Підвищення ефективності тепловоза застосуванням водомасляного пластинчатого теплообмінника

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

05. 22. 07 – Рухомий склад залізниць та тяга поїздів

 

Ігнатьєв Олег Леонідович

УДК 629. 4. 016. 1

 

Луганськ – 1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Східноукраїнському державному університеті на кафедрі “Залізничний транспорт” Міністерства освіти України Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Могіла Валентин Іванович, Східноукраїнський державний університет, доцент кафедри “Залізничний транспорт”.

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Тартаковський Едуард Давидович, зав. кафедрою експлуатації та ремонту рухомого складу Харьковської академії залізничного транспорту кандидат технічних наук, Ткаля Василь Степанович, холдінгова компанія «Луганськтепловоз», ведучий інженер лабораторії аеродинаміки та теплотехніки.

Провідна установа – Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту Міністерства транспорту України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “18”лютого 2000 р. о 12-30 год. На засіданні спеціалізованої ради Д29. 051. 03 при Східноукраїнському державному університеті за адресою: 91034 м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

 

 

Для випуску конкурентноспроможних на внутрішньому і зовнішньому ринку тепловозів необхідно постійно підвищувати їх техніко-економічну ефективність, наприклад, за рахунок поліпшення використання паливно-енергетичних і сировинних ресурсів. Цьому сприяє удосконалення теплообмінного устаткування, а саме рекуперативних теплообмінників, що дозволяє істотно знизити частку застосування кольорових металів, поліпшити маса-габаритні характеристики і підвищити їх надійність. Цьому питанню і присвячена дисертаційна робота.

Актуальність теми. Подальше підвищення техніко-економічної ефективності тепловозів нерозривно пов'язано зі створенням принципово нових конструкцій охолодників, а так само інтенсифікацією теплообміну в них. Одним із шляхів рішення даної задачі є створення нових конструкцій теплообмінних апаратів. В роботі запропонована конструкція теплообмінника, в якої використовані як теплообмінні поверхні не круглі трубки з міді, що застосовуються в даний час, а тонкі сталеві листи складного профілю, які дозволяють позитивно використовувати для інтенсифікації теплообміну вимушену вібрацію, що виникає при роботі тепловоза. Тому тема дисертаційної роботи є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота узгоджується з переліком пріоритетних напрямків Міністерства з науки, технології і технічної політики (п. 5 «Екологічно чиста енергетика і технології, що зберігають ресурси»). Робота виконана на кафедрі залізничного транспорту Східноукраїнського державного університету і є частиною держбюджетної теми ГН 3-96 «Розробка фізико-технічних основ високоефективних систем, засобів і технологій транспорту».

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є поліпшення використання сировинних ресурсів за рахунок зниження витрати кольорового металу в системах охолодження тепловоза в результаті створення водомасляного пластинчатого теплообмінника з теплообмінними поверхнями з тонких сталевих листів спеціального профілю, що утворять усередині щілинні канали каплеподібної форми, а зовні – конфузор-дифузорної форми, із позитивним використанням для інтенсифікації теплообміну вимушеної вібрації шляхом часткової руйнації прикордонного шару.

Задача дослідження:

•розробка конструктивних варіантів водомасляного теплообмінника підвищеної теплової ефективності з мінімальним гідравлічним опором без застосування кольорових металів;

•вибір методу інтенсифікації теплообміну;

•аналіз розроблених теплообмінних поверхонь з використанням методів математичного моделювання;

•аналітичний опис процесу теплообміну для досліджуваної теплообмінної поверхні, що має в перетині гофри спеціального профілю;

•визначення геометричних параметрів конструкції;

•розробка, виготовлення й випробування дослідного водомасляного пластинчатого теплообмінника з теплообмінними поверхнями підвищеної теплової ефективності;

•одержання критеріальних рівнянь для визначення коефіцієнта тепловіддачі і коефіцієнта гідравлічного опору для каналів, утворених досліджуваними поверхнями з урахуванням впливу вимушеної вібрації;

•оцінка впливу вібрації на процеси теплообміну і гідродинаміки, і видача рекомендацій про можливість корисного її використання;

•оцінка техніко-економічної ефективності тепловоза в результаті застосування в системі охолодження пластинчатого водомасляного теплообмінника нової конструкції.

Наукова новизна отриманих результатів полягає:

•у подальшому розвитку теорії теплообміну, пов'язаного з впливом процесів вібрації на теплоенергетичні і гідродинамічні характеристики пластинчатих теплообмінників;

•в аналітичному описі процесу теплообміну для поверхні, що має гофри спеціального профілю;

•в одержанні критеріальних залежностей для знаходження коефіцієнтів тепловіддачі і гідравлічного опору стосовно до конфузор-дифузорних щілинних каналів, що утворені теплообмінними поверхнями з гофрами спеціального профілю і що відчувають вплив вимушеної вібрації.

Практичне значення отриманих результатів полягає в:

•розробці і створенні дослідного зразка рекуперативного пластинчатого теплообмінника без застосування кольорових металів з конфузор-дифузорними і каплеподібними щілинними каналами й інтенсифікацією теплообміну вимушеної вібрацією;

•розробці методики і програми комплексних випробувань дослідного зразка пластинчатого водомасляного теплообмінника, що позитивно використовує вимушену вібрацію для інтенсифікації теплообміну;

•розробці методики розрахунку водомасляних теплообмінних апаратів пластинчатого типу, що відчувають вплив вимушеної вібрації, для систем охолодження магістральних тепловозів і дизель-поїздів.

Результати дисертаційної роботи застосовуються в ХК «Луганськтепловоз» при розробці водомасляних теплообмінників для магістральних тепловозів і дизель-поїздів, що дозволяє скоротити обсяг, трудомісткість і вартість дослідно-конструкторських і експериментальних робіт.

Особистий внесок здобувача:

-обґрунтована необхідність і можливість використання на тепловозах теплообмінних апаратів пластинчатого типу [7];

-розроблена математична модель розрахунку параметрів теплообмінної поверхні, на підставі якої отримані геометричні характеристики [4];

-розроблено конструкцію рекуперативного пластинчатого водомасляного теплообмінника [1, 5];

-розроблена схема і створене універсальний теплотехнічний стенд, що дозволяє моделювати вібрацію піддизельної рами тепловоза при роботі його силової установки і досліджувати вплив параметрів вібрації на робочі процеси в пластинчатому