vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2023-82-1-25-35vestnikvniizht-678Research ArticleТехнические средства железнодорожного транспортаTECHNICAL MEANS OF RAILWAY TRANSPORTСовершенствование системы воздухоснабжения тепловозных дизелейImprovement of the air supply system for diesel locomotiveshttps://orcid.org/0000-0001-5072-4355ПоварковИ. Л.PovarkovI. I.

Игорь Леонидович Поварков, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, научный центр «Тяга поездов»

Author ID: 1080220

129626, г. Москва, 3-я Мытищинская ул., д. 10

Igor l. Povarkov, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

Author ID: 1080220

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

povarkov.igor@vniizht.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2492-1862РыжовВ. А.RyzhovV. A.

Валерий Александрович Рыжов, д-р техн. наук, руководитель направления по развитию двигателестроения

Author ID: 1015645

140408, Московская область, г. Коломна, ул. Партизан, д. 42

Valeriy A. Ryzhov, Dr. Sci. (Eng.), Head of Engine Building Development

Author ID: 1015645

140408, Moscow region, Kolomna, 42, Partizan St.

https://orcid.org/0000-0002-6893-8658КалугинМ. Е.KaluginM. E.

Михаил Евгеньевич Калугин, начальник отдела «Инжиниринговый центр двигателестроения ТМХ»

140408, Московская область, г. Коломна, ул. Партизан, д. 42

Mikhail E. Kalugin, Head of Department TMH Engine Engineering Center

140408, Moscow region, Kolomna, 42, Partizan St.

https://orcid.org/0000-0001-9354-2455ЖуравлевА. Н.ZhuravlevA. N.

Андрей Николаевич Журавлев, научный сотрудник, научный центр «Тяга поездов»

Author ID: 1030511

129626 г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10

Andrey N. Zhuravlev, Researcher, Train Traction Scientific Centre

Author ID: 1030511

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)РоссияTrain Traction Scientific CentreRussian FederationКоломенский заводРоссияKolomensky ZavodRussian FederationНаучно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)РоссияRailway Research InstituteRussian Federation2023040420238212535Copyright © Поварков И.Л., Рыжов В.А., Калугин М.Е., Журавлев А.Н., 20232023Поварков И.Л., Рыжов В.А., Калугин М.Е., Журавлев А.Н.Povarkov I.I., Ryzhov V.A., Kalugin M.E., Zhuravlev A.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/678Введение

Введение. Система воздухоснабжения дизеля предназначена для увеличения подачи воздуха в поршневую часть двигателя, что позволяет повысить его мощность. Система включает агрегат наддува (турбокомпрессор) и охладитель наддувочного воздуха. Поскольку связь их с поршневой частью газовоздушная, это ограничивает диапазон режимов экономичной работы дизеля. В последние годы для повышения топливной эффективности дизеля доводка системы воздухоснабжения велась в направлении повышения коэффициента полезного действия турбокомпрессора и расширения диапазона его экономичной работы. В настоящее время эти резервы исчерпаны. В статье предлагается новое направление повышения топливной эффективности тепловозных дизелей в эксплуатации: управление двумя агрегатами наддува (регистровый наддув) путем последовательного включения каждого для работы дизеля на каждом из двух мощностных режимов — ниже и выше средней мощности.

Материалы и методы

Материалы и методы. Приведена схема воздухоснабжения дизеля с регистровой системой наддува и дана методика графоаналитического расчета совместной работы агрегатов наддува с поршневой частью двигателя.

Результаты

Результаты. Обоснованы и выбраны пути повышения топливной экономичности тепловозных дизелей в эксплуатации за счет улучшения характеристик системы воздухоснабжения на режимах ниже средних мощностных. Расчетно-экспериментальным методом получена оценка повышения топливной эффективности тепловоза 2ТЭ25К, оборудованного дизелем с регистровой системой наддува, по сравнению со штатным дизель-генератором 21-26ДГ.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Практика создания, исследования и реализации регистровых систем наддува на АО «Коломенский завод» и за рубежом показала, что, несмотря на сложность конструкции, применение таких систем целесообразно, поскольку они обеспечивают существенное увеличение эффективности силовой установки в эксплуатации. Рекомендуется проверить характеристики тепловозного дизеля с предлагаемой регистровой системой воздухоснабжения на стендовом дизель-генераторе с последующей эксплуатационной проверкой на тепловозе.

Introduction

Introduction. The diesel air supply system is designed to increase the air supply to the piston part of the engine, which increases its power. The system includes a supercharging unit (turbocharger) and an aftercooler. As their connection with the piston part is gas-air, this limits the range of feasible operation of the diesel engine. In recent years, the development of the air supply system, which is contributed to the improvement of the fuel efficiency of the diesel engine, is aimed at increasing the turbocharger efficiency and expanding its feasible operation range. The article proposes a new way of improving the fuel efficiency of diesel locomotives: control of two supercharging units (registered supercharging) by successively switching on each for diesel operation in each of the two power modes — below and above average power.

Materials and methods

Materials and methods. A diagram of the diesel engine air supply with a registered supercharging system is given, and a method for graph-analytical computation of the combined operation of supercharging units with the piston part of the engine is given.

Results

Results. The authors substantiated and selected ways of increasing the fuel efficiency of diesel locomotives in operation by improving the characteristics of the air supply system at modes below average power. The calculation and experimental method gave an estimate of the increase in the fuel efficiency of a 2TE25K diesel locomotive equipped with a diesel engine with a registered supercharging system, compared with a standard 21-26DG diesel generator.

Discussion and conclusion. The practice of creating, researching and implementing registered supercharging systems at JSC Kolomensky Zavod and abroad shows that, despite the complexity of the design, such systems give a significant increase in the efficiency of the propulsion system in operation. It is recommended to check the characteristics of a diesel locomotive with the proposed registered air supply system on a bench diesel generator, followed by an operational check on a diesel locomotive.

тепловозный дизельсистема воздухоснабженияагрегаты наддуватурбокомпрессоррегистровая система наддуваграфоаналитический расчетlocomotive diesel engineair supply systemsupercharging unitsturbochargerregistered supercharging systemgraph-analytical computationАвторы выражают благодарность рецензентам за полезные замечания и советы, способствовавшие улучшению статьи.The authors express their gratitude to the reviewers for their constructive comments, improving the quality of the article.ReferencesЭнергосбережение на железнодорожном транспорте: справ.-метод. изд. / В. А. Гапанович [и др.]; под ред. В. А. Гапановича. М.: Интехэнерго-Издат, 2014. 304 с.Gapanovich V. A., Avilov V. D., Ivanov B. I., et al. Energosberezhenie na zheleznodorozhnom transporte: sprav.-metod. izd. [Energy saving on railway transport: guidelines and reference]. Moscow: Intechenergo-Izdat; 2014. 304 p. (In Russ.).Knelts V. F., Matisen A. B. Design Principles and Specifics of Air Supply Systems Used in the Engines Produced by JSC Kolomensky Zavod. In: Radionov A. A., Gasiyarov V. R. (eds.). Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2022, 16–20 May 2022, Sochi, Russia. Cham: Springer; 2022. P. 248–258. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_25Knelts V. F., Matisen A. B. Design Principles and Specifics of Air Supply Systems Used in the Engines Produced by JSC Kolomensky Zavod. In: Radionov A. A., Gasiyarov V. R. (eds.). Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2022, 16–20 May 2022, Sochi, Russia. Cham: Springer; 2022. P. 248–258. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_25Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания / Д. А. Дехович [и др.]; под ред. М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1973. 296 с.Dekhovich D. A., Ivanov G. I., Kruglov M. G., et al. Agregaty vozdukhosnabzheniya kombinirovan-nykh dvigateley vnutrennego sgoraniya [Air supply units of combined internal combustion engines]. Moscow: Mashinostroenie; 1973. 296 p. (In Russ.).Поварков И. Л., Антюхин Г. Г. Совершенствование систем воздухоснабжения тепловозных дизелей. М.: Интекст, 1999. 190 с.Povarkov I. L., Antyukhin G. G. Sovershenstvovanie sistem vozdukhosnabzheniya teplovoznykh dizeley [Improvement of the air supply system for diesel locomotives]. Moscow: Intext; 1999. 190 p. (In Russ.).Совершенствование агрегатов наддува тепловозных дизелей типа Д49 / Г. Г. Антюхин [и др.] // Актуальные вопросы развития железнодорожного транспорта: материалы Всерос. науч.-практ. конф. к 75-летию аспирантуры Научно-исследовательского инта ж.-д. транспорта / под ред. А. Б. Косарева, Г. В. Гогричиани. М.: РАС, 2019. Ч. 2. С. 214–227Antyukhin G. G., Povarkov I. L., Gnezdilov S. M., Kalugin M. E. Sovershenstvovanie agregatov nadduva teplovoznykh dizeley tipa D49 [Improvement supercharging units of type D49 locomotive diesels]. In: Kosarev A. B., Gogrichiani G. V. (eds.). Aktual'nye voprosy razvitiya zheleznodorozhnogo transporta: materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. k 75-letiyu aspirantury Nauchno-issledovatel'skogo in-ta zh.-d. transporta [Major issues of rail transport development: Proceedings of the Russian National Research-to-Practice Conference for the 75th Anniversary of the postgraduate programme of the Railway Research Institute]. Moscow: RAS; 2019. Part 2. P. 214–227. (In Russ.).Шепелев А. В., Шепелев В. А. Эффективность применения охладителей наддувочного воздуха при модернизации дизелей типа Д49 // Двигателестроение. 1999. No 4. С. 35–37Shepelev A. V., Shepelev V. A. Efficiency analysis of a modernized intercooler for D49 engine. Dvigatelestroyeniye. 1999;4:35-37. (In Russ.).Шепелев В. А. Методы улучшения характеристик систем турбонаддува высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07. М., 2001. 277 с.Shepelev V. A. Metody uluchsheniya kharakteristik sistem turbonadduva vysokoforsirovannykh dizeley magistral'nykh teplovozov [Methods of improving supercharging systems of high-power diesels of mainline diesel locomotives]. Cand. Sci. (Eng.) thesis: 05.22.07. Moscow; 2001. 277 p. (In Russ.).Рыжов В. А. Совершенствование характеристик форсированных среднеоборотных двигателей двойного назначения средствами топливоподачи и воздухоснабжения: дис. ... д-ра техн. наук: 05.04.02.Ryzhov V. A. Sovershenstvovanie kharakteristik forsirovannykh sredneoborotnykh dvigateley dvoynogo naznacheniya sredstvami toplivopodachi i vozdukhosnabzheniya [Improving high-power medium-speed engines of dual purpose with fuel and air supply tools]. Dr. Sci. (Eng.) thesis: 05.04.02. Moscow; 2018. 328 p. (In Russ.).Ципленкин Г. Е., Иовлев В. И. Улучшение топливной экономичности двигателей за счет оптимизации систем наддува //Двигателестроение. 2014. No 3. С. 16–22Tsyplenkin G. E, Iovlev V. I. Turbocharging System Optimization as a Means to Improve Engine Fuel Efficiency. Dvigatelestroyeniye. 2014;3:16-22. (In Russ.)ОСТ 32.198–2002. Тепловозы магистральные грузовые. Типовые режимы загрузки: дата введения 2003-04-01. М.: МПС России, 2002. 40 с.Mainline freight diesel locomotive. Standard loading modes]. Introduction date 2003-04-01. Moscow: Russian Ministry of Railways; 2002. 40 p. (In Russ.)

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