CC BY
10
создании блочно-модульных насосов со сменными деталями проточной части. Для получения требуемых режимных параметров секционных насосов серии ЦНС для нового унифицированного ряда - напора, подачи, мощности, КПД и удельной быстроходности -предложены уточненные методы немодельной корректировки геометрии сменных деталей.
Ключевые слова: центробежный насос, теория подобия, сменные детали, режимные параметры, напор, подача, удельная быстроходность.
According to the test results of the prototype pump, it is required to adjust the design dimensions of the basic elements of the flow part using model and non-model recalculation. It is shown that these methods are the most justified when creating block-modular pumps with replaceable parts of the flow part. To obtain the required operating parameters of sectional pumps of the CNS series for a new unified range - head, feed, power, efficiency and specific speed - refined methods of non-model adjustment of the geometry of replaceable parts are proposed.
Keywords: centrifugal pump, similarity theory, replaceable parts, operating parameters, pressure, flow, specific speed.
УДК 629.424.3
ПАЛАМАРЧУК Н.В., д-р техн. наук, профессор (Донецкий институт
железнодорожного транспорта) ДЕНИСЕНКО Д.А., аспирант (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Совершенствование конструкции автоматического регулятора температуры воды и масла дизеля тепловоза ЧМЭ3
Palamarchuk N.V., Doctor of Technical Sciences, Professor (DRTI) Denisenko D.A., graduate student (DRTI)
Improvement of the design of the automatic water and oil temperature controller of the diesel locomotive CHME3
Введение
На железных дорогах России основным локомотивом для
выполнения маневровых работ, а также использующимся в грузовом и пассажирском движении является тепловоз серии ЧМЭ3. С каждым годом возрастают объемы перевозок и, соответственно, увеличивается
нагрузка на главный элемент автономного локомотива - дизель.
Высокоэффективная система охлаждения определяет эффективность эксплуатации и технического
обслуживания силовых установок с двигателями внутреннего сгорания. На водяную систему охлаждения тепловозов приходится до 30% всех отказов и неисправностей по дизелю.
Применяемые компоненты и устройства системы охлаждения в дизельном двигателе тепловоза ЧМЭ3 не обеспечивают достаточной экономичности и надежности работы дизеля из-за морального устаревания.
Из-за несовершенной и морально устаревшей релейной конструкции системы автоматического регулятора температуры не соблюдаются нормы по теплопотерям и энергозатратам в
контуре системы охлаждения дизеля [1]. Также из-за сложности релейной конструкции, регулятор требует частого и высококвалифицированного осмотра и регулировки.
Именно совершенствование
конструкции регулятора температуры воды и масла является экономически целесообразным, так как внедрение электронных компонентов в систему регулирования температуры с учётом научно-технического прогресса не потребует высоких денежных затрат, но принесет большой экономический эффект.
Анализ последних исследований и публикаций
Проблемам в работе систем охлаждения дизельных двигателей в специализированных научных изданиях уделяется достаточно большое внимание. Российскими учёными проведены довольно глубокие исследования в области локомотивных теплообменных устройств.
Так, В.И. Горин в работе [1] предложил методику определения критериального показателя для выбора рациональных теплотехнических и аэродинамических параметров вновь создаваемого радиатора с учетом специфики его работы в охлаждающих устройствах различных тепловозов отечественного производства.
В работе В.И. Горина основное внимание уделено общей конструкции теплообменных устройств, однако не затронута тема модернизации отдельных компонентов системы охлаждения для уменьшения эксплуатационных затрат и увеличения показателя надёжности работы двигателя, в частности автоматического регулятора температуры воды и масла.
Авторы работы [2] указывают на
то, что применение фазовых переходов в системе охлаждения дизеля тепловоза является возможным и перспективным. Также он указывает, что применение стандартных радиаторных секций в качестве конденсаторов пара является возможным и имеет преимущества над использованием радиаторов с круглыми трубками.
В работе [2] обосновывается применение фазовых переходов в системе охлаждения и радиаторных секций, вместо обычных радиаторов с круглыми трубками, но также не рассмотрен вариант совершенствования конструкции автоматического
регулятора температуры, что позволило бы значительно увеличить ресурс работы дизельного двигателя тепловоза.
Цель работы
Разработка конструкции
автоматического регулятора
температуры воды и масла дизеля тепловоза ЧМЭ3 путём замены, устаревшей механической релейной системы управления холодильными камерами на электронную, с надежной и стабильной работой в тяжелых и аварийных условиях.
Основная часть
Водяная система охлаждения предназначена для охлаждения двигателя и поступающего в него воздуха. Водяная система включает водяной бак, водяной насос, секции охлаждения, вентиляторы охлаждения, теплообменника и автоматическую систему регулирования температуры воды.
В качестве силовой установки на тепловозе ЧМЭ3 установлен дизель K6S310DR, имеющий двухконтурную водяную систему охлаждения (рис. 1).
Рис. 1. Система охлаждения тепловоза ЧМЭ3
Для охлаждения воды основного контура используются шестнадцать, а вспомогательного - восемь водяных секций, установленных в шахте холодильника. Оба контура объединены расширительным баком, укрепленным
над шахтой холодильника [3].
На коллекторе горячей воды установлены термореле РТЖ1, РТЖ2 и РТЖ4 автоматического регулятора температуры (рис. 2).
Рис. 2. Расположение термореле на коллекторе горячей воды
Основной деталью термореле является биметаллическая спираль.
При повышении температуры воды спираль скручивается за счет неравномерного линейного расширения двух различных металлов, из которых
она выполнена. В результате контакты переключаются, замыкая
соответствующую цепь
переключателями ВВ01, ВВОЗ и ВВ04 (рис. 3).
МВХ - двигатель привода вентилятора холодильника вспомогательного контура; РТЖ1, РТЖ2, РТЖ4 - термореле; ВГ - вспомогательный генератор; ВПЖ1, ВПЖ2, ВПЖ4 - электропневматические вентили
Рис. 3. Цепи управления холодильником
Когда температура воды в вспомогательном контуре охлаждения повышается до 65 °С, замыкаются контакты механического термореле РТЖ4, образуя цепь: провод 202, контакты термореле РТЖ4, провод 272, катушки контактора КМВХ и вентиля ВПЖ4, провод 112, общий «минус». Включившись, Контактор КМВХ обеспечивает питание обмоток электродвигателя МВХ привода вентилятора холодильника
вспомогательного контура. Вентиль ВПЖ4 пропускает воздух под высоким давлением из резервуара управления в цилиндры привода боковых и верхних жалюзи холодильника. Начинается усиленное охлаждение воды, циркулирующей по вспомогательному контуру.
Когда температура воды в главном контуре охлаждения повышается до
70 °С, замыкаются контакты термореле РТЖ1 между проводами 202 и 249, обеспечивая питание катушки вентиля ВПЖ1 привода боковых жалюзи главного холодильника - начинается более интенсивное охлаждение воды, циркулирующей по основному контуру.
Если вода продолжает
нагреваться, то при температуре 80 °С замкнутся контакты термореле РТЖ2 между проводами 202 и 244. Включается вентиль ВПЖ2, который открывает верхние жалюзи главного холодильника и производит впуск масла в гидромуфту редуктора привода главного вентилятора.
Охлаждение воды начинаем идти еще интенсивнее. При снижении температуры воды на 7 °С относительно температуры включения реле, биметаллическая спираль повернет стержень в обратную сторону
(мембрана опустится), и термореле выключится: вентилятор остановится, а жалюзи закроются [4].
При длительной и интенсивной эксплуатации тепловоза механизм реле быстро изнашивается и дает сбои в работе. Также при прохождении ТО и ТР на тепловозе необходимо проверять механическое термореле на
корректность работы и при необходимости заниматься их подстройкой и регулировкой, что влечёт за собой дополнительное время простоя и трудозатраты [5].
Характерными неисправностями механических термореле являются:
- подгорание контактов вследствие частых коммутаций;
- излом биметаллической
спирали;
- заклинивание рычажно-пружинного механизма;
- обрыв обмотки реле;
- межвитковое замыкание.
В статье предлагается
модернизация системы автоматической регулировки температуры воды в системе охлаждения путем замены, устаревшей электромеханической
релейной системы на электронную, основанную на работе
полупроводникового термоконтроллера и твердотельных реле.
Термоконтроллер (регулятор температуры) (рис. 4) - устройство, предназначенное для отслеживания и поддержания заданного температурного уровня во время работы дизеля.
Рис. 4. Термоконтроллер ТК-1000/16
Регулятор температуры включает в себя два элемента - электронный микропроцессор и цифровой преобразователь. Процессор выполняет вычислительные функции,
преобразователь предназначен для оцифровывания сигналов, поступающих от температурного датчика.
Универсальный термоконтроллер ТК-1000/16 - устройство для автоматического поддержания
температуры в заданном диапазоне и используется для управления работой нагревательных или охлаждающих приборов.
Применяется для контроля температуры в автоматизированных системах управления, питается от бортовой сети тепловоза. В качестве датчика температуры используется хромель-алюмелевая термопара.
Температурный контроллер
оснащен датчиком температуры с одной стороны и охлаждающим устройством с другой (холодильная камера тепловоза) через твердотельное реле.
Твердотельное реле (рис. 5) - это электронное устройство, являющееся
типом
реле
без
механических
движущихся частей, служащее для
коммутации цепей различных
мощностей с помощью низких
напряжений, подаваемых на клеммы управления.
К1РШ0Я
ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ НТН-6044703 60А
Упр. вход: 3...32 УРС
Нагрузка: «...480 Ж, 47...63 Нг, 60 А
Рис. 5. Твердотельное реле
Как только датчик подает сигнал об изменении температуры до значения (65, 70, 80 °С), терморегулятор преобразует полученные данные в выходной сигнал и подает управляющее напряжение на твердотельные реле
приводов
холодильной
камеры
тепловоза.
Датчик термоконтроллера
размещается в участке трубопровода системы охлаждения, а сам термоконтроллер крепится в
аппаратном шкафу (рис. 5)
ТК - термоконтроллер Рис. 5. Размещение датчика термоконтроллера на трубопроводе системы охлаждения
При подаче управляющего напряжения на твердотельные реле приводов холодильных камер происходит включение вентиляторов и открытие жалюзи. В зависимости от показания термоконтроллера меняется интенсивность охлаждения воды в водовоздушных охладителях путем поочередного включения/отключения вентиляторов секций холодильной камеры [6].
Данные устройства, по сравнению с механическими термореле, обладают рядом серьёзных преимуществ, среди которых:
- отсутствие движущихся частей, отсутствует механический износ контактной группы из-за их отсутствия;
- небольшие габариты и масса;
- практически неисчерпаемый коммутационный ресурс твердотельного реле (у обычного механического термореле - около 500000 срабатываний);
- работа без скачков напряжения и тока, чем в значительной мере нивелирует переходные процессы;
- практически невосприимчивы к воздействию вибрации, оседанию пыли, электромагнитным полям.
- низкое энергопотребление и сопротивление.
Однако, термоконтроллер
чувствителен к высоким температурам, что требует установки радиатора охлаждения в аппаратной камере тепловоза на его место крепления.
Как видим, по сравнению с механической релейной системой автоматического регулирования
температуры, данные устройства экономически выгодны в эксплуатации по причине почти неисчерпаемого ресурса работы, отсутствия
движущихся частей и отсутствии необходимости регулировки и подстройки.
Выводы
В работе решена научная задача по разработке конструкции
автоматического регулятора
температуры воды с
термоконтроллером и твердотельными реле на замену устаревшей механической релейной системе.
Предложено размещение
конструкции датчика температуры и термоконтроллера, выполнены
исследования технических
характеристик.
Список литературы:
1. Горин, В.И. Усовершенствование характеристик водовоздушных секций радиаторов и охлаждающих устройств отечественных тепловозов // Вестник ВНИИЖТ. -2014. - № 6. - С. 50-57.
2. Склифус, Я.К. Повышение эффективности системы охлаждения тепловозного дизеля с использованием фазовых переходов теплоносителей / Я.К. Склифус, В.И. Могила // Двигатели внутреннего сгорания. - 2013. - № 2. -С. 41-49.
3. Попов, А.И. Промышленное применение интенсификации теплообмена - современное состояние проблемы (обзор) / А.И. Попов, Ю.Ф. Гортышов, В.В. Олимпиев // Теплоэнергетика. - 2012. - № 1. - С. 314.
4. Белозерцев, В.Н. Интенсификация теплообмена: уч. пос. / В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.И. Довгялло. - Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. - 208 с.
5. Паламарчук, Н.В. Интенсификация теплорассеивающей способности трубчатых теплообменных устройств тепловозных дизелей / Н.В. Паламарчук, Н.А. Чехлатый, Д. А.
Денисенко // Сборник научных трудов Донецкого института
железнодорожного транспорта. - 2022. - № 64. - С. 29-49.
6. Склифус, Я.К. Повышение интенсивности теплопередачи
радиаторных секций тепловоза применением фазовых переходов теплоносителя // Инженерный вестник Дона. - 2015. - № 3. - С. 51-62
Аннотации:
Выполнен анализ работы существующих термомеханических реле в автоматической системе регулирования температуры дизеля тепловоза, рассмотрен принцип их работы.
Предложено внедрение электронных терморегуляторов и твердотельных реле, рассмотрены принципы их работы и преимущества.
Ключевые слова: термореле, система охлаждения, термоконтроллер, датчик.
The analysis of the operation of existing thermomechanical relays in the automatic temperature control system of diesel locomotive is carried out, the principle of their operation is considered. The introduction of electronic thermoregulators and solid-state relays is proposed, the principles of their operation and advantages are considered.
Keywords: thermal relay, cooling system, thermal controller, sensor.
