Охлаждающие устройства

/ Литература / Тепловозы (итоги и перспективы) / Охлаждающие устройства

Дизель тепловоза, работающий при высоких температурах, нуждается в постоянном охлаждении. Для этого используется вода, которая, проходя по рубашкам цилиндров, отнимает тепло, выделяющееся в дизеле. Но и сама охлаждающая вода также нагревается. Ее охлаждение производится в специальных радиаторах, обдуваемых наружным воздухом. В жарких районах Средней Азии во время работы двигателя на полной мощности отвод тепла иногда может быть недостаточным, происходит перегрев дизеля, и машинист вынужден уменьшать его мощность. Таким образом, практика эксплуатации заставляет искать пути повышения эффективности охлаждения дизелей.

На тепловозе ТЭ10Л установлен дизель 10Д100 мощностью 3000 л. с. при числе оборотов коленчатого вала 850 в минуту. За час работы этого дизеля на номинальном режиме расходуется 495 кг топлива, тепло от сгорания которого составляет 5 млн. ккал. Одна треть этого количества тепла отводится в охлаждающих устройствах тепловоза:

с водой, охлаждающей дизель 16,5% с маслом 10,2% с водой, охлаждающей наддувочный воздух 6,4%

Итого ~ЗЗД%

Для чего производится охлаждение двигателя водой?

Ответ на этот вопрос может быть получен, как только мы вспомним работу дизеля. При движении поршня между ним и цилиндром возникает сила трения, для уменьшения которой применяется смазка. Масляная пленка на гильзе цилиндра будет сохраняться только в том случае, если температура стенки не превысит определенной величины. В противном случае масло начинает сгорать, его смазочная способность резко уменьшается, а на стенках цилиндра появляются надиры. Возникает аварийный режим работы машины. Чтобы этого не произошло, гильза цилиндра охлаждается проточной водой, которая перетекает затем в крышку цилиндра. В каждой крышке вода омывает стенки камеры сгорания, выпускные и впускные газовые каналы, стенки стакана для форсунки и разгружает крышку от температурных напряжений.

Охлаждение масла производится с целью сохранения нужной величины его вязкости. С увеличением температуры вязкость масла и его смазочные способности понижаются, что резко уменьшает надежность и долговечность основных деталей кривошипно-шатунного механизма и моторесурс всего дизеля.

По мере повышения давления наддува температура воздуха после компрессора повышается. С ростом форсировки дизелл путем наддува возрастает количество тепла, отводимого от сжатого воздуха. При малых давлениях наддува, когда степень сжатия была меньше 1,5, не было надобности в охлаждении воздуха после компрессора. Вот почему на дизелях Д50 и М753 сжатый воздух не охлаждается. На двигателях Д70 степень повышения давления воздуха в компрессоре равна 2,5, что приводит к повышению температуры воздуха при сжатии до 150° С. Применяемые системы охлаждения позволяют понизить температуру воздуха, поступающего в цилиндры дизеля Д70, почти в 2 раза. Количество воздуха в цилиндрах при этом значительно возрастает, что приводит к существенному увеличению среднего эффективного давления.

На тепловозах ТЭ1 в холодильниках установлены охлаждающие секции для воды и масла. При этом эффективность масляных секций была в 2- 3 раза ниже, чем водо-воздуш-ных. Недостаточная эффективность масло-воздушных секций не вызывала затруднений при небольшой мощности тепловоза- 1000 л. с. При строительстве же мощных локомотивов в 3000 л. с. и более отвод тепла от масла требовал очень громоздких охлаждающих устройств. И тогда, чтобы уменьшить их размеры, конструкторы нашли новое техническое решение, позволившее во много раз увеличить коэффициент теплопередачи при отводе тепла от масла. Как же это было достигнуто?

Вспомним, что количество тепла, отнятое в теплообменнике от горячей жидкости за 1 ч работы, равно произведению трех величин: коэффициента теплопередачи холодильника /(, поверхности охлаждения радиатора Н и разности температур между охлаждаемой жидкостью и охлаждающим воздухом М'

Тепловозы (итоги и перспективы)

Если коэффициент теплопередачи мал при охлаждении масла воздухом, то надо охлаждать масло водой. Теперь на тепловозах установлены водо-масляные теплообменники, > которых теплопередающая поверхность выполнена в виде пучка гладких трубок. В них масло пропускается снаружи трубок, а вода - внутри. Конструкция теплообменника стала компактной и простой. Правда, система охлаждения получилась двухконтурной. В первом контуре горячее масло от двигателя подается насосом в водо-масляный холодильник, из которого оно вновь возвращается в дизель. Во втором контуре циркулирует вода. Она прокачивается насосом через водо-масляный холодильник и направляется на охлаждение в во-до-воздушный теплообменник, где. отдает свое тепло атмосферному воздуху и откуда вновь возвращается для охлаждения масла в водо масляном теплообменнике.

Внедрение водо-масляных систем охлаждения привело к более надежной работе тепловозов, снизило стоимость эксплуатации и ремонта холодильников на 35% и сократило расход металла на изготовление, ремонт и замену дефектных деталей на 15%-

Дальнейшее повышение эффективности систем охлаждения может быть достигнуто благодаря применению высокотемпературного охлаждения, что позволяет увеличить количество тепла, отведенного в охлаждающем устройстве тепловоза. Наиболее простой способ - повысить температуру охлаждающей жидкости. Но максимальный нагрев воды на тепловозе ТЭЗ должен быть не более 90° С. При большей температуре начинает образовываться пар. Ведь кипение воды при атмосферном давлении происходит при 100° С. При больших давлениях температура кипения воды возрастает. Несложные расчеты показывают, что при избыточном давлении 1,5-2ат вода закипает уже при температуре выше 100° С.

Однако допустимо ли для дизеля повышение средней температуры охлаждающей воды?

Для выяснения этого вопроса в тепловозной лаборатории МВТУ еще в 1937 г. были проведены опыты с двухцилиндровым четырехтактным дизелем при различных температурах охлаждающей жидкости - от 60 до 140° С. Опыты показали, что при средней температуре охлаждающей воды 60° С потери тепла составили около 27% от всего тепла, образующегося в двигателе при сгорании топлива, а при температуре охлаждающей жидкости 120° С потери снижаются до 17*/о. Другими словами, при повышении температуры охлаждающей жидкости на каждые 10° С теплоотдача в воду уменьшается на 6-8% и в масло -на 1-3%.

Высокотемпературное охлаждение благоприятно влияет на работу дизеля и на уменьшение его удельного расхода топлива. На основе исследований сделан следующий вывод, температуру охлаждающей воды в тепловозных дизелях вполне можно доводить до 120° С, что благоприятно сказывается на работе двигателя. Для этого водяная система на локомотиве должна быть закрытой, с небольшим избытком давления- 1,5-2 ат Такое давление выдержит охлаждающее устройство любого тепловоза. Надо только несколько усилить расширительный бак водяной системы.

Кроме того, следует помнить, что высокотемпературное охлаждение вызывает повышение температуры и всего корпуса двигателя, что приводит к изменению зазоров в механизмах распределения.

Высокотемпературное охлаждение может быть осуществлено и при атмосферном давлении в охлаждающей системе, если применить специальную жидкость. Такой жидкостью является этиленгликоль, химическая формула которого СН2ОН. Этиленгликоль-один из простейших видов спирта представляет собой прозрачную жидкость без цвета, запаха и вукса. Температура замерзания этиленгликоля - 37° С, температура кипения при атмосферном давлении 197° С.

Вода и этиленгликоль при температуре выше 100° С требуют закрытой системы охлаждения, но если охлаждение будет производиться этиленгликолем, то давление в системе будет незначительно. Это позволяет применять высокотемпературное охлаждение на тепловозах при существующих типах холодильников.

Низкая температура замерзания этиленгликоля предохраняет всю систему охлаждения от замерзания, что особенно важно при эксплуатации тепловозов зимой. Эти качества этиленгликоля обеспечивают ему большое преимущество перед водой.

Итак, охлаждение дизелей при средней температуре жидкости до 120° С значительно улучшает охлаждение двигателя, экономит топливо и сокращает расход энергии на привод вентилятора холодильника. Таким образом, во вновь строящихся тепловозах можно намного уменьшить поверхность водяных секций, а следовательно, и размер всего холодильника. Применение высокотемпературного охлаждения является одним из простых мероприятий, позволяющих совершенствовать тепловозы.

⇐ | Экипаж | | Тепловозы (итоги и перспективы) | | Тепловозная автоматика | ⇒