Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский
Источник: Сидоров Ю.П., Лосавио Н.Г., Галкина О.В. Эффективность использования систем отопления кабин локомотивов. ВНИИ железнодорожной гигиены МПС РФ, Москва. «Гигиена и санитария» №2, 2000 г.
Проблема расчета мощности системы отопления кабин локомотивов существует не одно десятилетие и осложняется как трудностью определения действительной отдаваемой мощности для отопителей, работающих от системы охлаждения дизеля, так и недоучетом таких факторов, как количество инфильтрационного воздуха, поступающего в кабину, и полпота использования установленной мощности отопления.
В связи с этим, как правило, эффективность систем отопления кабин локомотивов, выходящих на испытания, оказывается недостаточной, и мощность системы отопления увеличивается на глаз в процессе доводки машины. Этот процесс может занять несколько лет. Недостатком существующих методов расчета необходимой мощности отопления кабин является ее расчет исходя из величины теплопотерь кабины, которую получают по результатам испытаний кабин при определении среднего коэффициента теплопередачи Кср на стоянке. Этим грешат все заводы-изготовители и локомотивов, и вагонов. При этом рассчитанная мощность системы отопления оказывается намного меньше той, которая необходима для поддержания оптимальной температуры в кабине.
Таким образом, до настоящего времени не существовало объективной методики расчета мощности системы отопления кабин подвижного состава железнодорожного транспорта. Ее разработке и посвящена представляемая работа.
Микроклимат в кабине локомотива определяется, как известно, мощностью системы отопления, качеством теплоизоляции и герметизации кабины и условиями эксплуатации подвижного состава.
Чем ниже температура воздуха, тем больше тепла требуется для обогрева кабины. Чем выше скорости движения подвижного состава, тем больше требуется тепла для обогрева кабины. Чем хуже теплоизоляция ограждения кабины, тем больше тепла требуется для обогрева кабины. Чем хуже герметичность кабины, тем больше тепла требуется для обогрева кабины.
С целью повышения точности получаемых результатов проведем расчет теплопотерь кабины с учетом потерь тепла на нагрев инфильтрационного воздуха.
Количество инфильтрационного воздуха вычисляется по формуле
где G1, G2, — количество инфильтрационного и эксфильтрационного воздуха, rн, rв — плотности воздуха снаружи и внутри кабины, кг/м3, m — коэффициент расхода, Рво — внутреннее избыточное давление на уровне пола, Па, h1, h2 — высоты расположения предлагаемых отверстий.
Необходимые для построения графиков наружная температура, температура внутри кабины, скорость движения поезда, количество инфильтрационного воздуха взяты по результатам испытаний подвижного состава (табл. 1).
Для условий стоянки определяем:
1. Количество инфильтрационного воздуха Gмнф = j·(Dt) под действием тепловых источников. При этом принимаем температуру внутри кабины постоянной. В связи с нелинейным характером зависимости плотности воздуха от температуры необходимо иметь в виду, что при одних и тех же температурных напорах, но взятых при различных наружных температурах поступление инфильтрационного воздуха меняется. При более низких tн и сохранении Dt инфильтрационная составляющая возрастает. Однако в первом приближении для аналитических расчетов указанным влиянием можно пренебречь.
Как видно из табл. 3, суммарные теплопотери кабины на стоянке составили 4,1—7,44 кВт; теплопотери с инфильтрационным воздухом — 1,0—5,0 кВт. При этом соотношение теплопотерь с инфильтрационным воздухом и непосредственно через ограждения может быть как меньше, так и больше 1. Для кабины электропоезда ЭД4-001 теплопотери с инфильтрационным воздухом (5 кВт) более чем вдвое превышают теплопотери через стенку (2,44 кВт). В остальных случаях теплопотери с инфильтрационным воздухом колеблются от 0,33 (ТЭП70) до 0,57 (4ТЭ10С).
Суммарные теплопотери в движении со скоростью 50—60 км/ч увеличиваются и составляют 5,55—9,57 кВт. При этом теплопотери с инфильтрацией возрастают в большей степени, чем непосредственно через ограждение, и составляют 0,87—2,61 от них.
Как следует из табл. 3, мощность установленной в кабине системы отопления значительно больше, чем рассчитанные для кабины теплопотери. Это свидетельствует, что не вся установленная мощность попадает по назначению — в кабину. Часть мощности теряется на теплоотдачу к наружному воздуху.
Чтобы оценить степень использования установленной мощности, воспользуемся понятием коэффициента эффективности использования установленной мощности:
Расчеты показали, что использованная на обогрев кабины мощность колеблется от 41,0 до 97,7% установленной мощности. Наилучшим образом используется мощность отопителя у тепловоза ТЭМ7А — на 97,7%. По-видимому, это связано с тем, что калорифер установлен непосредственно в кабине без дополнительных воздуховодов. Теряется до 60% мощности системы отопления у тепловоза ТЭП70, гак как его отопитель установлен под полом. У электропоезда ЭД4-001 потери мощности составили около 40%. Его система отопления расположена за задней стенкой кабины.
Поскольку отопительный агрегат выносят из кабины с целью увеличения рабочего пространства, а также для увеличения равномерности распределения температур в кабине, потери установленной мощности неизбежны. Однако всегда существует возможность выбора оптимальной конструкции самой кабины и размещения в ней системы отопления.
Выводы.
1. Мощность установленной системы отопления кабин подвижного состава не полностью используется на нагрев кабины. Часть мощности уходит на нагрев ограждений и наружного воздуха.
2. В зависимости от конструкции системы отопления количество используемой по назначению мощности составляет 41,0—97,7% от установленной.
3. Наилучшим образом используется мощность отопителя, установленного непосредственно в кабине без разводящих воздуховодов — 97,7% (ТЭМ7А), наихудшим — мощность отопителя, установленного под полом, — 40,0% (ТЭП70)
Назад в раздел
