- •§ 1. Появление первых железных дорог.
- •§ 2. Паровозы, тепловозы, электровозы
- •§ 3. Пассажирские перевозки.
- •§4. Грузовые перевозки.
- •§ 5. Вклад изобретателей, инженеров и ученых в развитие железнодорожного транспорта.
- •§ 1.6. Предпринимательство на железной дороге.
- •§ 1.7. История отечественного электровозостроения.
- •Серийные электровозы
- •Электровозы чс2 и чс2т серии 53e.
- •Известные переделки электровозов.
- •§1.8. Тепловоз.
- •§1.9. История тепловозостроения
- •§1.10. Магистральные тепловозы.
- •§1.11. Маневровые тепловозы.
- •§1.12. Классификация и характеристики локомотивов.
- •§1.13. Группы подвижного состава.
- •§1.14. Типы и классификация экипажных частей.
- •§2.1. Типы рам и кузовов.
- •§2.2. Конструкция главных несущих рам и их элементов.
- •§2.3. Кузова ненесущего типа.
- •§2.5. Несущие кузова и особенности их работы.
- •§2.6. Расчет рам и кузовов.
- •§2.7. Оборудование кабины машиниста.
- •§2.8. Расположение оборудования на тепловозе.
- •§2.9. Общее устройство и типы тележек.
- •§2.10. Рамы тележек.
- •§2.11. Колесные пары.
- •§2.12. Буксовые узлы.
- •§2.13. Рессорное подвешивание.
- •§2.14. Конструкция и расчет упругих элементов.
- •§2.15. Резиновые элементы рессорного подвешивания.
- •§2.16. Пневматические рессоры.
- •§2.17. Опорно-возвращающие устройства.
- •§2.18. Тяговые устройства.
- •§2.18. Тормозные устройства.
- •§3.1. Назначение, классификация и общее устройство тяговых приводов.
- •§3.2. Тяговые приводы локомотивов с электрической передачей.
- •§3.3. Выбор основных параметров и расчет прочности элементов тягового привода с электродвигателем.
- •§4.4. Карданные приводы.
- •§4.5. Проектирование карданного привода.
- •§4.6. Спарниковые механизмы.
- •§4.7. Гидравлические передачи.
- •§4.1. Основные принципы размещения оборудования на локомотивах.
- •§4.2. Развеска локомотива.
- •§4.3.Топливная система.
- •§4.3. Масляная система.
- •§4.4. Водяная система.
- •§4.4. Системы воздухоснабжения.
- •§4.5.Воздухоочистители.
- •§4.6.Система выхлопа дизеля, глушители шума.
- •§4.7. Охлаждающие устройства.
- •Конструкция, параметры и расчет водомасляных теплообменников.
- •§4.7. Конструкция охладителей наддувочного воздуха.
- •§4.8. Системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов тепловозов.
- •§4.9. Вентиляторы охлаждающих устройств и систем, выбор основных параметров вентиляторов
- •§4.10. Расчет вентилятора.
§4.7. Конструкция охладителей наддувочного воздуха.
Охладители (теплообменники) наддувочного воздуха. Температура наддувочного воздуха дизеля оказывает большое влияние на его экономичность и надежность. Охлаждение наддувочного воздуха применяют для повышения мощности дизелей на единицу объема рабочего цилиндра, увеличения массы воздуха, подаваемого за рабочий цикл, и снижения средней температуры цикла.
Проведенные экспериментальные и теоретические исследования выявили, что для дизеля каждого типа и заданного режима работы существует оптимальная по удельному расходу топлива температура наддувочного воздуха перед впускными органами. Поэтому тепловозные дизели оборудуются устройствами для получения оптимальных значений температур наддувочного воздуха. При номинальном и близких к нему режимах работы дизеля наддувочный воздух необходимо охлаждать, а при режимах холостого хода и малых нагрузок — подогревать.
На серийных тепловозах наддувочный воздух охлаждается в водовоздушных теплообменниках, включенных в самостоятельный контур циркуляции охлаждающей воды или в контур воды, охлаждающей масло дизеля. Воздухоохладители, располагаемые обычно на дизеле, отличаются небольшими размерами и массой.
На некоторых тепловозах применяют системы с охлаждением наддувочного воздуха атмосферным. Охлаждение атмосферным воздухом проще. В системе вместо двух теплообменников (для охлаждения воздуха водой и для охлаждения воды атмосферным воздухом) устанавливают один воздуховоздушный теплообменник, в котором реализуется весь температурный напор между наддувочным и атмосферным воздухом. Однако воздуховоздушные теплообменники, вследствие значительных размеров, не нашли широкого применения в тепловозах большой мощности. Такая система охлаждения была применена на опытном тепловозе ТЭП75.
Применяемые на тепловозах системы спроектированы и рассчитаны для охлаждения наддувочного воздуха при работе дизеля в номинальном режиме и не удовлетворяют условию получения оптимальных температур воздуха при всех режимах его работы. Оптимизацию температур наддувочного воздуха в зависимости от режима работы дизеля можно осуществить при помощи систем, регулирующих поступление воды в теплообменник из различных водяных контуров, а также использующих теплоту выпускных газов дизеля для подогрева воздуха в теплообменниках.
По типу оребрения поверхности, омываемой воздухом, теплообменники бывают пластинчатыми, круглотрубными с накатанным или с проволочным оребрением и плоскотрубными с коллективным оребрением. Предпочтительнее круглотрубные поверхности с накатанным или проволочным оребрением, так как они обладают высокой надежностью и удобны в эксплуатации и при ремонте.
Водовоздушный теплообменник для охлаждения наддувочного воздуха дизеля 2А-5Д49 тепловозов ТЭП70 и 2ТЭ116 (рис. 4.43) установлен на торце дизеля на кронштейне. Состоит из сварного корпуса 12, патрубка 13, верхней 2 и нижней 6 крышек и охлаждающей секции. У последней есть верхняя 4 и нижняя 11 трубные доски, в отверстия которых установлены оребренные трубки 3. Внутри трубок образуется водяная, а между ними — воздушная полость.
Вода поступает в теплообменник по патрубку Е нижней крышки, обходит перегородку 5, которая делит водяную полость секции пополам, проходит по трубкам одной, а затем второй половины секции и выходит через патрубок С. Пар из водяной полости отводится через трубку 1, установленную в верхней крышке.
Наддувочный воздух поступает к теплообменнику по патрубку 13, охлаждается в межтрубном пространстве и по каналу Ж в кронштейне поступает в ресивер блока цилиндров.
Рисунок
4.43 – Охладитель наддувочного воздуха:
1
— трубка для отвода пара; 2
— верхняя крышка; 3
— трубка; 4,
11
— трубные доски; 5
— перегородка; 6
— нижняя крышка; 7 — шпилька; 8
— кронштейн; 9
— болт; 10
— резиновое кольцо; 12
— корпус; 13
— патру-бок; Б
— фланец; Е,
С
— патрубки; Ж,
И
— каналы.
Оценку эффективности охлаждающих устройств тепловозов выполняют по натуральным и удельным показателям, а также на основе технико-экономических расчетов.
К числу натуральных показателей относят: количество теплоты, рассеиваемой системой охлаждения; мощность для функционирования системы; общую массу устройств; расход цветных металлов; величину теплопередающей поверхности; объем, занимаемый радиаторами; величину фронтальной поверхности радиаторов и т. п.
При сопоставлении систем охлаждения в целом и отдельных теплообменников получили распространение удельные показатели — энергетический, объемный и массовый.
Энергетический показатель
(4.31)
где Q— количество теплоты, передаваемой в теплообменнике, Вт; Р— мощность для функционирования теплообменника, Вт; Δt — средняя разность температур между теплоносителями в пределах теплообменника, °С; F— расчетная поверхность теплопередачи, м2.
Объемный показатель
(4.32)
где Vт — объем, занимаемый теплообменником, м3.
Массовый показатель
(4.33)
где т — масса теплообменника, кг.
Для сравнения радиаторов используют также показатель тепловой напряженности площади фронта
(4.34)
где Fфр — фронтальная поверхность радиатора, м2.
Удельные показатели являются более общими по сравнению с натуральными, так как позволяют проводить сопоставление отдельных теплообменников с различными формами поверхностей, разными значениями передаваемой теплоты и т.д. В то же время оптимальный теплообменник или оптимальная система охлаждения не могут быть выбраны на основании только удельных технических показателей, так как они не отражают многих эксплуатационных и экономических факторов. В качестве основного технико-экономического показателя, характеризующего систему охлаждения, принимают сумму годовых приведенных расходов, отнесенных к теплорассеивающей способности системы. Удельные приведенные годовые расходы, руб/кДж,
(4.35)
где Eн = 0,1 — нормативный коэффициент эффективности для железнодорожного транспорта; К3 — капитальные затраты изготовления охлаждающего устройства, руб.; С— годовые эксплуатационные затраты, зависящие от системы охлаждения тепловоза, руб.; Q— количество теплоты, рассеиваемое в течение года, кДж.
Капитальные затраты изготовления систем охлаждения
KЗ= KЗ1 + КЗ2, (4.36)
где КЗ1 — капитальные затраты на теплообменники (секции радиатора, водомасляные теплообменники, водовоздушные теплообменники наддувочного воздуха), вентиляторы и насосы, входящие в систему охлаждения; КЗ2 — капитальные затраты на трубопроводы, задвижки, вентили, систему автоматического регулирования и т.д.
Эксплуатационные расходы на систему охлаждения
С = Стс + Срто + Сам + Сдпт + Ст, (4.37)
где Стс — расходы на топливо и смазку, потребляемые двигателем тепловоза для получения мощности на функционирование системы охлаждения; Срто — расходы на ремонты и технические осмотры охлаждающего устройства; Сам — амортизационные расходы на систему охлаждения; Сдпт — расходы на содержание дополнительного парка тепловозов, необходимого при уменьшении полезной мощности двигателя, используемой для целей тяги и для работы системы охлаждения; Ст — затраты на транспортировку системы охлаждения на тепловозе.