Andrzej MACIEJCZYK, Zbigniew ZDZIENNICKI PRZYCZYNEK DO PRAWIDŁOWEJ EKSPLOATACJI SPRĘśAREK W LOKOMOTYWACH Streszczenie W artykule omówiono problem występowania przecieków w spręŝarkach powietrza lokomotyw. Przedstawiono metodę obliczania wielkości przecieków. W oparciu o koszt wytworzenia 1m 3 powietrza określono czas, po którym eksploatacja spręŝarki z nadmiernymi przeciekami jest nieuzasadniona ekonomicznie. RozwaŜania teoretyczne poparto przykładem obliczeniowym. WPROWADZENIE Lokomotywy wyposaŝone są w układy pneumatyczne do zasilania powietrzem układów hamulcowych (hamulec słuŝbowy lub postojowy) oraz do zasilania innych urządzeń (np. układ podnoszenia pantografu). W układzie zasilania najwaŝniejszym zespołem jest spręŝarka, stanowiąca źródło spręŝonego powietrza (fot. 1.) Fot 1. SpręŜarka lokomotywy EU07 Źródło: http://www.trakcja.rail.pl/foto_album4/displayimage.php?album=23&pos=13 AUTOBUSY 845
W starych rozwiązaniach lokomotyw stosowane są z reguły spręŝarki tłokowe, a w nowych spręŝarki śrubowe. W lokomotywach ze względu na większą pewność ruchową oraz większe zapotrzebowanie spręŝonego powietrza stosuje się dwie lub trzy spręŝarki jednego typu, pracujące równolegle. W elektrycznych zespołach trakcyjnych stosuje się w zasadzie po jednej spręŝarce. SpręŜarki tłoczą spręŝone powietrze do zbiorników głównych znajdujących się w układach zasilania gdzie ciśnienie powietrza utrzymywane jest w określonych granicach. Wszystkie układy pneumatyczne wykazują pewne nieszczelności, nawet gdy są one nowe. Nieszczelności te do pewnych granic uwaŝa się za dopuszczalne. Jeśli jednak są one nadmiernie duŝe, powodują wymierne straty ekonomiczne. 1. OKREŚLENIE PRZECIEKÓW Przecieki w układzie od zbiornika głównego powietrza do jego odbiorników (hamulców i innych urządzeń) sprawdzane są kaŝdorazowo, kiedy lokomotywa dopuszczana jest do pracy, [1]. Podyktowane to jest względami bezpieczeństwa i odbywa się wg określonych procedur. Natomiast przecieki powstające w samej spręŝarce i układzie spręŝarka zbiornik główny nie są sprawdzane regularnie. Nadmierna wielkość tych przecieków wydłuŝa nadmiernie czas pracy spręŝarki, która zuŝywa w ten sposób większą ilość energii potrzebnej do jej napędu i tym samym generuje nieuzasadnione wyŝsze koszty. Wielkość przecieków powietrza w układzie spręŝarka zbiornik główny moŝna określić w prosty sposób mierząc dwa czasy: czas pracy spręŝarki t, kiedy to dopełnia ona powietrze w zbiorniku głównym oraz czas T, gdy spręŝarka jest wyłączona po osiągnięciu odpowiedniego ciśnienia powietrza w zbiorniku (wyłączona przez przekaźnik ciśnieniowy), [2]. Przy pomiarach tych czasów wszystkie odbiorniki spręŝonego powietrza powinny być odłączone/zamknięte. Wielkość przecieków w rozwaŝanym układzie wyznacza się z zaleŝności: wielkość przecieków [m 3 /min], wydatek spręŝarki [m 3 /min], t czas pracy spręŝarki [min], T czas wyłączenia spręŝarki [min]. (1) Jeśli, w danej lokomotywie, znany jest koszt K j wytworzenia 1 m 3 spręŝonego powietrza to koszt ponoszony z uwagi na nadmierne przecieki wynosi: koszt nadmiernych przecieków powietrza [zł], koszt wytworzenia 1m 3 powietrza [zł/m 3 ], x wielkość przecieków dopuszczalnych [%], wielkość przecieków [m 3 /min], H czas pracy spręŝarki [min]. 1 (2) 846 AUTOBUSY
2. OKREŚLENIE KOSZTU WYTWORZENIA 1M 3 POWIETRZA W SPRĘśARCE Parametrami charakterystycznymi spręŝarek, podawanymi przez producentów, m.in. są: moc zapotrzebowana przez spręŝarkę, wydatek spręŝarki. Iloraz tych dwóch wielkości tworzy bardzo uŝyteczny wskaźnik nazywany współczynnikiem nowoczesności danego rozwiązania konstrukcyjnego maszyny. Współczynnik nowoczesności spręŝarki przedstawia poniŝsza zaleŝność: (3) współczynnik nowoczesności spręŝarki moc zapotrzebowana przez spręŝarkę [], wydatek spręŝarki [m 3 /min]. Im mniejsza wartość współczynnika określonego zaleŝnością (3), tym nowocześniejsza i bardziej efektywna konstrukcja spręŝarki. Jeśli spręŝarka napędzana jest przez silnik elektryczny, co z reguły ma miejsce w lokomotywach, to moŝna wykazać, Ŝe koszt wytworzenia 1m 3 powietrza przez daną spręŝarkę wynosi:, ł (4) jednostkowa cena energii elektrycznej [zł/kwh]. 3. OKREŚLENIE CZASU, PO KTÓRYM EKSPLOATACJA SPRĘśARKI Z NADMIERNYMI PRZECIEKAMI JEST NIEUZASADNIONA EKONOMICZNIE Wstawiając do zaleŝności (2) związki (1) i (4) otrzymuje się wielkość określającą koszt nadmiernych przecieków: 1 (5) W przypadku, gdy koszt przecieków opisanych zaleŝnością (5) osiągnie koszt koszt naprawy spręŝarki likwidującej przecieki, to dalsza eksploatacja układu pneumatycznego w lokomotywie jest nieuzasadniona ekonomicznie. Czas uzasadnionej ekonomicznie eksploatacji układu pneumatycznego z przeciekami o określonej wielkości, wyznaczonych zaleŝnością (1), określa równanie: AUTOBUSY 847
[min] (6) gdzie oznaczenia i stosowane jednostki są identyczne z uŝytymi poprzednio. 4. PRZYKŁAD LICZBOWY Lokomotywa elektryczna serii ET41 (typ 203e) jest dwuczłonową lokomotywą elektryczną, przeznaczoną do ruchu towarowego, produkowaną w latach 1977-83 przez zakłady Hipolita Cegielskiego w Poznaniu (HCP Poznań). Lokomotywa stanowi połączenie dwóch lokomotyw serii EU07, z tym Ŝe człony nie mogą funkcjonować samodzielnie (usunięto kabiny w miejscu złączenia członów). KaŜdy z członów posiada jednakową aparaturę elektryczną i pneumatyczną, w tym przedstawione poniŝej spręŝarki, napełniające zbiornik główny. Zbiornik główny zasila pneumatyczny układ hamulcowy lokomotywy, jak i sprzęgniętych z nią wagonów. 4.1. Dane spręŝarki Typ: S2P-115-3E/4 Rodzaj: spręŝarka tłokowa Liczba stopni spręŝania: 2 Zapotrzebowanie na moc na wale spręŝarki przy max. ObciąŜeniu: 13kW Napęd: elektryczny (silnik LKPf-354) Wydajność: 1,7 m /h Chłodzenie: powietrzem Dopuszczalne przecieki: 10% 4.2. Pomiary przecieków Przeprowadzone pomiary czasów pracy spręŝarki i jej wyłączenia pozwoliły określić następujące wielkości: 1,58. Oraz 3,5. 4.3. Obliczenie wskaźnika nowoczesności spręŝarki, 7,65 4.4. Określenie jednostkowej ceny energii elektrycznej Wg. Taryfy trakcyjnej BT21 PKP Energetyka S.A. cena jednostkowa energii elektrycznej wynosi: 0,28 zł/kwh 4.5. Koszt remontu spręŝarki S2P-115-3E/4 Średni koszt naprawy spręŝarki tłokowej S2P-115-3E/4 wynosi: 1200 zł 848 AUTOBUSY
4.6. Obliczenie czasu uzasadnionej ekonomicznie eksploatacji układu pneumatycznego z nadmiernymi przeciekami,,,,,, 7 10 [min] = 1177 godz. PODSUMOWANIE W dobie gospodarki rynkowej, gdzie podstawą jest konkurencyjność, konieczność stałej analizy i kontroli kosztów zarówno remontów, jak i eksploatacji, wydaje się oczywistością. Wydatki uzasadnione ekonomicznie to mniejsze koszty własne, to moŝliwość złoŝenia tańszej oferty, bądź większy zysk przedsiębiorstwa. Jest to równieŝ istotne w aspekcie stale rosnących cen surowców energetycznych i energii. W artykule zaprezentowano prostą metodę określania wielkości przecieków powietrza podczas pracy spręŝarek w lokomotywach. Wykazano po jakim czasie praca tych urządzeń, w przypadku występowania nadmiernych przecieków jest nieuzasadniona ekonomicznie. Z praktycznego punktu widzenia określono czas, po upłynięciu którego remont lub wymiana eksploatowanej spręŝarki jest bezwzględnie konieczna. Przedstawiona metoda moŝe być stosowana do obliczeń czasu uzasadnionej ekonomicznie eksploatacji dowolnego układu pneumatycznego z nadmiernymi przeciekami. BIBLIOGRAFIA 1. Uruchomienie, jazda i unieruchomienie lokomotywy. Instrukcja dla druŝyn obsługujących elektrowozy serii EU06/07 i EP07/08. Wydawnictwo wewnętrzne PKP CARGO S.A. 2. Casey B., The Real Cost of Fluid Power Leaks. Machinery Lubrication Magazine. July 2006. CONTRIBUTION TO CORRECT USE COMPRESSOR OF LOCOMOTIVES Abstract Paper discussed the problem of leakage in the presence of air compressors locomotives. Presented a method of calculating the size of the leaks. Based on the cost of air 1m3, specified time after which the operation of the compressor from excessive leakage is unjustified economically. Theoretical considerations supported an example calculation. Autorzy: dr inŝ. Andrzej MACIEJCZYK Politechnika Łódzka dr inŝ. Zbigniew ZDZIENNICKI Politechnika Łódzka AUTOBUSY 849