Методы контроля при диагностировани теплорассеевающей способности теплообменных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИ ТЕПЛОРАССЕЕВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Сергиенко С.Н., канд.техн.наук, доцент,

Михайлов А.Д., аспирант

Орский гуманитарно-технологический

институт (филиал) Оренбургского государственного университета,

Оренбургский государственный университет

При работе компрессора поступающий атмосферный воздух несет с собой частицы отработанных газов, масляных паров, которые поступают в охладитель наддувочного воздуха. При сжатии данной смеси температура повышается, однако для сгорания таковой данная исходная температура не достаточна. Вследствие попадания ее в охладитель частицы масла, смол, мелкодисперсной пыли и тому подобное, оседают на стенках охладителя. данное явление способствует уменьшению внутреннего сечения трубок, причем более крупные частицы оседают на входе, что приводит к увеличению давления между компрессором и охладителем. Надо отметить, что осевшие на стенках охладителя (как снаружи, так и с внутренней стороны трубки) продукты уплотнения приводят к уменьшению теплопроводности охладителя (рисунок 1, 2) и как следствие уменьшение плотности воздуха подаваемого в цилиндры из-за высокой температуры.

Рисунок 1 - Наружное загрязнение охладителя наддувочного воздуха

Что приводит к неполному сгоранию топливовоздушной смеси, появлению детонации. В результате увеличивается неполнота его сгорания, растет продолжительность периода задержки воспламенения, и как следствие, к повышению «жесткости» работы двигателя, процесс сгорания в целом удлиняется, что ухудшает эффективность теплоиспользования и приводит к заметному повышению удельного эффективного расхода топлива. Продукты уплотнения смол - асфальтены, набухая в масле, формируют на металлических поверхностях лаковые пленки. Которые задерживают на себе любые твердые частички. Особенно подвержены накоплению смолистых отложений выпускные клапана, поршни, крыльчатка турбины и так далее. В условиях низкой температуры окружающего воздуха указанные выше проблемы работы двигателей на частичных нагрузках и холостом ходу особенно обостряются.

Рисунок 2 - Внутренние загрязнение охладителя наддувочного воздуха

Подобное явление может привести к ухудшению работы самого двигателя. Для избежание данной проблемы, считаю необходимым проводить диагностирование охладителей наддувочного воздуха.

Существующие методы контроля состояния охлаждающих устройств на сегодняшний день носят индивидуальный характер, который позволяет констатировать предельное его состояние. В то же время все вновь выпускаемые современные автомобили оборудованы автоматическими бортовыми системами сбора и контроля различных параметров. Указанные устройства теоретически могли бы быть использованы для диагностики текущего состояния охлаждающих устройств, однако отсутствие методов обработки потока данных в сочетании с низкими метрологическими характеристиками примененного измерительного оборудования в указанных системах, в настоящее время не позволяют использовать их для указанной цели.

Таким образом, задача оперативной диагностирования состояния охладителя наддувочного воздуха (ОНВ), без отвлечения его от эксплуатации, является актуальной, потому что это один из способов сокращения эксплуатационных расходов.

Вопросами диагностирования автомобильных теплообменников занимались Бурков В. В., Индейкин А. И., Пославский А.П., Мануйлов В.С, Александров А.А., Кухаренко Евдокименко А. Л, Курмашев Г. А., Матюхин Л.М и многие другие, однако данный вопрос не изучен достаточно.

В отечественном и зарубежном транспортном машиностроении известны разнообразные способы контроля состояния теплорассеевающей способности теплообменных аппаратов (ТРС) охлаждающих устройств(ОУ) различного назначения двигателей внутреннего сгорания. Считаю, что некоторые из них возможны для применения в диагностировании охладителя наддувочного воздуха.

Максимальное распространение на сегодняшний день получили следующие методы: [1]

- органолептический;

- термографический или тепловизионный;

- реостатный;

- по темпу прогрева или остывания теплоносителей;

- по перепаду температуры охлаждающей жидкости в теплообменниках

- по перепаду температуры воздуха в секциях теплообменника;

- по перепаду давления охлаждающей жидкости в теплообменник;

- по истечению охлаждающей жидкости через секции на стенде.

Каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки, однако для охладителей наддувочного воздуха не все вышеперечисленные методы имеют место быть.

Первый из перечисленных методов основан на субъективном восприятии человеком с помощью органов чувств. Метод прост, но не дает количественной оценки

Второй метод подобен первому, за исключением того, что вместо органов чувств используется термо- или тепловизионное оборудование. К преимуществу способа можно отнести то, что он полностью исключает субъективность оценки, а также позволяет выявлять частичное ухудшение состояния секций водовоздушных радиаторов. К недостаткам способа можно отнести следующие:

_ высокая стоимость применяемых средств измерений;

_ требуется высокая квалификация персонала для проведения измерений;

_ аппаратура, используемая при таком способе, очень чувствительна к коэффициенту отражения поверхности теплового излучения, который, в свою очередь, зависит от ракурса экспозиции при термографировании, наличия замятий охлаждающих пластин, наличия пятен масла или иных загрязнений на поверхности экспозиции, состояния и цветовой гаммы поверхности и пр. [2].

Выделение и учет этих особенностей достаточно трудоемок и требует больших затрат времени и определенной квалификации персонала.

Реостатный метод позволяет проводить количественную оценку состояния охлаждающего устройства с наибольшей точностью по сравнению с другими методами.

Недостатками реостатных испытаний являются:

_ высокая трудоемкость и, как следствие, высокая их стоимость;

_ относительно высокая продолжительность проведения таких испытаний;

_ необходимость «привязки» агрегата к реостату и, как следствие, отвлечение его от выполнения работ на период проведения таких испытаний.

Указанные недостатки не позволяют рекомендовать такие виды испытаний для оценки текущего состояния ТРС охлаждающих устройств, находящихся в эксплуатации. В то же время относительно высокая точность определения эффективности ОУ позволяет использовать реостатные испытания для выборочного или периодического контроля достоверности других, более рациональных методов оценки их ТРС.

Оценка по скорости нарастания или убывания температуры теплоносителя. Такая оценка впервые была применена в 2013 г. при испытаниях ОУ тепловоза 2ТЭ116 № 1673А в локомотивном депо Санкт-Петербург Витебский для оценки качества промывки водяной системы тепловоза с помощью без разборной химической очистки [3].

Способ основан на положении теории регулярного теплового режима [4], которое можно сформулировать так: «Разность значений между количеством тепла, подведенного к телу и количеством тепла, отведенного от него, за некоторый промежуток времени равна изменению теплосодержания тела». В качестве тела в данном случае выступает система, состоящая из теплоносителя и металлических частей в контуре циркуляции. Недостатки данного метода аналогичны реостатному.

Оценка по перепаду температуры охлаждающей жидкости в радиаторах широко применяется при диагностике СО автомобильных двигателей [5], [6].

Способ основан на предположении, что при работе двигателя с фиксированными нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала тепловыделения от двигателя в ОЖ также фиксированы. При этом расход ОЖ через радиатор зависит от гидравлического состояния его внутренних полостей и при чистых радиаторах этот расход известен. По мере загрязнения радиатора расход охлаждающей жидкости через него падает, а перепад температур на входе и выходе ОЖ растет с одновременным увеличением их абсолютных значений.

Из-за особенностей теплопередачи течения теплоносителей поле температур воздуха после радиатора очень неравномерно по фронту. Для исключения ошибки измерения усредненного значения потребуется установка большого количества датчиков. Так, например, в работе [6] предложена установка 16-ти датчиков температур. Установить такое количество датчиков затруднительно с технической точки зрения. Следует отметить, что поле температур воздуха после радиатора очень чувствительно к наличию различных изменений аэродинамической схемы течения воздуха. Достоверность способа зависит не только от количества таких датчиков и правильности определения мест их установки, но и от безотказности работы каждого датчика.

Оценка ТРС по перепаду давлений охлаждающей жидкости в радиаторе предложен в работе [5]. Он основан на предположении, что при работе двигателя с фиксированными нагрузкой и частотой вращения его коленчатого вала расход охлаждающей жидкости через радиатор постоянен и зависит от его гидравлического сопротивления.

При чистых радиаторах эти параметры заведомо известны. По мере загрязнения сопротивление радиатора растет. Основным недостатком способа является то, что для достоверной оценки ТРС ОУ по перепаду давлений точность измерений гидравлического сопротивления радиатора и расхода жидкости через него должна быть очень высока.

Способ оценки состояния охлаждающего устройства по времени пролива охлаждающей жидкости через секции радиаторов. Данный способ основан на том же предположении, что способ, изложенный выше

Недостатки способа:

_ позволяет проводить только оценку гидравлического состояния секции радиатора с внутренней стороны. Состояние наружной поверхности теплообмена оценивается визуальным способом;

_ позволяет оценить только состояние отдельных секций радиатора и не позволяет давать оценку состояния всего охлаждающего устройства;

_ позволяет выявлять лишь те секции, состояние которых находится далеко за пределами допустимого, и не дает количественной оценки текущего состояния.

Анализ известных методов оценки ТРС радиаторных секций показал, что каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки, а эффективность их применения зависит от множества факторов. Однако в настоящее время ни один из рассмотренных способов не позволяет производить оперативную оценку текущего состояния ТРС охлаждающего устройства в режиме реального времени по следующим причинам:

_ оценка может быть проведена только при испытаниях, связанных с отвлечением автомобилей от эксплуатации;

_ точность оценки ТРС охлаждающего устройства при проведении испытаний с использованием существующего комплекса средств измерений невысокая и не позволяет делать объективные выводы и прогнозы его текущего состояния;

_ для проведения испытаний с требуемой точностью определения ТРС охлаждающего устройства и возможности делать прогнозы на перспективу необходима разработка соответствующих методик.

Однако, некоторые из рассмотренных методов могут быть использованы как дополнительные при комплексном анализе текущего состояния охлаждающего устройства тепловоза, а также выявления некоторых причин возникновения дефекта и, соответственно, давать качественные выводы о целесообразности проведения неплановых ремонтов.

охладитель наддувочный воздух тепловоз

Список литературы

1 Горин, А.В. Методы контроля теплотехнического состояния охлаждающих устройств тепловозов в эксплуатации: автореф. канд. техн. наук: 05.22.07 / Горин Антон Владимирович - М., 2016. - 22 с.

2 Русаковский, М.А. Тепловизионная съемка как инструмент оценки энергосберегающего потенциала / М.А.Русаковский // Энергосовет. - 2009. - №3(3). - С. 14-17.

3 Рабочая методика теплотехнических испытаний системы охлаждения и энергетических испытаний дизеля: № 14(20)2ТЭ116.РМ 23. - Коломна: ОАО «ВНИКТИ», 1986. - 38 с.

4 Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел.- 2-е изд. - М.:Энергия, 1969. - 440 с.

5 Перминов, В.А. Оценка состояния теплообменных аппаратов системы охлаждения тепловозных дизелей в эксплуатации: автореф. дис. канд. техн. наук : 05.22.07 / Перминов Валерий Анатольевич. - М., 1988. - 23 с.

6 Свизяев, В. П. Вопросы диагностики секций холодильников магистральных тепловозов / В.П.Свизяев, А. X.Муратов, В.М.Назаренко // Труды ТашИИТ. - 1981. - №169/16. - С. 48-53.

Размещено на Allbest.ru