Совершенствование системы воздухоснабжения тепловозных дизелей

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

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. 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.

1. Энергосбережение на железнодорожном транспорте: справ.-метод. изд. / В. А. Гапанович [и др.]; под ред. В. А. Гапановича. М.: Интехэнерго-Издат, 2014. 304 с.

2. 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_25

3. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания / Д. А. Дехович [и др.]; под ред. М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1973. 296 с.

4. Поварков И. Л., Антюхин Г. Г. Совершенствование систем воздухоснабжения тепловозных дизелей. М.: Интекст, 1999. 190 с.

5. 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. 214–227

6. Шепелев А. В., Шепелев В. А. Эффективность применения охладителей наддувочного воздуха при модернизации дизелей типа Д49 // Двигателестроение. 1999. No 4. С. 35–37

7. Шепелев В. А. Методы улучшения характеристик систем турбонаддува высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07. М., 2001. 277 с.

8. Рыжов В. А. Совершенствование характеристик форсированных среднеоборотных двигателей двойного назначения средствами топливоподачи и воздухоснабжения: дис. ... д-ра техн. наук: 05.04.02.

9. Ципленкин Г. Е., Иовлев В. И. Улучшение топливной экономичности двигателей за счет оптимизации систем наддува //Двигателестроение. 2014. No 3. С. 16–22

10. ОСТ 32.198–2002. Тепловозы магистральные грузовые. Типовые режимы загрузки: дата введения 2003-04-01. М.: МПС России, 2002. 40 с.