WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ТАРУТА Мария Викторовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОЗНЫХ

ДИЗЕЛЕЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕОСТАТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет
путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

СКОВОРОДНИКОВ Евгений Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

НОСЫРЕВ Дмитрий Яковлевич;

кандидат технических наук, доцент

МАКУШЕВ Юрий Петрович.

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ПГУПС»).

Защита диссертации состоится 29 декабря 2009 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)») по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 27 ноября 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор О. А. Сидоров.

_________________________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2009

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решение экологических проблем становится одним из основных приоритетов развития России. Органы государственной власти предпринимают действия, направленные на ужесточение экологического контроля и повышение как административной, так и имущественной ответственности нарушителей природоохранного законодательства.

В этих условиях одним из направлений деятельности для ОАО «РЖД» является формирование и последующая реализация долгосрочного комплекса природоохранных мероприятий. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на железнодорожном транспорте являются следствием сжигания органических видов топлива стационарными и передвижными энергетическими установками.

В частности, по передвижным энергетическим установкам объемы выбросов в 2007 г. распределились следующим образом: 211,9 тыс.т – маневровые и магистральные тепловозы; 65,3 тыс.т – автотранспортные средства, тракторы, самоходная дорожно-строительная техника и специальный подвижной состав.

Экологические платежи на охрану окружающей среды в 2007 г. составили 272,2 млн р., из них за выбросы в атмосферу – 35,4 млн р.

Замена дизельного подвижного состава и реконструкция инфраструктуры железнодорожного транспорта, проводящиеся в рамках технического перевооружения ОАО «РЖД», обеспечивают снижение техногенного воздействия транспорта на окружающую среду.

Внедряемые по Программе ресурсосбережения технические средства и технологии позволили снизить в 2008 и 2009 гг. расход топлива в тяговой и стационарной энергетике на 5000 и 9000 т соответственно, и уменьшить выброс в атмосферу вредных веществ на 100 и 180 т.

В современных условиях экологическая стратегия ОАО «РЖД» задает следующие ориентиры и направления деятельности в области охраны окружающей среды: совершенствование системы экологического мониторинга; охрана атмосферного воздуха за счет сокращения выбросов стационарными и передвижными энергетическими источниками на 30 %.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с экологической стратегией ОАО «РЖД» на период до 2015 г. и на перспективу до 2030 г., утвержденной 13 февраля 2009 г., и в соответствии с федеральной целевой программой «Модернизация транспортной системы России», утвержденной постановлением Правительства РФ 5 декабря 2001 г., и программой госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры «Локомотивы» ОмГУПСа на 2009 г. «Совершенствование системы ремонта, повышение эффективности эксплуатации и снижение экологического воздействия на окружающую среду дизельного подвижного состава» ГБ 164 номер государственной регистрации 01.95.00 07235.

Цель диссертационной работы – совершенствование системы экологического контроля дизельных энергетических установок при реостатных испытаниях тепловозов.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Выполнить анализ существующих экспериментальных и аналитических методов контроля экологических характеристик тепловозных дизелей в системе ОАО «РЖД», оценить эффективность работы пунктов экологического контроля (ПЭК) в условиях эксплуатации и возможность использования результатов контроля для оперативной оценки технического состояния тепловозов.

2. Разработать методику расчета параметров рабочего цикла двигателя с учетом режимов нагружения дизель-генераторной установки при выполнении реостатных испытаний и условий окружающей среды; построить уравнения регрессии, характеризующие изменение основных термодинамических параметров рабочего цикла при изменении режимов работы дизеля и параметров настройки, оценить значимость коэффициентов регрессии и адекватность принятых математических моделей.

3. Используя результаты теоретических исследований, усовершенствовать методику расчета продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя с целью адаптации ее к условиям реостатных испытаний и оперативной оценки качества настройки дизель-генераторной установки по расходу топлива и эффективности процесса сгорания.

4. Оценить влияние параметров рабочего цикла двигателя на количество вредных выбросов в отработавших газах тепловозных дизелей. Построить уравнения регрессии, связывающие количество вредных выбросов в отработавших газах с термодинамическими и экономическими параметрами дизель-генераторной установки, оценить значимость коэффициентов регрессии и адекватность принятых математических моделей.

5. Выполнить статистический анализ энергетических и экологических характеристик локомотивного парка депо, оценить величину отклонения среднеэксплуатационных экологических параметров тепловозов от нормативных значений. Разработать базу данных, характеризующую изменение энергетических и экологических характеристик эксплуатируемого парка тепловозов в соответствии с уровнем их настройки при проведении реостатных испытаний и техническим состоянием локомотива, разработать программу ее обработки.

Методы исследования. При проведении исследований применялись методы численного решения систем уравнений, математической статистики и теории вероятностей, планирования эксперимента, оценки значимости коэффициентов регрессии и адекватности математических моделей.

Обработка результатов экологических испытаний тепловозов выполнена в математических средах Excel и MathCAD. Программа расчета экономических, термодинамических и экологических характеристик дизельных двигателей выполнена в среде программирования Turbo Pascal 7.0.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана методика оценки термодинамических параметров рабочего цикла дизеля по результатам реостатных испытаний, представляющая собой комбинацию методов Гриневецкого – Мазинга и И. И. Вибе, позволяющая учесть технологические параметры настройки топливоподающей аппаратуры и энергетические параметры дизель-генераторной установки тепловоза на контрольных позициях.

2. Предложены закон выгорания топлива в цилиндре двигателя для заданных условий настройки и методика определения параметров закона сгорания и текущих термодинамических характеристик рабочего цикла.

3. Используя условие химического равновесия получена математическая модель для расчета количества продуктов сгорания углеводородного топлива в цилиндре двигателя, представлена методика адаптации математической модели для условий реостатных испытаний с целью оперативного контроля качества протекания рабочего цикла двигателя.

4. Показана методика формирования и обработки базы данных для экологического мониторинга эксплуатируемого парка дизельного подвижного состава локомотивных депо компании ОАО «РЖД».

Положения, выносимые на защиту.

1. Математическое описание закона выгорания топлива в цилиндре дизельного двигателя для установленного угла опережения подачи топлива; методика выбора параметров закона по данным полноразмерных реостатных испытаний тепловозов или по результатам индицирования двигателя, или по результатам расчета термодинамических параметров рабочего тела в характерных точках цикла по методу Гриневецкого – Мазинга.

2. Метод равновесного состава и метод химического равновесия, для расчета продуктов сгорания топлива в цилиндре дизеля, использующий в качестве исходных данных элементарный состав топлива, теоретические значения количества продуктов сгорания для заданных параметров настройки и термодинамические параметры рабочего тела на стадии изобарического сгорания.

3. Методика адаптации к условиям реостатных испытаний математических моделей для расчета термодинамических параметров рабочего цикла количества вредных выбросов и парниковых газов в отработавших газах дизеля, оценка допустимой ошибки адаптации.

4. Форма представления результатов экологического контроля в базу данных и методика совместной обработки результатов сдаточных реостатных испытаний и результатов экологического контроля с целью контроля послеремонтных энергетических, экономических и экологических характеристик локомотива.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждается результатами сравнения:

расчетных значений среднего эффективного давления рабочего цикла с экспериментальными значениями. Отклонения не превышают 2 %;

расчетного значения количества продуктов сгорания, рассчитанных по методу химического равновесия и по условию полного сгорания. Максимальное расхождение не превышает 8 %;

максимальных значений термодинамических параметров рабочего цикла, рассчитанных по математической модели с результатами полных реостатных испытаний, выполненных с использованием современных систем диагностирования. Расхождение не превышает 2 %;

количества оксидов азота, рассчитанных по математической модели для наиболее информативных режимов работы дизель-генераторной установки, и количества оксидов азота, замеренных при выполнении экологических испытаний. Расхождение не превышает 5 %.

Практическая ценность диссертации заключается в разработке методик, алгоритмов и программ, которые могут быть применены:

в локомотивных депо ОАО «РЖД» в системе диагностирования дизель-генераторных установок тепловозов для оценки экологических характеристик по результатам реостатных испытаний, прогнозирования технического состояния и определения остаточного ресурса дизеля;

в научно-исследовательских организациях, занимающихся вопросами проектирования и совершенствования конструкции транспортных двигателей, разработкой технических и технологических решений, направленных на улучшение технико-экономических и экологических характеристик дизелей серийных конструкций;

в транспортных вузах при изучении конструкции, термодинамических и динамических параметров рабочего цикла, технико-экономических и экологических характеристик транспортных двигателей внутреннего сгорания.

Апробация работы. Основные результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» (Новосибирск, 2007); всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2008); на V международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM» (Москва, 2008); на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» (Ростов-на-Дону, 2008); на научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2009).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна – в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами, списка использованной литературы из 112 наименований, изложена на 167 страницах текста, содержит 44 таблицы и 26 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследования, выбраны пути их решения.

В первой главе выполнен анализ теоретических и эмпирических методов контроля экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания. Основные положения по природе образования и теоретической оценке количества продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя представлены в работах ученых Р. М. Баширова, И. И. Габитова, В. В. Горбунова, Я. Б. Зельдовича, В. А. Звонова, В. А. Маркова, Н. Н. Патрахальцева, В. И. Смайлиса К. А. Морозова и др.

Приборные методы экологического мониторинга предназначены для контроля ограниченного числа вредных элементов в продуктах сгорания, что не позволяет с достаточной точностью контролировать техническое состояние двигателя, установить причины неисправности двигателя, приводящие к нарушению установленных экологических параметров.

Показано, что аналитические методы расчета количества продуктов сгорания и оценка уровня негативного воздействия двигателя на окружающую среду требуют разработки сложных математических моделей и методов, их алгоритмической и программной реализации.

Таким образом, анализ существующих методов и средств контроля экологической безопасности локомотивов позволяет сделать следующие выводы:

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»