Дослідження шляхів збільшення потужності енергетичних установок тягового рухомого складу

Abstract

Сучасний залізничний транспорт стикається з постійно зростаючими вимогами до підвищення ефективності, швидкості та екологічності перевезень, що зумовлює необхідність вдосконалення тягового рухомого складу. Ключовим аспектом є збільшення потужності дизельних двигунів – основних силових агрегатів локомотивів. Це дозволяє покращити тягові характеристики, скоротити час перевезень, оптимізувати паливну економічність та підвищити екологічну безпеку. Актуальність роботи полягає у пошуку та науковому обґрунтуванні дієвих шляхів форсування дизелів для досягнення цих цілей. Об’єкт дослідження. Енергетичні установки тягового рухомого складу. Предмет дослідження. Робочий процес дизельного двигуна 16ЧН 26/26 (10Д49) та його показники при різних значеннях температури повітря у впускному колекторі. Мета роботи. Дослідження та теоретичне обґрунтування шляхів збільшення потужності енергетичних установок тягового рухомого складу на прикладі дизеля 16ЧН 26/26 (10Д49) шляхом глибокого аналізу впливу температури повітря у впускному колекторі на його робочий процес та вихідні показники. Виконано огляд та систематизацію сучасних методів і напрямків форсування дизельних двигунів, що застосовуються на залізничному транспорті, виділивши роль наддуву та інтеркулінгу. Виконано детальний тепловий розрахунок робочого процесу дизеля 16ЧН 26/26 (10Д49) для базових умов експлуатації при температурі повітря у впускному колекторі +55 °C. Проведений комплексний порівняльний аналіз отриманих числових результатів, оцінивши кількісний вплив зміни температури повітряного заряду на індикаторну та ефективну потужність, індикаторний та ефективний ККД, а також питому витрату палива. Проаналізовано потенційні небезпеки та шкідливі виробничі фактори, пов’язані з експлуатацією та обслуговуванням потужних дизельних двигунів, та визначити основні заходи з охорони праці. У роботі застосовано методи теоретичного аналізу науково-технічної літератури для формування оглядової частини. Використано принципи термодинаміки та методи математичного моделювання для виконання розрахунків робочого процесу дизеля. Для оцінки ефективності досліджуваного методу форсування застосовано методи порівняльного аналізу числових результатів. В ході роботи було теоретично обґрунтовано, що зниження температури повітря у впускному колекторі є високоефективним шляхом збільшення потужності дизельних двигунів. Виконані розрахунки для дизеля 16ЧН 26/26 (10Д49) наочно продемонстрували, що зменшення температури повітряного заряду від +55 °C до +45 °C призводить до суттєвого зростання індикаторної та ефективної потужності двигуна. Цей ефект досягається за рахунок збільшення густини повітря, що дозволяє подати більшу масу кисню у циліндри та, відповідно, забезпечити повніше згоряння більшої кількості палива. Одночасно, такий підхід сприяє оптимізації теплових режимів роботи двигуна та підвищенню його надійності. Розглянуто також питання охорони праці, що є критично важливими при роботі з форсованими енергетичними установками, включаючи ідентифікацію ризиків та визначення необхідних заходів безпеки.Modern railway transport faces constantly growing demands for increased efficiency, speed, and environmental friendliness of transportation, which necessitates the improvement of traction rolling stock. A key aspect is the increase in the power of diesel engines – the main power units of locomotives. This allows for improved traction characteristics, reduced transport time, optimized fuel economy, and enhanced environmental safety. The relevance of the work lies in the search for and scientific substantiation of effective ways to boost diesel engines to achieve these goals. Object of study. Power plants of traction rolling stock. Subject of study. The working process of the 16CHN 26/26 (10D49) diesel engine and its performance indicators at various intake manifold air temperatures. Goal of the work. Investigation and theoretical substantiation of ways to increase the power of power plants of traction rolling stock using the example of the 16CHN 26/26 (10D49) diesel engine by deeply analyzing the influence of intake manifold air temperature on its working process and output parameters. An overview and systematization of modern methods and directions for boosting diesel engines used in railway transport were carried out, highlighting the role of supercharging and intercooling. A detailed thermal calculation of the working process of the 16CHN 26/26 (10D49) diesel engine was performed for baseline operating conditions at an intake manifold air temperature of +55 °C. A comprehensive comparative analysis of the obtained numerical results was conducted, evaluating the quantitative impact of changes in air charge temperature on indicated and effective power, indicated and effective efficiency, as well as specific fuel consumption. Potential hazards and harmful production factors associated with the operation and maintenance of powerful diesel engines were analyzed, and key occupational safety measures were identified. The work applied methods of theoretical analysis of scientific and technical literature to form the review part. Principles of thermodynamics and methods of mathematical modeling were used to perform calculations of the diesel engine’s working process. Methods of comparative analysis of numerical results were applied to evaluate the effectiveness of the investigated boosting method. In the course of the work, it was theoretically substantiated that lowering the intake manifold air temperature is a highly effective way to increase the power of diesel engines. The calculations performed for the 16CHN 26/26 (10D49) diesel engine clearly demonstrated that a decrease in the air charge temperature from +55 °C to +45 °C leads to a significant increase in the engine’s indicated and effective power. This effect is achieved by increasing the air density, which allows more oxygen mass to be supplied to the cylinders and, accordingly, ensures more complete combustion of a larger amount of fuel. Simultaneously, this approach contributes to optimizing the engine’s thermal operating modes and increasing its reliability. Occupational safety issues, which are critically important when working with boosted power plants, were also considered, including risk identification and determination of necessary safety measures.