Техническое нормирование расхода топлива, электроэнергии

Без знания норм расхода энергии на единицу выполненной работы невозможно ни проектирование железных дорог, ни планирование эксплуатационной работы уже существующих линий.

Нормы расхода энергии на тягу для средств транспорта разделяют на две основные группы:

· плановые, необходимые для определения потребности в топливе и электроэнергии на единицу выполняемой работы в килограммах или ватт-часах на тонно-километр или килограммах или ватт-часах на пассажиро-километр;

· технические нормы, применяемые для организации потребления топлива и электроэнергии и контроля за их использованием.

Пооперационные нормы расхода энергии устанавливают количество затраты энергии на выполнение определённых операций технологического процесса (на километр одиночного пробега, час производства маневровых операций определённой интенсивности, выполнение погрузочно-разгрузочных и хозяйственных работ и пр.).

Технические и пооперационные нормы позволяют контролировать фактический расход энергии, что способствует стимулированию к её экономии.

На железнодорожном транспорте число технических норм с учётом сезонных и ситуационных меняющихся условий работы достигает десятков и сотен тысяч, что исключает практически их применение для целей планирования. Поэтому чаще всего плановые нормы устанавливают исходя из достигнутых величин с их корректировкой на изменяющиеся условия работы: улучшение технического состояния инфраструктуры, подвижного и особенно тягового подвижного состава, организации процесса перевозок и структуры грузо- и пассажиропотока.

Нормирование расхода топлива и электрической энергии локомотивами основывается на данных тягово-энергетических паспортов локомотивов, а также общих формулах и положениях тяговых расчётов. При нормировании принимаются расходы топлива и электрической энергии, соответствующие исправному состоянию локомотивов, с учётом прогрессивных методов обслуживания локомотивов и вождения поездов.

Норму расхода топлива на тягу поездов, кг/10⁴(т×км), рассчитывают по формуле

(11)

В этой формуле:

- исходная (базовая) норма, определяемая на основе тягово-энергетического паспорта локомотива, рассчитанного при определённых условиях, в кг/10⁴×т×км брутто.

Как правило, для грузовых поездных локомотивов тягово-энергетический паспорт рассчитывается для четырёхосных грузовых вагонов при определённой осевой нагрузке (обычно принимается кН/на ось), на прямой горизонтальной площадке, отсутствии ветра и при плюсовых температурах окружающего воздуха. Тягово-энергетический паспорт локомотива задаётся графиком в зависимости от массы состава и технической скорости движения поезда или формулой вида

, (12)

где -масса состава, в тоннах;

- основное удельное сопротивление поезда , в Н/кН.

Например, для тепловоза 2ТЭ10 коэффициенты, приведённые в формуле, соответственно равны:

S=4; R=9,4; T=6800.

K₁ – коэффициент, учитывающий фактическую грузоподъёмность вагонов q_o. Расчёты показывают, что величина K₁ при изменении загрузки вагона от порожней до полной грузоподъёмности колеблется примерно от 2,2 до 0,9

K₂ – коэффициент, учитывающий влияние трудности профиля и плана линии, наличие «вредных» спусков. Влияние этих факторов определяется величиной эквивалентного уклона

‰, (13)

где и - величина уклона в ‰ и длина элемента профиля в метрах;

и - то же для вредных спусков;

- основное удельное сопротивление поезда при средней скорости движения на вредном спуске в Н/кН;

- сумма центральных углов кривых на участке, в градусах;

L – общая длина участка, в метрах.

В среднесетевых условиях коэффициент K₂ можно определять по формуле

, (14)

где коэффициент зависит от технической скорости движения по участку – v:

.

- коэффициент, учитывающий дополнительный расход топлива при низких температурах окружающей среды. С достаточной точностью его можно принимать по данным таблицы 1 ПТР.

- коэффициент, учитывающий дополнительный расход топлива при наличии ветра. С достаточной точностью его можно принимать по данным таблицы 2 ПТР.

- коэффициент, учитывающий наличие в составе других вагонов, сопротивление движению которых отличается от принятых вагонов при расчёте энергетического паспорта. Этот коэффициент можно определить исходя из отношения сопротивления движению поезда, в составе которого имеются вагоны другого типа, к сопротивлению поезда, принятого для расчётов энергетического паспорта:

, (15)

где и - основное удельное сопротивление движению вагонов, сопротивление которых отличается от принятого для расчёта энергетического паспорта при средней технической скорости движения поезда на участке, в Н/кН и доля вагонов в составе по массе, соответственно, расчётного поезда;

и - основное удельное сопротивление движению вагонов, принятых для расчёта энергетического паспорта при средней технической скорости движения поезда на участке, в Н/кН и доля вагонов в составе по массе, соответственно, поезда, принятого в расчёте энергетического паспорта.

- коэффициент, учитывающий теплотехническое состояние локомотивов. Он может быть определён на основании данных опытных поездок или по данным реостатных испытаний тепловозов в депо.

- суммарный дополнительный расход топлива на остановки на промежуточных станциях, в кг.

Станции участка делятся на несколько категорий в зависимости от сложности профиля, массы состава и условий остановки на станции. Здесь - дополнительный расход топлива на остановку на станции «j»-ой категории, а - количество станций этой категории на участке, на которых останавливается поезд. Эти расходы могут быть определены тяговыми расчётами или опытными поездками.

- суммарный дополнительный расход топлива на выполнение предупреждений по ограничению скорости движения, в кг.

Дополнительный расход топлива на выполнение определённого предупреждения принимается в зависимости от величины снижения скорости, уклона, на котором происходит это снижение и массы состава. Эти расходы также могут быть определены тяговыми расчётами или опытными поездками. - количество предупреждений данной («j»-ой) категории.

- суммарный дополнительный расход топлива на стоянки на промежуточных станциях, в кг.

Здесь - расход топлива тепловозом на стоянке, с учётом возможной работы дизеля на промежуточных позициях для прогрева дизеля при низких температурах и работы компрессора для питания утечек воздуха в тормозной магистрали, в кг/мин, а - время работы тепловоза на данной позиции контроллера машиниста за поездку в минутах.

Расход топлива на тягу поездов за поездку может быть определён различными способами:

· аналитическими, на основе данных скоростемерной ленты, норм расхода энергии на единицу работы, с учётом фактических характеристик поезда и участка, погодных условий, режима ведения поезда (выполненного графика движения) и величины выполненной работы в тонно-километрах брутто;

· аналитическими, на основе построенной кривой скорости движения поезда, режима его ведения и времени работы локомотива на различных режимах;

· графоаналитическими на основе тягово-теплотехнических расчётов.

К числу наиболее часто употребляемых можно отнести графические способы построения кривой расхода топлива тепловозом за поездку А.И. Долинжева и определения расхода энергии электровозом Я.М. Гаккеля.