П	31,8/33	6Р	880	750	0,157	16200	18,4	0,9
S310DR	Чехия, ЧКД	31/36	6Р	990	750	0,163	13470	13,6	0.99