Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Особенности работы теплообменников

Особенности работы теплообменников

Страница 10 из 22
Содержание лекции:
Теплообменные аппараты (теплообменники)

В данной лекции рассмотрим некоторые особенности работы теплообменников, установленных на тепловозах. Для охлаждения воды, масла двигателя, наддувочного воздуха, масла в системе гидравлической передачи чаще всего используются поверхностные сборные трубчато-ребристые, компактные профильно-пластинчатые и гладкотрубные теплообменники, основные типы которых представлены на рис. 2.3, б; 2.5, г; 2.6; 2.7; 2.9; 2.10; 2.11 (смотрите предыдущие лекции).

В качестве рабочей среды для охлаждения дизеля используется вода с умеренной (до 85–90°С) и повышенной температурой (до 130°С) на выходе из рубашки двигателя.

Наибольшее распространение получил первый вариант с умеренным нагреванием воды в рубашке до 85–90°С. Дальнейшие исследования помогут выявить эффективность использования высокотемпературного охлаждения дизелей. По-видимому, не исключена возможность применения в системе охлаждения, кроме воды, высокотемпературных теплоносителей с низкой температурой застывания.

Для охлаждения воды в системе дизельной установки используется атмосферный воздух при принудительной его циркуляции через поверхность трубчато-ребристого холодильника (рис. 2.11, б). Эффективность работы этих теплообменников зависит от равномерности распределения потоков воды и воздуха по поверхности теплообмена. Для охлаждения масла в системе маслоснабжения тепловоза предусматривается самостоятельный контур с индивидуальным теплообменником. Охлаждающей средой является вода, выходящая из воздушного холодильника. В некоторых случаях охлаждение масла осуществляется воздухом в специально выделенных секциях охладителя воды.

Известно, что коэффициент теплообмена со стороны масла во много раз меньше, чем его значение от теплопередающей поверхности к воде, поэтому конструкция теплообменника должна предусматривать интенсификацию теплообмена или увеличение поверхности со стороны масла. Если поток масла течет в трубах, то турбулизацию этого потока можно осуществить путем установки завихривающих ставок или накатного оребрения. Один из вариантов внутреннего оребрения показан на (рис. 2.11, в).

При движении масла с наружной стороны труб тепловой ноток чаще всего увеличивают созданием развитой поверхности, для чего предусматривается плоскопластинчатое или накатное оребрение с одновременным увеличением скорости потока в межтрубном пространстве путем сооружения соответствующих перегородок. Кроме теплообменника, предназначенного для охлаждения масла, на тепловозе предусматривается и теплообменник для его подогрева в зимних условиях при неработающем дизеле. Конструкция такого теплообменника должна быть аналогична конструкции холодильника.

Для охлаждения наддувочного воздуха используются трубчатые теплообменники с развитой и турбулизирующей поверхностью с воздушной стороны. Они должны иметь минимальные габаритные размеры, но обеспечивать охлаждение воздуха до заданной температуры, обладать герметичностью с целью предотвращения попадания охлаждающей воды в воздух. Предпочтение отдается теплообменникам из круглых труб с накатным или проволочным оребрением.

Типы теплообменников

Рис. 2.11 – Некоторые типы теплообменников, устанавливаемых на тепловозах: а – топливоподогреватель; б – ребристая секция для охлаждения воды и масла; в – плоская труба с наружным и внутренним оребрением; 1, 2 – патрубки для подвода и отвода воды; 3, 6 – крышки; 4 – корпус; 5 – круглые трубы со сплошным пластинчатым оребрением; 7 – патрубок для слива воды; 8, 9 – патрубки для входа и выхода топлива; 10 – коллектор; 11 – коробка с трубной решеткой; 12 – плоские трубы со сплошным пластинчатым оребрением

В топливных системах тепловозов предусматривается установка теплообменников для подогрева топлива. Температура топлива в расходном баке в холодное время года должна быть не менее 35–55° С, так как при низкой температуре увеличивается вязкость топлива, выделяются парафинистые вещества, которые засоряют трубопроводы, арматуру и особенно фильтры. Подогрев циркулирующего в контуре топлива осуществляется горячей водой из системы охлаждения дизеля в теплообменниках с развитой поверхностью теплообмена (рис. 2.11, а) или с турбулизаторами со стороны топлива.

В некоторых случаях осуществляется подогрев всей массы топлива, находящегося в баке, горячей водой из системы охлаждения дизеля через гладкотрубный змеевик. Температура топлива зависит от количества поступающей в змеевик воды. В летнее время топливоподогреватель отключается от контура охлаждения дизеля.

Известно, что работа дизеля тепловоза в зависимости от нагрузки и климатических условий может изменяться в течение суток, месяца, года, следовательно, и тепловой режим теплообменников в этой системе будет несинхронно переменным. Поэтому, кроме компактности, малой металлоемкости, удобства монтажа и ремонта, эти теплообменники должны быть надежными в работе при переменных температурах теплоносителей, при непрерывных вибрациях и сотрясениях. Не все имеющиеся конструкции теплообменников удовлетворяют этим (и особенно последнему) требованиям. Например, секции воздушных холодильников, служащие для охлаждения масла дизеля, работают (особенно зимой) недостаточно надежно. Наблюдаются выходы из строя секции из-за местного застывания масла, что вызывает неравномерные тепловые удлинения трубок, деформацию мест крепления их в трубных решетках.

В водомасляных теплообменниках этот недостаток исключается, правда, неполностью. Кроме того, водомасляные теплообменники требуют меньше ухода и ремонта, в них можно осуществить более гибкое регулирование температуры при изменении режима работы двигателя. Этот пример показывает, что необходимо изыскивать методы повышения надежности в работе, улучшения конструкции и схемы включения элементов аппаратов, выбирать соответствующую охлаждающую среду.

Каждый теплообменник и всю систему в целом рассчитывают как на оптимальные, так и на экстремальные условия с обязательным выполнением тепловых, аэродинамических (гидравлических) и механических расчетов наиболее ответственных узлов аппарата. При оценке экономичности всей системы охлаждения необходимо учитывать режимы работы тепловоза и изменение климатических условий.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика