Підвищення ефективності тепловоза застосуванням водомасляного пластинчатого теплообмінника

-розроблено, створено і випробувано дослідний зразок рекуперативного пластинчатого теплообмінника без застосування кольорових металів, що використовує для інтенсифікації теплообміну вимушену вібрацію[1, 2, 3, 4, 5, 6];

-зроблено аналіз результатів експериментального дослідження пластинчатого теплообмінника, що зазнає діяння вимушеної вібрації [2, 3, 8, 9, 10].

Апробація результатів дисертації.

Основні результати дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на IX Міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми механіки залізничного транспорту» у 1997 році, VII, VIII і IX Міжнародних науково-технічних конференціях «Проблеми розвитку рейкового транспорту» у 1997, 1998 і 1999 роках, на науково-технічних конференціях СУДУ, а також були подані на обласному конкурсі «Кращі розробки в галузі науки та техніки серед молоді Луганської області» у 1998 році, де автор став лауреатом.

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 10 робіт. У тому числі: 3 статті в наукових журналах (у співавторстві з науковим керівником), 1 стаття в збірнику трудів науково-технічної конференції, отримане рішення про видачу патенту України на винахід, 1 депонована стаття і чотири тези доповідей на науково-технічних конференціях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'ятьох глав і 3 додатків. Загальний обсяг роботи 150 сторінок, у тому числі 70 рисунків на 26 сторінках, 15 таблиць на 8 сторінках, 3 додатків на 11 сторінках, 121 бібліографічних найменувань на 11 сторінках.

 

 

У вступі дана загальна характеристика роботи, визначені мета і задачі дослідження, показані актуальність і новизна теми, подані основні шляхи рішення задачі.

Перший розділ містить обгрунтування необхідності розробки теплообмінників підвищеної теплової ефективності, даний аналіз існуючих конструкцій охолодників води й масла теплоенергетичних установок і шляхи їхнього удосконалення. Розглянуто вплив процесів вібрації на інтенсифікацію теплообміну. Проаналізовано данні про вібраційний вплив дизель-генераторної установки на тепловоз і дане нормування рівня вібрації тепловозів і їхніх агрегатів. Виявлено, що одним із найбільше вібронавантаженних місць тепловоза при його роботі у номінальному режимі є піддизельна рама.

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, НДI 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. Schmidt KG» (Австрія), «Chery-Boirel Superplate» (США), «FORD» (США), “APV” (Німеччина) і ін. Великий внесок у розвиток теоретичних і експериментальних досліджень теплообмінних апаратів внесли як вітчизняні вчені, такі як М. И. Білоконь, А. І. Володін, Б. М. Галицейський, О. Л. Голубенко, П. М. Єгунов, Л. М. Коваленко, А. М. Коняєв, В. Ф. Корагодін, В. Д. Кузьмич, Ю. А. Куликов, В. А. Лахно, М. Г. Маханько, Н. И. Мелик-Пашаєв, В. К. Мігай, В. І. Могила, М. И. Панов, А. М. Тарадай, В. С. Ткаля, О. П. Третьяков, Є. Б. Черток і інші, так і закордонні – В. М. Кейс, Р. Лемлих, А. Н. Лондон, Р. М. Фанд і інші.

Розглянуто різноманітні конструкції рекуперативних теплообмінних апаратів і методи інтенсифікації теплообміну в них. 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 зв'язку 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. Теплообмінні поверхні з гофрами, що мають форму розрізаного навпілкругового циліндра з обтічником (надалі гофри спеціального профілю), що подані на рис. 1, виконані з тонкого (товщиною до 0, 8 мм) сталевого листа з подальшою його антикорозійною обробкою (оцинковкою).

 

Рис. 1 Пластинчата поверхня теплообміну

 

Для одержання необхідного ефекту від використання вимушеної вібрації запропоновано встановлювати пластинчатий теплообмінник на піддизельну раму, яка є одним із найбільше вібронагружених місць тепловоза при його роботі у номінальному режимі, що задовольняє як по амплітудним, так і по частотним характеристикам.

Як наслідок проведеного аналізу науково-технічної інформації було сформульовано основні задачі дослідження (див. стор. 1).

В другому розділі подані результати математичного моделювання параметрів теплообмінної поверхні. Основними задачами, що вирішуються в другому розділі, було знаходження значень товщини витиснення і втрати імпульсу для досліджуваного профілю поверхні, з метою одержання найбільше раціональних геометричних параметрів гофри, а також висновок аналітичного рівняння тепловіддачі для досліджуваної поверхні.

 

де ,  – відповідно густість та швидкість теплоносія;  – динамічний коефіцієнт в язкості; р – тиск теплоносія у каналі;

із початковими умовами: Тст=const;  , де t – початковий момент часу;

і граничними умовами: к; y= , де – товщина прикордонного шару.