Оценка технического состояния функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки

Система охлаждения дизельной энергетической установки предназначена для охлаждения надувочного воздуха и масла дизеля. Эффективность и надежность работы системы охлаждения дизельной энергетической установки во многом определяет технико-экономические показатели и безотказную работу тепловоза [1]. Поэтому в процессе эксплуатации тепловоза возникает задача оценки качества функционирования системы охлаждения. Принятая к рассмотрению принципиальная схема теплообменных процессов в системы охлаждения дизельной энергетической установки тепловоза представлена на рис. 1 [2].

Рис. 1. Принципиальная схема системы охлаждения дизельной энергетической установки:

1 — дизель; 2 — водяной насос горячего контура; 3 — турбокомпрессор; 4 — охладитель надувочного воздуха; 5 — масляный насос; 6 — водомасляный теплообменник; 7 — водяной насос холодного контура; 8 — охлаждающие секции горячего контура; 9, 10 — мотор-вентиляторы; 11 — охлаждающие секции холодного контура

На основании выражений теплового баланса и теплопередачи для принятой схемы теплообменных процессов по разработанной математической модели определяются коэффициенты теплопередачи функциональных элементов — теплообменных аппаратов: водомасляного теплообменника (ВМТ), охладитель надувочного воздуха (ОХНВ) и водовоздушных радиаторных секций охлаждающего устройства (ОС).

Сущность оценки технического состояния функциональных элементов системы охлаждения заключается в реализации разработанного алгоритма расчета (рис. 2), предусматривающего определение: теплового потока, переданного от горячего теплоносителя к холодному; коэффициентов теплоотдачи; среднелогарифмического и среднеарифметического температурного напоров; расходов рабочих сред; приращения и снижения температур теплоносителей.

Рис. 2. Алгоритм оценки технического состояния функциональных элементов системы охлаждения

Учесть многочисленные факторы, влияющие на протекание теплообменных процессов, затруднительно, поэтому при разработке математической модели был принят ряд допущений, перечень которых соответствует инженерной практике расчетов [3–7]. В частности принято, что коэффициент производительности водяных и масляного насосов остается постоянным, а производительность насосов изменяется прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала дизеля. Теплообменные процессы и теплопотери в окружающую среду в трубопроводах систем не рассматриваются.

Расчетная схема ВМТ представлена ни рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема ВМТ

Расчетная схема ОХНВ представлена ни рис. 4.

Рис. 4. Расчетная схема ОХНВ

Расчетная схема ОС представлена ни рис. 5.

Рис. 5. Расчетная схема ОС

Cистема уравнений теплового баланса и теплопередачи для функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки [3–7]:

;                                                                                                      (1)

;                                                                                                    (2)

,                                                                                                                (3)

где      ,  — расход горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента;

,  — средние удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента при постоянном давлении;

, , ,  — температура горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента;

F_i — поверхность теплообмена i-го функционального элемента;

Δt_i — среднелогарифмический напор при противотоке.

Для удобства инженерных расчетов при определении теплофизических характеристик теплоносителей при определенной температуре можно использовать аналитические зависимости, представленными в виде многочлена [3]:

,                                                                                                     (4)

где      a, b, c, d — коэффициенты многочлена.

Теплофизические свойства газа и воздуха выбираются при средней температуре соответствующих теплоносителей.

Сформированный алгоритм определения коэффициентов теплопередачи теплообменных аппаратов позволит по результатам обработки параметрической информации оценить техническое состояние системы охлаждения дизельной энергетической установки и ее функциональных элементов в процессе эксплуатации и проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту тепловозов.

Литература:

1.      Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов / Под ред. А. И. Володина. — М.: ООО «Желдориздат», 2007. — 264 с.

2.      Моделирование системы охлаждения тепловозов с целью оптимизации количества параметров контроля / Е. И. Сковородников, В. А. Михеев // Вестник СибАДИ. — 2009. — № 1 (11). — С. 61–66.

3.      Володин А. И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. — М.: Транспорт, 1985. — 216 с.

4.      Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.: Энергия, 1977. — 344 с.

5.      Бажан П. И., Каневец Г. Е., Селиверстов В. М. Справочник по теплообменным аппаратам. — М.: Машиностроение, 1989. — 200 с.

6.      Бажан П. И. Расчет и конструирование охладителей дизелей. — М.: Машиностроение, 1981. — 168 с.

7.      Куликов Ю. А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов. — М.: Машиностроение, 1988. — 280 с.