2 Пояснительная записка. docx (1222839), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Рассмотрение различных способов подготовки сжатого воздуха показывает, что только с помощью адсорбентов может быть получена та степень осушки, которая исключает образование конденсата и обеспечивает надежную работу пневмосистем как при положительных, так и при отрицательных температурах атмосферного воздуха. Адсорбционные установки сравнительно просты по конструкции и в изготовлении и легки в обслуживании.

3 СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ЛОКОМОТИВА

Для определения причин, возможных мест замерзания влаги и разработки устройств, исключающих это явление, необходимо знать температурный режим пневматической сети, границы зон конденсации водяных паров и характер распределения конденсата по длине трубопроводов при различных погодно-темперагурных условиях окружающей среды.

3.1 Температурный режим пневматических магистралей

При расчёте распределения температур по длине магистрали обычно используется формула В. Г. Шухова [11], учитывающая стационарный теплообмен между теплоносителем и окружающей средой

, (3.1)

где t₀ , t_вх – соответственно температура атмосферного и сжатого воздуха на входе в трубопровод;

k – коэффициент теплопередачи от сжатого воздуха к окружающей среде;

l, d - длина и внутренний диаметр трубопровода;

C_p , G - теплоемкость и массовый расход сжатого воздуха.

По данному выражению определяется температура ядра потока. Однако более низкую температуру имеет внутренняя поверхность трубопровода, на которой и начинается конденсация водяных паров при соприкосновении с ней воздуха. Эту температуру и следует принимать за исходную при определении изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси по длине трубопровода.

Экспериментальные исследования характера распределения температур внутренней поверхности трубы по длине магистрали для пневматической сети тепловоза ТЭМ-7

. (3.2)

Коэффициент χ зависит от характеристики пневматической сети и условий охлаждения трубопровода. Для участка магистрали от компрессора до промежуточного холодильника (змеевика) коэффициент χ равен 0,0924, для промежуточного холодильника 0,0478, для главных резервуаров 0,04. Полученное уравнение с учетом значений коэффициента χ позволяет аналитически определить температуры внутренней поверхности трубы по длине магистрали при любых температурах атмосферного воздуха. На рисунке 3.1 построены такие зависимости в диапазоне температур от плюс 50 °С до минус 50 °С для пневмомагистрали с компрессором типа ПК-5,25/9-1450 и ВУ 3,5/9-1450, работающих в повторно-кратковременном режиме с продолжительностью включения (ПВ), равной 50 %.

Рисунок 3.1 – Температурный режим (ТЭМ-7): 1- пневматической магистрали; 2 - зоны начала конденсации влаги в сжатом воздухе при ПВ=50%

Из графика следует, что перегревы внутренней поверхности трубы, например, на выходе из компрессора в момент остановки 117 °С. После главных резервуаров работы пневмосети перегревы практически равны 7 °С. Таким образом, хотя на участке магистрали, включая главные резервуары, поверхность трубы, а с ней и сжатый воздух охлаждается на 97–110 °С, но температуры окружающей среды не достигает. Дальнейшее охлаждение и уравнивание с температурой атмосферного воздуха осуществляется в тормозной магистрали и во вспомогательных цепях тепловоза ТЭМ-7.

3.2 Фазовое состояние влаги в пневмомагистралях локомотивов

При известном распределении температур по длине магистрали представляется возможным определить места конденсации влаги, а так же ее агрегатное состояние. Температура t₀, относительная влажность φ₀, давление ρ₀ атмосферного воздуха, а также давление сжатого воздуха однозначно определяют абсолютное содержание в нем влаги. Для данного значения t₀ по таблицам состояния водяного пара находим температуру, при которой воздух насыщается водяными парами. Эту температуру отмечаем на рисунке 3.1 на кривой t_маг =f(l), соответствующей принятому значению t₀. Например, при t₀=0 °C, φ=100 % и давлении сжатого воздуха в момент остановки компрессора, равном 1,0 МПа в м³ сжатого воздуха содержится 49 г влаги. Этим количеством влаги воздух насыщается при температуре 39 °С, которую имеет магистраль на расстоянии 9,5 м от компрессора. Указанным способом на рисунке 3.1 построены серии кривых l_p=f(t₀, t_маг), ограничивающих зоны начала конденсации водяных паров в пневмомагистрали при различных величинах φ₀ и t₀. Анализ графика показывает, что с повышением температуры атмосферного воздуха начало зон конденсации влаги в магистрали сдвигается ближе к компрессору и при t₀=50 °С находится от него на расстоянии 6–7 м. С понижением температуры до 0 °С конденсация влаги начинается на длине трубопровода 9-11 м, при минус 50 °С - на расстоянии 17-18 м от компрессора.

Устройства для подготовки сжатого воздуха - адсорбционные установки должны устанавливаться перед началом зоны конденсации водяных паров.

Из диаграммы вытекает важное обстоятельство: в магистрали возможна конденсация водяных паров, минуя жидкую фазу. Например, для φ₀ = 90% это будет происходить при температурах атмосферного воздуха ниже минус 25-27 °С, для φ₀=70 % при значениях ниже минус 21-23 °С и т. д. В этом случае практически исключается механическое отделение влаги.

3.3 Виды адсорбционных установок

Сжатый воздух от компрессора 4 (рисунок 3.2) через обратный клапан 5 и маслоотделитель 6 направляется через теплообменник 2 и распределительный клапан 9, управляемый кулачковым переключателем управления 1, и далее в адсорбер, например, 12. В адсорбере воздух осушается в слое адсорбента и через обратный клапан 15 и пылеотделитель 17 поступает в главные резервуары локомотива. Одновременно через дроссель 14 и открытый во время работы компрессора электропневматический клапан 16 часть сухого воздуха с давлением, близким к атмосферному, проходит через адсорбер 13, регенерирует адсорбент и через атмосферный тракт распределительного клапана отводится, в атмосферу. Переключение адсорберов 12 и 13 с режима осушки воздуха на режим регенерации адсорбента производится через каждые шесть циклов включения компрессора. Для исключения резкого сброса давления из установки в момент переключения адсорберов во время последней стоянки компрессора перед переключением адсорберов кулачковый переключатель управления 1 открывает клапан 16 и один из адсорберов разряжается через другой в атмосферу. Режим работы адсорбционной установки контролируется манометрами 10 и 11.

Рисунок 3.2 – Адсорбционная шестицикловая установка: 1 – переключатель управления; 2 – теплообменник; 3,5,7, 8, 15 – обратный клапан; 4 – компрессор; 6 – маслоотделитель; 9 – распределительный клапан; 10, 11 – манометры; 12, 13 – адсорбер; 14 – дроссель; 16 – электропневматический клапан 17 пылеотделитель

При нажатии кнопки 4 (рисунок 3.3) запускается компрессор 5 и сжатый воздух через распределительный клапан 6, адсорбер 9 и обратный клапан 13 поступает в магистраль 11 и далее к потребителю. Одновременно включается клапан 10 и через дроссель 12 сухой воздух поступает в адсорбер 8, регенерирует в нём адсорбент и отводится через распределительный клапан в атмосферу. Питание получает также вентиль 16 клапана 15, который сообщает резервуар 19 с магистралью 11, обеспечивая его зарядку через дроссель 17. При достижении в магистрали 11 давления сжатого воздуха, равного верхней уставке реле давления 2, размыкаются его контакты 1, компрессор останавливается, обесточивается вентиль клапана 10, прекращается поступление воздуха в адсорбер 8 и его регенерация, закрывается также клапан 15. Величина достигнутого давления в резервуаре 19 сохраняется на всё время стоянки компрессора, так как клапан 14 закрыт.

Рисунок 3.3 – Адсорбционная установка с симметрией циклов: 1,21, 22. 23 – контакты; 2 – реле давления; 3, 10, 16 – вентиль; 4 – кнопка; 5 – компрессор; 7 – привод; 8, 9 – адсорбер; 6, 11, 13, 14, 15 – клапан; 12, 17 – дроссель; 18 – катушка; 19 –резервуар; 20 автомат

При снижении в магистрали 11 давления сжатого воздуха (рисунок 3.3) до нижней уставки реле давления 2 его контакты 1 замыкаются, включается компрессор, продолжается осушение воздуха в адсорбере 9 и регенерация в адсорбере 8, продолжается зарядка резервуара 19 автомата 20. Давление в резервуаре растёт при всех последующих пусках компрессора, пока не достигнет величины верхней уставки автомата 20.

После этого автомат срабатывает, его контакты 22 замыкаются, получает питание вентиля 3, воздух поступает в привод 7 клапана 6 и переключает его. Адсорбер 8 начинает работать на потребителя, а в адсорбере 9 начинается регенерация адсорбента. Одновременно замыкаются контакты 21, открывается клапан 14 и сообщается с атмосферой резервуар 19. Контакты 23 размыкаются, закрывается клапан 15. При последующих включениях компрессора уровень разрядки резервуара 19 сохраняется, а так как клапан 14 на время работы компрессора закрывается, снижение давления в резервуаре до величины нижней уставки автомата 20 приведёт к переключению контактов и изменению режимов работы адсорбера на противоположные, чем завершится цикл работы установки.

В рассмотренной установке исключены потери сжатого воздуха на регенерацию адсорбента при неработающем на потребителя соседнем адсорбере, чем повышаются её экономические показатели. В установке обеспечивается цикличность переключения адсорберов по фактическому времени работы адсорбера и компрессора, что способствует симметрии рабочих циклов обоих адсорберов.

Другим примером локомотивной двухадсорберной установки является установка представленная на рисунке 3.4. Её особенность в использовании для регенерации адсорбента воздуха, находящегося в теплообменнике. Предварительная разрядка теплообменника перед началом процесса осушки в адсорбере снижает нагрузки на адсорбент, что увеличивает надежность и долговечность установки.

Воздух из теплообменника 28 поступает в адсорбер 34, осушается в нём и через дроссель 26, клапан регенерации 22 направляется в адсорбер 19, регенерирует в нём адсорбент и через клапан продувки 16 отводится в атмосферу.

Рисунок 3.4 – Адсорбционная установка с регенерацией адсорбента воздухом из змеевика: катушка – 1, 13, 33, 35; 28 – теплообменник; 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 15, 39, 40 – контакты; 8 – реле; 16, 18, 22, 23, 28, 36 – клапан; 19, 34 – адсорбер; 26 – дроссель; 24 – главный резервуар; 32 – компрессор

При падении в пневмосети давления до нижней уставки реле дав­ления замыкаются его контакты 40, получает питание катушка 1 контактора, запускается компрессор. Размыкаются контакты 14, выключая клапан регенерации 22, замыкаются контакты 39. Через замкнутые контакты 4 и 6 получает питание катушка промежуточного реле 8, замыкаются его контакты 5 и размыкаются контакты 2 и 3. Обесточивается катушка 13 реле времени и катушка вентиля 15 клапана продувки 16, который закрывается. Замыкаются контакты реле времени 9, получают питание катушки вентилей 35 и 33, открывается клапан продувки 36, закрывается отсечной клапан 28, а открывается отсечной клапан 18. Теперь сжатый воздух поступает на осушку в адсорбер 19 и далее через обратный клапан 23 в главные резервуары 24 и к потребителю.

Рисунок 3.5 – Адсорбционная установка с регенерацией золотниковым переключателем работы адсорбера: 1 – контакт; 2 – кнопка; 3 – электродвигатель; 4 –теплообменник; 5 – компрессор; 6, 11 – патрубок; 7 – золотник; 8, 15 – клапан; 9, 11, 20, 22 – канал; 10 – ось патрубка; 12 – адсорбер; 13 –клапан; 14 – дроссель; 16 – адсорбер; 17 – поршень; 18 – командный пункт; 19 – вентиль; 23 – реле давления

При достижении в магистрали давления верхней уставки реле давления оно срабатывает, размыкаются его контакты 40, теряет питание катушка 1 контактора, компрессор останавливается. Замыкаются контакты 14, включается клапан регенерации 22, размыкаются контакты 39, теряет питание катушка промежуточного реле 8, замыкаются его кон такты 2 и 3. Катушка вентиля 35 по-прежнему находится под напряжением и клапан продувки 36 открыт. Сжатый воздух из теплообменника осушается в адсорбере 19, через клапан регенерации 22 поступает в адсорбер 34, регенерирует в нём адсорбент и по клапану продувки 36 сбрасывается в атмосферу. В дальнейшем цикл работы установки повторяется.

Двухадсорберная установка (рисунок 3.5) имеет простую схему управления. Для этого переключательный клапан снабжён золотником, установленным между возвратной пружиной и штоком пневмопривода, а адсорберы размещены в общем резервуаре, разделенном перегородкой, при этом калиброванное отверстие выполнено в разделительной перегородке. Магистраль продувки сообщена с атмосферой клапанами, выполненными в золотнике и штоке привода.

Под действием сжатого воздуха поршень 17 смещает золотник 7 влево до совмещения вертикальной оси канала 9 с осью патрубка 10 адсорбера 12. Поступление сжатого воздуха в этот адсорбер прекращается, а по патрубку 11 через адсорбер 16 и обратный клапан 15 сухой сжатый воздух поступает в магистраль локомотива. Регенерация адсорбента в неработающем адсорбере 12 осуществляется отбором воздуха через дроссель 14. По истечении заданного числа пусков компрессора происходит переключение адсорберов на противоположные режимы и работа установки продолжается по описанной схеме.

Характеристики

Список файлов ВКР