CC BY
15
УДК 621.314.53 + 621.43.001.6
Теоретическое обоснование энергосберегающей системы стендов для обкатки и испытания двигателей
внутреннего сгорания
Ю. М. Чикунов,
ОАО «Завод «Дагдизель», начальник КБ ОГТ, кандидат технических наук
Рассмотрен энергосберегающий метод, на основании которого теоретически обоснована разработка системы стендов, предназначенная для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания на моторостроительных заводах и специализированных ремонтных предприятиях.
Ключевые слова: энергосбережение, система стендов, обкатка и испытание двигателей внутреннего сгорания.
Выпуск двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире непрерывно возрастает. Завершающими операциями технологического процесса их производства или капитального ремонта являются стендовая обкатка и приёмо-сдаточные испытания. В связи с постоянным ростом цен на электроэнергию экономически целесообразным становится полезно использовать мощность, развиваемую тепловыми двигателями, путём её преобразования и генерирования в промышленную сеть. Поэтому в настоящее время моторостроительные и мотороремонтные предприятия оснащают свои испытательные станции обкаточно-тормозными стендами (ОТС), обеспечивающими утилизацию механической энергии ДВС.
В условиях массового выпуска и ремонта ДВС в процессе обкатки и испытаний вырабатываемой стендами электроэнергии бывает достаточно для питания большей части технологического оборудования и освещения испытательных станций [1]. Решая задачу энергосбережения, заводы-изготовители проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на повышение технико-экономических показателей внедряемых электротехнических систем [2].
Существует несколько разновидностей электрических ОТС, отличающихся по стоимости и степени утилизации тормозной энергии. Но, несмотря на большое количество технических решений в области исследования и проектирования стендов, остаётся довольно широкий круг задач, требующих дополнительных исследований.
В связи с этим является актуальной проблема кардинального повышения экономической эффективности энергосберегающих электротехнических систем, предназначенных для обкатки и испытания ДВС на специализированных ремонтных и моторостроительных предприятиях путём разработки и внедрения метода оптимального сочетания характеристик стендов и их количества при условии максимальной утилизации вырабатываемой при этом электроэнергии.
Анализ существующих обкаточно-тормозных стендов, обеспечивающих утилизацию тормозной мощности в промышленную сеть, показывает, что основными
элементами стенда являются тормозное устройство, выполненное на базе электрической машины, и преобразователь, который соединён с одной стороны с промышленной сетью, а с другой - с тормозным устройством.
Энергетическая диаграмма рассматриваемого случая, которому соответствуют наиболее распространённые современные обкаточно-тормозные стенды, изображена на рис. 1.
В процессе горячей обкатки под нагрузкой, вырабатываемая двигателем внутреннего сгорания энергия W1 выделяется в тормозном устройстве (ТУ) в виде потерь W2, а оставшаяся часть поступает на преобразующее устройство (ПР).
ДВС|—0 ТУ с ПР >ТС1
ДВС —(М ТУ ПР ОТС2
380 В
-AV-0
50 Гц
W,
Рис. 1. Энергетическая диаграмма группы обкаточно-тормозных стендов фирмы MEZ VSETIN (Чехия)
Таким образом,
Wз=Wl-W2=Wl•nтy, (1)
где пту - коэффициент полезного действия тормозного устройства. При преобразовании одна часть электроэнергии выделяется в виде потерь а другая -поступает в сеть предприятия
W5=Wз-W4=Wз•nпр, где ппр - КПД преобразователя.
(2)
Wl4=(Wз-W8)• Ппр=^ • Пту—^^1о/Пту)* Ппр, (8)
Выигрыш в электроэнергии при условии, что КПД одиночного и группового преобразователей равны, составит
Wl4-Wll=W8 -(1/Лпр— Ппр)=^ю -(1/Ппр-Ппр)/Пту (9)
Коэффициент рекуперации соответственно группы и системы стендов будет равен
ОТС2 потребляет из сети электроэнергию W6, необходимую для холодной обкатки. Она расходуется на энергию W10, которая используется для прокручивания коленчатого вала ДВС, и энергию потерь W7 и W9, образующихся соответственно в преобразователе и тормозном устройстве. Энергия, подводимая к тормозному устройству, которое работает в режиме двигателя, составит
W8=W6-W7=W9+Wlо=Wlо/nтy (3)
Энергия, оставшаяся на нужды предприятия
W11=W1-W2-W4-W7-W9-W10 (4)
или
ет^з • Пту^/Пп^! • Пту • Ппр^10 • Пту-1 • Ппр-1. (5)
Из уравнений видно, что потери электроэнергии W4, W7 и W2, W9 дважды происходят на преобразователе и тормозном устройстве соответственно.
Энергетическая диаграмма предлагаемого энергосберегающего метода системы путём рекуперации электроэнергии в промышленную сеть изображена на рис. 2.
Суть разработанного энергосберегающего метода состоит в том, что электроэнергию для холодной обкатки W8 ОТС2 необходимо отбирать непосредственно от энергии W3 ОТС1, генерируемую тормозным устройством на стадии горячей обкатки под нагрузкой или испытания двигателя внутреннего сгорания.
Тогда энергия W13, подводимая к групповому преобразователю (ГПР), составит
W13=W1-W2-W9-W10=W3-W9-W10, (6)
что меньше, чем в случае, рассмотренном выше, на сумму энергии, необходимой для холодной обкатки и потерь в электродвигателе.
Следовательно, мощность группового преобразователя меньше суммарной мощности одиночных преобразователей обкаточно-тормозных стендов.
Электроэнергия W14 (рис. 2), оставшаяся на нужды предприятия, равна
Пго^ц/^-^ю),
(10) (11)
При энергосберегающем методе коэффициент рекуперации возрастёт на
ДП=Псотс- Пготс=^14^ц)/^1^10^10 •
'(Лир-1-Ппр)'Пту-7^1^10).
(12)
Рассмотрим конкретный пример (процесс обкатки и испытания автотракторного двигателя внутреннего сгорания ЯМЗ-238НБ по программе [3]).
W1 = 152,6 кВт-ч, (13) пту=0,8, (15)
Wlо=22,6 кВт-ч, (14) Ппр=0,64. (16)
(7)
Рис. 2. Энергетическая диаграмма системы обкаточно-тормозньа стендов
или
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru
№ 3 (45) 2012, май-июнь
шнЕРШвштУРСнтБЕШШЕтишшэнЕРШяэФФЕШшвйшшЬ 25
Тогда
W11=152,6•0,8•0,64-22,6•0,8-1•0,64-1=33,99 кВт - ч, (17)
W11=(152,6•0,8-22,6/0,8)•0,64=60,05 кВт-ч. (18)
Выигрыш в электроэнергии и коэффициенте рекуперации стенда соответственно составит
W14-W11=26,06 кВт-ч (19)
или
W11-1 -100 %=26,06-33,99-1 -100 %= 76,67 % (20)
и
Дп=26,06/(152,6-22,6)=0,2 (21)
Необходимо отметить, что коэффициент полезного действия группового электромашинного преобразователя с увеличением мощности в 10 раз возрастает на 26 % [4]. Таким образом, максимальный (фактический) выигрыш в утилизации электроэнергии составит [60,05-0,9/(33,99-0,64)-1]-100 %= =148,4 %, то есть возрастёт почти в 2,5 раза. Коэффициент рекуперации стенда при этом повысится на Дп=0,39.
Использование данного метода на моторостроительном заводе «Дагдизель» (г. Каспийск, Республика Дагестан) позволило снизить общую стоимость стендов и увеличить количество рекуперируемой электроэнергии на нужды предприятия. Годовой экономический эффект от внедрения системы обкаточно-тормозных стендов [5, 6, 7] в ценах 1992 года составил 1,2 млн. рублей.
Литература
1. Regenerative engine-test brakes costs and increase efficiency. - Automot. Eng., 1977, 2, № 3, p. 19-45.
2. Weyland H. Wirtschaftlicher Einsatz electrischer Maschinen bei Pruf-standen. - Brown Boveri Mitteilungen, 1977, 64, № 3, p. 147-152.
3. РК 200-РСФСР-2/1-2018-80. Руководство по капитальному ремонту. Двигатели ЯМЗ модели 236-238240. 236.10.00.000 РК. Приемосдаточные испытания. 4.2. Сборка, регулировка и испытания. М. 1981. Министерство автомобильного транспорта РСФСР. Техническое управление.
4. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./с 74. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.
5. Патент Российской Федерации № 2044294. Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания. Чикунов Ю. М. 1994 г.
6. Патент Российской Федерации № 2039348. Стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания. Чикунов Ю. М. 1994 г.
7. Чикунов Ю. М. Устройство и принцип действия системы обкаточно-тормозных стендов // Автотранспортное предприятие, 2011 г., июнь. - С. 46-47.
The theoretical basis of energy-saving system stands for running and testing of
internal combustion engines
Yu. M. Chikunov,
JSC "Dagdizel", chief of KB OGT, Ph.D
The article considers the energy-efficient method for the development of stand systems for running and testing of combustion engines. Such stands are used on motor-building factories and specialized repair plants.
Keywords: energy-safety, stand system, running and testing of internal combustion engines.
