Admin

Отличительные признаки секций водовоздушного радиатора тепловозов

В охлаждающих устройствах (далее ОУ) отечественных тепловозов используются в основном три типа секций водовоздушного радиатора (далее секций): Р62.131.000, 9717 и 7317. Каждый из типов 7317 и 9717 включает в себя три типоразмера, отличающихся друг от друга только длиной охлаждающих трубок и, соответственно, установочными размерами (см. таблицу). В охлаждающих устройствах некоторых тепловозов используются и другие типы секций, однако доля таких тепловозов в общем объеме незначительна, и нет необходимости заострять на них внимание.

Типы отличаются друг от друга формой сечения трубки и шагом расположения пластин. Типы Р62.131.000 и 9717 (их называют еще «водяные» секции) используются, в основном, при постройке новых тепловозов. Тип 7317 (нередко секции этого типа называют «унифицированными») разработан как ремонтный, и чаще всего используется для замены вышедших из строя штатных секций при проведении капитально-восстановительных работ.

Секция Р62.131.000 в оригинальном исполнении разработана и выпускалась с конца 60-х годов XX века вплоть до 2012 г. на Луганском тепловозостроительном заводе (ныне ПАО «Лугансктепловоз», Украина). За время выпуска секция претерпела множество модификаций и модернизаций как конструктивного, так и технологического характера. На завершающей стадии развития она по своим теплоэнергетическим
показателям не уступала и даже во многом превосходила известные зарубежные аналоги. С 2012 г. выпуск секций на ПАО «Лугансктепловоз» прекращен.

В настоящее время под этим обозначением изготавливаются секции на других предприятиях и, прежде всего, на ООО «Завод теплообменного оборудования» (далее ЗТО), г. Минск, Республика Беларусь; ООО «Ижевский радиаторный завод» (далее ИРЗ), г. Ижевск; ОАО «Шадринский автоагрегатный завод» (далее ШААЗ), г. Шадринск и др. И если по основным параметрам секция Р62.131.000 производства ЗТО близка к оригиналу, то одноименные секции производства ИРЗ и ШААЗ ничего общего, за исключением габаритных и присоединительных размеров, с используемым брендом секций радиатора не имеют.

По своим теплоэнергетическим показателям секции последних производителей значительно уступают оригиналу. Справедливости ради следует признать, что секции Р62.131.000 производства ИРЗ имеют второе обозначение

— СРКР.387581.012, а производства ШААЗ

— дополнительную букву в обозначении — Р62.131.000Ш. Однако для потребителя эти отличительные уловки зачастую остаются незамеченными. В настоящей работе не предполагается обсуждение недостатков указанных секций, так как их применение в ОУ тепловозов требует отдельного обоснования.
Секции типа 9717 изготавливаются на ОАО «Ишимский механический завод» (ИМЗ), г. Ишим. По своим геометрическим и теплоэнергетическим параметрам типоразмер 9717.000 близок к оригинальной секции Р.62.131.000. Отличается от нее только формой боковых щитков. Незначительное, казалось бы, конструктивное отличие на самом деле привело к заметным отклонениям основных параметров и, прежде всего, к снижению значения коэффициента теплопередачи и повышению аэродинамического сопротивления. Таким образом, секцию 9717.000 нельзя признать полным эквивалентом секции Р62.131.000.

Следует отметить, что секция Р62.131.000 производства ЗТО по главному отличительному признаку — по форме боковых щитков — более приближена к типоразмеру 9717.000 ВП-1,2 производства ИМЗ, чем к принятому обозначению. На этом же заводе выпускается типоразмер секции с наименованием ДГ36.00.000 с характеристиками, практически повторяющими секцию 9717.100 ВП-0,8 производства ИМЗ. Поэтому в статье в дальнейшем изложении, во избежание путаницы при сравнении, условно принято секцию Р62.131.000 производства ЗТО называть секцией 9717.000, а секцию ДГ36.00.000 — секцией 9717.100.

Геометрические параметры каждого типоразмера обоих производителей полностью идентичны. Отличия заключаются в способе соединения охлаждающих пластин с трубками: на ИМЗ используется технология окунания собранного остова в расплавленный припой с последующим встряхиванием для удаления излишек припоя, а на ЗТО используется более прогрессивная технология спекания пластин с трубками в печи, на которых предварительно была нанесена полуда. Секции типа 7317 всех типоразмеров выпускаются на ИМЗ и ЗТО. Они отличаются также способом соединения охлаждающих пластин с трубками.

Как уже отмечалось выше, каждый из типов 9717 и 7317 имеет три типоразмера: ВП-1,2, ВП-0,8 и ВП-0,5. Одинаковые типоразмеры каждого типа полностью взаимозаменяемы. Геометрические параметры типоразмеров приведены в таблице.

Обозначение ВП буквально расшифровывается как «секция водяная, изготовленная методом погружения (или окунания)», в отличие от ВС — «секция водяная, изготовленная методом спекания». Цифрами обозначены приближенные значения длин рабочей части в метрах. Такие обозначения были приняты согласно ГОСТ 20556—75 «Тепловозы. Секции водовоздушного радиатора». В указанном стандарте любому буквенному обозначению каждого типоразмера строго соответствовали геометрические и технические характеристики изделий. Это позволяло проектировщику осмысленно выбирать как продукцию, так и производителя.

После отмены документа в 1987 г. производителями тепловозных секций (ЭТО и ИМЗ) был проведен ряд модернизаций и модификаций. В настоящее время с формальной точки зрения ни один из типоразмеров, выпускаемых как ЭТО, так и ИМЗ, не соответствует ранее принятым в ГОСТе обозначениям. Да и практическая сторона вопроса также вызывает определенные затруднения. Так, сегодня пользоваться техническими характеристиками секций типов ВП и ВС, приведенными в справочниках и каталогах, нужно весьма и весьма аккуратно. Тем не менее, авторы статьи будут придерживаться установившихся традиций в обозначении секций. Таким образом, в обозначении секции производства ИМЗ по праву введена приставка ВП, а в обозначение секции производства ЗТО должна быть введена приставка ВС.

В последние годы на ИМЗ и ЗТО наметилась тенденция модернизации указанных типоразмеров с целью снижения веса и себестоимости изделий за счет утончения пластин и охлаждающих трубок секций. Например, извещениями № 7317.4 от 10.02.2010 г., № 7317.6 от 20.10.2010 г. и № 9717.6 от 20.10.2010 г. в технические условия на поставку были внесены изменения в конструкторские документации на соответствующие типоразмеры, допускающие изготовление секций с толщиной охлаждающей пластины 0,08 вместо 0,1 мм и толщиной стенки охлаждающей трубки 0,4 вместо 0,55 мм. Это позволило заметно снизить расход цветного металла при изготовлении радиаторов.

В то же время, указанные изменения конструктивных параметров неизбежно повлекли за собой изменение основных потребительских качеств секций. Утончение толщины охлаждающей пластины привело к снижению КПД ребра и снижению ее теплорассеивающей способности, а изменение размеров трубки при сохранении наружных параметров (это наименее затратный способ снижения веса секции) привело к увеличению живого сечения для воды (для секций типа 9717 — на 29 %, а секций типа 7317 — на 12 %). Последнее, в свою очередь, повлияло на снижение скорости воды в трубках и, как следствие, понизило теплорассеивающую способность радиатора, работающего в ОУ тепловозов.

При этом секции типоразмера 9717.000 с увеличенным сечением для воды, установленные, например, в ОУ тепловоза 2ТЭ116, теряют по расчетной оценке более 4 % своей теплорассеивающей способности. Этот факт обычно умалчивается при проведении модернизаций указанных типов секций, а признаки отличий у секций с разными толщинами стенок охлаждающих трубок отсутствуют.

Потеря теплорассеивающей способности в размере 4 % — много это или мало? Если сравнивать ее со значениями фактических потерь охлаждающих устройств тепловозов, наблюдаемые в эксплуатации, то они являются пренебрежимо малыми. Но при проектировании ОУ нового тепловоза учет пониженной теплорассеивающей
способности секций радиаторов на 4 % неизбежно приведет к завышению мощности привода вентиляторных установок (ВУ) более чем на 20 %. Неучет этого отклонения может привести к невозможности выполнения требований технического задания на тепловоз со всеми вытекающими последствиями.

Следует отметить, что повышение мощности привода ВУ на 20 % существенно увеличивает стоимость такого ОУ и не всегда возможно по массо-габаритным ограничениям в стесненных условиях компоновки ОУ тепловоза. Эта проблема особенно актуальна при проектировании ОУ с асинхронными электродвигателями для привода ВУ в сочетании с преобразователями частоты вращения для плавного регулирования их производительности.

Нельзя не учитывать и тот факт, что эксплуатационные расходы на функционирование ОУ, выражаемые в дополнительном расходе топлива дизель-генераторной установки тепловоза для компенсации затрат мощности на привод ВУ, в существенной степени зависят от уровня теплорассеивающих способностей радиаторных секций. Применительно к тепловозу 2ТЭ116 потеря 4 % теплорассеивающей способности равноценна перерасходу то-пливаот2 до 6т в год на тепловоз в зависимости от текущего технического состояния секций (загрязнения).

За время жизненного цикла секции (в среднем приблизительно 10 лет) только за счет утончения толщины трубки каждая из 80 радиаторных секций тепловоза 2ТЭ116 перерасходует приблизительно по 800 кг топлива, что сопоставимо с расходами на приобретение новой секции с прежней толщиной трубки. Кроме того, пониженная теплорассеивающая способность секций влечет за собой увеличение риска перегрева теплоносителей дизеля в пути следования тепловоза с составом в условиях экстремально высоких температур атмосферного воздуха с последующим сбросом нагрузки дизеля и остановкой тепловоза. И хотя степень увеличения риска относительно небольшая, экономические последствия от такого события очень существенны и должны учитываться при принятии решения о модернизации секции радиатора.


Оппоненты могут возразить авторам и привести аргумент, что увеличенное сечение трубок для прохода воды позволяет снизить скорость их загрязнения продуктами коррозии и накипи в водяных системах охлаждения дизелей в межремонтный период эксплуатации. Это, в свою очередь, не только не увеличивает, а наоборот, существенно снижает вероятность перегрева теплоносителей, а также сокращает среднеэксплуатационные затраты топлива на привод ВУ.

За примером далеко ходить не надо. Секции типа 7317 имеют существенно большее сечение для воды, чем модернизированная 9717, но это не мешает использовать такие секции в эксплуатации. Фактов перегрева теплоносителей из-за замены штатных секций типа Р62.131.000 на менее эффективные 7317.000 в эксплуатации не отмечено. В настоящее время ОУ эксплуатируемого парка теплово-
зов всех типов укомплектованы секциями обоих наименований в соотношении приблизительно два к одному в пользу секций типа 7317.

С таким аргументом нельзя не согласиться. Действительно, в части потребительских свойств у эксплуатационных и ремонтных служб нареканий к секциям типа 7317 несоизмеримо меньше, чем к более эффективным секциям типа 9717. Объяснение этому лежит на поверхности — секции типа 7317 менее склонны к загрязнению в межремонтный период и легче поддаются промывке при проведении восстановительных работ.

Однако указанные преимущества не учитывают экономический фактор, связанный с особенностями эксплуатации тепловозов. А действительность заключается в том, что при использовании секций 7317 вместо 9717 в зависимости от технического состояния (загрязнения) обоих типов перерасход топлива на привод ВУ тепловоза 2ТЭ116 в денежном эквиваленте составит от 200 до 400 тыс. руб. в год, что соизмеримо со стоимостью целого комплекта секций радиатора.

Потери достаточно ощутимые, но они, как правило, зачастую остаются незамеченными и списываются на плохую топливную экономичность работы дизель-генераторной установки тепловоза. Другими словами, по комплексному показателю экономически целесообразнее раз в два года заменять загрязненные секции типа 9717 на новые такого же типа, чем устанавливать менее склонные к загрязнению секции типа 7317 и их обслуживать в течение последующего срока службы тепловоза.

Видимые разовые затраты не должны вводить в заблуждение — невидимые потери, постепенно накапливающиеся в течение года, несоизмеримо выше. А если добавить к этому ожидаемые потери, связанные с увеличением риска перегрева теплоносителей в пути следования тепловоза по вине установки менее эффективных и потому не расчетных секций водовоздушного радиатора, то целесообразность замены типа 9717, предусмотренного проектом на тепловоз 2ТЭ116, на секции типа 7317 очень и очень сомнительна.

Следует оговориться, что выводы, сделанные авторами на базе анализа широкого спектра результатов расчетных и экспериментальных исследований охлаждающего устройства тепловоза 2ТЭ116, могут быть диаметрально противоположны для других типов тепловозов. Например, для маневрового тепловоза ТЭМ18Д, у которого режимы загрузки силовой установки существенно отличаются от магистрального локомотива и у которого изначально при проектировании заложены избыточные запасы по теплорассеивающей способности охлаждающего устройства, применение секций типа 7317 вместо 9717 не только оправдано, но даже предпочтительно. Тем более, что для такого тепловоза будет лучше использовать секции типа 9717 с утонченной трубкой и увеличенным сечением для воды. Такая секция сочетает в себе преимущества обоих типов в части обеспечения высоких теплоаэродинамических параметров и пониженную склонность к засорению внутренних полостей трубок.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin