Техніко-економічні показники роботи ЛЕУ в експлуатації

Відомо, що магістральні і маневрові тепловози призначені відповідно для водіння вантажних і пасажирських поїздів і виконання маневрової роботи.

Для підтримки працездатності локомотивів передбачена система їх технічного обслуговування і ремонту, що розробляється для кожної серії локомотивів залежно від пробігу. При виконанні крупних обсягів ремонту для оцінки якості виконаних робіт по відновленню технічного стану локомотива передбачається проведення реостатних випробувань локомотивної енергетичної установки. Очевидно, що оцінка паливної економічності тепловозів в умовах експлуатації і післяремонтних реостатних випробувань має бути різною.

На підставі вищевикладеного розглянемо методику визначення паливної економічності у взаємозв'язку з експлуатаційними чинниками.

1. Оцінка паливної економічності при післяремонтних (реостатних) випробуваннях ЛЕУ.

Особливість післяремонтних (реостатних) випробувань тепловозної ЛЕУ полягає в тому, що основні показники дизеля знімаються при її роботі по тепловозній характеристиці на сталих режимах залежно від рукоятки контролера управління локомотивом. При цьому важливе значення має не лише перевірка, налаштування і забезпечення необхідної ефективної потужності і рівномірний розподіл її по циліндрах при нормованих значеннях температур випускних газів і інших параметрів, але і оцінка питомої ефективної витрати палива , що є інтегральним показником технічного стану ЛЕУ і характеризує її паливну економічність.

Питома ефективна витрата палива

,

де – погодинна витрата палива, кг/год.;

– ефективна потужність дизеля, кВт.

Вимірювання величини можливо на основі використання як існуючих (наприклад, паливомірний бак), так і сучасних (наприклад, роликолопасних витратомірів з точністю вимірювання до 0,1%) засобів вимірювання.

Ефективна потужність визначається за струмом () і напругою () на клемах тягового генератора з урахуванням його ККД (): .

Отримані в процесі випробування , при роботі ЛЕУ по характеристиці тепловоза дозволяють оцінити величину питомої ефективної витрати палива. Дані значень для різних дизелів тепловозів представлені на рис. 6.28.

Проте, при оцінці паливної економічності двигунів за значенням необхідно враховувати умови, в яких проводяться післяремонтні або здавальні випробування, а саме: температура і барометричний тиск навколишнього середовища, які роблять істотний вплив на індикаторні показники дизеля тепловоза (рис. 6.30). З аналізу впливу тиску () і температури () навколишнього середовища виходить, що при зміні на 20% індикаторна потужність змінюється на 13%; в той же час при рівній відносній зміні індикаторна потужність змінюється на 44% (за відсутності охолоджування наддувочного повітря після компресора) і на 24% за наявності проміжного охолоджування повітря. При постійній цикловій подачі палива відповідно змінюється і величина .

1 – 5Д49; 2 – 10Д100; 3 – 2Д100; 4 – Пд1м

Рис 6.28. Зміна питомої витрати палива по характеристиках тепловозів дизелів

Тому для достовірної оцінки паливної економічності ЛЕУ в реальних умовах на відповідність нормованим значенням питомої витрати палива на поминальній потужності () потрібно проводити приведення номінальної потужності, отриманої при випробуваннях ЛЕУ в конкретних атмосферних умовах, до нормальних атмосферних умов по методиці відповідно до галузевого стандарту ОСТУ 24.060.07.

Для режиму сучасних дизелів тепловозів з газотурбінним наддувом і охолоджуванням наддувочного повітря після компресора приведення номінальної потужності виконується за формулою, що враховує зміну ефективній потужності , питомої ефективної витрати палива залежно від температури і тиск навколишнього середовища:

,

де – потужність, що реалізовується дизелем при випробуваннях при конкретних значеннях і ;

– потужність за стандартних умов і ;

– коефіцієнт перерахунку потужності;

,

де – коефіцієнт, що представляє відношення індикаторної потужності за реальних умов навколишнього середовища до індикаторної потужності за нормальних атмосферних умов барометричного тиску і температури ;

,

де – парціальний тиск водяної пари при даній конкретній температурі навколишнього середовища ;

,

де – тиск насичення водяної пари при даному барометричному тиску ;

– відносна вологість повітря;

, ,, – емпіричні коефіцієнти, визначаються з таблиці. 6.3.

Величина являє з себе коефіцієнт охолоджуючої ефективності системи, що являє собою відношенням фактично відведеного від наддувочного повітря теплоти до теоретично граничної кількості теплоти, яка могла бути відведене при повному вичерпанні температурного перепаду між надувальним повітрям і охолоджуючим середовищем :

,

де і – відповідно температури повітря на вході і виході з охолоджувача надувального повітря;

– температура охолоджуючого середовища (води або атмосферного повітря) на вході в охолоджувач. Відповідно до ГОСТ 10598–82 величина 0,7.

Таблиця 6.3. Значення емпіричних показників у функції від

Сумарний коефіцієнт надлишку повітря	Коефіцієнти
Більше 2,1	0,1	0,20(1–0.5 )	0,2
1,7–2,1	0,1	0,35(1–0,5 )	0,3
Менше 1,7	0,3	0,55 (1–0,5 )	0,6

Питома ефективна витрата палива, приведена до нормальних умов

,

де – питома ефективна витрата палива, отримана при випробуваннях ЛЕУ в даних конкретних атмосферних умовах при потужності .

Приведена методика відноситься в основному до чотиритактних дизелів. Урахування зміни ефективній потужності двотактних дизелів залежно від умов навколишнього середовища проводиться за методиками заводу–виготівника.

На основі вищевикладеної методики в процесі післяремонтних (реостатних) випробувань здійснюється налаштування з урахуванням реальних атмосферних умов тепловозної (генераторної) характеристики, в межах якої забезпечується мінімальна витрата палива.

2. Оцінка паливної економічності ЛЕУ при виконанні локомотивом експлуатаційної роботи.

В умовах експлуатації локомотивні енергетичні установки тепловозів, як відомо, працюють на змінних режимах залежно від положення рукоятки контролера управління тепловозом. Для оцінки ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів в ЛЕУ на змінних режимах використовується поняття середньоексплуатаційної економічності.

У офіційній статистичній звітності Укрзалізниці середньоексплуатаційна економічність виконуваної локомотивом роботи оцінюється витратою палива на вимірник – 10 тис. ткм. Він визначається як для окремих ділянок і полігонів експлуатації, так і по всьому парку тепловозів за одну поїздку, за добу, місяць і рік їх роботи.

Витрата палива на вимірника «», кг/(10⁴ ткм бр.), залежить не лише від теплотехнічних якостей дизеля і тепловоза, але і від умов, в яких виконуються перевезення, наприклад від швидкості руху поїзда, його маси, профілю шляху і від безлічі інших чинників, які визначають обсяг виконаної роботи ЛЕУ, а отже, і витрата палива на вимірника «». Оцінка теплотехнічних якостей, а також технічного стану ЛЕУ і тепловоза в цілому за даним показником економічності важка, оскільки вона дає загальне уявлення про енергоємність перевізного процесу.

Тому для оцінки економічності роботи локомотивної енергетичної установки, експлуатованої на змінних режимах, що супроводжуються перехідними процесами з| деяким збільшенням витрати палива в порівнянні зі сталими режимами, вводиться показник середньоексплуатаційної витрати палива брутто (), що враховує витрату палива, не лише на режимах навантажень, але і на холостому ходу.

Під середньоексплуатаційною витратою палива розуміють відношення всієї кількості витраченого палива до виконаної двигуном роботи

,

де – ефективна потужність дизеля, відповідна –му режиму роботи ЛЕУ, а отже, -й позиції контролера управління тепловозом;

– тривалість роботи дизеля на і-му режимі;

– питома витрата палива дизеля на –му режимі;

і – витрата палива (кг/год.) і час роботи ЛЕУ на холостому ході (год.);

– витрата палива, пов'язана з погіршенням робочого процесу на перехідних режимах.

Для визначення показника середньоексплуатаційної витрати палива необхідно знати розподіл навантаження (потужності) дизеля за часом . Ці залежності можуть бути отримані шляхом розрахунків для нових тепловозів або за середньостатистичними даними експлуатації певного типу локомотива на конкретній ділянці, полігоні, дорозі. Експлуатаційна витрата палива залежить від тривалості роботи ЛЕУ на різних режимах навантажень. Не дивлячись на очевидну доцільність використання ЛЕУ в діапазоні навантажень, що мають найменшу питому витрату палива, особливості експлуатації тяги тепловоза визивають необхідність тривалої роботи на неекономічних режимах холостого ходу і часткових навантажень і вимагають непродуктивної витрати палива на різні допоміжні потреби.

Залежність питомої витрати від потужності при роботі ЛЕУ по тепловозній характеристиці визначається за паспортною характеристикою дизеля, знятій при стендових випробуваннях заводом–виготівником. Залежність може бути отримана і при післяремонтних (реостатних) випробуваннях тепловоза, при цьому величина приймається постійною на відповідному –му режимі ЛЕУ.

Наприклад, для дизеля 10Д100 = 226 г/(кВт×год.), = 250 г/(кВт×год.).

Проте в реальних умовах експлуатації ЛЕУ, робота якої відрізняється змінними режимами і перехідними процесами, що супроводжуються підвищеною витратою палива, в порівнянні з паспортною характеристикою , вимагає точнішого визначення середньоексплуатаційної витрати палива . Це може бути досягнуто застосуванням таких сучасних вимірювальних засобів, за допомогою яких можливий вимір безпосередньо на тепловозі інтегральної витрати палива за поїздку, що враховує вплив різних експлуатаційних чинників на паливну економічність ЛЕУ.

В цьому випадку середньоексплуатаційна витрата палива розраховується за формулою:

,

де – інтегральна витрата палива за поїздку;

– середня ефективна потужність.

.

Паливна економічність ЛЕУ визначається величиною середнього експлуатаційного ефективного ККД .

,

де – ефективний ККД ЛЕУ при роботі на –му режимі (визначається по генераторних характеристиках) рис. 6.29;

– теплота згорання палива.

1 – 5Д49 з неохолоджуваними колекторами;

2 — 10Д100;

3 — 2Д100;

4 — ГТ-3,5

Рис. 6.29. Залежності по генераторній характеристиці для двигунів

Як випливає з рівняння, залежить від реалізованої потужності, значень ефективних ККД на різних навантаженнях, часу роботи на режимах навантажень і холостому ході. Значення ефективного ККД на номінальної потужності і середнього експлуатаційного ККД представлені в таблиці. 6.4.

Таблиця 6.4. Значення і деяких локомотивних силових установок

Двигун
10Д100	0,371	0,36
2Д100	0,354	0,339
5Д49	0,414	0,398
ГТ–3,5	0,180	0,121

Істотне зниження величини , газотурбінного двигуна ГТ–3,5 пояснюється, по-перше, несприятливим протіканням залежності , коли ККД безперервно зменшується з пониженням навантаження, і, по-друге, значними витратами палива (3,5…440 кг/год.).

Важливим показником експлуатаційних режимів, що мають місце в процесі експлуатації ЛЕУ, є коефіцієнт використання потужності силової установки або відносна середньоексплуатаційна потужність:

,

де – номінальна потужність ЛЕУ;

– сумарний час роботи дизеля без врахування роботи при стоянці тепловоза в депо в режимі «гарячого відстою»; .

При виконанні аналізу паливної економічності необхідно враховувати неминучі втрати палива в експлуатаційних умовах на таких допоміжних режимах, як перехідні процеси і прогрівання дизеля під час тривалих стоянок в зимовий час, що спричиняють підвищення величини і зниження . Прогрівання дизеля дозволяє підтримувати тепловоз в стані постійної експлуатаційної готовності. Отже, витрата палива при прогріванні є експлуатаційною витратою палива, необхідною для ЛЕУ і залежною від ряду чинників, зокрема від температури зовнішнього повітря, термоізоляції кузова, швидкості вітру, ККД обігріваючої установки. В ролі такої обігріваючої установки використовується дизель, що працює в режимі холостого ходу, що робить шкідливий вплив на показники двигуна, паливну економічність і технічний стан дизеля. Тому необхідна розробка таких систем прогрівання силової установки, які забезпечували б підтримку теплового стану ЛЕУ з непрацюючим дизелем за рахунок впровадження систем осушення радіаторів, електричних систем прогрівання, стаціонарних неавтономних систем прогрівання і тому подібне.

На величину питомої ефективної витрати палива і середньо експлуатаційний ККД у експлуатації впливає безліч чинників: зовнішні умови (температура, барометричний тиск і відносна вологість повітря); температура води, масла, наддувального повітря; ступінь нагаровідкладень; технічний стан циліндропоршневої групи і ін.

Розглянемо докладніше залежність показників роботи двигуна від вказаних експлуатаційних факторів.

1. Температура, тиск, відносна вологість навколишнього середовища. Локомотивні енергетичні установки експлуатуються в різних кліматичних умовах, що відрізняються зміною в широкому діапазоні температури зовнішнього повітря (від –55 до +45°С), барометричного тиску (від 790 до 600 мм рт. ст.) і відносній вологості повітря. Вплив зовнішніх умов експлуатації неоднозначний для різних типів дизелів і способів регулювання потужності. На рис. 6.30, 6.31 представлені характеристики зміни показників роботи дизелів тепловозів з газотурбінним наддувом і об'єднаним регулятором залежно від температури і тиску навколишнього середовища, з якого виходить, що при зниженні барометричного тиску і підвищенні температури і вологості повітря має місце зменшення витрат повітря і коефіцієнта надлишку повітря , а отже, і індикаторного ККД , оскільки в дизелях тепловозів відсутнє коректування циклової подачі палива залежно від атмосферних умов і її значення є величиною постійною при вибраному режимі роботи ЛЕУ.

При рівному інтервалі пониження щільності повітря при постійній цикловій подачі палива відносна величина падіння індикаторного ККД при підвищенні температури повітря приблизно удвічі більше значення цієї величини при падінні барометричного тиску. Це обумовлено негативним впливом на збільшення відносних втрат теплоти в охолоджуюче середовище, зменшення періоду затримки займання палива при постійному значенні кута випередження подачі палива і зниження ступеня підвищення тиску , спостережуване у міру зростання температури повітря перед повітрязабірними пристроями дизеля. Відмічені явища у поєднанні із зменшенням тиску наддувального повітря викликають істотне зниження максимального тиску згорання (приблизно на 0,15…0,29 МПа на кожні 10°С підвищення температури повітря). Наслідком пониження індикаторного ККД є падіння індикаторної і ефективної потужності і зростання питомої індикаторної і ефективної витрати палива.

а – від зміни температури навколишнього середовища (при = 750-760 мм рт. ст.);

б – від зміни барометричного тиску (при = 30…40°С)

Рис. 6.30. Залежність показників дизеля 10Д100

Пониження барометричного тиску, що має місце при експлуатації тепловозів на високогірних ділянках, або при зміні метеорологічних умов, викликає падіння тиску наддувального повітря, зниження коефіцієнта надлишку повітря , підвищення температури випускних газів , зниження максимального тиску згорання .

Порівняння зміни параметрів роботи дизеля залежно від температури навколишнього середовища () і барометричного тиску () показує деяке зменшення впливу цих чинників на дизелях з газотурбінним наддувом. Це обумовлено тим, що у міру зростання значення і зниження підвищується температура вихлопних газів перед турбіною, а отже, рівень теплової енергії на робочих лопатках турбіни турбокомпресора, що сприяє не такому різкому падінню частоти обертання ротора і тиску наддувального повітря . Унаслідок властивості саморегулювання двигуна слід зазначити, що у вказаних дизелях вплив барометричного тиску у меншій мірі позначається на показниках робочого процесу. Деякий вплив робить температура палива. При збільшенні температури навколишнього середовища підвищується температура палива. Тому декілька знижується вагова подача палива (близько 1% на кожні 10°С зміни температури), сприяюча падінню ефективної потужності.

В цьому випадку тільки посилюється вплив температури зовнішнього повітря на зниження потужності двигуна.

Рис. 6.31. Зміна показників чотиритактного дизеля з газотурбінним наддувом залежно від температури навколишнього середовища

Описані вище явища і взаємозалежності мають місце при експлуатації дизелів на номінальному і близьких до номінального режимах. Очевидно, що пониження температури зовнішнього повітря в допустимих межах, визначуваних підвищенням величини і максимального тиску згорання , приводить до поліпшення робочого процесу в циліндрі дизеля на приведених режимах і зниження питомої витрати палива і теплової напруженості. Одночасно зменшується частка теплоти, що відводиться через стінку циліндра у охолоджуючу воду і масло, яка може досягати 3…5% від всієї теплоти, внесеної до циліндра з паливом. Зростання тиску наддування на 0,005 МПа на кожні 10°С зниження температури повітря і збільшення періоду затримки займання палива приводить до підвищення значення приблизно на 0,5 МПа на кожні 10°С, збільшенню механічної напруженості деталей кривошипно–шатунного механізму; проте до = –20°С дані показники знаходяться в допустимих межах. При подальшому зниженні температури навколишнього середовища ( <–20°С) відбувається надмірне підвищення тиску наддувального повітря і періоду затримки займання палива, що сприяє зростанню величини і понад допустимі значення, а отже, підвищенню жорсткості роботи двигуна, що робить істотний вплив на надійність найбільш навантажених вузлів і деталей дизеля.

Для запобігання даним явищам (при <–20°С) доцільне застосування різних способів регулювання системи повітрязабезпечення, що обмежують зростання тиску наддуву: перепускання газу або повітря в атмосферу або дроселювання на вході, перепускання випускних газів у випускний патрубок за турбіною, прогрівання повітря перед повітрязабірними пристроями дизеля за рахунок міжконтурного перепускання теплоносіїв з першого (гарячого) контура в другий (холодний) контур охолоджування наддувального повітря і масла дизеля, а також застосування рециркуляції повітря між охолоджуючим пристроєм тепловоза і дизельним приміщенням, що дозволяє повернути теплоту, що відводиться радіаторами в навколишнє середовище, в повітрозабірні пристрої дизеля. Принцип рециркуляції повітря розроблений і упроваджений МІІТ спільно з ВНДІЗТ на тепловозах 2ТЭ116 і 4ТЭ10С, призначених для експлуатації в суворих зимових умовах.

Особливі процеси мають місце при роботі ЛЕУ на холостому ході і часткових навантаженнях: вплив зовнішніх умов на показники двигуна протилежний в порівнянні з експлуатацією дизелів на номінальному режимі. Так, у міру зниження температури зовнішнього повітря підвищується погодинна і питома ефективна витрата палива в діапазоні режимів малих навантажень і холостого ходу, підвищується витрата повітря , тиск наддування , коефіцієнт надлишку повітря ( > 3,0). В області малих навантажень витрата палива при = –30°С вище, ніж при = +30°С, що веде до зниження середньоексплуатаційного ККД, економічності дизеля і тепловоза в цілому. Це обумовлено надмірним збільшенням коефіцієнта надлишку повітря , зниженням температур води і масла дизеля, залежним від величини (існуючі системи регулювання не здатні підтримувати оптимальні температури теплоносіїв на малих навантаженнях і холостому ході) і визначаючим зростанням потужності механічних втрат і зниження механічного ККД , падіння ефективної потужності і підвищення питомої ефективної витрати палива.

Тому на вказаних режимах повітря на впусканні доцільно підігрівати, особливо, в міжсезонний і зимовий періоди експлуатації тепловозів.

Залежності зміни показників дизеля при роботі по тепловозній характеристиці при підігріванні наддувального повітря представлені на рис. 6.32, з якого виходить, що підігрівання наддувального повітря найбільш ефективне на малих навантаженнях і холостому ході і економія витрати палива може досягати 10…20%.

1 – серійна система повітрязабезпечення;

2 – система повітрязабезпечення з підігріванням повітря

Рис. 6.32. Зміна основних параметрів роботи дизеля 10Д100 по тепловозній характеристиці

Вплив вологості повітря на параметри дизеля тим більше незначний, якщо враховувати, що коливання вологості відбувається в відносно вузьких межах.

Рис. 6.33. Залежності показників роботи дизеля від зміни температури води охолоджування наддувального повітря

2. Температура води, дизельного масла і наддувального повітря. Як правило, більшість дизелів тепловозів обладнані системами охолоджування наддувального повітря. Якщо на номінальному режимі повітря в ресивері потрібно охолоджувати, то на режимах холостого ходу і малих навантажень – навпаки підігрівати, особливо, при низьких температурах навколишнього середовища. Прогрівання може здійснюватися за допомогою міжконтурного перепускання теплоносіїв при спільній роботі водомасляних теплообмінників і водоповітряних охолоджувачів наддувального повітря або шляхом перепускання повітря окрім повітряповітряного охолоджувача. Підвищення температури масла, що досягається при цьому, приводить до підвищення механічного ККД і зниженню витрати палива (рис. 6.33). Проведеними МІІТ спільно з ВНДІЗТ дослідженнями встановлено, що при міжконтурному перепусканні теплоносіїв дизеля і підвищенні температури масла на 10…12°С має місце зниження витрати палива на 4…5%.

Температура масла робить найбільш істотний вплив на ефективний ККД дизеля в порівнянні із зміною температури води, хоча при зниженій частоті обертання вплив зміни температури води на витрату палива збільшується. Першорядний вплив температури масла обумовлений істотною зміною його в'язкості. Так, при збільшенні температури масла від 70 до 80°С в'язкість масла М14 знижується на 30%, що значно зменшує коефіцієнт тертя. Вплив зміни температури масла в межах від 50 до 80°С для двохтактного дизеля 10Д100 виявляється в пониженні потужності на подолання тертя на 30%, для чотиритактного дизеля 16ЧН25х27 – на 40% при поминальній частоті обертання . Очевидно, що на часткових режимах вплив зміни температури масла ще істотніший. Крім того, на всіх режимах індикаторний ККД трохи збільшується із-за зменшення на 3…4% втрат теплоти в масло. Проте при підвищенні температури масла можливе зниження надійності роботи двигуна за рахунок збільшення температури поршня і зменшення товщини масляної плівки в підшипниках. За даними ВО «Завод ім. Малишева» підвищення температури масла на 10°С приводить до зростання температури поршня на 4…5°С. Тому залежно від типу дизеля встановлюються допустимі оптимальні значення температури масла в масляній системі двигуна.

Підвищення температури охолоджуючої води приводить до помітного зростання ефективного КПД, оскільки температура води також впливає на зменшення механічних втрат, проте інтенсивність підвищення ККД менша, ніж при збільшенні температури масла. Істотне зростання ефективного ККД може бути отриманий за рахунок збільшення рівня охолоджуючої температури води і застосування високотемпературного охолоджування (температура води 105°С), що дозволяє зменшити втрати теплоти з циліндра. Проте реалізація даного рішення зв'язана з рядом технічних труднощів, оскільки для запобігання кипінню води потрібна закрита система охолоджування під тиском 0,15…0,2 МПа із забезпеченням необхідної міцності і герметичності основних її елементів.

3. Опір газоповітряного тракту. На опір газоповітряного тракту роблять вплив: коливання фаз газорозподілу, прохідних перетинів впускних і випускних органів; розміри деталей проточної частини турбіни і компресора в межах допусків на виготовлення і складання; технічний стан впускної і випускної системи, залежний від ступеня забруднення і закоксування тракту в період експлуатації і впливаюче у результаті на витрату палива ЛЕУ.

Важливим критерієм технічного стану газоповітряного тракту є величина , що є відношенням тиску наддування до тиску газів у випускному колекторі і робить істотний вплив на техніко-економічні показники двигунів, особливо двохтактних.

Залежності зміни показників робочого процесу двигуна від величини представлені на рис. 6.34.

а — для чотиритактного дизеля; б — для двотактного дизеля

Рис. 6.34. Залежності зміни основних показників дизеля від величини

при ,

Для чотиритактних дизелів зниження величини викликає збільшення насосних втрат, зниження коефіцієнта наповнення і при – приводить до падіння коефіцієнта надлишку повітря, збільшення питомої ефективної витрати палива або зниження ефективного ККД. Останнє є наслідком зниження механічного і індикаторного ККД. Так, для дизеля типу 5Д49 збільшення на 25% веде до зниження на 7%.

Особливо виявляється вплив величини на показники роботи двотактних двигунів. Зменшення викликає істотне зниження індикаторного ККД і підвищення питомої індикаторної і ефективної витрати палива. Так, при зниженні величини на 10% питома витрата палива дизелем 10Д100 збільшується на 7%. Це обумовлено погіршенням умов газообміну, процесів сумішеутворення і згорання, а також погіршенням якості очищення циліндра від залишкових газів, зменшенням коефіцієнта наповнення і коефіцієнта надлишку повітря, зменшенням витрати повітря через дизель, погіршенням якості сумішеутворення, підвищенням температури робочого тіла, зменшенням періоду затримки займання палива і зниженням максимального тиску згорання.

Зниження величини можливо унаслідок забруднення повітряного тракту (зниження ) і закоксування випускного тракту (підвищення ).

Зниження величини в експлуатації часто обумовлене забрудненням повітряних фільтрів, охолоджувачів наддувального повітря, компресора, зносом і обривом лопаток компресора. Забруднення компресора відбувається в основному із-за попадання масла через ущільнення при тривалій роботі двигуна на холостому ході, коли компресор є дроселем для повітря, а також за рахунок закиду масла з газами картерів при вентиляції картера.

Підвищення величини в експлуатації викликане закоксуванням випускного тракту, зокрема органів газорозподілу, випускного колектора, соплового апарату і проточної частини турбіни. Інтенсивний процес нагароутворення і закоксування газоповітряного тракту спостерігається при експлуатації дизелів на перехідних режимах і в зимовий час на холостому ході. Забруднення випускного тракту в експлуатації приводить до зменшення площі прохідного перетину, витрати повітря через двигун, зниженню частоти обертання ротора турбокомпресора і ефективної потужності дизеля.

При істотному закоксуванні випускного тракту може виникнути помпаж, що приводить нерідко до виходу з ладу робочого колеса компресора.

Зменшення нагаровідкладень може досягатися за рахунок поліпшення якості перехідних процесів дизеля, поліпшення умов і скорочення часу роботи двигуна на холостому ході, своєчасним ремонтом паливної апаратури, періодичним очищенням органів газорозподілу, повітряних фільтрів, теплообмінників і так далі. Забруднення повітряних фільтрів викликає підвищення їх опору, зниження витрати повітря через двигун.

Особливо важливе значення для ефективної роботи дизелів має підтримка основних вузлів в технічно справному стані. До таких вузлів відносяться циліндро-поршнева група, агрегати наддуву, паливна апаратура.

З вищевикладеного виходить, що зниження середньоексплуатаційної економічності тепловоза в реальних умовах експлуатації відбувається в основному за рахунок зниження паливної ефективності дизеля.

Представляється важливим для підвищення експлуатаційної економічності ЛЕУ вирішити наступні задачі, направлені на вдосконалення допоміжних режимів:

- забезпечити зниження витрати палива і тривалості роботи дизеля на режимах холостого ходу, зокрема при прогріванні силової установки;

- досягти зниження питомої ефективної витрати палива в порівнянні з номінальним в ширшому діапазоні зміни навантажень;

- зменшити витрату палива на перехідних процесах, скоротити їх кількість і тривалість протікання; зменшити витрату палива на виконання роботи для приводу допоміжного устаткування тепловоза; понизити витрату палива в осінньо–весняний і зимовий періоди експлуатації за рахунок розробки систем акумуляції і раціонального використання надлишкової теплової енергії силової установки.

Окремі напрями для реалізації поставлених вище завдань можуть бути сформульовані таким чином:

1. Створення автоматичних систем роздільного регулювання температур теплоносіїв і наддувального повітря дизеля з метою підтримки їх оптимальних значень в широкому діапазоні зміни експлуатаційних режимів і температури навколишнього середовища.

2. Розробка і застосування систем охолоджування з акумулюючими пристроями, що дозволяють зменшити теплові втрати силовою установкою в навколишнє середовище, а отже, підвищити індикаторний ККД. В цьому відношенні впровадження неохолоджуваних випускних колекторів є виправданим. Важливим напрямом може бути створення адіабатних дизелів.

3. Створення і впровадження систем об'єднаного регулювання частоти обертання і потужності дизеля з корекцією циклової подачі палива відповідно до тиску наддувального повітря з метою поліпшення якості перехідних процесів в циліндрі двигуна.

4. Розробка таких систем повітрязабезпечення, при яких досягається зниження потужності на привід нагнітача другого ступеня (для двотактних двигунів) і підвищення механічного ККД. Найбільш ефективним рішенням цього питання є забезпечення роботи дизеля на навантаженнях 75…100% потужності тільки при одноступінчатому наддуванні. В цьому випадку потрібне вирішення комплексу питань по організації робочого процесу, створенню системи повітрязабезпечення, забезпеченню надійності роботи дизеля.

5. Створення електронних систем для управління зміною кута випередження і закону подачі палива відповідно до режиму роботи ЛЕУ. Аналогічні розробки доцільні і для управління механізмом газорозподілу.

6. Використання водопаливних емульсій, що забезпечують зниження витрати палива в експлуатації.

7. Розробка і створення систем паливоподачі, при експлуатації яких досягається постійність тиску уприскування палива незалежно від режиму роботи ЛЕУ (акумуляторні паливні системи, багаторежимні форсунки, електрогідравлічні форсунки, управляючі клапани і т.д.).

8. Створення і впровадження двофазних і ступінчастих систем паливоподачі, що дозволяють забезпечити управління періодом затримки займання палива, понизити теплонапруженість і підвищити економічність роботи ЛЕУ (застосування додатково встановлюваної паливної апаратури для подачі запальної порції палива; спеціальної апаратури, що забезпечує подвійне уприскування палива і ін.).