第6章 列车能耗计算及节能技术

第六章列车运行能耗计算及节能技术2列车运行能耗计算及节能技术能耗是一项重要经济指标。能耗取决于机车类型、牵引质量、线路纵断面、运行速度、停站时间、机车状态等多种因素，与司机的操纵水平也有很大关系。合理确定能耗消耗量具有经济意义，对促进司机的操纵水平也有积极意义。3本章主要内容内燃机车油耗的计算。电力机车耗电量的计算。节能技术研究41内燃机车燃油消耗量的计算区段内的燃油消耗计算公式如下：其中：Ey=Ey1+Ey2=λy∑(ey1·⊿t)+∑(ey2·⊿t)每万吨公里的燃油消耗量：)()()()(000ttdzdzyytdzyteteteteEEEEELGEe4105DF4(货)内燃机车燃油消耗量曲线图6DF4B(货)内燃机车燃油消耗量曲线图7DF11内燃机车燃油消耗量曲线图8燃油消耗量的线性插值法计算Vinknv0v1veyeyi1eyieyi0eykeyj1eyjeyj0njjijkyjyiyjykyjyjyjyjyiyiyiyinnnneeeevvvveeeevvvveeee)()()()()()(0100100100109燃油消耗量计算表格式坡段序号运行工况运行速度(km/h)牵引工况惰行和空气制动电阻制动区段燃油消耗量E(kg)v1v2vp⊿ty(min)Ey(kg/min)Ey(kg)⊿t0(min)e0(kg/min)E0(kg)⊿tdz(min)Edz(kg/min)E(kg)10填表时应注意下列几点：(1)起动过程中0～10km／h的单位时间燃油消耗量，DF4型机车按3kg／min取算，DF型按2.2kg／min取算。(2)牵引运行的单位时间燃油消耗量ey，根据运行速度和手柄位查表或查图取算。11DF4(货)内燃机车燃油消耗量曲线图12DF4(货)型内燃机车牵引计算主要数据表计算质量P(t)粘着质量Pμ(t)计算粘着系数μj最低计算速度νjmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)计算动轮直径Dj(mm)计算起动牵引力Fq(kN)计算起动阻力ωq´(N/kN)齿轮传动比μc最大速度νg(km/h)机车全长Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v（km/h）1016.52030405060708090100轮周牵引力F粘着牵引力356.9347.9手柄位数816710670.652.541.734.329.426.522.619.612308V=7.0/365.0193.3137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6279.6193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V=0/401.7347.9302.1216.8164.8131.5108.992.278.565.253单位基本阻力ω0´(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位数83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.557.086.52柴油机空转手柄位数ns0，1234567891011燃油消耗量e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位数ns1213141516燃油消耗量e0(kg/min)1.011.101.201.341.4813填表时应注意下列几点：(1)起动过程中0～10km／h的单位时间燃油消耗量，DF4型机车按3kg／min取算，DF型按2.2kg／min取算。(2)牵引运行的单位时间燃油消耗量ey，根据运行速度和手柄位查表或查图取算。(3)惰行、空气制动的单位时间燃油消耗量e0按柴油机空转第0，1手柄位取算。14DF4(货)型内燃机车牵引计算主要数据表计算质量P(t)粘着质量Pμ(t)计算粘着系数μj最低计算速度νjmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)计算动轮直径Dj(mm)计算起动牵引力Fq(kN)计算起动阻力ωq´(N/kN)齿轮传动比μc最大速度νg(km/h)机车全长Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v（km/h）1016.52030405060708090100轮周牵引力F粘着牵引力356.9347.9手柄位数816710670.652.541.734.329.426.522.619.612308V=7.0/365.0193.3137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6279.6193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V=0/401.7347.9302.1216.8164.8131.5108.992.278.565.253单位基本阻力ω0´(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位数83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.557.086.52柴油机空转手柄位数ns0,1234567891011燃油消耗量e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位数ns1213141516燃油消耗量e0(kg/min)1.011.101.201.341.4815填表时应注意下列几点：(1)起动过程中0～10km／h的单位时间燃油消耗量，DF4型机车按3kg／min取算，DF型按2.2kg／min取算。(2)牵引运行的单位时间燃油消耗量ey，根据运行速度和手柄位查表或查图取算。(3)惰行、空气制动的单位时间燃油消耗量e0按柴油机空转第0，1手柄位取算。(4)机车在高原地区、高温地区采用修正后的牵引力Fx时，单位时间燃油消耗量ey也应当按相应的系数λhe和λpe进行修正。16内燃机车耗油量随空气温度的修正系数λhe周围空气温度th(℃)303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(货、客)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(货、客)1.0000.9750.9490.9240.8980.875DF4C(货)1.0001.0001.0001.0000.9830.896DF8及DF111.0000.9940.9640.9340.9040.87817内燃机车耗油量随海拔高度的修正系数λpe海拔Hm5001000150020002500300035004000大气压力PhkPa95.2389.6484.3279.4074.6170.2265.9761.85DF1.0001.0000.9120.8860.861---DF4(货、客)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF4B(货、客)45GP802-A增压器1.0000.9680.915-----ZN310增压器－－0.9180.8580.7980.7400.6750.615182电力机车电能消耗量的计算电力机车耗电量Q通常按牵引运行耗电量Qy(包括自用电量)和惰行、制动及停站时的自用电量Q0以及出入段及途中调车作业耗电量三部分分别进行计算。即Q＝Qy+Q0+Qt电力机车耗电量按“有功电流”计算19SS1电力机车有功电流曲线图20SS3电力机车有功电流曲线图216K型电力机车有功电流曲线图22电力机车电能消耗量的计算(1)牵引运行时的耗电量分为最高负荷牵引运行耗电量Qy1和部分负荷牵引运行耗电量Qy2Qy＝Qy1+Qy2100060])([11tItIUQpoypwy100060])([22tItIUQpopwy(kWh)(kWh)23(2)惰行、制动、停站的自用电量(3)出入段及途中调车作业耗电量1)出入段作业每小时100kW;2)途中调车作业每小时250kW。货运电力机车每万吨公里的耗电量q按下式计算(kWh／(104t·km))100060])([0tIUQpowLGQq41024利用牵引力计算牵引能耗公式：E=F·V·⊿t/ηη--机电效率25节能研究的目的是：在既有约束的情况下(运行时分、加减速度、工况转换时间)充分利用列车动能，减少牵引能耗。主要体现在列车达到或接近限速时如何选择惰行时机。在再生制动条件下，还要考虑到制动能量的反馈回收。节能模拟问题主要是惰行点的选择问题。3列车节能技术与相关研究26英国的研究影响能耗的主要因素有：列车重量。当其他条件不变时，能耗与列车重量间存在线性关系，一般可用单位吨公里的能耗来描述。图定速度。包括站间距、运行时分、平均速度等；电机特性。牵引与制动。惰行点及其控制策略。在站间运行时采用惰行被认为是最有效的节能措施。惰行的运用一般与运行时分大小有关。27澳大利亚的研究减少能耗的方法主要包括：减少列车重量；用足运行时分，即减少列车等待，尽量采用惰行操纵方式；使用较大牵引力；采用尽可能多的驱动轴来获得初始起动加速度；在尽可能大的速度范围内维持牵引力；使用较高的制动率。28曲线对能耗的影响012345678100200300400500600∞曲线半径(m)列车能耗(kWh)限速40km/h限速50km/h限速60km/h不同曲线半径的列车能耗曲线图29坡道对能耗的影响02468101204812162024283236404448525660坡度值(‰)牵引能耗(kWh)上坡道不同坡度的列车能耗曲线图30限速对能耗的影响024681012141618202030405060708090100坡道限速（km/h）能耗(kWh)坡道长200m坡道长400m坡道长600m不同限速下的列车能耗曲线图31能耗与列车重量及限速的关系02468101214100125150175200列车总重(t)能耗(kWh)限速40km/h限速50km/h限速60km/h限速70km/h站间距为1km时的能耗曲线图32站间距(km)限速(km/h)列车重量(t)100125150175200140能耗(kWh)2.63.23.94.35.2时间(s)9810010010210350能耗(kWh)3.64.55.56.36.9时间(s)808182848560能耗(kWh)4.96.27.28.59.9时间(s)686971737470能耗(kWh)6.57.89.510.912.9时间(s)6062646667240能耗(kWh)3.64.25.16.16.8时间(s)19419619619819850能耗(kWh)4.75.77.08.09.3时间(s)15615615815916160能耗(kWh)6.27.59.110.412.1时间(s)13013213313513670能耗(kWh)7.69.611.313.215.1时间(s)113115117119120能耗与列车重量