УДК 629.06

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОЗА

Балагин Олег Владимирович1, Балагин Дмитрий Владимирович2, Родина Дарья Евгеньевна3
1Омский государственный университет путей сообщения, кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы»
2Омский государственный университет путей сообщения, кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы»
3Омский государственный университет путей сообщения, магистрант кафедры «Теплоэнергетика»

Аннотация
В данной статье представлена теоретическая модель гидравлического расчета системы охлаждения тепловоза, позволяющая определять параметры сети контуров циркуляции охлаждающей жидкости с учетом технического состояния их элементов. Полученные результаты могут быть использованы при исследовании взаимосвязи гидравлических, тепловых и аэродинамических характеристик системы охлаждения тепловоза.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Балагин О.В., Балагин Д.В., Родина Д.Е. Исследование гидравлических характеристик системы охлаждения тепловоза // Современные научные исследования и инновации. 2021. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2021/04/95182 (дата обращения: 26.11.2021).

Качество работы системы охлаждения тепловоза во многом определяет эффективность его эксплуатации. Система охлаждения должна обеспечивать необходимый теплоотвод, стабильность температуры теплоносителей, не допускать ухудшения качества рабочего процесса в цилиндрах дизеля, снижения или повышения температуры теплоносителей до критических значений, перегрева деталей цилиндро-поршневой группы дизеля, увеличения расхода мощности на привод вентилятора холодильника и т.д. [1-3].

Исследованиям параметров системы охлаждения тепловозов в эксплуатации посвящены работы [4-6] и ряда других авторов.
В настоящей работе представлена теоретическая модель гидравлического расчета системы охлаждения тепловоза, позволяющая определять параметры сети контуров циркуляции охлаждающей жидкости с учетом технического состояния их элементов В дальнейшем предполагается исследовать взаимосвязь гидравлических, тепловых и аэродинамических характеристик системы охлаждения тепловоза для оценки эффективности ее работы.
Моделирование работы теплообменных аппаратов тепловоза (радиаторные секции, водомасляный теплообменник, охладитель наддувочного воздуха) необходимо начинать с гидравлического расчета системы охлаждения, так как преодолеваемое насосом сопротивление сети в контурах циркуляции определяет подачу теплоносителя, влияющую на интенсивность теплоотвода и на коэффициенты теплопередачи теплообменных аппаратов.
Методика, разработанная на кафедре «Локомотивы» Омского государственного университета путей сообщения [7], позволяет определить реальный расход теплоносителя, необходимый при выполнении теплового расчета системы охлаждения тепловоза. В расчетах предполагается отсутствие расхода воды по топливоподогревателю и межконтурному перепуску.
Напорно-расходная характеристика водяного насоса с достаточной степенью достоверности представлена в виде полинома третьей степени [1, 10, 11]:

, (1)
где i – номер контура охлаждения тепловоза;
a, b, c, d – коэффициенты регрессии;
– расход воды, м3/с.
Коэффициенты регрессии используемые при переменной величине расхода воды V в уравнении (1) приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты аппроксимации характеристики водяных насосов

Характеристика
насоса
Коэффициенты регрессии
Первый контурВторой контур
abcdabcd
По ТУ
764,57-279,797,4330,42287,54-270,015,8630,380
По экспериментальным данным
-912,20-143,734,7400,4532484,80-424,298,0870,357

В общем виде характеристики сети контуров охлаждения можно представить следующим образом [4, 5, 8]:

, (2)

где ξ– приведенный коэффициент гидравлического сопротивления k-го элемента сети;
Z1,2 – количество параллельно соединенных секций i-го контура;
ξс1 – приведенный коэффициент гидравлического сопротивления секции, МПа·с26;
n – показатель степени.
В результате получаем систему уравнений, определяющую условие совместной работы «насос – гидравлическая сеть» [1, 5, 12]:

; (3)

 . (4)

Относительный коэффициент гидравлического сопротивления секции определяем по выражению [4, 5]:
, (5)
где – относительный коэффициент гидравлического сопротивления при скорости воды 1 м/с.
Значения относительных коэффициентов сопротивления для секций с различной степенью загрязнения ее водяной полости приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения относительных коэффициентов гидравлического сопротивления ()для секций с различным техническим состоянием водяной полости в зависимости от коэффициента степени загрязнения секции ().

20
30
40
50
60
70
75
0,858
0,933
1,024
1,14
1,302
1,573
1,941

Связь между показателем степени и относительным коэффициентом сопротивлением аппроксимирована выражением [9]:
. (6)

Порядок расчета следующий. Задаются начальные значения расхода воды по контурам и относительный коэффициент гидравлического сопротивления из таблицы 2 для заданной степени загрязнения. По выражению (6) находится значение показателя степени n, а по заданному  и рассчитанному n определяется по (5) относительный коэффициент гидравлического сопротивления . Далее решается система уравнений (3), (4) относительно заданного расхода. Полученное значение V1,2 сравнивается с заданным на начальном этапе, при расхождении значений больше заданной точности расчет повторяется при новых значениях расхода.
Результаты расчета системы охлаждения тепловоза 2ТЭ10У при увеличении гидравлического сопротивления радиаторов представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Результаты гидравлического расчета системы охлаждения тепловоза типа 2ТЭ10У
1 – исходное состояние секций; 2 – степень загрязнения секций 20 %;
3 – степень загрязнения секций 40 %; 4 – степень загрязнения секций 60 %

Из рисунка 1 следует, что увеличение гидравлического сопротивления секций смещает точку совместной работы «насос-сеть» в зону меньших расходов, снижение которого обуславливает уменьшение скорости воды в трубках секций и как следствие снижение коэффициента теплоотдачи от воды к стенке трубки.
В результате теоретических исследований разработана математическая модель, определять параметры сети контуров циркуляции охлаждающей жидкости с учетом технического состояния. Полученные данные позволяют перейти к расчету температурных полей на поверхности теплообменных аппаратов и разработке новых моделей для диагностики их технического состояния.


Библиографический список
  1. Горин А. В. Методы контроля теплотехнического состояния охлаждающих устройств тепловозов в эксплуатации: Диссертация кандидата техн. наук. Москва, ВНИИЖТ, 2016. 238 с.
  2. В. И. Горин. Охлаждающее устройство для современных тепловозов: каким ему быть? Локомотив. 2014. № 7. С. 27−29.
  3. Склифус Я. К. Сокращение энергопотребления системы охлаждения дизеля тепловоза изменением функциональной схемы и способа передачи тепла:  Диссертация кандидата техн. наук. Ростов-на Дону, РГУПС, 2015. 159 с.
  4. Sergey Ovcharenko. Evaluation of fuel equipment operability of diesel locomotive engine with use of infrared receivers / Sergey Ovcharenko, Oleg Balagin, Dmitry Balagin // 2018 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Volume 327, 042073.
  5. Sergey Ovcharenko. Cooling system operation efficiency of locomotive diesel engine / Sergey Ovcharenko, Oleg Balagin, Dmitry Balagin // 2017 IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. Volume 90, conference 1. 012011.
  6. Овчаренко С.М. Повышение эффективности работы системы охлаждения тепловозов в эксплуатации / С. М. Овчаренко, О. В. Балагин, Д. В. Балагин // Известия Транссиба. Науч. журнал / Омский гос. ун-т. путей сообщения. Омск, 2017. № 1 (29). С. 27-35.
  7. Володин А. И. Тепловизионный контроль технического состояния узлов подвижного состава  / А. И. Володин, В. К. Фоменко, // Наука и техника транспорта / РОАТ МИИТ. Москва, 2009. № 1 2009 С. 27-31.
  8. Mohyla Valentin,  The  cooling  device  of  locomotive  with  vaporizing coolant  /  V.  Mohyla,  N.  Gorbunov,  Y.  Sklifus  //  Commission  of  Motorization  and Power Industry in Agriculture “ТЕКА”. – LUBLIN. – 2011. – Volume XIA. – Р. 169- 176.
  9. Mogila Valentine,  The  prospects  of  increasing  the  effectiveness  of  the cooling  device  of  a  diesel  locomotive  /  V.  Mogila,  Y.  Sklifus  //  Commission  of Motorization  and  Power  Industry  in  Agriculture  “ТЕКА”.  – LUBLIN.  – 2010.  – Volume XС. – P. 198-203.
  10. Sklifus Yaroslav,  The  results  of  the  experimental  research  of  the  heat transfer  coefficient  during  steam  condensation  in  the  tubes  of  the  diesel  radiator sections /  Y.  Sklifus,  V.  Mohyla  //  An  international  journal  on  motorization,  vehicle operation, energy efficiency and mechanical engineering.  – Lublin–Lugansk:  TEKA. – 2012. – Vol. 12, №4.  – Р. 264-267.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Родина Дарья Евгеньевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация