Підвищення ефективності тепловоза застосуванням водомасляного пластинчатого теплообмінника - Автореферат

Для випуску конкурентноспроможних на внутрішньому і зовнішньому ринку тепловозів необхідно постійно підвищувати їх техніко-економічну ефективність, наприклад, за рахунок поліпшення використання паливно-енергетичних і сировинних ресурсів. Подальше підвищення техніко-економічної ефективності тепловозів нерозривно повязано зі створенням принципово нових конструкцій охолодників, а так само інтенсифікацією теплообміну в них. В роботі запропонована конструкція теплообмінника, в якої використовані як теплообмінні поверхні не круглі трубки з міді, що застосовуються в даний час, а тонкі сталеві листи складного профілю, які дозволяють позитивно використовувати для інтенсифікації теплообміну вимушену вібрацію, що виникає при роботі тепловоза. Метою дослідження є поліпшення використання сировинних ресурсів за рахунок зниження витрати кольорового металу в системах охолодження тепловоза в результаті створення водомасляного пластинчатого теплообмінника з теплообмінними поверхнями з тонких сталевих листів спеціального профілю, що утворять усередині щілинні канали каплеподібної форми, а зовні - конфузор-дифузорної форми, із позитивним використанням для інтенсифікації теплообміну вимушеної вібрації шляхом часткової руйнації прикордонного шару. аналітичний опис процесу теплообміну для досліджуваної теплообмінної поверхні, що має в перетині гофри спеціального профілю;Показано, що великий обсяг в області досліджень і розробок устаткування для організації процесів теплообміну проводилися і проводяться різноманітними організаціями країн СНД, такими як: Східноукраїнський державний університет, Харківська академія залізничного транспорту, Дніпропетровський державний університет залізничного транспорту, НДІ Держбуду України, УКРНДІХІММАШ, Московський державний університет шляхів сполучення, Всеросійський теплотехнічний інститут, Всеросійський науково-дослідний інститут залізничного транспорту, Всеросійський наукова-дослідний тепловозний інститут, Науково-дослідний конструкторсько-технологічний інститут тракторних і комбайнових двигунів, ХК «Луганськтепловоз» і ін., так і дальнього зарубіжжя, такими як: «Alfa-Laval» (Швеція), “SWEP” (Швеція), «W. Показано, що одним із перспективних методів, що інтенсифікують теплообмін, є використання вібрації теплообмінних поверхонь, що дозволять частково або цілком зруйнувати прикордонний шар і турбулізувати потоки теплоносіїв. На підставі аналізу проведених досліджень і в звязку з перспективністю застосування більш дешевих пластинчатих поверхонь теплообміну з тонкого сталевого листа замість коштовних мідних труб малого діаметра, запропонована конструкція рекуперативного пластинчатого водомасляного теплообмінника з конфузор-дифузорними і каплеподібними щілинними каналами, у якій для інтенсифікації теплообміну поряд із впливом на потік робочого середовища формою поверхні теплообміну, використовується і вимушена вібрація, що виникає при роботі дизель-генераторної установки локомотива, що частково руйнує прикордонний шар, не порушуючи при цьому ядра. Гофри з геометричними параметрами, поданими вище, мають товщину втрати імпульсу і товщину витиснення при обтіканні їх теплоносієм (маслом), що дозволяє використовувати вібрацію, що виникає на піддизельній рамі тепловоза при його роботі у номінальному режимі, для часткової руйнації прикордонного шару. У розділі подана методика проведення і методика обробки отриманих даних теплотехнічних і гідродинамічних випробувань дослідного пластинчатого водомасляного теплообмінника як при впливі на нього вимушеної вібрації, так і без вібрації, тобто коли теплообмінник знаходився в нерухомому стані.Дисертаційна робота присвячена актуальній для залізничного транспорту проблемі поліпшення використання сировинних ресурсів при виробництві тепловозів у результаті удосконалення водомасляних теплообмінних апаратів для системи охолодження, що дозволяє замінити робочі поверхні з мідних трубок сталевими листами. Подані в дисертації результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють зробити такі висновки: У результаті проведених досліджень виявлений резерв поліпшення використання сировинних ресурсів при виробництві тепловозів, що полягає в зниженні використання кольорових металів в охолодному устаткуванні шляхом застосування нових конструкцій водомасляних теплообмінників пластинчатого типу. На підставі аналізу науково-технічної інформації розроблена нова схема пластинчатого рекуперативного водомасляного теплообмінника й обраний метод інтенсифікації теплообміну в ньому, що полягає в сполученні геометричних параметрів теплообмінної поверхні, як-от, конфузор-дифузорного перетину каналу, з вимушеною вібрацією на піддизельной рамі, що має місце при роботі тепловоза, що дозволяє замінити теплообмінні поверхні з мідних трубок малого діаметра, використовувані в даний час, тонкими сталевими листами з гофрами спеціального профілю, і тим самим підвищити ефективність тепловоза.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Дисертаційна робота присвячена актуальній для залізничного транспорту проблемі поліпшення використання сировинних ресурсів при виробництві тепловозів у результаті удосконалення водомасляних теплообмінних апаратів для системи охолодження, що дозволяє замінити робочі поверхні з мідних трубок сталевими листами.

Подані в дисертації результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють зробити такі висновки: У результаті проведених досліджень виявлений резерв поліпшення використання сировинних ресурсів при виробництві тепловозів, що полягає в зниженні використання кольорових металів в охолодному устаткуванні шляхом застосування нових конструкцій водомасляних теплообмінників пластинчатого типу.

На підставі аналізу науково-технічної інформації розроблена нова схема пластинчатого рекуперативного водомасляного теплообмінника й обраний метод інтенсифікації теплообміну в ньому, що полягає в сполученні геометричних параметрів теплообмінної поверхні, як-от, конфузор-дифузорного перетину каналу, з вимушеною вібрацією на піддизельной рамі, що має місце при роботі тепловоза, що дозволяє замінити теплообмінні поверхні з мідних трубок малого діаметра, використовувані в даний час, тонкими сталевими листами з гофрами спеціального профілю, і тим самим підвищити ефективність тепловоза.

Розроблено математичну модель розрахунку параметрів теплообмінної поверхні, на підставі якої отримані вираження для визначення тепловіддачі на досліджуваній пластинчатій поверхні, адекватні експерименту, а також товщини втрати імпульсу і товщини витиснення на гофрах спеціального профілю.

На підставі отриманих виражень для розрахунку товщини втрати імпульсу і товщини витиснення на поверхні з гофрами спеціального профілю, а також з урахуванням теоретичних досліджень отримані геометричні характеристики гофри теплообмінної поверхні: кут нахилу обтічника до циліндричної частини гофри - a=50, внутрішній радіус циліндричної частини гофри - Rв=2 мм, зовнішній радіус циліндричної частини гофри - Rн=2, 8 мм, товщина пластинчатої поверхні - d1=0, 8 мм.

Створено дослідний зразок рекуперативного водомасляного пластинчатого теплообмінника з конфузор-дифузорними і каплеподібними щілинними каналами, в якому теплообмінні поверхні виконані з тонкого оцинкованого сталевого листа з гофрами спеціального профілю.

Проведені експериментальні дослідження дослідного пластинчатого теплообмінника дозволили одержати його характеристики і виявити, що в результаті впливи вібрації на теплообмінну поверхню з амплітудою коливань - до 0, 2 мм і частотою від 15 Гц до 25 Гц інтенсивність теплообміну зростає до 30% при збільшенні коефіцієнта опору до 20%, тобто отриманий ріст інтенсивності теплообміну випереджає гідравлічний опір.

На підставі експериментальних даних отримані критеріальне рівняння для знаходження критерію Нуссельта і коефіцієнта опору досліджуваних поверхонь, що утворять конфузор-дифузорні щілинні канали.

Розроблено методику і програму розрахунку теплообмінного апарата пластинчатого типу з урахуванням вимушеної вібрації, що дозволило спроектувати водомасляний пластинчатий теплообмінник для системи охолодження тепловоза типу 2ТЭ116, застосування якого дозволить одержати економічний ефект за рахунок відмови від використання кольорового металу, здешевлення технології виготовлення і зниження витрат на обслуговування в розмірі 18830 грн. на секцію (у розрахунку на 1. 08. 1999 г).

Результати дисертаційної роботи використовуються в ХК «Луганськтепловоз» при розробці водомасляних теплообмінників для магістральних тепловозів і дизель-поїздів, що дозволяє скоротити обсяг, трудомісткість і вартість дослідно-конструкторських і експериментальних робіт.

1. Могила В. И., Игнатьев О. Л., Креспо Н. В. Выбор рациональной формы диффузор-конфузорных и сфера-угольных каналов водомасляного теплообменника для систем охлаждения магистральных тепловозов. // Вестник Восточноукраинского государственного университета. Изд-во ВУГУ. Сер. Транспорт. - 1996. - С. 75-79.

2. Игнатьев О. Л., Могила В. И. Некоторые результаты экспериментальных исследований компактного рекуперативного пластинчатого теплообменника // Транспорт. - Луганск: ВУГУ. - 1998. - С. 34-42.

3. Могила В. И., Игнатьев О. Л. Результаты гидродинамических исследований рекуперативного пластинчатого теплообменника // Вісн. Східноукр. держ. ун-ту. - 1999. - №1 (16). - С. 37-40.

4. Игнатьев О. Л., Могила В. И. Определение характеристик пограничного слоя на поверхности сфера-угольного профиля в охладителях масла транспортных средств // Промисловий транспорт. - Луганськ: СУДУ. - 1999. - С. 108-110.

5. К вопросу интенсификации теплообмена в водомасляном теплообменнике с диффузор-конфузорными и сфера-угольными каналами / Игнатьев О. Л., Могила В. И., Креспо Н. В. ; Восточноукр. Ун-т, Луганск. - 1995, - 7 с. : ил. - Библиогр. : 4 назв. - Рус. - Деп. В ГНТБ Украины 01. 12. 95. № 2579 - Ук 95.

6. Решение про выдачу патента Украины на изобретение № 97031075, МКИ 6 F28D 9/04, F28F 7/00. Теплообменник. Могила В. И., Игнатьев О. Л., Коняев А. Н. Заявл. 11. 03. 97; Опубл. 10. 10. 98. - 7с.

7. Игнатьев О. Л., Могила В. И., Креспо Н. В. Обеспечение запаса надежности силового оборудования тепловозов за счет интенсификации теплообмена в рекуперативном теплообменнике // Тезисы докладов. ІХ Международ. конф. «Проблемы механики железнодорожного транспорта». Изд-во Днепропетровского государственного технического университета железнодорожного транспорта. - Днепропетровск. - 1996. - С. 35.

Игнатьев О. Л., Могила В. И., Креспо Н. В., Тищенко В. А. Экспериментальные исследования рабочих процессов в компактном рекуперативном теплообменнике // Тезисы докладов. VII Международн. научно-техническая конф. «Проблемы развития рельсового транспорта». - Крым, Ливадия. - 1997. -С. 43-44.

9. Игнатьев О. Л., Могила В. И., Кочура А. В. Экспериментальные исследования теплоотдачи в компактном рекуперативном теплообменнике // Тезисы докладов. VIII Международн. научно-техническая конф. «Проблемы развития рельсового транспорта». - Крым, Алушта. - 1998. - С. 39-40.

10. Могила В. И., Игнатьев О. Л., Малахов О. В. Результаты экспериментального исследования водомасляного пластинчатого теплообменника // Тезисы докладов. IX Международн. научно-техническая конф. «Проблемы развития рельсового транспорта». - Крым, Алушта. - 1999. - С. 23-24.