CC BY
99
Общетехнические задачи и пути их решения
189
УДК 629.424.3:621.436
В. В. Кручек
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВУХДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
В статье рассматриваются способы охлаждения двухдизельной силовой установки. Предлагаются два варианта объединения водяных систем главного и вспомогательного дизеля с описанием принципа работы. Сделаны выводы о преимуществах каждого варианта объединения.
система охлаждения, объединенная система охлаждения, главный дизель, вспомогательный дизель, прогрев дизеля.
Введение
Двухдизельные силовые установки позволяют эксплуатировать каждый дизель в их составе с наименьшим удельным расходом топлива и большим значением КПД по сравнению с силовыми установками, состоящими из одного дизеля или двигателя. Схема двухдизельной силовой установки, состоящей из двух дизелей, главного и вспомогательного, представлена на рисунке 1. В данной схеме каждый дизель работает на свой тяговый генератор. Соотношение мощности между главным и вспомогательным двигателями может быть одинаковым или различным.
Рис. 1. Схема двухдизельной энергетической установки:
Д1 - главный дизель; Д2 - вспомогательный дизель; ТГ1 - тяговый генератор главного дизеля; ТГ2 - тяговый генератор вспомогательного дизеля
Однако при проектировании многодизельных силовых установок стоят вопросы охлаждения каждого дизеля в процессе работы и прогрева заглушенных двигателей в холодное время года.
Система охлаждения служит для поддержания нормального теплового режима работы двигателя путем интенсивного отвода тепла от горячих деталей двигателя и передачи этого тепла окружающей среде.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
190
Общетехнические задачи и пути их решения
1 Охлаждение двухдизельной энергетической установки
В процессе испытаний и эксплуатации тепловозов возникает ряд задач по определению показателей работы систем охлаждения в зависимости от различных факторов. Основными показателями, характеризующими работу систем охлаждения, являются значения температур воды, масла и надувочного воздуха, а также мощности, расходуемой на привод вентиляторов холодильника для поддержания этих температур. Эти показатели изменяются в зависимости от мощности дизеля, наружных температур и барометрических давлений, загрязнения секций радиатора, степени их за-чехления и др. [4].
При создании систем охлаждения стремятся оптимизировать их конструкцию по показателям массы, габаритных размеров и расходуемой мощности с учетом поддержания заданных температур теплоносителей при определенных условиях [3].
Работа секций радиатора, шахт и их вентиляторов, водомасляных теплообменников и охладителей наддувочного воздуха, гидравлических систем охлаждения на установившихся режимах описываются уравнениями теплового баланса, теплопередачи, аэродинамики и гидравлики.
Охлаждение двухдизельных силовых установок можно осуществлять по двум вариантам.
Первый вариант охлаждения реализуется путем отдельного функционирования систем охлаждения главного и вспомогательного двигателей.
Второй вариант предусматривает охлаждение двухдизельной силовой установки за счет объединенной систем охлаждения главного и вспомогательного дизелей.
2 Объединенная система охлаждения двухдизельной силовой установки
Задачей объединенной водяной системы охлаждения двухдизельной энергетической установки являются отвод теплоты от стенок цилиндра, головки поршня и других деталей, нагревающихся от соприкосновения с горячими газами или вследствие трения и поддержания в них допустимой температуры, ограничиваемой условиями наполнения цилиндра, работой форсунки, а также свойствами смазочных масел и жаростойкостью материалов.
Объединенная система охлаждения двухдизельной энергетической установки является жидкостной, замкнутой. Это означает, что вода после выхода из силовой установки поступает на охлаждение в теплообменник и затем обратно в двигатели. Рассматриваемая система содержит два контура охлаждения - основной (горячий) и дополнительный (холодный), предназначенные для охлаждения теплоносителей - воды, масла и наддувочного воздуха. Первый контур служит для охлаждения воды дизеля, второй - для
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
191
охлаждения воды, циркулирующей в водомасляном теплообменнике и охладителе наддувочного воздуха. Вода обоих контуров охлаждается в холодильнике, где установлены секции радиатора, через которые циркулирует теплоноситель (вода) [4].
В качестве холодного теплоносителя используется атмосферный воздух, подаваемый вентилятором, расположенным в шахте холодильника тепловоза. В шахте холодильника размещены секции радиатора первого и второго контуров.
Объединение водяных систем главного и вспомогательного дизелей можно осуществлять по нескольким вариантам. Способы объединения отличаются друг от друга схемами соединения контуров охлаждения главного и вспомогательного дизелей. Предлагаемые схемы объединения контуров охлаждения главного и вспомогательного дизелей представлены на рисунках 2 и 3.
2.1 Первый вариант объединения водяных систем главного
и вспомогательного дизелей
Первый вариант объединения заключается в объединении первого контура водяной системы главного дизеля с первым контуром вспомогательного и второго контура главного дизеля со вторым контуром вспомогательного дизеля. Таким образом теплоноситель после выхода из главного дизеля попадает в одноименные контуры охлаждения вспомогательного дизеля.
Рассмотрим циркуляцию охлаждающего теплоносителя в данном варианте объединения водяных систем, представленном на рисунке 2.
Первый «горячий» контур. Первый контур предназначен для охлаждения втулок и крышек цилиндров дизеля, корпуса турбокомпрессора и выпускных коллекторов. Также теплоноситель первого контура используется для обогрева кабины машиниста и подогрева топлива.
Первый вариант циркуляции воды первого контура (Д1 работает, Д2 заглушен). Водяной насос В1 первого водяного контура нагнетает воду в охлаждающие полости дизеля. Пройдя через дизель Д1, нагретая вода нагнетается в первый контур охлаждения дизеля Д2. Далее на выходе из дизеля Д2 охлаждающая вода поступает в охлаждающие секции холодильника «горячего» контура. Пройдя через секции, охлажденная вода поступает во всасывающую полость насоса В1, замыкая круг циркуляции первого контура.
Второй вариант циркуляции воды первого контура (Д1 и Д2 работают). Водяные насосы В1 и В2 первых контуров нагнетают воду в охлаждающие полости дизеля. Пройдя через дизель Д1 и Д2, нагретая вода отводится в охлаждающие секции холодильника «горячего» контура. Пройдя через секции, охлажденная вода поступает во всасывающие полости насосов В1 и В2, замыкая круг циркуляции первого контура.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
Рис. 2. Первый вариант схемы объединения водяных систем: Д1 - главный дизель; Д2 - вспомогательный дизель; ВМ1 - водомасляный теплообменник дизеля Д1; ВМ2 - водомасляный теплообменник дизеля Д2; ОВ1 - охладитель наддувочного воздуха дизеля Д1; ОВ2 - охладитель наддувочного воздуха дизеля Д2; Bl, В2 - водяные насосы первого контура дизелей Д1 и Д2; ВЗ, В4 - водяные
В в
насосы второго контура дизелей Д1 и Д2; /,,, /|2 - температура воды первого контура на выходе и входе в дизель Д1;
tB tB ттп *ВМ +ВМ
*2i s *22 _ температура воды первого контура на выходе и входе в дизель Д2; *]3 , 123 - температура воды на входе в водомасляные
теплообменники ВМ1 и ВМ2; tf2 , t22 -температура воды на выходе из водомасляных теплообменников ВМ1 и ВМ2;
,ВМ ,ВМ м м
Гц , *21 - температура воды на выходе из охладителей наддувочного воздуха ОВ1 и ОВ; Г,, , /2| - температура масла на выходе
,., .м .м
и входе в дизель Д1; *2j , *22 “ температура масла на выходе и входе в дизель Д2
192 Общетехнические задачи и пути их решения
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2011/1
Рис. 3. Второй вариант схемы объединения водяных систем: Д1 - главный дизель; Д2 - вспомогательный дизель; ВМ1 - водомасляный теплообменник дизеля Д1; ВМ2 - водомасляный теплообменник дизеля Д2; ОВ1 - охладитель наддувочного воздуха дизеля Д1; ОВ2 - охладитель наддувочного воздуха дизеля Д2; В1, В2 - водяные насосы первого контура дизелей Д1 и Д2; ВЗ, В4 - водяные
В в
насосы второго контура дизелей Д1 и Д2; ?и, tu - температура воды первого контура на выходе и входе в дизель Д1;
tB tB ТТЛ *ВМ
12р «22 ~ температура воды первого контура на выходе и входе в дизель Д2; Г,3 , f23 - температура воды на входе в водомасляные
теплообменники ВМ1 и ВМ2; t^, t- температура воды на выходе из водомасляных теплообменников ВМ1 и ВМ2;
.вм ,вм „ Лш Л1) м
д 1 ? *21 - температура воды на выходе из охладителен наддувочного воздуха ОВ1 и ОВ; Г, ] , 12{ - температура масла на выходе и
тт, +М +М
входе в дизель Д]; Г21 , f22 - температура масла на выходе и входе в дизель Д2
VO
U)
Общетехнические задачи и пути их решения
194
Общетехнические задачи и пути их решения
Второй «холодный» контур. Второй контур предназначен для охлаждения масла и наддувочного воздуха.
Первый вариант циркуляции воды второго контура (Д1 работает, Д2 заглушен). Водяной насос В3 второго водяного контура нагнетает воду в водомасляный теплообменник ВМ1 дизеля Д1. Охладив масло, вода поступает в охладитель надувочного воздуха ОВ1. Охладив наддувочный воздух дизеля Д1, нагретая вода поступает в водомасляный теплообменник ВМ2 дизеля Д2, далее в охладитель наддувочного воздуха ОВ2. Пройдя ОВ2, вода поступает в охлаждающие секции холодильника «холодного» контура. Пройдя секции охлаждения, охлаждающая жидкость поступает во всасывающую полость насоса В3, замыкая круг циркуляции второго контура.
Второй вариант циркуляции воды второго контура (Д1 и Д2 работают). Водяные насосы В3 и В4 вторых водяных контуров дизелей Д1 и Д2 нагнетают воду в водомасляные теплообменники ВМ1 дизеля Д1 и ВМ2 дизеля Д2. Пройдя через ВМ1 и ВМ2, охлаждающая вода поступает в охладители наддувочного воздуха ОВ1 и ОВ2 дизелей Д1 и Д2 соответственно. Из ОВ1 и ОВ2 нагретая вода поступает в охлаждающие секции холодильника «холодного» контура. Далее охлажденная вода поступает во всасывающие полости насосов В3 и В4, замыкая круг циркуляции второго контура.
2.2 Второй вариант объединения водяных систем главного
и вспомогательного дизелей
Отличие второго варианта от первого заключается в том, что за счет объединения водяных систем главного и вспомогательного дизелей теплоноситель сначала поступает из двух контуров главного дизеля во второй контур водяной системы вспомогательного дизеля. Пройдя второй контур вспомогательного дизеля, теплоноситель нагнетается в первый контур вспомогательного дизеля, далее в секции охлаждения.
Данная схема циркуляции охлаждающего теплоносителя представлена на рисунке 3.
Первый вариант циркуляции воды первого контура (Д1 работает, Д2 заглушен). Водяной насос В1 первого водяного контура нагнетает воду в охлаждающие полости дизеля. Пройдя через дизель Д1, нагретая вода нагнетается во второй контур охлаждения дизеля Д2. После выхода из второго контура дизеля Д2 охлаждающая вода поступает в первый контур дизеля Д2, затем в секции охлаждения. Пройдя через секции, охлажденная вода поступает во всасывающую полость насоса В1, замыкая круг циркуляции первого контура.
Второй вариант циркуляции воды первого контура (Д1 и Д2 работают). Водяные насосы В1 и В2 первых контуров нагнетают воду в охлаждающие полости дизеля. Пройдя через дизели Д1 и Д2, нагретая вода от-
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
195
водится в охлаждающие секции холодильника «горячего» контура. Пройдя через секции, охлажденная вода поступает во всасывающие полости насосов В1 и В2, замыкая круг циркуляции первого контура.
Первый вариант циркуляции воды второго контура (Д1 работает, Д2 заглушен). Водяной насос В3 второго водяного контура нагнетает воду в водомасляный теплообменник ВМ1 дизеля Д1. Охладив масло, вода поступает в охладитель наддувочного воздуха ОВ1. Охладив надувочный воздух дизеля Д1 , нагретая вода поступает в водомасляный теплообменник ВМ2 дизеля Д2, далее в охладитель наддувочного воздуха ОВ2. Пройдя ОВ2, вода поступает в первый контур системы охлаждения дизеля Д2. Пройдя через первый контур дизеля Д2, теплоноситель поступает в охлаждающие секции холодильника. Пройдя секции охлаждения, охлаждающая жидкость поступает во всасывающую полость насоса В3, замыкая круг циркуляции второго контура.
Второй вариант циркуляции воды второго контура (Д1 и Д2 работают). Водяные насосы В3 и В4 вторых водяных контуров дизелей Д1 и Д2 нагнетают воду в водомасляные теплообменники ВМ1 дизеля Д1 и ВМ2 дизеля Д2. Пройдя через ВМ1 и ВМ2, охлаждающая вода поступает в охладители наддувочного воздуха ОВ1 и ОВ2 дизелей Д1 и Д2 соответственно. Из ОВ1 и ОВ2 нагретая вода поступает в охлаждающие секции холодильника «холодного» контура. Далее охлажденная вода поступает во всасывающие полости насосов В3 и В4, замыкая круг циркуляции второго контура.
Заключение
Рассмотрев варианты объединения водяных систем двухдизельной силовой установки, можно сделать выводы, что объединенная водяная система позволяет осуществлять прогрев заглушенного дизеля в холодное время года, кроме того, она осуществляет подогрев теплоносителей вспомогательного дизеля. Исследования, проводимые на дизелях серии 1 ОД 100, показывают, что снижение часового расхода топлива на холостом ходу с увеличением температуры воды на 30°С составляет 5-10 %. При повышении температуры масла от 38 до 65 °С часовой расход топлива в режиме холостого хода снижается на 23 %. С увеличением температуры воды на 45°С происходит уменьшение периода задержки воспламенения на 5-7°С. Это приводит к улучшению пусковых качеств и улучшению рабочего процесса в цилиндрах дизеля [3] .
Исследования режимов работы вспомогательных систем тепловозов ТЭМ2 с дизелем ПД1М (6ЧН 31,8/33) и ЧМЭ3 с дизелем K6S310DR (6ЧН 31/36) показали, что в наихудших условиях с точки зрения сохранения энергии находятся масляная система и второй контур водяной системы дизеля [5].
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
196
Общетехнические задачи и пути их решения
Таким образом, можно сделать вывод, что второй вариант объединения водяных систем (рис. 3) является предпочтительнее, т. к. теплоноситель отдает большую часть тепла маслу и воде второго контура.
Библиографический список
1. Энергетические установки подвижного состава / В. А. Кручек, В. В. Грачев, В. В. Крицкий. - М. : Академия, 2006. - 352 с. - ISBN 5-7695-2295.
2. Локомотивные энергетические установки / А. И. Володин, В. З. Зюбанов, В. Д. Кузьмич. - М. : ИПК «Желдориздат», 2002. - 718 с. - ISBN 5-94069-029-7.
3. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания / А. Э. Симсон, А. З. Хомич, А. А. Куриц и др. - М. : Транспорт, 1987. - 536 с.
4. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей / А. И. Володин. - М. : Транспорт, 1985. - 217 с.
5. Повышение эффективности прогрева маневрового тепловоза в зимнее время за счет использования вторичных энергоносителей : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 : защищена 22.10.2009 : утв. 05.04.2010 / Чертыковцева Наталья Валерьевна. - Самара, 2009. - 162 с.
Статья поступила в редакцию 23.11.2010;
представлена к публикации членом редколлегии А. В. Грищенко.
УДК 504:656.2
Е. И. Макарова
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Проведена оценка качества новых технологий ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов с использованием самопроизвольно твердеющих вяжущих смесей в сравнении с известными применяемыми в настоящее время на железнодорожном транспорте технологиями.
защита окружающей среды на транспорте, качество технологии, аварийные разливы нефтепродуктов, вяжущие смеси, технология биологической очистки, технология механической очистки, ликвидация аварийных разливов нефтепродуктов.
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
