ДИПЛОМ (1229627), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В США фирма Микровор Инкорпорейтед серийно выпускает систему прогрева тепловозных дизелей. Система представляет собой специальный блок, состоящий из вспомогательного дизель-генератора, обеспечивающего прогрев основного двигателя как электрокотлом, так и теплом, отводимым охлаждающей водой и отработавшими газами. Электрические аппараты управления тепловым режимом основного дизеля, отключающие устройства безопасности и устройства для постоянной подзарядки аккумуляторных батарей, также входят в этот блок. Учитывая величину экономии дизельного топлива, которую можно получить применением такой системы, она рекомендована для массовой установки на тепловозах железных дорог США. Единственным его недостатком является большие габаритные размеры дизель-генератора, теплообменников – газовых и электрических, которые сложно разместить в кузове тепловоза. [2]
Интересные системы охлаждения применены на тепловозах серий V36, V320 (Германия), в которых температура воды при работе дизеля регулируется не изменением потока воздуха через радиатор, а изменением потока воды, проходящего через него (рисунок 1.4). При температуре ниже нормальной вода, засасываемая циркуляционным насосом 1, прокачивается через дизель 2 и водомасляный теплообменник 3, с ответвлением части воды на охлаждение вакуумного тормозного насоса 4 и через термостатный клапан 5 возвращается в водяной бак 6. Если температура воды превышает установленную норму, термостатный клапан 5 открывает проход к холодильнику 7, пройдя который циркулирующая вода смешивается с водой, находящейся в баке. [2]
Рисунок 1.4 – Схема сиcтемы охлаждения зарубежных тепловозов V36, V320 [16]
На тепловозах U25B, U28B и U50 американской компании «Дженералэлектрик» применяются подобные системы охлаждения. В этих системах охлаждения оптимальная температура теплоносителей поддерживается автоматически в любое время года на всех нагрузках за счёт организации перепуска воды (рисунок 1.5). Циркуляционный насос 1 подаёт охлаждающую воду из дизеля 2 непосредственно в водяной бак 5 или через секции холодильника 6. Вода из секций холодильника возвращается в бак и за тем поступает в насос через водомасляный теплообменник 3 и дизель. Количество воды, проходящее через секции, регулируется с помощью шести спаренных клапанов 4, работающих параллельно тремя группами. При низкой температуре охлаждающей воды клапаны закрыты, и вся вода из двигателя поступает в бак в обход секций холодильника. С повышением температуры воды соответствующие термостаты срабатывают и открывают поочерёдно клапаны всех трёх групп. Температура воды в системе поддерживается в диапазоне 74–82 °С. [2]
Рисунок 1.5 – Схема сиcтемы охлаждения зарубежных тепловозов U25B, U28B и U50 [16]
Прогрев силовой установки тепловоза при таких системах охлаждения производится при отключенном холодильнике, что позволяет значительно уменьшить теплоотдачу в окружающую среду и, следовательно сократить затраты теплоты при прогреве. Кроме того, такие системы позволяют значительно увеличить безопасный простой тепловоза с остановленным двигателем путём слива воды из радиаторов в теплоизолированный водяной бак.
На основании выше изложенного можно заключить, что в настоящее время недостаточно разработаны надёжные простые по конструкции и обслуживании, эффективные систем предпускового прогрева силовых установок тепловозов. Практически единственным способом прогрева тепловозных дизелей на сети железных дорог является их самопрогрев.
Значительно сократить топливо на обогрев тепловозов и исключить недостатки, связанные с их самообогревом, можно путём применения внешних источников энергии, имеющих более высокий К.П.Д. чем двигатели тепловозов, работающих в режиме самообогрева и обеспечивающих возможность поддержки ТСУ тепловозов в мобильном состоянии на минимально доступном температурном уровне.
В качестве внешних источников энергии для обогрева тепловозов наиболее часто могут быть использованы котельные (депо, смежных предприятий), районные котельные, ТЭЦ с теплоносителями в виде пара или нагретой воды. Во многих депо мощность котельной для этого может оказаться недостаточной, а её реконструкция по различным причинам в ближайшее время – невозможна. В таких случаях, в особенности в восточных районах страны, для этой цели может быть использована одна из секций тепловозов, находящихся в отстое, при этом энергия, вырабатываемая дизелем (в виде теплоты, передаваемой охлаждающей воде, маслу, выхлопным газам и электроэнергии тягового генератора) достаточно высоким К.П.Д., может быть передана обогреваемым тепловозам через теплообменники, располагаемые в тепловом пункте установки. К.П.Д. такой установки (предложенной ХИИТом) без учёта потерь во внешних коммуникациях, может достигать 90 %, то есть превысить К.П.Д. стационарных котельных локомотивного депо, а стоимость её может оказаться ниже, чем сооружение новой или реконструкция существующей котельной. [5]
Установки, предназначенные для циркуляционного обогрева тепловозов, находящихся в отстое депо, должны удовлетворять следующим требованиям и обеспечивать: мобильное состояние теплосиловых установок тепловозов при минимально допустимой температуре систем их охлаждения (то есть при минимальных их температурах, обеспечивающих минимальный расход энергии на обогрев) по условиям запуска двигателей, в том числе и при минимально возможной температуре наружного воздуха в данном регионе; сохранение первоначальных качеств теплоносителей систем охлаждения (воды и масла) в обогреваемых тепловозах; минимальную трудоёмкость операций при подключении тепловозов к системе обогрева и отключении от неё; минимальный объём модернизации тепловозов. [5]
Обогрев тепловозов, находящихся в отстое, должен быть по возможности автоматизирован. Применяемая для таких установок оборудование должно быть стандартным, не требующим индивидуального изготовления, поставляться в депо централизованно.
Основное оборудование необходимо по возможности сосредотачивать в одном месте (тепловом пункте), расположенного в центре тепловых нагрузок или в котельной, избегая загромождения междупутья. В связи с тем, что у разных типов тепловозов различные схемы охлаждающих устройств, имеет место изменение и в принципиальных схемах систем их циркуляционного обогрева от внешних источников энергии в методике их расчёта. При этом для обогрева водяных контуров систем охлаждения тепловозов может быть применена централизованная система их обогрева, с расположением теплообменника и циркуляционных насосов в тепловом пункте установки или децентрализованная, с применением индивидуальных теплообменников и циркуляционных насосов, установленных непосредственно у обогреваемых секций тепловозов.
Преимуществом первой системы является: возможность централизованного автоматического управления процессом обогрева; простота обслуживания установки; минимальное загромождение междупутья вместе отстоя тепловозов. Существенным недостатком затрудняющим её применение, является перемешивание охлаждающей воды разного качества, находящейся в обогреваемых тепловозах. Этот недостаток исключается при индивидуальном обогреве водяных систем тепловоза, при котором меньше и капитальные вложения ввиду отсутствия необходимости сооружения теплового пункта.
В тепловозах, необорудованных водомасляными теплообменниками, например, 2ТЭ10В и другие, обогрев масляных систем охлаждения предусмат-ривается с помощью индивидуальных водомасляных теплообменников.
Проанализировав все выше приведённые способы поддержания ТСУ тепловозов на соответствующем, по условиям запуска, температурном уровне наиболее реальным для внедрения, с целью экономии топлива, мероприятием будет сооружение стационарной установки обогрева тепловозов при отстое под депо.
2 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТИПОВ ПРОГРЕВА ТЕПЛОВОЗОВ
2.1 Разработка бортовой системы прогрева силовой установки тепловоза с применением аккумуляторов тепловой энергии
Для аккумулирования тепловой энергии могут использоваться вещества с высокой удельной теплоёмкостью. Применение скрытой теплоты фазовых переходов которых (известного физического принципа перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое) позволит значительно повысить эффективность предпускового прогрева системы охлаждения тепловоза в холодное время года. Температура фазового перехода, так же как и количество тепла, поглощаемого или выделяемого при этом процессе зависит от типа применяемого вещества и меняется в широких пределах. Для определения типа такого вещества необходимо определить источник энергии, необходимой для его плавления. [6]
На тепловозе существует множество источников тепла, основные из них – это тяговый генератор, тяговые электродвигатели (тепловые потери машин), резисторы ослабления поля, тепло выхлопных газов, масляная и водяная системы дизеля. Необходимо определить самый оптимальный из них.
Произведём расчёт количества теплоты выделяемого от обмоток электрических машин (тягового генератора, тяговых электродвигателей) тепловозов серии ТЭ10.
Тепло, выделяемое обмотками тягового генератора, определяем по формуле
, кВт, (2.1)
где 
– тепловые потери электрической машины;
– сумма потерь в машине при номинальной нагрузке.
, кВт, (2.2)
где 
– К.П.Д. тягового генератора, для ГП–311–Б = 0,942;
– номинальная активная мощность генератора, = 2000 кВт.
, кВт, (2.3)
где 
– механические потери машины.
Подставив численные значения в формулы(2.1)–(2.3), получим:
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
