V,
км/ч
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
90
|
100
|
110
|
120
|
Fk, кН
|
627,685
|
313,849
|
209,232
|
156,924
|
125,539
|
104,616
|
89,671
|
78,462
|
69,744
|
62,769
|
57,063
|
52,308
|
Определим скорость порога Vп, т.е.
скорость, при которой тепловоз выходит на полную силу тяги при этой скорости.
Скорость порога определим из равенства:
Fксц = Fк
откуда
После преобразований получаем квадратное уравнение для определения
Vп;
откуда находится величина Vп, км/ч и далее
определяется Fкп, кН.
;
;
км/ч.
кН.
Тяговая характеристика, построенная по данным табл. 1 и 2, будет
иметь вид графика показанного на рис. 1.1.
Рис. 1. Тяговая характеристика тепловоза
Технико-экономическое
обоснование
Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших
потребителей нефтяного топлива в стране. На осуществление тяги поездов
тепловозами расходуется около трёх млн. тонн дизельного топлива в год. При
сохраняющейся тенденции увеличения грузопотоков, прогнозируется возрастание
этих расходов до пяти млн. тонн в год, поэтому ожидается рост объемов
нефтепереработки.
Применение газового топлива на транспорте эффективнее, чем
жидкого нефтяного топлива. Экономический эффект от использования 1000 м 3
газа в качестве моторного топлива для автомобилей в пересчете на 1 млн.
автомобилей соответствует высвобождению около 10 млн. т. бензина [1].
В качестве источников снабжения газовым моторным топливом
можно использовать отдельные малые месторождения газа, не включенные в систему,
а также месторождения, находящиеся на завершающей стадии эксплуатации, включая
и такие, использование которых для добычи газа стало экономически
нерациональным. Эти источники могут обеспечивать топливом транспортные средства
почти на всей территории Среднего Поволжья и ряда других регионов.
Реализация перечисленных проектов и удовлетворение
народнохозяйственной потребности в моторном топливе за счет природного газа
позволят осуществить перелом в обеспечении транспорта топливом, снять ограничения
на развитие народного хозяйства из-за нехватки бензина и дизельного топлива.
Таким образом, имеется комплекс факторов, определяющих
широкие перспективы применения газового топлива в транспорте.
Растет и цена нефти, которая в современных условиях зависит
от рынка (рис. 1.9.).
Указанные обстоятельства ставят перед железнодорожным
транспортом задачу обеспечения устойчивого снабжения тепловозов моторным
топливом и снижение расходов на его приобретение.
Эта задача может решаться в двух направлениях:
сокращение объемов потребления дизельного топлива за счет
повышения топливной экономичности тепловозных силовых установок;
за счет его замещения менее дефицитным и более дешевым
альтернативным топливом.
Анализ показывает, что повышение эксплуатационной топливной
экономичности тепловозов за счет совершенствования дизелей, внедрения
компьютерных систем их управления, снижение мощности вспомогательных агрегатов
и ряда других мероприятий, возможно в пределах 10…15%.
Повышение выработки дизельного топлива возможно за счет
расширения его фракционного состава (прибавления тяжелых фракций) или
увеличения качества переработки нефти. Однако, эта задача не решается
нефтеперерабатывающей промышленностью, а для тепловозов применение такого
топлива связано со снижением энергоресурса двигателей и затратами на их
дооборудование и эксплуатацию.
Из альтернативных топлив, по которым ведутся работы в стране
и за рубежом, можно рассматривать синтетические топлива, получаемые из угля,
сланцев, природного газа и других материалов. К таким топливам относятся,
например, метанол и диметиловый эфир (СН3-О-СН3).
Диметиловый эфир обладает хорошими моторными и экологическими свойствами и
может быть получен в процессе производства метанола. Однако в стране имеются
или создаются только опытные установки по производству синтетических топлив и
существующие технологические процессы их получения пока экономически не
выгодны, так как требуют больших затрат энергии.
Наиболее готовым для применения на тепловозах является
природный газ (метан). Более того, энергетические и физические характеристики
природного газа - повышенная по сравнению с дизельным топливом на ~ 10%
массовая калорийность, улучшенные в 1,5 - 2,0 раза экологические качества (см.
табл.1.5.), увеличение срока работы смазочного масла на 30 - 40% - позволяют
получить более высокие экономические, экологические и ресурсные показатели
работы газодизельных локомотивов
Куйбышевская
магистраль предлагает ОАО "РЖД" перевести локомотивы ЧМЭ3 на
природный газ
По словам заместителя начальника дороги по локомотивному и
вагонному хозяйствам Сергея Шиняева, переход на использование природного газа
значительно сократит затраты дороги на топливно-энергетические ресурсы. Только
в прошлом году Кбш ЖД потратила на дизельное топливо для тяги поездов свыше 3,3
млрд. руб. Выгода от перехода с дизельного топлива на газ очевидна - на одном
литре дизельного топлива ценой 17-18 руб. тепловоз выполняет ту же работу, что
и на 1,5 м3 метана стоимостью 11 руб. Еще одно преимущество перевода машин на
газ - меньшая токсичность выхлопных газов. По словам ведущего инженера отдела
охраны природы Кбш ЖД Михаила Галкина, содержание вредных веществ в
отработавших газах дизельного топлива в 1,5-2,2 раза выше, чем у метана. Это
очень важный аспект, так как маневровые локомотивы работают, как правило,
вблизи населенных пунктов.
В 2008 г. маневровые и магистральные тепловозы Кбш ЖД
выбросили в атмосферу 5,7 тыс. т загрязняющих веществ, уточнил Михаил Галкин.
Ожидать резкого подъема экономики пока не приходится, поэтому
надо готовить инфраструктуру и ресурсы к работе в сложившихся условиях. Перевод
локомотивов на газ - хорошее инженерное решение. Это позволит существенно
снизить затраты на дизельное топливо, а также сократить выплаты за выбросы
вредных веществ в атмосферу и загрязнение окружающей среды, - уверен и
начальник Кбш ЖД Сергей Кобзев.
Переоборудование одного локомотива обойдется примерно в 3,2
млн. руб. По предварительной оценке, все затраты на переоснащение парка маневровых
тепловозов составят около 100 млн. руб. при сроке окупаемости 5-6 лет. Всего на
Кбш ЖД парк маневровых тепловозов составляет 370 ед., в том числе 177 ед. ЧМЭ3.
Плюсы использования метана подтвердила опытная эксплуатация маневрового
газотепловоза ТЭМ18Г на Свердловской магистрали.
Машины, оборудованные двумя системами, запускаются и работают
в некоторых напряженных режимах на дизельном топливе, остальные режимы
обеспечиваются газом. В среднем около 40% продолжительности рейса тепловоза
обеспечивается за счет газа, но этот показатель может быть доведен и до
50%", - говорит директор Уральского филиала ОАО "ВНИИЖТ"
Александр Белоногов.
Опытная эксплуатация выявила ряд недостатков в работе
газотепловоза - частый выход из строя электрических преобразователей, газовых
клапанов, вентиляторов. "Кроме того, заправлять газом машину приходилось
каждые двое суток, притом что сам процесс заправки еще не отлажен, - сказал
Александр Белоногов.
Однако большинство проблем уже решено - разработан новый
преобразователь, способный действовать в температурных режимах от - 50°С до
+60°С. Время работы машины между заправками увеличено до 3,5 суток.
Выводы
Среди основных факторов, позволяющих говорить о природном
газе как о топливе XXI века, следует указать следующие:
· доказанные мировые запасы природного газа
существенно превышают запасы нефти;
· необходимость замещения нефти другими
видами сырья для ее высвобождения в интересах тех отраслей хозяйства, где она
не может быть заменена;
· более высокая степень экологической безопасности
при добыче, транспортировке, переработке, реализации и использовании;
· более высокие потребительские качества при
применении в качестве энергоносителя или сырья;
· более высокая ценовая стабильность и,
соответственно, экономическая привлекательность для конечных потребителей.
Сегодня в России природный газ является основой
топливно-энергетического баланса. На его долю приходится более 55% потребления
энергоресурсов.
Список
используемой литературы
1.
"Белая книга" ОАО "РЖД" Стратегические направления
научно-технического развития ОАО "РЖД" на период до 2015 г.
.
Боксерман, Ю.И. Перевод транспорта на газовое топливо. / Боксерман Ю.И.,
Мкртычан Я.С., Чириков К.Ю. М.: Недра, 1988, 220 с.
.
Булыгин Ю.И. Основы моделирования внутрицилиндровых процессов и токсичности
дизелей тепловозов: Дис. док. тех. наук: 05.04.02 - Ростов-на-Дону, 2006-328 с.
.
Варгафтик, Н.Б. справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. -
М.: Гос. изд. физ. мат. лит., 1963.708 с.
.
Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование,
эксперименты. Образование загрязняющих веществ / Варнатц Ю., Маас У., Диблл Р.;
пер. с англ. Г.Л. Агафонова; под ред. П.А. Власова. М.: Физматлит, 2003. -
352с.
.
Виноградский, В.Л. Регулирование дизеля изменением физико-химических свойств
топлива добавкой СНГ. Дис. канд. техн. наук: 05.04.02. - М., 2002 - 165 с.
.
Гильермо Лира Качо. Повышение экологических и экономических качеств
автотракторных дизелей в Перу, путем добавки сжиженного нефтяного газа: Дис.
канд. тех. наук: 05.04.02. М., 1992-201 с.
.
Горбунов, В.В. Ресурсосбережение нефтяных дизельных топлив и снижение дымности
отработавших газов автомобильного дизеля применением смесевых топлив: Дис.
канд. тех. наук: 11.00.11. Омск, 1999-179 с.
.
ГОСТ Р 50953-96 "Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов
магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы определения".
.Ю.
Гурвич, Л.В. Термодинамические свойства индивидуальных веществ/ под ред. Л.В.
Гурвич. М., 1962.1480 с.
.
Gupta, А.К. et al. Model for oredicting air-fuel mixing and combustion for
direct injection diesel engine // SAE Techn. Pap. Ser. N 860331. - 1986. - S. 19
.
Даутов, Н.Г. Численное исследование детонации в метано - и водородовоздушных
смесях за ударными волнами. / Даутов Н.Г., Старик A. M. // Физика горения и
взрыва, 1996, т.32, №1 - С.95-110.
.
Дизели. Справочник. Л. Машиностроение, под редакцией Ваншейдта, 1977, 480 с.
.
Звонов, В.А. Метанол как топливо для транспортных двигателей // Звонов В.А.,
Черных В.И., Балакин В.К. // Харьков: основа, 1990 - 148 с.