vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2021-80-4-191-200vestnikvniizht-523Research ArticleДругоеMiscellaneousПути решения проблемы перевода тепловозов на газообразное топливоWays to solve the problem of converting diesel locomotives to gaseous fuelКоссовЕ. Е.KossovE. E.

Коссов Евгений Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник

Москва, 129626

Evgeniy E. KOSSOV, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

Moscow, 129626

АсабинВ. В.AsabinV. V.

Асабин Виталий Викторович, канд. техн. наук, доцент, первый проректор

Самара, 443066

Vitaliy V. ASABIN, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, First Vise-Rector

Samara, 443066

СилютаА. Г.SilyutaA. G.

Силюта Анатолий Геннадьевич, канд. техн. наук, заведующий лабораторией

Москва, 129626

Anatoliy G. SILYUTA, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

Moscow, 129626

Silyuta.Anatoly@vniizht.ruЖуравлевА. Н.ZhuravlevA. N.

Журавлев Андрей Николаевич, младший научный сотрудник

Москва, 129626

Andrey N. ZHURAVLEV, Junior Researcher

Moscow, 129626

КоссоваЛ. Е.KossovaL. E.

Коссова Лидия Евгеньевна, младший научный сотрудник

Москва, 129626

Lidiya E. KOSSOVA, Junior Researcher

Moscow, 129626

Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)РоссияJoint Stock Company Railway Research Institute (JSC “VNIIZHT”)Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО «СамГУПС»)РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Samara State University of Railways” (FGBOU VO “SamGUPS”)Russian Federation202131082021804191200Copyright © Коссов Е.Е., Асабин В.В., Силюта А.Г., Журавлев А.Н., Коссова Л.Е., 20212021Коссов Е.Е., Асабин В.В., Силюта А.Г., Журавлев А.Н., Коссова Л.Е.Kossov E.E., Asabin V.V., Silyuta A.G., Zhuravlev A.N., Kossova L.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/523

Правительство Российской Федерации поставило задачу расширения области применения газообразного топлива в народном хозяйстве. В соответствии с этой задачей разработано соглашение от 17 июня 2016 г. о сотрудничестве между ПАО «Газпром», ОАО «РЖД», АО «Группа Синара», АО «Трансмашхолдинг» в области использования природного газа в качестве моторного топлива, в котором предусмотрено производство маневровых газотепловозов и магистральных тепловозов и газотурбовозов. Эта работа является продолжением начатых в 1990-х гг. опытно-конструкторских работ по созданию, доводке и испытаниям тепловозов, использующих в качестве моторного топлива природный газ. Перевод тепловозов на газообразное топливо может осуществляться двумя путями: создание тепловозов с газопоршневыми двигателями и модернизация тепловозов существующего парка путем переоборудования дизельных двигателей этих тепловозов под использование газодизельного цикла. Приведено сравнение этих вариантов и предложены решения, позволяющие применить на тепловозах газодизельный цикл. Представлены математические модели расчета показателей работы газодизельгенераторной установки на режимах эксплуатации и отдельно процесса топливоподачи, приведены их особенности и некоторые результаты расчета. Теоретически обоснованы экспериментально определенные причины невозможности работы силовой установки по газодизельному циклу маневрового тепловоза на базе ТЭМ18 ниже четвертой позиции контроллера машиниста. Определены минимальные конструкционные изменения штатной топливной аппаратуры, необходимые для обеспечения устойчивой работы тепловоза на газообразном топливе. Проведена сравнительная оценка эффективности перевода тепловозов на газообразное топливо и определена стоимость топлива, израсходованного за час работы, в зависимости от степени замещения топлива газом при работе тепловоза в среднестатистических режимах эксплуатации.

The Government of the Russian Federation has set the task of expanding the field of application of gaseous fuels in the national economy. In accordance with this task, an agreement of June 17, 2016 was developed on cooperation between PJSC Gazprom, JSC Russian Railways, JSC Sinara Group, JSC Transmashholding in the use of natural gas as a motor fuel, which provides for the production of shunting gas locomotives and mainline diesel locomotives and gas turbine locomotives. This work is a continuation of the work begun in the 1990s to create, fine-tune and test diesel locomotives using natural gas as a motor fuel. The conversion of diesel locomotives to gaseous fuel can be carried out in two ways: creation of diesel locomotives with gas piston engines and the modernization of diesel locomotives of the existing fleet by converting the diesel engines of these locomotives to use the gas-diesel cycle. A comparison of these options is given and solutions are proposed that allow using gas-diesel cycle on diesel locomotives. Mathematical models for calculating the performance indicators of a gas-diesel generator plant in operating modes and separately for the fuel supply process are presented, their features and some calculation results are presented. The experimentally determined reasons for the impossibility of operation of the power plant in the gas-diesel cycle of a shunting diesel locomotive based on TEM18 below the fourth position of the driver's controller are theoretically substantiated. The minimum required structural changes to the standard fuel equipment are determined, which are necessary to ensure stable operation of a diesel locomotive on gaseous fuel. A comparative assessment of the efficiency of converting diesel locomotives to gaseous fuel is carried out and the cost of fuel consumed per hour of operation is determined, depending on the degree of fuel replacement with gas when the locomotive is operating in average operating modes.

тепловозприродный газгазодизельный циклзапальная порциягазовоздушная смесьбедность смесидросселированиефорсункагидродинамический расчеткритерийматематический экспериментlocomotivenatural gasgas-diesel cycleignition portiongas-air mixturepoor mixturethrottlinginjectorhydrodynamic calculationcriterionmathematical experimentReferencesГосударственная программа Российской Федерации «Расширение использования природного газа в качестве моторного топлива на транспорте и техникой специального назначения» [Электронный ресурс]. URL: https://www.mintras.ru/activities/gos-progs/11/13/documents (дата обращения: 02.05.2021 г.).Gosudarstvennaya programma Rossiyskoy Federatsii “Rasshirenie ispol'zovaniya prirodnogo gaza v kachestve motornogo topliva na transporte i tekhnikoy spetsial'nogo naznacheniya” [State program of the Russian Federation “Expanding the use of natural gas as a motor fuel in transport and special equipment”] URL: https://www.mintras.ru/activities/gos-progs/11/13/documents (retrieved on 02.05.2021) (in Russ.).Соглашение о сотрудничестве между ПАО «Газпром», ОАО «РЖД», АО «Группа Синара» и ЗАО «Трансмашхолдинг» в области использования природного газа в качестве моторного топлива от 17 июня 2016 г. № 75 [Электронный ресурс]. URL: https://company.rzd.ru/ru/9397/page/104069?accessible=true&id=55187 (дата обращения: 02.05.2021 г.).Soglashenie o sotrudnichestve mezhdu PAO “Gazprom”, OAO “RZhD”, AO “Gruppa Sinara” i ZAO “Transmashkholding” v oblasti ispol'zovaniya prirodnogo gaza v kachestve motornogo topliva ot 17 iyunya 2016 g. № 75 [Agreement on cooperation between PJSC Gazprom, JSC Russian Railways, JSC Sinara Group and CJSC Transmashholding in the use of natural gas as a motor fuel dated June 17, 2016 No. 75]. URL: https://company.rzd.ru/ru/9397/page/104069?accessible=true&id=55187 (retrieved on 02.05.2021) (in Russ.).Загорский М. В., Фофанов Г. А., Поляков В. И. Газодизель-генератор ГДГ-50 на газотепловозе ТЭМ18Г производства ОАО «БМЗ» // Двигателестроение. 2001. № 4. С. 40 – 42.Zagorskiy M. V., Fofanov G. A., Polyakov V. I. Gazodizel' – generator GDG-50 na gazoteplovoze TEM18G proizvodstva OAO “BMZ” [Gas-diesel generator GDG-50 on the gas-locomotive TEM18G produced by JSC “BMZ”]. Dvigatelestroyeniye, 2001, no. 4, pp. 40 – 42.Исследование условий и режимов работы маневровых тепловозов / В. О. Носков [и др.] // Молодой ученый. 2017. № 12 (146). С. 72 – 75.Noskov V. O., Milyutina L. V., Sinev I. S., Taruta V. F., Chubarov I. A., Chulkov A. V. Issledovanie usloviy i rezhimov raboty manevrovykh teplovozov [Research of conditions and operating modes of shunting diesel locomotives]. Molodoy uchenyy, 2017, no. 12 (146), pp. 72 – 75.Горелик Г. Б. Перспективы развития газодизельных двигателей // Вестник Томского государственного университета (Вестник ТОГУ). 2009. № 2 (13). С. 61 – 72.Gorelik G. B. Perspektivy razvitiya gazodizel'nykh dvigateley [Prospects for the development of gas-diesel engines]. Tomsk State University Journal, 2009, no. 2 (13), pp. 61 – 72.Боксерман Ю. И., Мкртчан Я. С., Чириков К. Ю. Перевод транспорта на газовое топливо. М.: Недра, 1988. 220 с.Bokserman Yu. I., Mkrtchan Ya. S., Chirikov K. Yu. Perevod transporta na gazovoe toplivo [Transport transfer to gas fuel]. Moscow, Nedra Publ., 1988, 220 p.Патрахальцев Н. Н., Гусаков С. В., Медведев Е. В. Возможности организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием на базе дизеля 8Ч 13/14 // Двигателестроение. 2004. № 3. С. 10 – 13.Patrakhal'tsev N. N., Gusakov S. V., Medvedev E. V. Vozmozhnosti organizatsii gazodizel'nogo protsessa s vnutrennim smeseobrazovaniem na baze dizelya 8Ch 13/14 [Possibilities of organizing a gas-diesel process with internal mixture formation based on diesel 8Ch 13/14]. Dvigatelestroyeniye, 2004, no. 3, pp. 10 – 13.Особенности конвертации дизелей автономных локомотивов на газомоторное топливо / Д. Я. Носырев [и др.] // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева (Вестник КазАТК). 2017. № 4 (103). С. 70 – 77.Nosyrev D. Ya., Kurmanova L. S., Petukhov S. A., Muratov A. V. Osobennosti konvertatsii dizeley avtonomnykh lokomotivov na gazomotornoe toplivo [Features of converting diesel engines of autonomous locomotives to gas engine fuel]. Bulletin of KazATC, 2017, no. 4 (103), pp. 70 – 77.ГОСТ Р56286–2014. Локомотивы маневровые, работающие на сжиженном природном газе. Общие технические требования: нац. стандарт Российской Федерации: утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 ноября 2014 г. № 1928-ст: дата введения 2015-05-01: с поправками. М.: Стандартинформ, 2019. 30 с.GOST R56286–2014. Gas-fueled shunting locomotives. General technical requirements. National Russian Federation standard. Approved and put into effect by order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated November 26, 2014 No. 1928-st. Moscow, Standartinform Publ., 2019, 30 p. (in Russ.).Некоторые аспекты применения газомоторного топлива на дизелях тепловозов / Е. Е. Коссов [и др.] // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2020. Т. 79. № 5. С. 301 – 309. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-5-301-309.Kossov E. E., Asabin V. V., Silyuta A. G., Zhuravlev A. N., Kossova L. E. Nekotorye aspekty primeneniya gazomotornogo topliva na dizelyakh teplovozov [Some aspects of the use of gas engine fuel on diesel locomotives]. VNIIZHT Scientific Journal, 2020, Vol. 79, no. 5, pp. 301 – 309. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-5-301-309.Пишингер А. О механике впрыскивания топлива под давлением // Двигатели внутреннего сгорания: сб. монографий из иностранной литературы / пер. под ред. С. Н. Васильева. М.; Л.: ОНТИ. Глав. ред. автотракт. лит., 1939. Т. V. С. 12 – 21.Pishinger A. O mekhanike vpryskivaniya topliva pod davleniem [On the mechanics of fuel injection under pressure]. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Sb. monografiy iz inostrannoy literatury [Internal combustion engines. Coll. of monographs from foreign literature]. Moscow, St. Petersburg, ONTI. Glav. red. avtotrakt. lit. Publ., 1939, Vol. V, pp. 12 – 21.Астахов И. В. Динамика процесса впрыска в быстроходных дизелях // Труды Министерства авиационной промышленности СССР (МАП). М.: Бюро новой техники, 1948. Вып. 154. 91 с.Astakhov I. V. Dinamika protsessa vpryska v bystrokhodnykh dizelyakh [Dynamics of the injection process in high-speed diesel engines]. Trudy M-va aviats. prom-sti SSSR (MAP) [Proceedings of the Ministry of Aviation Industry of the USSR (MAP)]. Moscow, Byuro novoy tekhniki Publ., 1948, no. 154, 91 p.Натанзон В. Я. О динамике топливной системы двигателей дизеля // Труды ЦИАМ. М.; Л.: ОНТИ. Глав. ред. авиац. лит., 1936. Вып. 20. С. 71 – 118.Natanzon V. Ya. O dinamike toplivnoy sistemy dvigateley dizelya [On the dynamics of the fuel system of diesel engines]. Trudy TsIAM [Proceedings of TsIAM]. Moscow, St. Petersburg, ONTI. Glav. red. aviats. lit. Publ., 1939, Vol. 20, pp. 71 – 118.Фомин Ю. Я. Гидродинамический расчет топливных систем судовых дизелей. М.: Морской транспорт, 1959. 84 с.Fomin Yu. Ya. Gidrodinamicheskiy raschet toplivnykh sistem sudovykh dizeley [Hydrodynamic calculation of fuel systems of marine diesel engines]. Moscow, Morskoy transport Publ., 1959, 84 p.Кузнецов Т. Ф. Теоретические основы и методика расчета впрыска вязкого топлива в поршневых ДВС // Труды Харьковского института инженеров железнодорожного транспорта им. С. М. Кирова (Труды ХИИЖТ). Харьков: Изд-во ХИИЖТ, 1960. Вып. 35. С. 18 – 29.Kuznetsov T. F. Teoreticheskie osnovy i metodika rascheta vpryska vyazkogo topliva v porshnevykh DVS [Theoretical foundations and methods for calculating the injection of viscous fuel in piston internal combustion engines]. Trudy KhIIZhT [Proceedings of KhIIZhT]. Khar'kov, KhIIZhT Publ., 1960, no. 35, pp. 18 – 29.Горелик Г. Б. Неустановившиеся режимы работы дизельной топливной аппаратуры. Хабаровск: Изд-во Хабаровского гос. техн. ун-та, 1995. 91 с.Gorelik G. B. Neustanovivshiesya rezhimy raboty dizel'noy toplivnoy apparatury [Unsteady operating modes of diesel fuel equipment]. Khabarovsk, Izd-vo Khabarovskogo gos. tekhn. unta [Khabarovsk State Technical University Publishing House], 1995, 91 p.Крохотин Ю. М. Улучшение экономичности тепловозных дизелей путем совершенствования их топливной аппаратуры: дис. … канд. техн. наук: 05.04.02. М.: МГТУ им. Баумана, 2007. 177 с.Krokhotin Yu. M. Uluchshenie ekonomichnosti teplovoznykh dizeley putem sovershenstvovaniya ikh toplivnoy apparatury. Dis. … kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of diesel locomotive diesel engines by improving their fuel equipment. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, MGTU im. Baumana Publ., 2007, 177 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.