8. Расчет расхода топлива тепловозом

Расход топлива тепловозом на данном
участке пути определяем на основании

предварительно построенных диаграмм
скорости
и времении имеющихся для каждой серии тепловозов
экспериментальных данных об удельном
расходе топлива при том или ином режиме
работы дизеля, т.е.

где
— позиция контроллера машиниста.

Суммарный расход топлива за поездку
определяется по формуле:

где
— расход топлива в режиме тяги за интервал
времени;

—
расход топлива тепловозом в режиме
холостого хода.

Расчеты удобно свести в табл. 8.1.

Для каждого интервала времени
определяется средняя скорость движения
поезда:

По средней скорости из расходной
характеристики тепловоза определяется
расход топлива за минуту
на наибольшей позиции контроллера.

Расход топлива на холостом ходу
= 0,54 кг/мин.

Расход топлива
тепловозом на тягу поезда

Таблица 8.1

кг

кг

кг

Для сравнения расхода топлива различными
тепловозами используют удельный расход
топлива на измеритель выполненной
перевозочной работы 10⁴
т-км брутто

[кг/10⁴ т-км брутто]

где е — удельный расход топлива, кг/10⁴
т-км брутто;

Е — расход топлива на тягу поезда, кг;

— длина заданного участка, км.

[кг/10⁴ т-км брутто]

Для сравнения различных видов и сортов
топлива, имеющих разную теплоту сгорания,
пользуются так называемым условным
топливом

где
— удельный расход условного топлива,
кг/10⁴ т-км брутто;

Э = 1,43 — тепловой эквивалент
дизельного топлива.

[кг/10⁴ т-км брутто]

Расчёт расхода топлива тепловозом — Студопедия

Поделись  

Расчёт расхода топлива выполняют по построенным на графике кривым скорости и времени движения поезда на заданном участке (или рассчитанными аналитическим методом). На кривой скорости и времени делают разметку режимов работы локомотива – тяги (позиция контроллера машиниста), холостого хода и режимов торможения. Общий расход топлива тепловозом за поездку вычисляют по формуле

, кг, (1)

где — расход топлива, соответствующий скорости движения поезда в режиме тяги при определённой позиции контроллера машиниста на i-м отрезке пути, кг/мин;

— время движения поезда по i-му отрезку пути, мин;

— расход топлива тепловозом на холостом ходу, кг/мин;

— время работы дизеля на холостом ходу, мин;

— расход топлива тепловозом на стоянках и при движении по станционным путям, кг/мин;

— время работы дизеля на стоянках и при движении по путям станций, мин.

Расходные характеристики топлива тепловозов в режимах тяги и холостого хода приведены в Приложении действующих ПТР (от 15.08 1980 г). У современных тепловозов в режиме тяги расход топлива зависит от позиции контроллера и мало зависит от скорости движения. В качестве примера на рисунках 1 и 2 приведены характеристики (из ПТР) расхода топлива тепловозами 2ТЭ116 и 2ТЭ10^{л, в, м} в режиме тяги.

Рисунок 1. Характеристика расхода топлива тепловозом 2ТЭ116.

Рисунок 2. Характеристики расхода топлива тепловозами 2ТЭ10 в/и.

Значение принимают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля по расходным характеристикам для холостого хода (рисунке 3).

На стоянках расход топлива принимают по таблице 6, где приведены значения частоты вращения коленчатого вала тепловозных дизелей на холостом ходу. В этой же таблице даны значения , принятые в предположении о движении одиночных тепловозов по путям станций на первой позиции контроллера машиниста со скоростью 10 – 15 км/ч.

Рисунок 3. Расход топлива тепловозом на холостом ходу. 1 – вентилятор на летнем режиме; 2 – вентилятор на зимнем режиме; 3 – вентилятор выключен.

Таблица 6. Удельный расход топлива тепловозами при работе на холостом ходу

Удельный расход топлива находят с целью оценки и сравнения работы локомотивов с разными поездами и на различных направлениях. Для этого общий расход топлива относят к измерителю выполненной перевозочной работы

, . (3)

Здесь — масса состава, т;

— длина участка, км.

Чтобы сравнить различные виды тяги и разные сорта топлива, введено понятие «условное топливо». Под «условным топливом» понимают топливо, с удельной теплотой сгорания 29,3 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива 42,7 МДж/кг. Чтобы пересчитать расход дизельного топлива в расход условного топлива, вводится эквивалент Э = 42,7/29,3 =1,45. В результате получается выражение для расчёта удельного расхода условного топлива

, . (4)

Пример. Определить расход топлива тепловозом 2ТЭ116 при движении с составом массой 4800 т по участку длиной 129 км. Поезд набрал скорость до 20 км/ч за 0,8 мин, после чего двигался в режиме тяги 1 ч 52 мин и в режиме холостого хода, включая торможение при остановке, 44,6 мин.

Решение.

1. Средняя скорость при разгоне поезда км/ч. По рис. 11.1 этой скорости в режиме тяги соответствует расход топлива кг/мин. Для любой другой скорости движения в интервале от 12 км/ч до 80 км/ч кг/мин. Для режима холостого хода удельный расход топлива определяется из табл.11.6 кг/мин.

В соответствии с выражением (2) общий расход дизельного топлива за проделанную работу тепловозом

кг.

Удельный расход дизельного топлива определяется по выражению (3)

.

Удельный расход условного топлива определяется по формуле (4)

.



Железнодорожная отрасль экономит миллионы галлонов топлива в год — и для этого они используют «круиз-контроль».

Железные дороги становятся более экологичными и эффективными благодаря технологии управления энергопотреблением. Вот как.

Железные дороги используют технологии для повышения топливной эффективности своих локомотивов, снижения эксплуатационных расходов и сокращения выбросов в процессе.

Железнодорожные локомотивы выполняют непростую работу: они тянут тонны за тоннами грузов на дальние расстояния и по всем типам географии. .. и им не обойтись без топлива. Много топлива. Сколько? Ежегодно общее количество галлонов топлива, потребляемого железными дорогами класса I (крупнейшими железными дорогами в Северной Америке), исчисляется миллиардами.

Для железных дорог топливо является основной статьей расходов. Но расход топлива также напрямую связан с выбросами. Поэтому, когда железные дороги могут потреблять меньше топлива, это беспроигрышный вариант: снижаются эксплуатационные расходы железной дороги и меньше выбросов в окружающую среду. Вот почему железные дороги используют технологии для повышения топливной эффективности своих локомотивов.

Как сделать локомотив более экономичным?

Как железные дороги класса I работают над тем, чтобы сделать локомотивы более экономичными? На самом деле они используют своего рода «круиз-контроль» для локомотивов. Железные дороги используют два основных продукта: Trip Optimizer от GE и LEADER от New York Air Brake (помощь машинисту локомотива / дисплей и регистратор событий). При установке на локомотивы эти продукты учитывают топографию местности, длину поезда и вес поезда и его вагонов (тоннаж), чтобы оптимально передать мощность и скорость поезда. Другими словами, эти системы управления энергопотреблением очень похожи на круиз-контроль, поскольку они используют дроссельную заслонку (например, нажатие педали газа в вашем автомобиле), движение накатом и торможение для экономии топлива.

Откуда система узнает топографию местности и кривизну трасс для оптимальной скорости? Проще говоря, системы управления энергопотреблением используют файлы из Positive Train Control (PTC), передовой системы, которую уже внедряют железные дороги и которая предназначена для автоматической остановки поезда до того, как произойдет определенная авария. Используя данные, уже собранные PTC, системы управления энергопотреблением могут начать «понимать» движение поездов. К этим данным добавляется обратная связь в режиме реального времени от инженеров локомотивов и разработчиков программного обеспечения, которые неоднократно проверяют точность систем. После того, как системы управления энергопотреблением протестированы и одобрены для определенных территорий, они развертываются, и снова собирается обратная связь, чтобы убедиться, что система делает то, для чего она предназначена, и постоянно вносятся усовершенствования.

Результаты

Системы управления энергопотреблением обычно обеспечивают экономию топлива в пределах 3-5%. Это может показаться незначительным, но если учесть, что более крупные железные дороги потребляют более миллиарда галлонов топлива каждый год, это оказывает большое влияние… с потенциалом экономии миллионов галлонов топлива ежегодно.

Частично благодаря этим технологиям грузовые железные дороги США могут в среднем перевозить одну тонну груза на расстояние более 480 миль на одном галлоне топлива, что делает железную дорогу наиболее экологически безопасным способом перевозки грузов по суше.

Безопасен ли круиз-контроль для поездов?

Вы когда-нибудь стояли возле паровоза? Они огромны и путешествуют буквально с тоннами веса за собой. Таким образом, безопасность всегда является самой большой проблемой для любой новой технологии. Благодаря системам управления энергопотреблением машинист локомотива всегда имеет возможность переопределить систему, если это необходимо. Тем не менее, системы также работают в тандеме с PTC, чтобы предвидеть и соблюдать компоненты безопасности по всей железнодорожной системе, такие как сигналы и зоны с ограничением скорости.

Например, эти системы могут «считывать» сигналы заранее и реагировать соответствующим образом. Когда это происходит, машинисты локомотивов видят постепенное изменение дроссельной заслонки. Так что, как и в своей машине, вы, вероятно, не будете крутить педали газа до упора, когда загорается зеленый свет, и не нажимаете на тормоза при приближении к красному светофору. То же самое относится и к локомотивам, оборудованным PTC и системами управления энергопотреблением.

Влияет ли это на скорость?

Если поезда замедляются автоматически, разумно задаться вопросом, влияют ли PTC или системы управления энергопотреблением на способность поездов двигаться вовремя. По большей части ответ «нет». Эти системы вычисляют оптимальные решения для вождения, регулируя дроссельную заслонку и тормоза локомотива, чтобы поезда шли по расписанию. Хотя система может замедлять движение поезда на некоторых участках, позже в пути она может набрать скорость.

Дальнейший прогресс — и экономия топлива — впереди

В настоящее время все железные дороги класса I устанавливают на свои локомотивы различные варианты систем управления энергией, каждая из которых находится на разных стадиях внедрения. Union Pacific, например, имеет более 2100 локомотивов и 17 000 миль пути, оснащенных этой возможностью, и это еще не все.

Это означает, что, несмотря на то, что железная дорога уже является наиболее экологически безопасным способом перевозки грузов по суше, она будет становиться все более экологичной и эффективной.

Ваши поставки могут оказать влияние

По данным Ассоциации американских железных дорог, если бы хотя бы 10 процентов грузов, перевозимых в настоящее время грузовиками, вместо этого перевозились бы по железной дороге, это позволило бы ежегодно экономить около 1,5 миллиарда галлонов топлива и сократить ежегодный выброс парниковых газов. выбросы газа на 17 млн ​​тонн. Это эквивалентно посадке около 400 миллионов деревьев или снятию с автомагистралей 3,2 миллиона автомобилей в год.

Хотите узнать, какое влияние вы могли бы оказать, если бы ваш груз перевозился по железной дороге? Проверьте этот Калькулятор выбросов углерода. Или обращайтесь.

Статьи по теме

• Железнодорожный транспорт 101 Часто задаваемые вопросы
• Пять мифов о транспорте — развеяны
• Три способа подключения к железной дороге — и как их реализовать Уменьшение холостого хода локомотива

  8 июля 2020 г.

  Вторая часть из серии про экономию топлива. Читать первый пост из этой серии на Необходимость в точных данных о расходе топлива , нажмите здесь. Чтобы прочитать третью публикацию «Оптимизация систем управления энергопотреблением локомотивов» (EMS), нажмите здесь.

   

  ВВЕДЕНИЕ В ХОЛОСТОЙ ХОД ЛОКОМОТИВА

  Локомотивы проводят слишком большую часть своего срока службы с дизельными двигателями, работающими на холостом ходу, что создает проблемы для железных дорог с точки зрения ненужного избыточного расхода топлива и выбросов парниковых газов, а также значка «плохого соседа» от населения. рядом с железнодорожными станциями, где происходит много избыточного холостого хода с сопутствующим шумом и выбросами.

   

  Что касается причин, то обычные оперативные ответы включают: «Легче оставить его на холостом ходу, чем выключить и перезапустить позже, повторный запуск локомотива занимает много времени» или «Я не могу рисковать тем, что он не заведется снова, когда мне это нужно — что, если аккумуляторы слабые или у него плохой стартер?»

   

  ТАК О СКОЛЬКО ИЗБЫТОЧНОГО ТОПЛИВА МЫ ГОВОРИМ ЗДЕСЬ?

  Хороший вопрос – много это или мало с точки зрения экономии топлива? Давайте проведем простой «мысленный эксперимент» — предположим, что я железная дорога, которая потребляет 500 миллионов галлонов дизельного топлива в год, и у меня есть 4000 работающих локомотивов, как линейных, так и более мощных, вместе взятых. Выбрав очень консервативные 4 часа в день, когда каждый из этих локомотивов работает на холостом ходу, когда они могли быть остановлены и не оказали негативного влияния на работу. Используя в среднем 3,5 галлона топлива, сжигаемого в час на холостом ходу на один локомотив — несложная математика показывает годовой расход более 20 миллионов галлонов избыточного холостого хода, что составляет более 4% от общего годового потребления топлива для этой конкретной железной дороги класса I — сделать у нас еще есть ваше внимание? Если бы цена дизельного топлива составляла 2 доллара за галлон, это равнялось бы 40 миллионам долларов, и это ежегодная экономия, а не разовая экономия. Это много топлива и большое потенциальное влияние на бюджет.

   

  ТЕХНОЛОГИЯ НА СПАСЕНИЕ? – МОЖЕТ, МОЖЕТ НЕТ

  Безусловно, существуют доступные и используемые технологии, помогающие решить проблему избыточного простоя. Системы AESS, или системы автоматической остановки двигателя, используются уже несколько десятилетий. Вспомогательные силовые установки (ВСУ) также в течение многих лет использовались на разных уровнях. В APU обычно используется очень небольшой установленный дизельный двигатель для выполнения всех функций, которые в противном случае выполнял бы более крупный первичный двигатель (водяной нагрев, зарядка аккумулятора, заполнение воздушных систем, подача питания на подсистемы) при расходе дизельного топлива в несколько раз меньше, обычно между единицей четверть с половиной галлона в час. ВСУ просто не обеспечивают мощность для движения локомотива.

   

  Почему эти технологии иногда не реализуют свой потенциал? Начнем с AESS; Существует ограничение на то, сколько раз большой дизельный двигатель можно останавливать и запускать в любой заданный 24-часовой период — в противном случае вы начнете преждевременно изнашивать компоненты системы запуска двигателя, такие как стартеры, аккумуляторы и контакторы. Аварии на дорогах, вызванные проблемами пусковой системы, значительно увеличивают затраты на железные дороги — речь идет не только о затратах на техническое обслуживание и комплектующие. Существует также человеческий фактор, с которым приходится бороться — любая из этих систем может быть отключена вручную вмешательством человека по целому ряду причин, которые могут иметь смысл в то время, но в сочетании друг с другом могут действительно снизить эффективность системы и уменьшить экономию топлива. Надежность системы также обеспечивает некоторую экономию — обслуживание таких систем, как APUS, которые не являются «критически важными», иногда может привести к тому, что эти устройства будут иметь более низкую статистику доступности, чем хотелось бы. Работа в холодную погоду — еще одна проблема для работы AESS, поскольку локомотивы имеют системы двигателей с водяным охлаждением, которые могут легко замерзнуть во время эксплуатации в холодные зимы, когда AESS гораздо менее эффективна. Это стало одной из причин внедрения технологии APU. Тем не менее, распространенная жалоба на эти системы включает в себя необходимость обслуживания другого дизельного двигателя с регулярными настройками, замену моторного масла, ремни, проблемы с надежностью и т. д. Нет сомнений в том, что технология может оказаться полезной для сокращения холостого хода двигателя, но требуется больше. максимизировать топливо, которое может быть сэкономлено.

   

  ТРЕБУЕТСЯ СОГЛАСОВАННОЕ УСИЛИЕ

  Есть много специалистов, которые обслуживают, эксплуатируют, перемещают и проверяют дизельные двигатели локомотивов. Каждый из них может и должен играть важную роль в минимизации избыточного холостого хода локомотива. Мы рассмотрим каждое судно в отделах транспорта и механики и поговорим о том, как они могут помочь уменьшить избыточный холостой ход локомотива.

   

  • Машинист локомотива. После того, как они возьмут под контроль свой поезд и проверят свои документы, они могут подтвердить, какие единицы должны тянуть поезд и, если позволит погода, какие локомотивы следует остановить.
  • Locomotive Yard Hostler — в зависимости от того, в какое время тот или иной локомотив в депо должен переехать в поезд или в мастерскую для технического обслуживания, их следует отключить, если время превышает установленный параметр, обычно что-то в диапазоне от 30 до 60. минутный диапазон.
  • Ремонтники локомотивов. Локомотивная мастерская обычно очень загружена в зависимости от интенсивности движения в любой день. Локомотивы обычно ждут возле ремонтной мастерской, ожидая открытого отсека для выполнения необходимого обслуживания. Аналогичное плотное окно следует использовать там, где, если локомотив не будет двигаться в течение 30-60 минут, его следует остановить. Обратите внимание, что даже низкие температуры в самый разгар зимы не обязательно должны мешать остановке локомотивов на несколько часов, учитывая, что в воде двигателя локомотива остается достаточно скрытой тепловой энергии, поэтому пройдет несколько часов до риска сброса воды локомотивом из-за до температуры ниже нуля. Местные правила для этого магазина, в зависимости от их географического положения, должны определять конкретные правила для этой области сети.
  • Управленческий персонал, например аналитики по топливу, работает с ИТ-отделом над созданием и ведением панели отчетности или оценочной карты для отслеживания экономии топлива. Менеджмент должен управлять и организовывать процесс, объединять отдельные отделы и специалистов и ставить соответствующие цели на будущее.

   

  Ключом к согласованным усилиям является совместная работа всех сотрудников для сокращения времени простоя. Хороший способ проверить это — пройтись по локомотивному депо и подсчитать количество локомотивов, работающих на холостом ходу. Некоторые наблюдения в течение часа или двух с указанием времени и номера пути локомотива могут дать отличные визуальные проверки того, насколько хорошо соблюдаются правила остановки.

   

  СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

  Благодаря бортовой технологии большинства современных высокомощных локомотивов можно сообщать о местоположении GPS и состоянии холостого хода в режиме реального времени для большинства локомотивов. Используя заранее определенные ограничения геозоны для любого заданного двора, можно разработать оценочную карту, которая измеряет соответствие местным правилам остановки — как долго данный локомотив простаивал без движения. Эта оценочная карта, предоставленная руководству и сотрудникам, может выстроить бизнес-процессы и направить усилия на снижение избыточного холостого хода локомотива в пределах депо, где чаще всего происходит холостой ход.

   

  Кроме того, эти системы могут отправлять оповещения операционному руководству по тексту или электронной почте с соответствующими триггерами эскалации времени для управления и поддержки необходимого поведения для достижения более высокого уровня соответствия. Какой бы уровень или процентное соответствие ни было достигнуто в определенном месте, его можно улучшить, а ежегодные цели по улучшению устанавливаются и достигаются при совместной работе всего персонала над достижением поставленной цели системы или места. Группы управления эффективностью в разных магазинах также можно напрямую сравнивать, а местные передовые практики использовать в сети.

   

  На рис. 1 ниже показан пример оценочной карты, в которой отслеживаются как избыточные простои в минутах, так и связанные с ними расходы на топливо по местоположению, а также количество событий избыточных простоев, сгруппированных по дискретным показателям времени.

   

  
  Рисунок 1

   

  На рис. 2 ниже показана историческая температура по месяцам, и количество избыточных часов простоя по годам. Цели для обоих рисунков не показаны, поскольку каждая железная дорога будет иметь разные цели и сроки для улучшения.

  
  Рисунок 2

   

  ВОЗМОЖНЫ ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ СКИДКИ

   

  При поддержке местного руководства магазина и постановке соответствующих целей по улучшению долгосрочные значительные изменения возможны, когда все сотрудники вносят свой вклад в сокращение числа простоев. При надлежащем обучении, отслеживании и отчетности снижение холостого хода на 50% и более, безусловно, достижимо. Надлежащее техническое обслуживание и техническое обслуживание имеющейся технологии AESS и APU также должно быть частью общего плана по улучшению. Участие человека всегда предпочтительнее подхода «технология позаботится об этом».

   

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Совместная работа человека и машины, с утвержденным планом обучения и системой отчетности в режиме реального времени с оповещениями и показателями производительности, безусловно, окажет желаемый эффект в снижении избыточного холостого хода локомотива.