РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ ШЛЯХІВ ЗМЕНШЕННЯ ВИТРАТ ЕНЕРГОНОСІЇВ НА ПРОГРІВ ДИЗЕЛЬНОГО РУХОМОГО СКЛАДУ ЗАЛІЗНИЦЬ УКРАЇНИ
2.1. Вплив режимів циклічного самопрогріву на зноси та загальний ресурс дизелів
Одним з поширених способів підтримання теплового стану тепловоза в теперішній час є прогрів за рахунок роботи дизель-генератора в режимі холостого ходу. В 1996 року була розроблена та впроваджена на залізницях України технологія прогріву тепловозів та дизель-поїздів при простоях в основних та оборотних депо. Економія дизельного палива на прогрів згідно впровадженої технології була одержана за рахунок зменшення часу роботи дизелів на прогрів, тобто їх циклічною роботою. Впровадження вказаної технології прогріву дозволяє значно зменшити витрати дизельного палива на прогрів та негативний вплив режимів холостого ходу на надійність дизеля. Однак повністю цей вплив не виключається, крім того збільшена кількість пусків дизеля сприяє підвищеному зносу деталей дизеля, а значить впливає на його загальний ресурс. Що вказує на необхідність більш детального дослідження роботи дизеля на вказаних режимах.
Робота дизелів при часткових (малих) навантаженнях, що складають значну частину експлуатаційних режимів здійснює негативний вплив на техніко-економічні показники дизелів. У порівнянні з номінальним режимом при малих потужностях та частотах обертання колінчастого валу (пД) підвищуються питомі індикаторні gi та питомі ефективні gc витрати палива. Збільшення значення gc чи відповідне зниження ефективного к.к.д. на вказаних режимах в основному обумовлене зменшенням механічного к.к.д. у порівнянні з максимальною потужністю, однак найбільш суттєву роль має зниження індикаторного к.к.д. . При зменшенні потужності та частоти обертання пД коефіцієнт надлишку повітря суттєво підвищується та може сягати 810. Зменшення індикаторного к.к.д. при високих значеннях ? пов'язано із зниженням температури робочої суміші, збільшенням періоду затримки палива, погіршенням сумішоутворення, що викликається зниженням циклової подачі палива, інтенсивності вихору та збільшеними відносними втратами теплоти [20, 56, 107].
Крім того, погіршення сумішоутворення обумовлено зниженням на холостому ході та малих навантаженнях тиску повітря в ресивері (Рк) з-за низької ступені підвищення тиску в нагнітачі та збільшення тиску газів перед турбіною, внаслідок того що компресор є опором при впусканні повітря, а турбіна при випусканні газів.
В результаті зменшуються перепад РS-PT чи збільшення РS / PT , що викликає зменшення швидкості вихору та збільшення коефіцієнта остаточних газів ? (сягає ?=0,2) внаслідок погіршення якості продування циліндра[19, 20, 108 ].
Робота паливної апаратури в режимах холостого ходу також характеризується нерегулярним впорскуванням палива (пропусканнями подачі), нерівномірним підйомом голки форсунки , нестабільністю остаточного тиску палива в трубопроводі. В [56] це пояснюється тим, що після кожної подачі остаточний тиск в нагнітальному трубопроводі різко знижується, подача палива ПНВТ при наступному ході плунжера використовується тільки для підняття в ньому тиску, так як порція поданого палива недостатня для впорскування форсункою. Це викликає пропускання, а значить нерегулярність подавання палива в циліндр. Якщо мають місце нерегулярність та нерівномірність подачі палива, то після нормального впорскування слідує часткове впорскування, а потім проводиться подача ПНВТ без впорскування палива форсункою (пропускання впорскування), як тільки збільшується остаточний тиск палива в нагнітаючому трубопроводі.
Це викликає зміну кута випередження дійсного впорскування палива в циліндр ?т: при нерегулярному впорскуванні кут ?т може збільшитись на 6?, а при нерівномірному впорскуванні - на 1?. Зміна кута ?т обумовлено тим, що для підвищення тиску палива до відповідного початку підйому голки необхідний менший хід плунжера, так як в нагнітальному трубопроводі вже до початку підйому плунжера є високий остаточний тиск палива.
На заводах-виробниках насоси ПНВТ регулюються на режим максимальної потужності. При цьому мінімальна подача палива між сусідніми циліндрами може відрізнятись більш як в 1,5 рази, що є ще однією причиною нерівномірного розподілення палива між циліндрами на режимах холостого ходу та часткових навантаженнях. Підбирання ПНВТ по групам зменшує різницю в подачі палива по окремим циліндрам однак повністю не виключає нерівномірність та нерегулярність подачі палива, призводить до пропускання спалахів та розрідження дизельного масла паливом, що не згоріло та потрапило в картер. А значить до підвищення зносу тертьових деталей дизеля та збільшення шкідливих викидів в атмосферу [19, 20, 56]. Крім того частина палива, що не згоріло потрапляє в випускну систему. При низькій температурі поверхонь випускного тракту та поршнів виникає інтенсивне смолоутворення. Таке явище призводить до закоксування поршневих кілець чи випускних вікон, інтенсивного нагароутворення на поверхнях випускного тракту, лопатках соплового апарата і турбіни турбокомпресора - що сприяє зменшенню величини РS / PT, і як наслідок погіршенню паливної економічності та зниженні надійності і тривалості роботи тепловозних дизелів, та збільшення шкідливих викидів в атмосферу [19, 25, 108].
Великий вплив на процес зносу дзеркала циліндрової втулки, кілець та поршня здійснює електрохімічна (волога чи мокра) корозія, що проходить при температурі кородуючої поверхні, яка є нижчою за так звану критичну (tкр - це межа, нижче за яку можливе створення плівки електроліту). Складові частини електроліту - сірчана та інші кислоти - осаджуються на поверхні деталей циліндро-поршневої групи при конденсації продуктів згоряння (рис. 2.1.1, а) [56].
Збільшення витрат палива на холостому ході та часткових навантаженнях обумовлено і тепловим станом дизеля, яке визначається рівнем температур теплоносіїв дизеля, що в свою чергу впливають на індикаторний к.к.д. та механічні витрати. При роботі дизеля на даних режима