Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования 12
1.1. Условия работы тепловозов и эксплуатационные факторы, влияющие на надежность и техническое состояние системы охлаждения 12
1.2. Анализ методов и технических средств контроля работоспособности системы охлаждения тепловозов 20
1.3. Постановка цели и задач исследования 29
2. Экспериментальные исследования технического состояния секций холодильников тепловозов 30
2.1. Постановка задач исследования 30
2.2. Характеристика состояния секций холодильников эксплуатируемых тепловозов 30
2.2.1. Нарушение пайки трубок с охлаждающими пластинами 30
2.2.2. Смятие пластин оребрения секций 32
2.2.3. Укорочение трубок секций ...". 33
2.2.4. Увеличение зазора в свету между секциями 34
2.2.5. Загрязнение внутренней поверхности трубок секций холодильников 36
2.2.6. Загрязнение наружной теплопередающей поверхности секций холодильников 50
2.3. Тепловизионная диагностика: основные положения и применение в локомотивном хозяйстве 53
2.4. Основные выводы 58
3. Математическое моделирование теплообменных процессов в системе охлаждения ... 59
3.1. Постановка задач исследования 59
3.2. Математическая модель системы охлаждения тепловоза 2ТЭ1 ОМ 61
3.2.1. Гидравлический расчет контуров системы охлаждения 61
3.2.2. Расчет коэффициента теплопередачи водовоздушной секции 70
3.2.3. Тепловой расчет охлаждающего устройства 80
3.2.4. Расчет аэродинамических характеристик охлаждающего устройства 87
3.2.5. Расчет температурных полей поверхности секций холодильника 97
3.3. Алгоритм моделирования системы охлаждения 100
3.4. Результаты моделирования системы охлаждения тепловоза 2ТЭ10М 103
3.4.1. Результаты гидроаэродинамического расчета и сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными 103
3.4.2. Результаты расчета температурных полей секций холодильника в исходном и эксплуатационном состояниях 110
3.5. Обоснование нового диагностического параметра и проверка соответствия результатов моделирования и экспериментальных данных 114
3.6. Определение критического количества загрязненных секций холодильника в системе охлаждения тепловоза 119
3.7. Основные выводы 120
4. Разработка и экспериментальная проверка технологии тегоювизионного контроля секций холодильников тепловозных дизелей 122
4.1. Постановка задач исследования 122
4.2. Технология тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозов 122
4.3. Эксплуатационные испытания разработанной технологии контроля... 128
4.3.1. Результаты испытаний по оценке технического состояния системы охлаждения тепловоза после ТР-3 129
4.3.2. Результаты испытаний по оценке технического состояния системы охлаждения тепловоза на ТР-2 132
4.4. Основные технические требования по обеспечению контролепригодности системы охлаждения для целей диагностирования в эксплуатации 136
4.5. Основные выводы 137
5. Экономическая эффективность внедренияразработанной технологии тепловизионного Контроля .. 138
Заключение 145
Список использованных источников 147
- Анализ методов и технических средств контроля работоспособности системы охлаждения тепловозов
- Характеристика состояния секций холодильников эксплуатируемых тепловозов
- Математическая модель системы охлаждения тепловоза 2ТЭ1 ОМ
- Технология тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Согласно федеральной целевой программе «Энергоэффективная экономика на 2002 — 2005 гг. и на перспективу до 2010 г.», утвержденной постановлением правительства Российской Федерации № 796 от 17 ноября 2001 г., одним из трех основных направлений снижения расхода топливно-энергетических ресурсов, определенных для железнодорожного транспорта, является снижение потребления топлива на тягу поездов.
Решение этой проблемы может быть обеспечено комплексными мероприятиями, включающими в себя широкий круг вопросов, связанных с обеспечением устойчивой работы локомотивов и их систем. Эксплуатация тепловозов во многом зависит от качества функционирования системы охлаждения, эффективность которой в процессе эксплуатации снижается, что приводит к работе дизеля при повышенной температуре теплоносителей, снижению надежности, ограничению мощности силовой установки и, как следствие, к ухудшению топливной экономичности. Значительный вклад в решение данной проблемы внесли Н. И. Панов, А. П. Третьяков, Ю. А. Куликов, А. 3. Хомич, В. И. Евенко, М. А. Ражковский, А. И. Володин, В. А. Перминов, В. Г. Григоренко, Г. Б. Розенблит, А. В. Алексеев, В. П. Свиязев, А. X. Муратов, И. Ф. Найденов и др.
В соответствии с Программой повышения эффективности работы локомотивного хозяйства на 2005 — 2007 гг., утвержденной ОАО «Российские железные дороги» 27 сентября 2004 г. № 893, обязательным условием является внедрение безразборной диагностики узлов локомотивов, механизация и автоматизация технологических процессов, использование разработок научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций.
Поэтому разработка технологии тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей является важной составляющей технических мероприятий, направленных на выполнение
норм удельного расхода топливно-энергетических ресурсов, определенных Департаментом локомотивного хозяйства ОАО «РЖД».
Результаты. исследований использованы при выполнении Программы фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ ОмГУПСа на 2004 г. № Г. Р. 01.20.05 00666 (тема 4: «Разработка технологии тепловизион-ного контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей»).
Цель диссертационной работы заключается в повышении эксплуатационной надежности и экономичности работы тепловозных дизелей за счет совершенствования методов и средств контроля технического состояния секций холодильников. Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи.
Установлены пределы распределения загрязнения проходных наружных и внутренних сечений секций холодильников тепловозных дизелей в эксплуатации.
На основе всестороннего анализа существующих методов контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей выбран метод тепловизионного контроля.
Разработана математическая модель системы охлаждения тепловоза, позволяющая исследовать влияние степени загрязнения секций холодильника на их поверхностные температурные поля.
Найдены функциональные зависимости между техническим состоянием секций холодильника и температурным напором стенки трубки охлаждения.
Предложена новая технология оценки технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей с использованием тепловизионного контроля.
6. Проведены эксплуатационные испытания разработанной технологии
тепловизионного контроля и дана оценка эффективности внедрения портативного компьютерного термографа.
7. Выполнен расчет экономической эффективности от внедрения раз
работанной технологии тепловизионного контроля технического состояния
секций холодильников тепловозных дизелей.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи были решены с привлечением методов математической статистики, математического моделирования основных уравнений теплового баланса, теплопередачи, аэродинамики и гидравлики. В процессе расчета и анализа математических зависимостей привлекались электронные таблицы Microsoft Excel 2000 и математическая программа MathCAD. Разработка программных продуктов производилась на языках программирования Borland Pascal 7.0 и DELPHI 7.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.
Разработана математическая модель для оценки влияния степени за-грязнения секций холодильника на основные показатели работы системы охлаждения тепловозов, позволяющая производить расчет температурных полей на внешней поверхности радиаторной секции.
Установлен новый диагностический параметр для оценки технического состояния секций холодильников тепловозов - температурный напор стенки трубки секции.
Определены критические соотношения количества укороченных и стандартных секций холодильника с различной степенью загрязнения в охлаждающем устройстве тепловоза, позволяющие сделать заключение о необходимости демонтажа и очистки секций, не обеспечивающих требуемой теп-лорассеивающей способности.
Предложена технология тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей.
8 Достоверность научных положений и результатов диссертации
подтверждена путем проверки совместимости результатов моделирования с показателями работы системы охлаждения, полученными в ходе экспериментальных исследований, применением сертифицированных приборов и использованием современных методик исследования. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 10 %.
Практическую ценность работы составляют:
методика расчета температурных полей на поверхности секций холодильников тепловозных дизелей;
функциональные зависимости между техническим состоянием секций холодильника и температурным напором трубки охлаждения, оценивающие возможность системы охлаждения обеспечивать требуемую тепло-рассеивающую способность в эксплуатации;
алгоритм, методика, аппаратные и программные средства для проведения тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2003), научно-практической конференции с международным участием «Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте» (Самара, 2003), одиннадцатой международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные-техника и технологии» (Томск, 2005), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005), научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных.работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации составляет 165 страниц, включая 62 рисунка, 20 таблиц, 103 источника и семь приложений.
Автор выражает глубокую благодарность доценту Анисимову Александру Сергеевичу за научные консультации при выполнении диссертационной работы.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна, практическая ценность работы и методы исследования.
В первой главе рассматриваются условия работы тепловозов и эксплуатационные факторы, влияющие на надежность и техническое состояние системы охлаждения. Выполнен обзор методов и технических средств контроля работоспособности теплообменных аппаратов тепловозов. Сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований технического состояния радиаторных секций тепловозов эксплуатируемых в условиях Западной Сибири. В результате анализа полученных данных приняты показатели степени загрязнения секций 8\, 82. Установлены пределы распределения загрязнения проходных наружных и внутренних сечений секций холодильников тепловозных дизелей в эксплуатации — 8\ и 52. Анализ экспериментальных данных показал, что требуется проведение диагностирования системы охлаждения до ТР-3 для своевременного выявления загрязненных секций, и непосредственно на ТР-3, что позволит оценить качество ремонта и в случае необходимости принять соответствующие меры для улучшения технического состояния системы охлаждения тепловоза. Первый опыт использования портативного термографа для целей диагностирования показал его применимость.
В третьей главе описываются основные направления математического моделирования теплообменных процессов в системе охлаждения тепловоза 2ТЭ1 ОМ.
На первом этапе, для возможности совместного применения основных результатов расчетов по математической модели и портативного компьютерного термографа, разработанная модель была расширена - в нее была введена предложенная методика расчета температурных полей на поверхности секции. По полученной модели охлаждающего устройства тепловоза выполнен расчет теплотехнических характеристик секций и системы охлаждения в целом при изменении принятых показателей загрязненности 51 и 52. В результате получены графические зависимости, отражающие влияние уровня загрязнения секций на их тепловую эффективность и температурный режим работы дизеля.
На втором этапе по результатам исследований предложен и обоснован новый диагностический параметр - температурный напор стенки трубки секции At^. Достоверность разработанной математической модели была оценена на практике с использованием портативного компьютерного термографа и сделан вывод о возможности применения данного прибора для целей диагностирования. В итоге установлены функциональные зависимости между техническим состоянием секций холодильника и температурным напором стенки трубки охлаждения, позволяющие оценить способность системы охлаждения обеспечить требуемую теплорассеивающую способность в эксплуатации. Установлены основные соотношения критического количества укороченных и стандартных радиаторных секций с различной степенью загрязнения в охлаждающем устройстве тепловоза.
В четвертой главе приводятся основные положения разработанной технологии тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей и результаты ее экспериментальных испытаний в локомотивных депо Карасук и Ачинск. Результаты эксперимента показали высокую эффективность предложенной технологии. Портативный
компьютерный термограф удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к средствам диагностирования, и рекомендован к внедрению в технологию ремонта тепловозов. Сформулированы основные технические требования по обеспечению контролепригодности системы охлаждения для целей диагностирования в эксплуатации.
В пятой главе проведена оценка экономической эффективности внедрения разработанной технологии контроля в локомотивных депо.
В заключении сформулированы основные результаты и выводы по диссертационной работе.
Анализ методов и технических средств контроля работоспособности системы охлаждения тепловозов
К методам контроля системы охлаждения тепловоза с позиции диагностирования предъявляются следующие основные требования: - обеспечение достаточной достоверности; - установление обобщенных параметров, количество которых должно быть меньше общего количества параметров, полностью характеризующих состояние системы; - определение места неисправности по обобщенным параметрам; - простота и применимость в условиях локомотивного депо. Контроль за работой системы охлаждения осуществляется по ограниченному числу параметров (температура воды на выходе из дизеля и температура масла на входе в дизель). Параметры наддувочного воздуха, за исключением избыточного давления воздуха в ресивере, не контролируются. Перечисленное выше не позволяет однозначно характеризовать причины ухудшения охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха, используя для этой цели только штатные приборы. Как в системе охлаждения, так и в других системах (смазки, воздухоснабжения) предусмотрены дополнительные места для более точного измерения параметров ручными методами и в большем объеме, что производится при специальных теплотехнических испытаниях тепловозов. Измерение всей совокупности параметров (расход и температура теплоносителей, аэродинамические и гидравлические сопротивления и другие), полностью характеризующих техническое состояние элементов СО, вполне возможно и в эксплуатационных условиях, хотя и сопряжено со значительными техническими трудностями. В первую очередь - с измерением расхода воздуха через секции радиаторов ОУ и установкой специальных расходомерных устройств в контуры охлаждения.
Выше изложенное показывает, что измерения параметров штатными тепловозными приборами просто, но не достаточно для определения места неисправности в системе охлаждения. Наличие в системах резервных мест для ручного измерения дополнительных параметров и установка расходомерных устройств расширяют возможности контроля, а, следовательно, и определения состояния СО и ее элементов. Однако это ограничено в практическом использовании для локомотивного депо из-за большой трудоемкости и малой оперативности [33-46].
Специальные вопросы диагностирования системы охлаждения магистральных тепловозов рассмотрены в трудах В.П. Свиязева, А.Х. Муратова, В.М. Назаренко, И.Ф. Найденова (ТашИИТ) [39, 40], А.И. Володина, В.А. Перминова (ВНИШ) [48], Г.Б. Розенблита, В.Г. Алексеева (ХИИТ) и др. В работе [39] рассмотрено диагностирование секций радиатора охлаждающего устройства тепловозов 2ТЭ10. Предложено диагностирование секций радиатора производить по температурному критерию - перепаду температуры охлаждаемого теплоносителя, при котором обеспечивается рассеивание заданного количества тепла. Постановка диагноза о среднем состоянии секций радиатора сводится к сравнению замеренного во время диагностирования перепада температуры воды по радиатору с нормированной величиной. Обращает на себя внимание небольшой уровень измеряемого температурного перепада. По данным исследований ТашИИТа при исправных секциях радиатора при температуре окружающего воздуха плюс 40 С этот перепад для радиаторов первого и второго контура СО тепловоза 2ТЭ10М составляет на номинальном режиме работы дизеля 4,13 и 4,42 С соответственно. Использование в качестве нормированных величин значений температурного перепада такого уровня вызовет в эксплуатации затруднения в части надежного его регистрирования. Кроме того, предложенная методика диагностирования не позволяет осуществлять индивидуальную выбраковку секций из общего фронта радиаторов.
Рассмотренная выше методика получила развитие в работах сотрудников ВНИИЖТа. Конструкция секции, показанная на рисунке 1.1, позволяет использовать два способа измерения температуры охлаждающей жидкости: первый - измерение температуры на коллекторных коробках секции датчиками 2 и 5 и второй - измерение температуры в межреберном пространстве датчиками 3 и 4.
Для измерения используется многоточечный регистрируемый потенциометр КСМ-4 и предварительно отградуированные термодатчики. При диагностировании сравнивают температурные перепады в секции и в коллекторах холодильника (датчики 1 и 6). Если перепад в секции на 5 С ниже перепада в коллекторах, то такая секция подлежит промывке.
Данный метод позволяет производить индивидуальную выбраковку секций, не обеспечивающих требуемой теплорассеивающей способности, однако, он относится к контактным методам диагностирования и не обладает необходимой оперативностью.
В работе [40] рассмотрена методика комплексного диагностирования и граничные параметры СО тепловозов серий 2ТЭ10М (В, У, С) и ЗТЭ10. Диагностирование по этой методике предусмотрено на глубину до трех уровней. На первом уровне определяется техническое состояние системы охлаж дения воды дизеля, масла и надувочного воздуха. При этом проверяется пять параметров: температура воды на выходе из дизеля, на выходе из секций радиатора второго контура, масла на выходе из дизеля, надувочного воздуха в ресивере, расход воздуха через секции. Установлена зависимость указанных параметров от температуры окружающей среды. Регистрация значений температуры более граничных значений свидетельствует о загрязнении поверхностей охлаждения теплообменных аппаратов. При работах по второму и третьему уровням производится поэлементное диагностирование (определение расходов воды, гидравлических сопротивлений элементов, причин нарушения регулировки частоты вращения вентиляторного колеса, работы системы автоматического регулирования температуры (САРТ) и др.). В методике предусмотрено измерение расхода воздуха через радиаторные секции, что затруднительно в условиях эксплуатации и это следует отнести к ее недостаткам. Измерение при диагностировании большого числа параметров способствует более объективной оценке технического состояния СО, однако не обеспечивает требуемой оперативности проведения диагностических операций. Кроме того, эта методика не предусматривает индивидуальную выбраковку секций из общего фронта радиаторов.
Характеристика состояния секций холодильников эксплуатируемых тепловозов
Проверка секций холодильников тепловозов серии 2ТЭ10М в депо Ка-расук Западно-Сибирской железной дороги показала, что состояние 70 % секций не обеспечивает расчетной теплорассеивающей способности в летний период эксплуатации [18]. В результате исследования десяти произвольно взятых тепловозов серии 2ТЭ10М получены данные о дефектах водовоздуш-ных секций системы охлаждения (таблица 2.1). Рассмотрим различные виды дефектов водяных секций. В процессе обследования секций холодильников тепловозов, эксплуатируемых на Западно-Сибирской железной дороге, было выявлено нарушение пайки охлаждающих пластин к трубкам почти у всех секций, что оказы- . вает влияние на снижение теплорассеивающей способности (рисунок 2.1). Причинами отставания ребер от стенок трубок являются некачественная пайка на заводе изготовителе, наличие вибраций секций, а также темпе ратурные деформации и изменение давлений внутри трубок. Как правило, все эти причины следуют одна за другой, и все они являются следствием некачественной сборки и пайки, как на заводе, так и в локомотивных депо. В эксплуатационных условиях от 20 до 80 % секций на одном тепловозе имеют нарушение припайки охлаждающих пластин от 5 до 10 % общего количества (таблица 2.1). Таким образом, можно считать, что до 8 % охлаждающих пластин в холодильнике имеют нарушенный контакт с трубками. пластин оребрения секций
Смятие кромок ребер является следствием небрежного обращения с секциями при их изготовлении, монтаже, демонтаже и в процессе ремонта. Более строгая регламентация этих процессов может привести к ликвидации этого дефекта (рисунок 2.2, 2.3). На рисунке 2.3 изображена группа секций холодильника тепловоза со смятыми пластинами оребрения.
Наиболее серьезным дефектом секций является течь в местах пайки трубок в трубных решетках. Если она доступна снаружи, то ее можно устранить пайкой. В других случаях приходится снимать один или оба коллектора секции. В этом случае течь трубок устраняется заглушкой или припайкой их к трубным решеткам.
Вид секций с укороченными трубками в сопоставлении с секциями, у которых трубки нормальной длины, показан на рисунках 2.4 и 2.5.
Проверкой установлено, что на один тепловоз могут быть поставлены от 5 до 8 % секций с укороченными трубками. Приближенно можно принять, что теплорассеивающая способность таких секций уменьшается на 5 % [49]. Для уменьшения влияния наличия укороченных секций на работу холодильника они должны ставиться как можно ближе к центру вентилятора.
При монтаже холодильников на тепловозостроительных заводах зазоры между секциями в свету допускаются до 2 мм. Также допускается в одном ряду секций наличие четырех промежутков между секциями с зазором до 5 мм (допуски согласно заводского чертежа № 2ТЭ1 ОМ. 10.30.002) [55, 56].
При изготовлении секций холодильников продольный общий прогиб боковых щитков может быть допущен до 4 мм в середине щитка (допуски согласно заводского чертежа № Р62.13.1.000). При этом правый и левый щитки должны быть выгнуты в сторону. В процессе эксплуатации одни секции заменяются другими. Если поставить рядом две секции с такими прогибами и вогнутыми сторонами друг к другу, то зазор в свету между ними будет 8 мм. В процессе ремонта из-за небрежного отношения к установке секций на тепловоз боковые щитки часто деформируются, и появляется кривизна секций, приводящая к появлению больших зазоров между ними (до 10 мм). На рисунках 2.4, 2.6, 2.7, 2.8 хорошо просматриваются зазоры в
Уменьшение интенсивности теплопередачи при загрязнении теплопе-редающих поверхностей зависит от толщины загрязняющего слоя и химического состава отложений.
Для оценки степени загрязнения внутренней поверхности трубок водо-воздушных секций и интенсивности образования отложений в процессе эксплуатации был проведен ряд экспериментов. Методика их подготовки и проведения заключалась в следующем [18].
По результатам анализа пробега тепловозов серии 2ТЭ10М депо Кара-сук Западно-Сибирской железной дороги от первого ТР-3 (после КР) были обследованы четыре тепловоза с наработкой до пятого ТО-3, третьего ТР-1, второго ТР-2, второго ТР-3. С каждой секции тепловоза снималось по двадцать водовоздушных секций (ВВС).
Схема выбора секций холодильника изображена на рисунке 2.9. Выбранные секции были подвергнуты испытанию на стенде А-598 на пролив воды. Результаты обследования представлены в приложении А. В качестве показателя состояния водяной полости секции был принят коэффициент степени загрязнения є, характеризующий уменьшение площади живого сечения для прохода воды, %: Для определения показателя степени загрязнения є использовалась эмпирическая зависимость В. А. Перминова [48]: где Тв = —- - относительное время истечения воды через секцию; h хв - время истечения воды через испытываемую секцию, с; Tj - время истечения для чистой секции (65 с для секции с 1р= 1206 мм и 45 с для секции с 1р = 535 мм). Полученные экспериментальные данные позволили разбить секции холодильника на группы по уровню загрязнения (таблица 2.2, 2.3). Установлено, что уже к третьему ТР-1 (после первого ТР-3) 20-25 % секций имеют значительную степень загрязнения водяной полости (рисунок 2.10) [18]. В совокупности с отложениями на внешней теплопередающей поверхности это явление может привести к существенному снижению тепло-рассеивающей способности холодильника на номинальном режиме и к перерасходу мощности на вентилятор холодильника на режимах частичных нагрузок. Ко второму ТР-2 и второму ТР-3 количество секций имеющих максимальную степень загрязнения 50-70 % достигает 10-30 % от общего числа секций на тепловозе. При этом средняя степень загрязнения радиатора холодильника достигает 50 % (рисунок 2.11, г). Такое состояние холодильника нередко приводит к срабатыванию защиты и сбросу нагрузки с дизеля, что подтверждается отчетными данными депо. Кроме того, установлено, что верхние укороченные секции в процессе эксплуатации загрязняются интенсивнее (таблица 2.3). Это можно объяснить более высоким температурным режимом их работы.
Математическая модель системы охлаждения тепловоза 2ТЭ1 ОМ
Гидравлический расчет контуров системы охлаждения 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 теп-лоотвода и на коэффициенты теплопередачи теплообменных аппаратов.
В системе охлаждения тепловоза 2ТЭ10М используются два центробежных водяных насоса с механическим приводом от коленчатого вала дизеля. Рабочие характеристики насоса представляют собой зависимости напора Н насоса от расхода воды V при фиксированной частоте вращения его насосного колеса п. Производительность водяных центробежных насосов дизелей, при номинальном режиме работы, указываемая в технических условиях (ТУ) на поставку дизеля и служащая для определения скорости воды в секциях радиатора, относится к исходному техническому состоянию системы охлаждения, которое может значительно отличаться от фактического.
Аппроксимация результатов стендовых испытаний и экспериментальных данных (приложение Б, [18]), полученных при испытании СО тепловозов 2ТЭ10М на реостатных испытаниях в локомотивном депо Карасук Западно-Сибирской железной дороги, позволила получить реальные характеристики водяных насосов (рисунок 3.1): первый контур второй контур Коэффициент корреляции в обоих случаях составил 0,996. 62 Напорно-расходную характеристику насоса по ТУ следует рассматривать как нижнюю ограничительную характеристику, по которой при расходе воды 41,67-10 м /с для первого и 27,78-10" м /с для второго контура, напор, создаваемый насосами, должен быть не менее 0,30 МПа. напорно-расходная характеристика насоса по ТУ; реальная характеристика насоса по результатам экспериментов Рисунок 3.1 - Напорно-расходные характеристики водяных насосов при номинальной частоте вращения Анализ представленных зависимостей показывает, во-первых, что стендовые характеристики насосов равнозначно сдвинуты относительно характеристик насосов по ТУ; во-вторых, экспериментальные данные плотно группируются относительно стендовых характеристик насосов, что позволяет условно принять и далее использовать их как характеристику среднестатистического насоса. Таким образом, напорно-расходную характеристику водяного насоса с достаточной степенью достоверности можно представить в виде полинома третьей степени: где і- номер контура охлаждения тепловоза. Коэффициенты регрессии при переменной величине расхода воды V в уравнении (3.3) приведены в таблице 3.1. Для нахождения главного параметра - расхода воды по контурам, необходимо решить нелинейные уравнения, записанные из условия совместной работы "насос - гидравлическая сеть" соответствующего контура.
Гидравлические сопротивления в системах охлаждения зависят от схем включения теплообменных аппаратов в контурах, характеристики насосов, эксплуатационных факторов (загрязнение теплообменников, износ деталей насосов) и режима течения жидкости (ламинарного, турбулентного). Принципиальная схема.гидравлической сети тепловоза 2ТЭ10М приведена на рисунке 3.2. Рассмотрим гидравлические характеристики сети первого и второго контуров СО тепловоза 2ТЭ10М. Потерю напора в контуре определяют как сумму потерь напоров его отдельных, последовательно включенных элементов. Запишем выражения для характеристики сети первого и второго контуро Исключение составляют лишь секции холодильника. Гидравлическое сопротивление новой секции в исходном, соответствующем ГОСТ 20556-75 состоянии пропорционально расходу воды через секцию с показателем степени 1,78 [48]. При увеличении степени загрязнения водяной полости секции ее сопротивление возрастает пропорционально расходу воды с показателем степени п, увеличивающимся по мере ухудшения состояния внутренней полости трубок. где с1 - приведенный коэффициент гидравлического сопротивления секции, МПа-с2/м6; Vc — расход воды в секции, м /с. С учетом (3.6), (3.7) представим выражения (3.4), (3.5) через коэффициенты гидравлического сопротивления элементов и расход воды: первый контур второй контур В работе [48] доказана правомерность допущения о постоянстве приведенного коэффициента гидравлического сопротивления внутренней полости дизеля. Испытания водомасляного теплообменника, проведенные во ВНИТИ под руководством В. С. Ткаля, показали, что гидравлическое сопротивление ВМТ по водяной и масляной полостям с течением времени не изменяется
Технология тепловизионного контроля технического состояния секций холодильников тепловозов
На основе комплекса выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология оценки технического состояния секций холодильников тепловозных дизелей на основе метода тепловизионного контроля, состоящая из: - операций подготовки и нагружения тепловоза до номинального нагрузочного и теплового режима работы; - безразборного оперативного измерения температурных полей на внешней поверхности секций холодильника с помощью портативного термографа ИРТИС 200 в последовательности, согласно разработанной схеме контроля (рисунок 4.1); - математической обработки результатов измерения с помощью созданного программного обеспечения; - выдачи заключения о необходимости демонтажа и очистки секций холодильника тепловоза, не обеспечивающих требуемой теплорассеивающей способности. Предлагаемая технология контроля ориентирована на использовании портативного тепловизора, адаптированного к применению на тепловозе; при реализации в системе ремонта и технического обслуживания локомотивов может быть элементом общего технологического цикла диагностирования тепловоза, либо рассматриваться как самостоятельная задача. Выбор информативного режима работы силовой установки тепловоза очевиден - это режим номинальной мощности дизеля, характеризуемый максимальным тепловыделением в систему охлаждения. В качестве контрольного параметра используется температурный перепад стенки трубки радиатор ной секции At \ Холодильник системы охлаждения подвергается обследованию в процессе проведения реостатных испытаний тепловоза. На рисунке 4.2 представлен алгоритм последовательности выполнения операций подготовки и термосъемки холодильника тепловоза согласно разработанной технологии контроля.
Перед началом диагностирования необходимо провести ряд подготовительных работ: секции холодильника предварительно продуть сжатым воздухом, для исключения влияния пылевых отложений на результаты контроля; необходимо убедиться в отсутствии подсоса воздуха в шахту холодильной камеры, в закрытом положении вентилей межконтурного перепуска теплоносителей (мимо теплообменников, из одних систем в другие), перекрытых вентилях подачи воды к топливоподогревателю, отопительно-вентиляционному агрегату кабины машиниста, резервуару противопожарной установки, бачку санузла; настроить и проверить тепловизор в соответствии с инструкцией по его эксплуатации. Необходимым условием применения тепловизора для целей диагностирования является то, что в момент съемки поверхность объекта измерений должна находиться в прямой видимости под углом наблюдения не менее 60 . Поверхности секций охлаждения в период тепловизионных обследований не должны подвергаться дополнительному тепловому воздействию от посторонних источников. Тепловизионные измерения необходимо производить при режиме теплопередачи, близком к стационарному. Стационарности процесса достигают путем прогрева дизеля на 15-й позиции контроллера машиниста в течении 15-30 мин. до стабилизации значений температуры воды и масла дизеля. В процессе прогрева тепловоза фиксируют значение температуры наружного воздуха, воздуха в шахте холодильника.
Алгоритм обработки результатов термографирования и выдачи заключения о техническом состоянии радиатора тепловоза представлен на рисунке 4.3. Тепловое изображение внутренних поверхностей секций (видимая часть поверхности секции со стороны шахты холодильника) просматривают и снимают обзорные термограммы. Каждую термограмму обрабатывают в режиме термопрофиля (по десяти сечениям для типовых секций и пяти для укороченных) и определяют температуру поверхности t в каждом сечении. Далее по формуле (3.71) вычисляется температурный перепад в каждом сечении секции, определяется среднее значение At и сравнивается с нормативным (минимально допустимым) значением из таблицы 3.10. Таким образом обрабатывается термограмма каждой секции и в итоге формируется база данных. Далее согласно требованиям таблицы (ЗЛО) все результаты контроля разбиваются на группы по величине At и делается заключение о способности системы охлаждения тепловоза обеспечивать требуемую теплорассеи-ваюшую способность (рисунок 4.3
