Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ТРАНСВУЗ-2015.Часть 3

.pdf
Скачиваний:
75
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
6.53 Mб
Скачать

Ремонт и динамика подвижного состава

и квадрата смешанной корреляции (R2) также равны нулю.

SSE 0 ;

R2 1

SSE 0 ;

R2 1

а)

 

б)

 

Рис. 4 . Метод сплайнов (участки постоянного (а) и переменного (б) тока)

Предложенный расчетно-статистический способ на основе регрессионной модели позволяет проводить оценку участков железной дороги по уровню объемов рекуперации для различных систем тягового электроснабжения. Исходными данными для построения регрессионной модели являются в рассматриваемом случае характеристики профиля пути и род тока системы тягового электроснабжения, а также результаты тяговых расчетов. Совершенствование предложенного способа в направлении расширения количества участков железных дорог позволит повысить точность прогнозирования объемов рекуперации. По результатам расчетов наиболее подходящим для построения модели является метод ближайшего соседа или метод сплайнов.

Список литературы

1. Незевак, В. Л. Об оценке влияния межпоездного интервала на энергоэффективность перевозок в условиях применения рекуперативного торможения / В. Л. Незевак, А. С. Вильгельм, А. П. Шатохин // В сборнике: Энергосберегающие технологии, контроль и управление для предприятий железнодорожного транспорта. Межвузовский тематический сборник научных трудов. Под редакцией А. А. Кузнецова; Министерство транспорта Российской Федерации, Федеральное агентство железнодорожного

130

ТРАНСВУЗ – 2015

транспорта, Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2015. С. 54-62.

2.Незевак, В. Л. Оптимизация графика движения поездов по критерию расхода электрической энергии на тягу на участках железных дорог в условиях применения рекуперативного торможения / В. Л. Незевак, А. П. Шатохин, О. В. Гателюк // Известия Транссиба. 2015. № 1 (21). С. 59-69.

3.Незевак, В. Л. Мониторинг выполнения норм удельной рекуперации в границах произвольной зоны мониторинга участка постоянного тока В. Л. Незевак, А. П. Шатохин // Известия Транссиба. 2015. № 2. С. 87-96.

4.Баранов, А. М. Развитие пропускной и провозной способности однопутных линий / А. М. Баранов, В. Е. Козлов, Э. Д. Фельдман // Труды ВНИИЖТ Выпуск 280 . Изд. «Транспорт». М. 1964. с.194.

5.Незевак, В. Л. О конкуренции некоторых подходов к решению задачи повышения энергетической эффективности перевозок / В. Л. Незевак // В сборнике: Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов Материалы второй Всероссийской научнотехнической конференции с международным участием. Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2014. С. 149-156.

6.Незевак, В. Л. Перспективы применения накопителей электрической энергии в системе тягового электроснабжения постоянного тока / В. Л. Незевак,

В. Т. Черемисин // Бюллетень результатов научных исследований. 2015. № 1 (14). С. 76-83.

7.Андронов, А. М. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2004. – 461с.

8.Стрижов, В. В. Методы выбора регрессионных моделей / В. В. Стрижов, Е. А. Крымова // М.: Вычислительный центр РАН. – 2010. – 60 с.

9.Кобзарь, А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников / А. И. Кобзарь. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 816 с.

131

Ремонт и динамика подвижного состава

УДК 532.529:533.6.011

С. М. Сулайманова, А. Дж. Картанова, Ж. Темирбеков

РАСЧЕТ ТЕЧЕНИЯ В ТРУБЕ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ С ПЕРФОРИРОВАННОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ

Рассматривается течение газа в трубе переменного сечения с перфорированной перегородкой квазиодномерной двухслойной постановке. Перегородка моделируется поверхностью гидродинамического разрыва для параметров газа. При этом считается, что перетекание газа через нее носит стационарный характер.

Ваэродинамических конструкциях перфорированные тела используются

втормозных устройствах, а также последнее время такие перегородки в соплах применяются для гашения шумовых вибраций, при сверхзвуковых скоростях течения газа для стабилизации потока, поскольку с их помощью можно регулировать скорость и выравнивать неравномерности потока.

Перфорированные перегородки могут использоваться как для распределения, так и для вторичной стабилизации потока в сепараторе, обеспечивая стабилизацию потока подаваемой смеси жидкостей перед ее входом в область сепарации жидкостей, и максимально повышая тем самым эффективность сепарации.

При расчете течения в канале проницаемость перегородки создает дополнительные сложности. Существование расхода газа через перфорацию, взаимодействие ударной волны с поверхностью, отражение и затухание ударной волны, проникновение ее через перфорацию и образование неоднородных областей за перфорацией – все эти процессы приводят к нестационарности и неоднородности структуры течения вблизи перфорированной перегородки. Представляется важным разделить в целом сложную структуру потока в этих областях на внутренние и на внешние течения.

Во многих практических задачах размер внутренней области – области со сложнейшими эффектами, - намного меньше характерного размера задачи. Поэтому для решения задачи необходимо описать взаимодействия внешних и внутренних течений с помощью граничных условий, полученных при

132

ТРАНСВУЗ – 2015

исследовании локальной структуры потока, в областях вблизи перфорированной перегородки. Такие граничные условия можно получить, например, решая задачу о распаде произвольного разрыва при падении ударной волны на перфорированную перегородку [1,2].

1. Рассмотрим течение чистого газа в сопле, площадь поперечного сечения которого F(x) – известная функция продольной координаты х, отсчитываемой вдоль оси канала с перфорированной перегородкой квазиодномерной двухслойной постановке. Перегородку моделируем поверхностью разрыва для параметров газа. Граничные условия на такой поверхности получим с привличением дополнительных предположений в рамках моделей, описанных в [3], в которых главное внимание уделено разрывом пористости.

Поместим перфорированную перегородку в сопле, как показано на рис. 1. Заметим, что в осесимметричном случае перегородка имеет форму обратного конуса, причем вершина конуса лежит на оси в расширяющейся части сопла. Ось х совпадает с направлением набегающего потока и с осями симметрии конуса и сопла, ось у ей перпендикулярна. Начало координат расположим в плоскости, где прикасаются два тела. Пусть u - х- компонента скорости потока, p - давление, - плотность, e – удельная внутренняя энергия, i – удельная энтальпия, a – скорость звука, причем

e e( p, ),

i i( p, ) e p / ,

a a( p, ),

(1.1)

где функции, стоящие справа, известны. Для совершенного газа с

показателем адиабаты :

e p /[( 1) ],

i p /[( 1) ],

a ( p / )1 / 2 .

Рис. 1. Перфорированная перегородка в сопле

Предположим, что

y (x) 1,

где

y

(x) - уравнения образующей

 

s

 

s

 

перегородки. Распределение параметров для нижнего слоя, т.е. для течения до

133

Ремонт и динамика подвижного состава

перегородки удовлетворяют уравнениям:

 

du

 

 

 

1

 

 

 

(1 ) y g

m

u

dF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

F (M

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

dp

 

 

 

u

 

 

 

(1 ) y g

 

u

dF

;

(1.2)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s m

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

F (M

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

1

 

dp

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь gm - расход газа через перфорированную перегородку, М - число Маха. Введем отмеченные чертой вверху переменные для обозначения

соответствующих параметров для верхнего слоя. Величинами с индексом m обозначим соответствующие параметры газа в перфорированной перегородке. Тогда, система уравнений, описывающая течение за перегородкой имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 ) y g (1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

2 (

 

S ))

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

s

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

F (M

 

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) y g

(2 (S S

 

)) u

 

 

(1.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s m

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

F (M

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ S

1

 

 

;

S p /

 

 

 

где

 

 

F ;

 

 

 

 

 

 

 

- энтропийная функция;

 

u

 

 

 

 

s

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q0 - расход газа в начальном сечении. В выписанных уравнениях =0 и 1 для плоского и осесимметричного случаев, соответственно.

Выяснения характерных особенностей течения вблизи точки «схода» перфорированной перегородки подробно рассмотрены в работе [4]. Для любого F0 нужно подобрать такое gn 0 , чтобы, несмотря на начальное уменьшение перепада p0 , он не стал нулевым. Еще проще с самого начало подобрать gn 0 из условия p0 0.

В качестве произвольных параметров при сквозном интегрировании, где внутри интервала интегрирования имеются седловидные особенности, служат параметры u0 и F0 для верхнего слоя. F0 – характеризует величину зоны отрыва на верхнем слое.

2. С целью определения параметров газа в перфорированной перегородке, сформулируем граничные соотношения на поверхности разрыва и

134

ТРАНСВУЗ – 2015

подробно остановимся на локальной структуре течения газа в окрестности перегородки. Основные граничные условия на разрыве имеют вид:

[ u] 0; [2I V 2 ] 0; [ p u 2 ] X ; [ uv] Y; [ uw] Z. (2.1)

Здесь, как и по прежнему p давление, - плотность, I - удельная энтальпия, u, v, w нормальная и поперечные компоненты вектора скорости V,

 

 

 

и

 

 

 

 

 

V

u 2 v2 2

 

 

 

. Параметрам потока слева от

перегородки

 

 

 

 

 

 

 

приписан индекс

минус,

 

справа – плюс, а величинами,

средним по

минимальным сечения проходящих отверстий перегородки – индекс m. X , Y , Z компоненты силы F, действующей со стороны потока на единицу площади перегородки. При рассмотрении течения в целом толщиной перегородки и характерным линейным размерам перфорации L можно пренебречь.

Наряду с основными соотношениями (2.1) необходимы дополнительные выражения для F, которые связаны со структурой локального течения через перфорацию.

В случае “густых” перегородок, длина каналов которых велика по сравнению с их поперечными размерами, можно принять равенства:

vm 0,

wm w 0.

(2.2)

Эти условия можно использовать для определения Y и Z.

 

Авторы [1,3] считают, что вместо задания X проще и

удобнее

постулировать ту или иную схему перетекания газа через перегородку. При дозвуковом потоке слева от перегородки, поджатие газа сопровождающее падением давления происходит изэнтропически т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

Sm .

 

 

 

(2.3)

Здесь S

удельная энтропия или любая ее функция. Равенства (2.1), (2.2)

вместе с (2.3)

и соотношениями:

 

 

 

 

 

 

 

f

m

u

m

 

u

 

,

2I

m

u2 2I

 

V 2 ,

(2.4)

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

уравнениями состояния

I I ( p, )

и S

S p,

представляют систему

условий, связывающих параметрами слева от перегородки и в ее минимальном сечении, где f степень поджатия перфорации.

На режиме Р1, в которой M m 1, используется известная схема отрывного истечения (удар Борда), когда на перегородку справа действует постоянное давление p pm . На заданном этапе предполагается, что каналы

135

Ремонт и динамика подвижного состава

перфорации в направлении течения либо сужаются, либо имеют постоянные поперечные сечения.

Третье уравнения (2.1) на режиме Р1 принимает вид

p

 

 

u2

p

m

f

m

u2

(2.5)

 

 

 

 

 

m

 

На данном режиме параметры, входящие в (2.1)–(2.5), находятся одновременно с решением всей задачи о распаде разрыва [1,4].

Режим Р2.1 как промежуточный, имеет место, пока течение за перегородкой не становится сверхзвуковым, а при М+ >=1 наступает третий режим – запертый режим Р2.2.

3. Развитый выше подход был применен для расчета течений чистого газа

в сопле, контур которого задавался формулой y

w

(x) 1 C (1 e x2 / C1R1

) с

 

1

 

перегородкой, образующая которой имеет вид , где - кривизна горловины, - известные константы. Контур сопла симметричен относительно оси y и при x=0 имеет асимптотами прямые с .

На рис. 2 показаны результаты расчета сквозного интегрирования (1.2) и (1.3) с учетом (2.1.) - (2.5).

Рис. 2. Результаты расчета сквозного интегрирования

Из рисунков видно распределение скоростей и давления двух слоев и распределение параметров газа в центре перегородки по координате x. Здесь штриховые кривые соответствуют параметрам верхнего слоя, штрихпунктирные – параметрам в центре перегородки, сплошные – параметрам

136

ТРАНСВУЗ – 2015

нижнего слоя. На нижнем слое в результате запирания расширение потока происходит медленнее, чем на верхнем слое. При увеличении степени проницаемости перегородки f картина течения меняется.

Суммарное геометрическое воздействие перегородки на поток хорошо прослеживается по влиянию степени проницаемости перегородки f на

локальные параметры газа в окрестности перегородки.

 

В схеме течения «удар Борда» скорость перетекания

возрастает до

своего максимального значения, пока не наступит запертый режим. В запертых

режимах

почти постоянна. Расход газа через перегородку

возрастает в

соответствии скорости перетекания

в схеме течения «удар Борда», затем,

достигнув своего максимального значения, в следующих схемах течения убывает до нуля.

Изменение числа

в газовом потоке происходит только под влиянием f,

т.е. при заданном f

постоянна, причем

;

В заключении отметим, что определяющим фактором воздействия перфорированной перегородки на поток, является степень проницаемости перегородки.

Список литературы

1.Гринь, В. Т. К распаду произвольного разрыва на перфорированной перегородке [Текст] / В. Т. Гринь // ПМТФ.-1981.-№3.-С.96-106.

2.Крако, А. Н. Газовая динамика. Избранное. В 2т.Т.1 [Текст] / Под общей ред. А. Н. Крако. Ред.-сост. А. Н. Крайко, А. Б. Ватажин, А. Н. Секундов. -2-е изд.,испр. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2005.-720с. –ISBN 5-9221-0651-1.

3.Крайко, А. Н. О течениях газа в пористой среде с поверхностями разрыва пористости [Текст] /А. Н. Крайко, Л. Г.Миллер, И. А. Ширковский // Прикладная механика и техническая физика. - 1982. - № 1. - С. 111-118.

4.Картанова, А. Дж. Моделирование процессов течения газа в областях

сперфорированными перегородками [Текст] / А. Дж. Картанова // Вестник национальной академии наук Республики Казахстан.-2015.-№335.-С.60-66.

137

Ремонт и динамика подвижного состава

УДК 621.33

М. М. Никифоров, А. С. Вильгельм

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДИКАТОРОВ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С АСИНХРОННЫМ ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ

Описаны особенности определения индикаторов энергоэффективности магистральных электровозов с асинхронным тяговым приводом. Определение индикаторов основано на методике расчета индикатора энергоэффективности электровозов. В статье представлены результаты расчетов для электровозов серий 2ЭС10, 2ЭС5, 2ЭС7, ЭП20.

Индикатор энергетической эффективности (ИЭЭФ) является показателем энергоэффективности объекта, и представляет собой отношение затрат энергии к единице произведенной продукции или выходу технологического процесса, т.е. фактически является величиной удельного энергопотребления объекта [1]. Для магистральных электровозов постоянного и переменного тока таким индикатором является удельный расход электроэнергии, приходящийся на единицу выполненной работы, и выраженный в кг у.т./104 ткм брутто.

Для определения ИЭЭФ электровозов была разработана специальная методика [2], учитывающая в расчетах все основные факторы, определяющие энергоэффективность электровозов, такие как: характеристики электровоза и профиля пути, массу состава, скоростной режим ведения поезда и др.

Общий алгоритм определения ИЭЭФ электровозов представлен в [3]. Итоговое значение ИЭЭФ электровоза определяется как

средневзвешенное для трех условных участков с типовыми профилями пути, а для каждого условного участка в отдельности складывается из следующих основных составляющих:

1)расход энергии на разгон поезда;

2)расход энергии на движение в тяговом режиме с установившейся скоростью, а также в других режимах с поддержанием установившейся скорости;

3)расход энергии вспомогательными машинами электровоза.

138

ТРАНСВУЗ – 2015

Расход энергии на разгон поезда согласно методике определяется по формуле (2), приведенной в [2] одинаково для всех серий электровозов вне зависимости от типа тягового привода и рода тока.

Расход энергии на собственные нужды электровоза определяется по формуле (1), приведенной в [3], с учетом коэффициента использования оборудования собственных нужд, отличающегося как для грузовых и пассажирских электровозов, так и для электровозов постоянного и переменного тока.

Таким образом, определение первой и третьей составляющих суммарного расхода энергии, которое формирует значение ИЭЭФ электровоза, не зависит от типа тягового привода электровоза. При этом алгоритм определения расхода энергии на движение поезда в тяговом и других режимах для электровозов с асинхронным тяговым приводом будет иметь ряд отличительных особенностей в сравнении с аналогичным алгоритмом для электровозов с коллекторными тяговыми двигателями.

Согласно методике [3] расчет расхода электроэнергии на движение поезда в указанных выше режимах выполняется для каждого элемента профиля пути и заключается в выборе позиции регулирования контроллера машиниста и скорости движения на каждом из этих элементов профилей. Скорость движения поезда на каждом элементе профиля определяется по тяговой характеристике, соответствующей определенной позиции регулирования контроллера машиниста. Однако в отличие от электровозов с коллекторными тяговыми двигателями, регулирование скорости электровоза с асинхронным приводом производится изменением частоты напряжения на выходе тяговых преобразователей и соответственно напряжения фаз каждого тягового асинхронного двигателя. Работа тягового электропривода осуществляется под управлением микропроцессорной системы управления (МПСУ) с поосным регулированием силы тяги в соответствии с задающими сигналами с пульта управления машиниста.

Таким образом, привычные для электровозов с коллекторными тяговыми двигателями ходовые позиции, соответствующие схемам соединения тяговых двигателей (С, СП, П) на электровозах постоянного тока или включению секций вторичной обмотки трансформатора на электровозах переменного тока, отсутствуют на тяговых характеристиках электровозов с асинхронным тяговым

139