ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ


Система автоматического запуска-остановки дизеля тепловоза (САЗДТ)

С целью экономии дизельного топлива при горячем простое маневровых и магистральных тепловозов в зимний период специалистами ООО «АВП Технология» создана система автоматического запуска-остановки дизелей для прогрева в отстое. О преимуществах этого новшества рассказывают директор Департамента автоматизированных комплексных систем ООО «АВП Технология» Олег Валерьевич Абрамов и главный инженер проекта отдела автоматизированных комплексных систем ООО «АВП Технология» Анатолий Анатольевич Кащенко.

Маневровая работа выполняется на станциях тепловозами по установленным технологическим процессам и планам формирования поездов. Результаты эксплуатации тепловозов показывают, что среди локомотивов всех родов службы, включая пассажирские, грузовые, маневровые, наименьший укрупненный эксплуатационный КПД имеют маневровые тепловозы. Это объясняется спецификой их работы, в том числе большой неравномерностью нагрузок силовых установок в течение всего времени суток – от длительного простоя в ожидании работы до максимальной нагрузки. Причем, работа на холостом ходу и малых нагрузках, когда эффективный КПД дизеля мал, значительно превосходит по времени работу на полной мощности. Поэтому общие эксплуатационные затраты на содержание этих тепловозов, включая расходы на дизельное топливо, достаточно велики.

Применение в существующих двигателях воды в качестве жидкости охлаждения и высокая вязкость масла при низких температурах не позволяют просто заглушить двигатель. Использовать антифриз в существующих тепловозных двигателях конструктивно невозможно. Самым эффективным решением в данном случае становится подогрев дизеля и его систем.

Первое серийное решение по подогреву дизеля было реализовано на тепловозах ТЭМ1, ТГМ3 и др. в 1959 году. С середины 60-х годов такие системы перестали ставить. Причин было много: громоздкость системы, ее низкая надежность, необходимость переключения при запуске и остановке системы огромного количества вентилей, а также организации постоянного контроля параметров работы.

Задачи по уменьшению расхода дизельного топлива и масла тепловозами, повышения ресурса работы их теплосиловой установки в связи со значительным ростом цен на топливо и затрат на восстановление дизелей становятся все более актуальными. Одним из существенных резервов в этом направлении является сокращение времени работы тепловозов в режиме «самопрогрева», когда дизель эксплуатируется наиболее неэкономично.

Это подтверждается тем, что о снижении издержек по данному вопросу говорится в третьем разделе «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877р.

Обогрев тепловозных дизелей – способ поддержания тепловозов в горячем резерве (со средней температурой воды в системе охлаждения дизеля 60 °С, масла 40 °С) во время стоянки в зимний период эксплуатации. Обогрев дизелей может осуществляться так называемым циклическим самопрогревом, то есть периодическим прогревом дизеля во время его работы на холостом ходу. При таком обогреве процессы запуска и остановки дизеля, а также контроль температур охлаждающих жидкостей автоматизированы.

Специалисты «АВП Технология», используя зарубежный и отечественный опыт, создали по заданию ЦТ ОАО «РЖД» вторую оригинальную систему прогрева тепловоза САЗДТ, позволяющую периодически запускать-останавливать двигатель локомотива на время простоя и исключить непроизводительное потребление дизельного топлива. Система САЗДТ, как и система АСПТ «Локотерм», предназначена для поддержания температур теплоносителей неработающего дизеля маневровых и магистральных тепловозов на уровне, обеспечивающем его надежный запуск в условиях низких температур окружающей среды.

Опытный образец системы самопрогрева тепловоза САЗДТ включает в себя комплекс аппаратных и программных средств, установленных на борту тепловоза, имеющих возможность беспроводной передачи данных на сервер ОАО «РЖД». Эта система обеспечивает автоматический запуск-остановку дизеля тепловоза в зависимости от изменений температуры в системе охлаждения и наружного воздуха, что повышает ее экономичность. Система САЗДТ, также как и АСПТ «Локотерм», подключается и взаимодействует с созданным ранее «АВП Технологией» Регистратором параметров движения маневрового тепловоза (РПДА-Т). РПДА-Т предназначен для автоматизированного сбора, регистрации и обработки информации о работе локомотива с целью контроля, учета, анализа работы и расхода топлива, технического состояния оборудования. В кабине машиниста расположены пульт управления системой и блок громкоговорителя, который выдает речевые подсказки при работе системы.

На маневровых и магистральных тепловозах при горячем простое (до 10 часов) в холодное время года прогрев теплоносителей (вода, масло) осуществляется при работающем дизель-генераторе на холостом ходу. В это время происходит непроизводительное потребление дизельного топлива. С целью экономии дизельного топлива целесообразно применение на тепловозах автоматизированных систем прогрева с автоматическим включением и выключением силовой установки тепловоза. Применение системы автоматического запуска-остановки дизеля тепловоза САЗДТ для прогрева при вышеуказанных простоях сократит время работы дизеля и, соответственно, снизится расход топлива. При пониженном потреблении дизельного топлива сокращаются расходы на масло и уменьшаются выбросы выхлопных газов в атмосферу.

Расход дизельного топлива за один пуск (для тепловоза ЧМЭ-3) в среднем составляет 1,23 кг, что равно расходу при работе дизеля на холостом ходу в течение 7,38 минут. При стоянке тепловоза в заглушенном состоянии в течение 30 минут экономия дизельного топлива составляет 37,7% от расхода на холостом ходу, а при стоянке тепловоза в заглушенном состоянии в течение одного часа экономия дизельного топлива составляет при одном запуске 87,7% от расхода на холостом ходу. Доказано, что при стоянках менее 7,4 мин. (~10 мин.) тепловоз глушить невыгодно.

Образец системы самопрогрева тепловоза САЗДТ смонтирован и введен в опытную эксплуатацию на маневровом тепловозе ЧМЭ3 № 5832 в марте 2015 г. специалистами ООО «АВП Технология» в эксплуатационном локомотивном депо Котлас Северной дирекции тяги. С апреля по май 2015 г. проведены эксплуатационные испытания системы.

Система САЗДТ осуществляет автоматический запуск дизеля тепловоза при снижении температуры охлаждающей жидкости менее 35 °С, и при этом осуществляет контроль за правильностью сборки схемы пуска тепловоза. После запуска дизель работает и греет охлаждающую жидкость, когда температура достигнет 60 °С – система автоматически остановит дизель и запустит насосы прокачки воды. При этом система следит за током заряда аккумуляторной батареи тепловоза, и если температура охлаждающей жидкости поднимется до 60 °С, а батарея потребляет большой зарядный ток, то остановка дизеля произойдет только когда ток потребления снизится и будет менее 10 А.

При запуске дизеля САЗДТ следит за правильностью сборки пусковой схемы тепловоза. Если система обнаруживает несоответствие, то останавливает процесс прогрева, выдает в кабине аварийное речевое сообщение и включает сирену.

Для облегчения пуска в системе предусмотрены конденсаторные накопители энергии, которые также можно использовать при ручном пуске дизеля, выбрав соответствующий режим работы системы.

Для удобства работы с системой в ее состав входит блок речевых сообщений, который выдает информационные и аварийные сообщения. Система выдает подсказки по установке органов управления тепловозом в положение для пуска дизеля. Если возникают неполадки, которые выявляет система, она сразу прекращает режим самопрогрева тепловоза, включает сирену и аварийное речевое сообщение.

Система может быть автономной и действовать самостоятельно, а также работать совместно с системой РПДА. Данные о работе системы могут быть записаны на картридж для дальнейшей работы с ними в АРМ.

Работа системы основана на алгоритме режимной карты прогрева локомотива и, в частности, учитывает:

– температуру окружающего воздуха;

– температуру охлаждающей жидкости в горячем, холодном контуре и отапливаемой подножки;

– напряжение аккумуляторной батареи тепловоза;

– ток заряда аккумуляторной батареи тепловоза;

– положение органов управления тепловоза, участвующих в пуске;

– работу насосов прокачки при остановленном дизеле;

– правильность сборки пусковой схемы;

– работу схемы конденсаторного пуска.

САЗД имеет ряд преимуществ:

– автономность функции прогрева системы;

– простое управление системой, содержащее один переключатель режимов;

– экономия топлива на горячий простой тепловоза;

– экономия расходов на масло;

– уменьшение выбросов выхлопных газов в атмосферу;

– прокачка охлаждающей жидкости при остановленном дизеле тепловоза;

– возможность подключения по CAN-интерфейсу к системе РПДА;

– автоматическая диагностика неисправностей системы и схемы пуска тепловоза;

– увеличение срока службы аккумуляторной батареи тепловоза;

– наличие функции конденсаторного запуска дизеля;

– снижаются трудовые затраты на обслуживание тепловоза в режиме прогрева.

Чтобы по достоинству оценить преимущества новшества, нелишне также учесть недостатки аналогов:

– питание системы «Контур» осуществляется от источника 3-фазного напряжения 380 В мощностью не менее 55 кВт, а значит, система не является автономной и не может быть использована «в любой момент в любом месте», требует строительства стационарных постов для отстоя тепловозов;

– наличие дополнительного дизель-генератора и, соответственно, увеличение расходов на техническое обслуживание и текущий ремонт в системах прогрева производства ОАО «ВНИКТИ», DDHS-3A Kim Hotstart Manufacturing Company;

– отсутствие возможности подогрева дизельного топлива, использование штатных аккумуляторных батарей тепловоза, опциональная установка отопителя в системе прогрева производства ООО «Транспортные энергетические системы».

А в итоге стало реальностью прекращение деятельности ООО «Гольфстрим» по этому направлению.

Образец САЗДТ прошел эксплуатационные испытания и подтвердил соответствие заявленным требованиям технического задания. Система прогрева САЗДТ справилась с возложенными на нее функциями и обеспечила автономную работу локомотива в условиях прогрева, сэкономив при этом топливо.

Данная система прогрева может устанавливаться и на тепловозы других типов, что даст значительный экономический эффект не только ОАО «РЖД», но и многочисленным промышленным предприятиям, уже использующим регистраторы параметров работы тепловоза и учета дизельного топлива.

© Евразия Вести VIII 2015

www.eav.ru