Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Влияние температурного режима на надёжность и безотказность узлов и агрегатов автотракторной техники 11
1.2 Требования к тепловой подготовке автотракторной техники 30
1.3 Способы тепловой подготовки 36
1.4 Цель и задачи исследований 50
ГЛАВА 2 Расчётно – теоретический анализ процесса подвода тепла к нагреваемым агрегатам
2.1 Построение информационной модели 51
2.2 Описание математической модели теплообмена 53
2.3 Численное исследование процесса тепловой подготовки 66
2.4 Моделирование процесса образования теплоносителя смешанного типа 72
2.4 Выводы по главе II 81
ГЛАВА 3 Методика экспериментальных исследований 82
3.1 Приборы, оборудование, программное обеспечение для сбора и обработки информации 82
3.2 Методика проведения 93
3.3 Определение погрешностей измерений 100
ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования
1 4.1 Экспериментальное исследование влияния направляющего устройства на процесс теплообмена 101
4.2 Исследование теплоносителя с пониженным риском термических повреждений 106
4.3 Исследование теплоносителя смешанного типа 109
4.4 Полевые испытания системы тепловой подготовки при помощи теплоносителя смешанного типа 116
ГЛАВА 5 Практические рекомендации и обоснование их экономической эффективности 122
5.1 Разработка и обоснование конструктивных и режимных параметров системы тепловой подготовки 122
5.2 Оценка экономической эффективности 128
Общие выводы 134
Библиографический список
- Требования к тепловой подготовке автотракторной техники
- Описание математической модели теплообмена
- Определение погрешностей измерений
- Полевые испытания системы тепловой подготовки при помощи теплоносителя смешанного типа
Введение к работе
Актуальность работы. Современная мобильная сельскохозяйственная техника (МСХТ) используемая в агропромышленном секторе России включает большое количество деталей, изготовленных из полимерных материалов, электронных компонентов и соединяющих их проводов, имеющих низкую температуру потери прочности (до 1500С). МСХТ выполняет значительный объём работ в холодное время года, что объясняется расположением большей части территории страны севернее изотермы января (-200С). В отдельных северных районах зимний период продолжается до 300 суток. В то же время, большинство техники, использующейся в сельском хозяйстве, имеет исполнение УХЛ (умеренно холодный климат) и лишь небольшой процент – ХЛ (холодный климат). Под действием низких температур существенно увеличивается вязкость смазывающих и рабочих жидкостей, что ведёт к нештатному функционированию агрегатов и увеличивает риск их отказов. На предприятиях АПК не уделяется должное внимание подготовке техники к запуску и приёму нагрузки в условиях низких температур, что ведёт к росту отказов отдельных агрегатов в период с ноября по март и указывает на необходимость организации их тепловой подготовки.
Главным недостатком современных средств тепловой подготовки является высокая температура омывающего агрегата теплоносителя – горячей газовоздушной смеси (ГВС), достигающая до 7000С. Это приводит к термическому повреждению отдельных деталей и выходу из строя дорогостоящих агрегатов. Очевидно, что существующие методы и средства тепловой подготовки устарели и имеют ряд существенных недостатков, затрудняющих их применение. Одним из эффективных путей решения проблемы термических повреждений агрегатов является снижение температуры теплоносителя при сохранении тепловой мощности обогревателя, то есть без существенного увеличения времени тепловой подготовки.
Степень разработанности темы. Теоретические исследования в области подготовки техники к эксплуатации в условиях низких температур проводились, в основном, в направлении обеспечения надежного запуска двигателя или подготовки к приему нагрузки агрегатов выхлопными газами. Требования к таким системам не обновлялись с 80-х годов, и не учитывают необходимость в ограничении температуры теплоносителя.
В настоящее время известны способы снижения температуры теплоносителя при помощи эжекции или стационарного обогрева паром, а применение теплоносителя смешанного типа в мобильных подогревателях не исследовалось. Также не проводилось систематизированных исследований влияния состава теплоносителя на процесс обогрева агрегатов. Вследствие этого, изучение процесса обогрева агрегатов теплоносителем смешанного типа, имеющим пониженную температуру, является актуальной задачей.
Цель исследований. Повышение эффективности тепловой подготовки агрегатов автотракторной техники на основе разработки и обоснования конструктивно-режимных параметров предпускового подогревателя с теплоносителем смешанного типа, позволяющего снизить риск термических повреждений отдельных деталей мобильной сельскохозяйственной техники.
Объект исследования – система тепловой подготовки агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники.
Предмет исследования – закономерности влияния конструктивно-режимных параметров подогревателя с теплоносителем смешанного типа на продолжительность тепловой подготовки агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники.
Научная новизна работы.
-
Разработаны математические модели движения теплоносителя и процесса объемного подогрева агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники, учитывающие изменение свойств теплоносителя и формы направляющего устройства и позволяющие обосновать рациональные режимы их тепловой подготовки, численно реализованные в программных средах FlowVision и Adapco Star CCM.
-
Получены аналитические зависимости для расчета количества вносимой воды в поток горячих газов, позволяющие формировать теплоноситель требуемой температуры с учетом его физических свойств и температуры окружающей среды.
-
Установлена количественная взаимосвязь между физическими свойствами теплоносителя и интенсивностью передачи теплоты в процессе тепловой подготовки агрегатов автотракторной техники.
Практическая значимость работы.
Модель расчета подогрева агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники теплоносителем с различными физическими свойствами, реализованная в среде Adapco Star CCM, позволяющая обосновать конструктивно-режимные параметры предпускового подогревателя с теплоносителем смешанного типа.
Разработаны рекомендации по организации тепловой подготовки тракторов Т-150К с использованием эжектора, парогенератора и направляющего устройства с обоснованными рациональными конструктивно-режимными параметрами.
Использование разработанных средств тепловой подготовки позволило внедрить в производственных условиях тепловую подготовку коробки передач ZF и других высокотехнологичных агрегатов МСХТ без риска термических повреждений их деталей. Применение разработанного обогревателя позволяет уменьшить расход топлива и получить экономический эффект 11500 руб. на единицу техники.
Новизна технических решений предложенной системы тепловой подготовки подтверждается патентами на изобретение № 2478827, № 2480617 и патентом РФ на полезную модель № 61359.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов классической механики, гидродинамики, термодинамики и статистики. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик. Численная реализация моделей процессов тепловой подготовки производилась в пакетах программ KOMPAS-3D-V16, Adapco Star CCM и FlowVision 2.5. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики с использованием пакетов MathCAD 15.0, Microsoft Office Excel 2010.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе 3 статьи в перечне изданий, рекомендуемых ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение №2478827, №2480617 и 1 патент РФ на полезную модель № 61359. Общий объем публикаций составляет 5,46 п.л., из них автору принадлежит 2,75 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 235 наименований, в том числе 31 на иностранных языках. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 17 таблиц и 2 приложения.
Требования к тепловой подготовке автотракторной техники
Узлы коробки передач ZF 16S1820, вышедшие из строя в результате воздействия низких температур Причиной такой поломки является либо постепенный износ переднего подшипника вторичного вала, либо буксировка автомобиля с неразъединен-ным карданным валом. Таким образом, несвоевременное определение выхода из строя данного подшипника, причиной чего всегда является недостаточное поступление масла, может привести к более масштабным разрушениям, вплоть до полного перегрева КП с последующим выходом из строя большинства деталей. В «Руководстве по эксплуатации автомобиля», а так же в информационном письме главного конструктора ОАО «КАМАЗ» Валеева Д.Х. № 17-390-2011, отмечено что «Буксировка автомобилей с неразъединенным карданным валом запрещается». [83] В ходе анализа выяснилось, что причина выхода из строя КП при эксплуатации автомобиля в условиях низких температур - неработоспособность системы смазки в начальный момент эксплуатации автомобиля после пуска двигателя. В силу конструктивных особенностей, в «кармане» подшипника после остановки масляного насоса задерживается определенное количество масла, обеспечивающее смазывание деталей на расстояние буксировки. При эксплуатации автомобиля в условиях низких температур (минус 35С и ниже), наиболее часто выходят из строя верхний подшипник промежуточного вала, задний подшипник промежуточного вала, задний подшипник вторичного вала, подшипник шестерни заднего хода на вторичном валу (рисунки 1.12 и 1.13). Причина указанных поломок связана с повышением вязкости смазывающей жидкости в КП, и как следствие, низкой его прокачиваемости. В результате возникает сухое или граничное трение в трущихся деталях. Переключение передач с включенной коробкой отбора мощности (КОМ) приводит к резкому росту инерционных масс (детали КОМ, приводимые от нее агрегаты), частоту вращения которых требуется уравнять, как следствие, к перегреву и преждевременному износу фрикционных колец синхронизаторов. Износ зубьев скользящей муфты синхронизаторов, перегрев фрикционных колец синхронизаторов.
Таким образом, анализ статистики обращений в сервисный центр фирмы ZF показал, что: 1. Наиболее часты случаи выхода из строя переднего подшипника вторичного вала. При этом в большинстве случаев по причине буксировке автомобиля. Исходя из этого, целесообразен поиск средств и способов для устранения указанного дефекта. 2. Количество поломок увеличивается в месяцы с низкой температурой окружающего воздуха на 50%, при этом подшипник первичного вала выходит из строя на 23% чаще, чем в теплый период. Данный факт связан с повышением вязкости смазывающей жидкости, что является причиной ее недостаточного поступления к трущимся поверхностям. 1 – двигатель; 2 – трансмиссия; 3 – рулевое управление. Рисунок 1.9 Распределение количества отказов основных систем автомобилей «Ford Transit» 2006 модельного года по месяцам года Рассмотрим снижение экономичности автомобилей при работе в условиях низких температур. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур сопряжена с увеличением расхода топлива. Увеличение расхода топлива объясняется: повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки; неполным сгоранием топлива, связанным с ухудшением испарения и распыления топлива; необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя; более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах, в том числе и температурных; увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге.
Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя, агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха. В качестве примера влияния низких температур на расход топлива показана зависимость расхода топлива от температуры в агрегатах трансмиссии (рисунок 1.7). Эта зависимость получена при испытаниях автомобиля ГАЗ-66 на ровном, чистом асфальтиро-21 ванном участке дороги в безветренную погоду при различных температурах воздуха. Время движения 150 мин, температура окружающего воздуха минус 34 С, скорость ветра 2,5 м/с. При проведении испытаний было сделано пять остановок [100]. – температура под капотом; 2 – температура среднего моста; 3 – температура коробки передач; 4 – температура межосевого дифференциала; 5 – температура заднего моста; 6 – расход топлива. автомобиля КАМАЗ 5320 Из рисунка 1.10 видно, что, например, на первом участке (12 мин) температура под капотом, в районе заднего моста, переднего моста, раздаточной коробки, коробки передач возрастает. Эта сопровождается значительным снижением расхода топлива (от 50 до 29 л/100 км). Дальнейшее движение автомобиля в течение 70 мин характеризуется стабилизацией как температуры, так и расхода топлива. В начале этого участка, после остановки автомобиля на 50 мин температура агрегатов значительно снизилась. Это сразу же привело к расходу топлива, большему на 10 л/100 км. Стабилизация же наступает через 30…40 мин движения после остановки. На остальных участках графика эти зависимости расхода топлива от температуры подтверждаются.
Описание математической модели теплообмена
Поэтому хранение в тёплых помещениях применяется при несуровых температурных условиях, а так же при отсутствии нужды в перемещении подвижного состава на значительные (более 200 километров) расстояния от базы. В случае применения группового подогрева [96] автотракторную и специальную технику при постановке на стоянку устанавливают основными агрегатами (как правило, двигателем и коробкой передач) над источником тепловой энергии (воздух, разогретый в калорифере, пар).
Применимость различных средств тепловой подготовки к системам автотракторной техники показана на рисунке
Одним из известных и распространённых в 1940…1980-е годы способов, применявшийся при эксплуатации подвижного состава в условиях низких температур – подогрев эксплуатационных жидкостей (как правило, моторного масла и воды, использовавшейся в качестве охлаждающей жидкости) при помощи отдельных подогреваемых ёмкостей (маслогреек). Преимущества такого способа состоят в том, что автомобиль в течении стоянки не прогревается, а перед вводом в эксплуатацию, например, в начале рабочей смены, в автомобиль заливают предварительно подогретые масла и охлаждающую жидкость. При этом затраты топлива существенно меньше, чем при групповом подогреве. Однако сейчас такой способ потерял актуальность, так как современная техника использует большой ассортимент технических жидкостей, которые нельзя перемешивать, а организация отдельных нагревательных ёмкостей крайне затруднительна. Кроме того, данный способ затруднителен для применения в агрегатах трансмиссии, что привело к отказу от его применения касаемо современной автотракторной техники. Наиболее современным способом обеспечения готовности к эксплуатации подвижного состава в условиях низких температур является тепловая подготовка агрегатов – комплекс мер, направленных на приведение в состояние технической готовности к эксплуатации в условиях низких температур узлов и агрегатов автотранспортной и специальной техники путём увеличения температуры соответсвующих агрегатов при помощи подвода тепла или иной энергии из вне. Тепловая подготовка может производиться различными способами.
Наиболее удобный способ – применение термоэлектрических нагревателей (ТЭН), подключённых к электрической сети [96]. При реализации этого типа тепловой подготовки применяют два способа: встроенные нагревательные элементы, когда нагревательный элемент находится внутри катера подогреваемого агрегата и подогрев из вне, когда нагревательный элемент находится вне агрегатов. Преимущества состоят в том, что монтаж и подключение к сети таких подогревателей очень прост, а сами нагревательные элементы имеют малый вес и габаритные размеры. Однако для подготовки агрегатов при помощи ТЭН требуется большое количество времени, а при подогреве агрегатов грузовой техники – требуется применение мощных нагревательных элементов (до 10 кВт), что требует наличия промышленной сети переменного тока и исключает использование ТЭН вне базы предприятия. Кроме того, термоэлектрический нагреватель может вызывать местный перегрев детелей подогреваемых агрегатов, даже находясь с наружи, а при встроенной схеме, вероятность пригара масла очень велика. Поэтому применение таких устройств ограничено малотоннажными грузовыми автомобилями (до трёх тонн) и легковым транспортом.
До недавнего времени большинство автомобилей подогревалось открытым пламенем, например факелом или паяльной лампой. Такой метод позволял использовать очень мощный источник тепловой энергии (до 30 кВт), имеющий малые габариты и массу. Однако при наличии одной лампы затруднительно в короткие сроки обеспечить тепловую подготовку всех агрегатов автомобиля. Поэтому он применялся в основном для запуска двигателя. В настоящее время использование таких средств тепловой подготовки запрещено противопожарными предписаниями из-за их существенных недостатков: наличия открытого пламени, риск возникновения пожара, риск местных перегревов деталей подогреваемых агрегатов, пригар масла в картерах агрегатов.
Развитием этого способа стало применение в качестве источников тепла генераторов горячей газовоздушной смеси [97]. Упрощённая схема генератора горячих газов показана на рисунке 1.15. Генератор горячей газовоздушной смеси, преимущественно работающий на дизельном топливе из штатной системы питания автомобильно дизеля работает следующим образом: нагнетательный вентилятор 1 нагнетает воздух в корпус подогревателя и в камеру сгорания 2. форсунка 3 распыляет топливо, подаваемое насосом 4 из бака 5, свеча накаливания поджигает впрыснутое топливо. На выходе из подогеваетеля образуется смесь отработавших газов и воздуха, имеющая большую (до 450…550 0С) температуру.
Определение погрешностей измерений
Для определения этих свойств необходимо решить задачи по движению ГВС во времени. Для этого следует выбрать начальные и граничные условия.
Для решения задач о движении жидкости (газа) и теплообмене путем интегрирования основных уравнений возникает необходимость формулирования ряда условий, конкретизирующих задачу. Эти условия различаются на начальные и граничные. Начальное условие определяется заданием закона распределения температур в теле в начальный момент времени - функции Т(х, у, z), То есть состоят в задании полей температуры, скорости и давления во всем объеме рассматриваемой области (в т.ч. и на ее границах) в начальный момент времени. Во многих практических задачах принимается равномерное распределение температуры в начальный момент времени: T(x, y,z, 0) = ТН = const.
Известна начальная температура обогреваемого агрегата, равная температуре окружающей среды. Так же можно измерить температуру теплоносителя на выходе из средства тепловой подготовки, которая зависит от заданного режима обогрева и остаётся постоянной в процессе тепловой подготовки. При математическом описании процесса формирования свойств ГВС, с определёнными допущениями, мы можем определить температуру как на входе в направляющее устройство, так и непосредственно у стенок обогреваемого агрегата. Стенки направляющего устройства имеют температуру, равную температуре окружающей среды. Расчётная схема потока теплоносителя показана на рисунке 2.6 Рисунок 2.6 Расчётная схема потока теплоносителя Граничные условия сводятся к заданию геометрической формы рассматриваемой области, условий движения жидкости (газа) и теплообмена на ее границах [107,129] (рисунок 2.7). Закономерно, что с увеличением длины поверхности теплообмена вдоль течения потока (координата Х) температурный напор постепенно снижается, так как происходит теплообмен между потоком и омываемой стенкой. Из рисунка 2.7 видно, что в случае бесконечной длины стенки, температура потока теплоносителя асимптотически приблизится к температуре стенки. At - температурный напор; х - длина стенки Рисунок 2.7 График теплообмена при омывании потоком горячих газов пластины при вынужденной конвекции Геометрическая форма потока теплоносителя определяется формой корпуса обогреваемого агрегата, формой направляющего устройства и расстояния между корпусом агрегата и направляющим устройством. В нашем случае эти параметры неизменны на протяжении всего процесса разогрева.
Наиболее применимыми для решения поставленных задач являются три рода граничных условия. В случае омывания стенки направляющего устройства теплоносителем, применяем граничное условие первого рода, которое состоит в явном задании функции распределения температур на границе поверхности твердого тела, омываемой теплоносителем (рисунок 2.2), когда поверхность тела обладает постоянной температурой в течение всего процесса распространения теплоты.
В начальный момент времени температура стенки НУ равна температуре окружающей среды, но при подаче теплоносителя тонкие стенки прогреваются настолько быстро, что временем прогрева можно пренебречь и НУ имеет постоянное распределение температур. Экспериментально установлено, что температура стенки НУ на 100…130 оС в случае неутеплённого НУ, и приблизительно равна температуре теплоносителя, в случае термоизолированного НУ. Для описания теплообмена между потоком теплоносителя и стенкой НУ применяем граничное условие первого рода (известное распределение температур) [127]. Тс = Тс(хс,ус,гс,т) Ґ2 Ш Для упрощения расчётов пренебрегаем временем прогрева стенки направляющего устройства и влиянием изменения температуры поверхности обогреваемого агрегата, так как это влияние мало. В этом случае применяем простейшее положение о потом, что плотность теплового потока на границе стенка-жидкость прямо пропорциональна разности температур Тср - Тп=0 [20], т.е [127]. „=O ср п=о (2.14) [Л(дТ/дп)]п=0 =К (ТСР -тп=0) где п - нормаль к границе раздела; К - коэффициент пропорциональности, т.е. коэффициент теплоотдачи между поверхностью стенки и окружающей средой:
Необходимо отметить, что Тср и К могут быть как постоянными, так и заданы функциями от координат и времени. В рамках поставленной задачи величина Тср является постоянной, а зависит от режима движения потока, т.е. может изменяться только от координат. В нашем случае К постоянен, так как при тепловой подготовке имеет место турбулентный режим движения потока теплоносителя.
Для описания процесса теплоотдачи от теплоносителя в нагреваемый агрегат используется сопряжённое граничное условие. Задача решается в двух различных расчётных областях (поток теплоносителя и агрегат), имеющих разные математические модели и общую границу. Границы этих областей сопрягаются (сшиваются) на общей границе этих двух областей. Пример общей границы показан на расчётной схеме (рисунок 2.8) [127]. V1, V2 – сопрягаемые объёмы; n1, n2 – нормали границ сопрягаемых расчётных областей; S – общая граница (геометрическая граница); В1, В2 – стороны сопряжённой границы Рисунок 2.8 Расчётная схема сопряжённой границы. Для упрощения адаптации реальных объектов к возможностям модели необходимо сделать следующие допущения: 1) для описания процесса теплообмена между стенкой нагреваемого агрегата и потоком теплоносителя, омывающего его, принимаем граничное условие третьего рода [126]: q = (ТW – TF). (2.15) где: – коэффициент теплоотдачи; ТW – температура стенки; TF – температура окружающей среды. 2) Обогреваемый агрегат имеет монолитную структуру. Таким образом, проведено теоретическое исследование процесса разогрева агрегатов, выявлены закономерности протекания процесса теплоотдачи, а так же определены граничные условия для построения математической модели. 2.3 Численное исследование процесса тепловой подготовки
На основании определённых в предыдущем разделе принципов моделирования и параметров направляющего устройства, в прикладной программе «CD Adapco Star CCM» проведена симуляция процесса обогрева условного агрегата. Прототипом моделируемой системы является поддон картера двигателя СМД-60 трактора Т-150К. Для формирования расчётной области, в прикладной программе «Solid Works» были построены трёхмерные твердотельные модели направляющего устройства, потока теплоносителя и обогреваемого объекта и сохранён как «Parasolid».
На основании проведённых расчётов заданы физические и теплофизические параметры, присвоены границы и заданы их свойства, заданы внешние условия – температура окружающей среды минус 400С, начальная температура обогреваемого объекта минус 400С. Задавая различные значения температуры теплоносителя – потока горячей ГВС, получаем поля распределения температур как потока ГВС, так и обогреваемого объекта, поле распределения скоростей потока ГВС и среднюю температуру обогреваемого объекта в физическом времени. Заданная продолжительность обогрева составила 45 минут (2700 секунд), что соответствует времени тепловой подготовки, оговорённому в требованиях к тепловой подготовки мобильной техники.
Полевые испытания системы тепловой подготовки при помощи теплоносителя смешанного типа
Согласно поставленным задачам необходимо провести практическое исследование закономерностей и процессов, связанных с процессом разогрева масла в картере агрегата машины и выявление факторов, наиболее существенно влияющих на длительность и качество их тепловой подготовки, в частности равномерность разогрева масла в картере подогреваемого агрегата. Для этого была разработана методика испытаний предлагаемой системы тепловой подготовки с оригинальным алгоритмом управления средствами тепловой подготовки и разработана установка.
Начальные условия эксперимента изменялись в зависимости от температуры окружающей среды – минус 300С…160С, при точности измерения термометром ±10С. Для заправки генератора ГВС применялось зимнее дизельное топливо без присадок, соответствующее ГОСТ Р 55475-2013 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное. Технические условия». Режим работы генератора ГВС – 100% мощности. Направляющее устройство, повторяющее форму обогреваемого объекта, устанавливалось с зазорами 50 мм от каждой стороны картера, для обеспечения скорости потока ГВС в пространстве, ограниченном поверхностью обогреваемого объекта и стенками направляющего устройства в пределах 1,7…2,2 м/с. Значения оптимальной скорости потока получены расчётным путём. В качестве обогреваемого объекта применена тонкостенная ёмкость с минеральным моторным маслом с индексом вязкости 15-W40 объемом 10 л. Время обогрева в каждом цикле составляет 45 минут.
Эксперимент проводился в циклическом режиме. В начале каждого цикла обогрева температура обогреваемого объекта приводилась в соответствие с температурой окружающей среды путём выдерживания на улице в течении не менее двух часов. Температуры обогреваемого объекта и окружающей контролировалась при помощи ртутных термометров. В процессе каждого цикла эксперимента обогреваемый объект имел температуру, равную минус 300С.
Первый цикл обогрева проводился с максимальной температурой ГВС, равной 5100С при режиме работы генератора ГВС 100%. Обогрев производился в течении 45 минут. В этом этапе по ртутным термометрам контролировались температурные параметры обогреваемого объекта, как его температура, так и скорость нагрева, выраженная в градусах цельсия в минуту (0С/мин.). Данные, полученные от термометров, сопоставлялись заносились в таблицу, производился расчёт скорости нагрева и сопоставление с данными, полученными от термопреобразователей, зафиксированными персональным компьютером. Таким образом была произведена проверка работоспособности экспериментальной установки и предварительная оценка достоверности её показаний. После завершения первого цикла испытаний генератор ГВС выключался, установка с обогреваемым объектом охлаждалась в течении двух часов.
Второй цикл обогрева проводился со снижением температуры ГВС при помощи эжектора. Во время охлаждения на жаровую трубу генератора ГВС был установлен эжектор. Генератор ГВС запускался с отсоединённым подающим патрубком (истечение ГВС происходило в атмосферу, в сторону от направляющего устройства и не оказывало на него влияния) на режиме 100%. Изменением площади окон эжектора, а так же угла наклона направляющих щитков была установлена температура ГВС на выходе из эжектора, равная 2370С, это позволяет обеспечить температуру на входе в направляющее устройство, равную 190…2000С. Генератор ГВС выключался и охлаждался в течении одного часа и соединялся с подающим патрубком. По истечении времени охлаждения (двух часов), генератор ГВС запускается и производится цикл обогрева. Данные записываются в память компьютера и выводятся на монитор в виде графиков. После завершения цикла обогрева, генератор ГВС выключался, установка с обогреваемым объектом охлаждалась в течении двух часов.
Третий цикл обогрева проводился со снижением температуры ГВС при парогенератора. Во время охлаждения на жаровую трубу генератора ГВС был парогенератор. Генератор ГВС запускался и подбором проходного сечения жиклёра, установленного на форсунке парогенератора,
устанавливался расход воды, равный 0,15 л/мин. При этом температура смешанного теплоносителя, образовавшегося в результате перемешивания ГВС с водяным паром, замеренная на входе в направляющее устройство, составила 197±50С. В процессе обогрева в парогенератор добавляется вода, по мере ее расхода. После окончания цикла обогрева (45 минут), генератор ГВС выключался, а установка охлаждалась.
Производственные испытания. Объектом исследования был трактор Т-150 с двигателем СМД-60. Начальные условия эксперимента: температура окружающей среды – минус 320С, ±20С, для питания генератора ГВС применялось зимнее дизельное топливо без присадок, соответствующее ГОСТ Р 55475-2013 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное. Технические условия». Режим работы генератора ГВС – 100% мощности. Использовалось направляющее устройство, повторяющее форму глубокой части масляного поддона двигателя, устанавливается с зазорами 30 мм с каждой из сторон, для обеспечения скорости потока ГВС в пространстве, ограниченном поверхностью глубокой части масляного поддона двигателя и стенками направляющего устройства в пределах 1,7…2,2 м/с. Значения оптимальной скорости потока так же получены расчётным путём.
Для обеспечения оптимальной скорости в пространстве, ограниченном стенкой направляющего устройства и обогреваемым объектом, был уменьшен зазор между направляющим устройством и масляным поддоном. Масляный поддон двигателя СМД-60 заполнен минеральным моторным маслом с индексом вязкости 15–W40 объемом 38 л. Время обогрева в каждом цикле ограничивалось достижением маслом целевой температуры. В нашем случае минус 10±30С. Эксперимент производился циклически, время охлаждения задано не менее четырёх часов. Контроль за температурой масла в поддоне двигателя, осуществлялся термопарой, расположенной в середине объёма масляного поддона.