Системы охлаждения тепловозов

Системы охлаждения - одни из наиболее сложных и громоздких узлов в конструкциях тепловозов. На обеспечение работоспособности таких систем затрачивается до 75% всей потребляемой локомотивом мощности, которая позволяет охлаждающим устройствам отводить значительное количество тепла от дизеля, тяговых электрических машин и аппаратов в атмосферу. Для производства охлаждающих элементов используется большое количество дорогостоящих цветных металлов, включая олово, медь и прочие.

К системам охлаждения тепловозов предъявляются многочисленные конструктивные, энергетические, технологические и эксплуатационные требования, а их разработка связана с решением сложных задач интенсификации теплообмена, уменьшения аэродинамического сопротивления, размеров и массы громоздких элементов, улучшения их компоновки в кузове тепловоза, а также предотвращения попадания в них отработавших газов. Кроме того, необходимо проведение специальных исследований влияния основных параметров охлаждающих устройств, элементов их конструкций и режимов работы на аэродинамические характеристики. Целью производителей является минимизация расходов на изготовление и эксплуатацию систем охлаждения при одновременном увеличении их эффективности.

Конструктивные особенности систем охлаждения тепловозов

Экономичная и надежная работа силовой установки тепловоза обеспечивается комплексной работой элементов, составляющих систему охлаждения двигателя, тяговых электрических машин и аппаратов. Исторически для охлаждения локомотивов применялись секции 7317.000 и Р62.131.000.

Охлаждение двигателя

Система охлаждения двигателя представлена совокупностью устройств, охлаждающих воду, масло и наддувочный воздух, в том числе:

• поверхностные теплообменники (радиаторы);

• вентиляторные установки;

• воздухоотводы;

• жалюзи;

• системы циркуляции воды и масла.

Наиболее громоздкие элементы системы (вентиляторные установки и радиаторы) располагаются в шахте, которая занимает значительную часть кузова и оборудована всасывающими и нагнетательными каналами - воздухоотводами. Специальные приборы и устройства осуществляют контроль и регулируют тепловой режим работы двигателя.

В системах охлаждения современных тепловозов (ТЭП60, 2ТЭ10Л, М62, ТЭ109 и других) наддувочный воздух дизеля и масло, необходимое для работы двигателя и гидропередачи, охлаждается исключительно водой в воздухо- и маслоохладителях. В свою очередь, среди них выделяют:

• одноконтурные системы охлаждения, в которых тепло от масло и наддувочного воздуха отводится водой;

• двухконтурные системы - в которых масло и наддувочный воздух охлаждаются водой в отдельном контуре;

• охлаждающий дизель.

Одноконтурные системы охлаждения отличаются простой конструкцией узлов циркуляции теплоносителей, однако их использование сопряжено с трудностями в осуществлении отдельного регулирования температуры теплоносителей. Так, в одноконтурной системе охлаждения тепловозов ТЭ109 с дизелем 1А-5ДЭ49 вода из дизеля по трубопроводу поступает в секции радиатора, а затем в теплообменники и в дизель.

На большинстве отечественных тепловозов различного назначения (включая магистральные локомотивы 3-го поколения ТЭП70 и 2ТЭ121) установлены двухконтурные охладители, в которых 1-й контур предназначен для циркуляции воды, охлаждающей двигатель, а во 2-м контуре циркулирует вода, необходимая для охлаждения масла и наддувочного воздуха в масло- и водоохладителях.

В конструкциях лучших зарубежных тепловозов также преобладают системы охлаждения, состоящие из 2-х контуров. Например, немецкие локомотивы с гидропередачей ТГ300 и V320 и британские D1000 оснащены охлаждающей конструкцией, в одном корпусе которой циркулирует вода, отводящая тепло от наддувочного воздуха, а в другом - вода, охлаждающая масло дизеля и гидропередачи, а также сам дизель. На тепловозах французского производителя Alstom используется двухконтурная система для раздельного охлаждения воды, предназначенной для отвода тепла от дизеля, и воды, охлаждающей масло и наддувочный воздух.

Охлаждение тяговых электрических машин и аппаратов

Системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов в тепловозах поддерживают оптимальный температурный режим элементов электрической передачи тепловозов (тяговых генераторов, преобразующих механическую работу двигателя в электрическую энергию, и тяговых электродвигателей, предназначенных для приведение во вращение колесных пар) в любых условиях эксплуатации. Они состоят из вентиляторов и сети всасывающих и нагнетательных каналов, а также воздухозаборных устройств с решетками или сетками, воздухоотводов, вентиляторных и воздухоочистительных установок, которые предотвращают попадание в дорогостоящие охлаждающие устройства любых загрязнений.

Допустимое температурное состояние электрических машин определяется классом электроизоляционных материалов, который оценивают соответствующим повышением температуры обмоток над температурой окружающей среды. Любое, даже небольшое, увеличение температуры, значительно сокращает срок службы электрических машин. Вентиляторы систем охлаждения обеспечивают подачу большого количества охлаждающего воздуха при минимальных размерах, массе и затратах мощности на привод.

В современных тепловозах используются системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов 3-х типов:

• индивидуальные - предусматривают охлаждение каждого элемента отдельным вентилятором;

• централизованная - включает централизованное воздухоснабжение одним вентилятором, который используется для охлаждения всех тяговых электрических машин и аппаратов;

• смешанная - применяются оба типа охлаждения электрических машин и аппаратов.

В России наибольшее распространение получили смешанные системы охлаждения, включающие индивидуальное охлаждение генератора и полупроводниковых выпрямителей (используются на тепловозах 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ109 и других). За рубежом популярны смешанные и централизованные системы охлаждения с устройствами для воздухоочистки (применяется в тепловозах Century 424, U-50, U-56, U-25B и других).

Какие требования предъявляются к системам охлаждения

В связи со сложностью конструкций, к системам охлаждения тепловозов предъявляются многочисленные конструктивные, энергетические, технологические и эксплуатационные требования:

• минимальный размер, масса и рациональное размещение охлаждающих устройств в кузове тепловоза;

• легкость монтажа и демонтажа при изготовлении и ремонте;

• максимальное использование металлических и неметаллических материалов широкого применения в конструкциях;

• эффективность охлаждающих устройств, достаточная для обеспечения оптимального теплового режима работы дизеля, тяговых электрических машин и аппаратов в различных климатических условиях;

• наличие автоматического регулирования температуры теплоносителей, позволяющего обеспечивать рациональные температурные режимы работы дизеля и охлаждающего устройства;

• надежность в эксплуатации.

Основное экономическое требование к конструкциям систем охлаждения тепловозов предусматривает минимизацию расходов на их изготовление и эксплуатацию. При создании охлаждающих устройств необходимо всесторонне отработать все составляющие элементы, в том числе предусмотреть применение централизованных или групповых систем очистки воздуха и вентиляции, регулировку расхода воздуха, охлаждающего тяговые машины, в зависимости от нагрузки и температуры окружающей среды, применение высокоэкономичных вентиляторов с регулировкой подачи воздуха и ряд других особенностей.

Спонсор публикации: https://radsystem.ru/