автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и совершенствование систем тепловой подготовки машин при строительстве трубопроводов в условиях Севера

На правах рукописи

ВАШУРКИН ИГОРЬ ОЛЕГОВИЧ

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИН ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Специальность 05.02.13 -Машины, агрегаты и процессы (нефтяной и газовой отрасли)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тюмень-2003

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Шабаров Александр Борисович

доктор технических наук, профессор Васильев Геннадий Германович

доктор технических наук, профессор Тархов Альберт Иванович

Ведущая организация - ООО «Сургутгазпром»

Защита состоится 9 октября 2003 года в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.08 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ.

Автореферат разослан 8 сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^,

Пономарева Т.Г

Общая характеристика рабоиты

Актуальность. Западная Сибирь - важнейший регион России, где сосредоточены основные запасы нефти и газа и, соответственно, проводятся большие и дорогостоящие работы по строительству и ремонту сооружений нефтегазового комплекса с широким использованием специальной техники. В то же время здесь специфические природно-климатические и грунтовые условия, требующие выполнения на этих объектах в зимний период большого объема строительных и земляных работ. Однако при выполнении этих работ до 90...95 % строительной техники составляют машины общего назначения, эффективность использования которых во многом определяется качеством средств предпусковой тепловой подготовки

Известно, что температура окружающей среды в Западной Сибири может достигать экстремальных значений Стремление обеспечить нормальный пуск и работу техники в любых условиях приводит к тому, что СТП ориентированы на маловероятные, но жесткие суммарные воздействия (сильные морозы, длительные межсменные стоянки и т.п.). Этим определяется большой и редко востребуемый тепловой потенциал средств аккумулирования тепла отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в системах утилизации тепла (СУТ). Попытки уменьшить массогабаритные показатели СУТ чреваты снижением надежности в подготовке машин к пуску и не решают всей проблемы В результате в самые суровые периоды зимы ДВС ночью не глушат, что ведет к снижению моторесурса двигателей и повышенному расходу топлива. Одновременно с этим необходимо отметить, что несмотря на многолетний опыт зимней эксплуатации технологической техники и большие успехи в этой области, проблема повышения их готовности к работе при низких температурах окружающей среды по-прежнему остается актуальной

(СТП)

Опыт эксплуатации и результата исследований автора диссертации показывают целесообразность совместного комплексного использования традиционных и новых способов тепловой подготовки с учетом специфических факторов внешней среды и форм организационно-технической эксплуатации машин строительных комплексов.

Цель работы - повысить предпусковую готовность двигателей технологических комплексов к работе зимой путем оснащения их комбинированными системами тепловой подготовки, научно обосновать и методически обеспечить выбор конструктивных схем, основных рабочих параметров и технологии прогрева двигателей в зимних условиях Севера.

Объект исследований - технологические машины, используемые для строительства и ремонта трубопроводов.

Предмет исследований - процессы теплообмена и прогрева от СТП двигателя на разных этапах ее функционирования.

Научная новизна

1. Разработана новая модель формирования оперативной готовности землеройной машины зимой, учитывающая продолжительность предпусковой тепловой подготовки.

2. Разработана концепция формирования совокупного возмущающего воздействия на СТП в трассовых условиях.

3. Разработана методика определения вероятного температурного хода воздуха на основе современных компьютерных технологий в зависимости от географических координат территории эксплуатации строительной техники (на примере Западной Сибири).

4. Разработаны математические модели теплофизических процессов в комбинированных СТП при накапливании и хранении тепла от отработавших газов двигателя и при предпусковом его прогреве.

5. Получены экспериментальные данные о параметрах комбинированных СТП двигателя в широком диапазоне температур и на этой основе уточнены имитационные модели ДВС.

6. Разработана и реализована методика численного анализа параметров теплоносителя в СТП, находящейся в условиях экстремальных температурных воздействий.

7. Обоснованы условия, при которых целесообразно использовать воду в качестве теплоаккумулирующего материала и теплоносителя.

8. Разработана методика параметрического синтеза комбинированных СТП машин технологических комплексов.

Практическая ценность 1. Разработанные математические модели тепломассообменных процессов в СТП на разных этапах ее функционирования и при разном конструктивном исполнении используются в научных исследованиях, в учебном процессе, при конструировании СТП разных типоразмеров и при эксплуатации специальной техники в зимних условиях.

2 Методики расчета теплофизических характеристик отработавших газов, расчета коэффициента использования сменного времени и коэффициента нагруженности приводного двигателя позволяют определять потенциал вторичного тепла двигателя и эффективность его применения с использованием средств аккумулирования тепла.

3. Методики использования современных компьютерных нейросетевых технологий позволяют получать вероятный среднесуточный ход температуры воздуха на любых территориях эксплуатации строительных машин, заданных значениями географических координат.

4 Методика численного моделирования СТП, пакеты прикладных программ, результаты выполненных расчетно-теоретических и экспериментальных исследований позволяют определять предпочтительный тип СТП и рассчитывать параметры теплоносителя и двигателя на различных технологических режимах.

На защиту выносятся: I. Определение теплового потенциала отработавших газов ДВС технологической машины с учетом температуры окружающей среды.

2: Оценка вероятного температурного хода воздуха зимой в виде функции географических координат на территории Западной Сибири.

3. Представление периода зимней эксплуатации совокупностью временных отрезков, вложенных один в другой с разными потребностями технологических машин в тепловой подготовке.

4. Оценка оперативной готовности машин строительных комплексов зимой и эффективности создания для них СТП.

5. Принципиальная функционально-теплогидравлическая схема построения и модернизации комбинированных СТП.

6. Результаты моделирования теплофизических процессов элементной базы и замкнутых контуров СТП на разных этапах ее функционирования.

7. Методика численного моделирования и приближенные аналитические решения для определения температуры в комбинированных СТП двигателей при выборе типа и расчете параметров теплоаккумулирующих сред.

8. Результаты экспериментального исследования СТП дизельного двигателя в натурных температурных условиях.

9. Методика и результаты параметрического синтеза теплоаккумулирующих средств разного типа и назначения.

Апробация. Результаты исследований представлены, обсуждены и одобрены на региональных научных и научно-методических конференциях: (Тюмень 1998 г, 1999 г), международных конференциях (Санкт-Петербург 1992 г., Воронеж 1992 г., Тюмень 2000 - 2003 г.г.). В полном объеме диссертация докладывалась на заседаниях каф. ПТСДМ и НТС ТюмГНГУ (Тюмень 2003 г).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 9 научных публикациях, в том числе в трех монографиях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, содержит 349 страниц текста (в том числе 49 таблиц и 87 рисунков), списка литературы из 181 наименования, 3 приложений на 117 страницах.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность проблемы, научная новизна и практическая значимость, а также приведены основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе представлена специфика нефте- и газодобывающих территорий Западной Сибири, применительно к которым исследуется проблема оснащения силового оборудования строительной техники системами тепловой подготовки с целью повышения их готовности к работе зимой.

В силу природно-климатических условий строительства и реконструкции нефтегазовых объектов основные объемы земляных и строительно-монтажных работ выполняются в зимний период. То есть в календарный период времени, начало и конец которого соответствуют переходу среднесуточной температуры через 0°С. При этой температуре проходимость машин в начале зимнего периода восстанавливается и утрачивается при его окончании. В отличие от зимнего сезона при эксплуатации мобильных машин выделяют несколько больший период, когда среднесуточная температура < 5°С. Его будем определять как период зимней эксплуатации строительной техники.

Для успешной работы строительной техники при низких температурах, характерных для Севера Тюменской области, двигатель, гидросистема, электроаккумулятор и кабина должны удовлетворять специальным требованиям: это усиленная теплоизоляция; кабина - обогрев стекол, устройства предпускового подогрева двигателя, гидросистемы и электроаккумулятора; использование низкотемпературных горюче-смазочных материалов и рабочих жидкостей.

Сложность выполнения этих требований обусловлена тем, что на практике основные комплектующие и базовые изделия (тракторы, экскаваторы, трубоукладчики, автомобили, ДВС) поступают в исполнении «У» -для умеренного климата.

При эксплуатации этой техники, одновременно с рабочими режимами происходят простои кратковременные (несколько часов), межсменные (до 16 часов) и длительные (до двух и более суток), что приводит к интенсивному охлаждению их деталей и энергосистем. В этом случае вывод строительной машины на рабочий режим в начале смены требует значительных временных затрат и энергоресурсов.

В настоящее время задача надежного пуска двигателей строительной техники решается различными способами - от межсменной работы двигателя на холостом ходу до применения подогревателей и отопителей, требующих дополнительных затрат топлива или дополнительных источников энергии. Вследствие изменения температурно-ветрового режима окружающей среды, целесообразно сочетать на простаивающей машине средства сохранения тепла (чехлы, капоты, щиты и прочее), средства его регенерации (устройства для аккумулирования избыточного тепла, его хранения и последующего использования при предпусковой тепловой подготовке - СУТ) и средства выработки тепла (подогреватели типа ГОКД и ПЖБ и отопители). Совокупность этих средств назовем системами тепловой подготовки привода машин (СТП). Особое место в СТП занимает система утилизации тепла отработавших газов (СУТ ОГ) приводного двигателя, создаваемая с использованием теплоаккумулирующих устройств (ТАУ) на основе теплоаккумулирующих материалов (ТАМов), в том числе претерпевающих фазовый переход. Подобные СУТ могут использоваться для поддержания рабочей температуры охлаждающей жидкости ДВС, гидросистемы и температуры воздуха в кабине экипажа.

Большой вклад в решение рассматриваемой задачи внесли С.Д.Гулин, С.В.Каверзин, Н.Н.Карнаухов, Л.А.Николаев, А.И.Хорош и многие другие Из предприятий и научных учреждений, разрабатывающих, исследующих или выпускающих средства тепловой предпусковой подготовки строительной техники, следует отметить коллектив сотрудников ТюмГНГУ, Красноярский филиал ВНИИстройдормаш, НАМИ, НАТИ,

ГосНИИПТ, Красноярский технический институт, Челябинский тракторный завод, Ковровский экскаваторный завод, КАМАЗ и другие организации.

В заключительной части главы сформулирована цель диссертационной работы и определены задачи исследований.

Вторая глава описывает условия работы СТП специализированных комплексных потоков и условия формирования различных воздействий на машину. Впервые вводится понятие об оперативной готовности, являющейся не только категорией надежности, но и характеристикой неподготовленности машин к пуску.

Предлагается выражение коэффициента технического использования машин Кти представить в форме произведения трех коэффициентов

КТИ = КНКПКЭ, (I)

где К^ К]7 = 1 — >2; Кд = 1 -У3; У\, У2, У3 - соответственно

характеристики надежности, неподготовленности к пуску и качества эксплуатации машины.

В связи с этим предлагается при выполнении исследований, связанных с оценками эффективности использования новых и усовершенствованных средств тепловой подготовки машин, использовать выражение (1), где коэффициент Кц (Ки = 1-Кг; У2 - tmn/(см) определяется прямым расчетом, а значения коэффициентов Кн и Кэ следует принимать по нормативным документам.

Учет в КтИ составляющей К]7 по разработанной методике позволяет определить сменную производительность по известной зависимости

Псм= ПТ1смКсмКТИ ' (2)

где П-р - расчетная производительность; ¡см - продолжительность смены; Ксм - коэффициент сменности.

Определив значение Псм для базовой машины (П*см) и для модернизируемой за счет оснащения ее СТП (ЯСЛу), получаем значение *

^см ~ Псм/ ~ Псм • Используя методику профессора Н.Н.Карнаухова, находим величину относительного приращения приведенных удельных затрат Ац:

Ад = АЕ + \АК - (д/7^ + Д*), (3)

где Д£ = ,АЕ . ; Д К = . ; А Псм = ; Д* = ^ ;

Е Е Псм 1СМ

*

АЕ = - Е - приращение эксплуатационных расходов; АК - прираще-

*

ние капитальных вложений; А(п = tn - tnj; tnj - время тепловой подготовки модернизируемой машины.

Чем меньше величина Aq, тем в большей степени оправдана модернизация.

Сведения о природно-климатических территориях Западной Сибири в обстоятельном и сжатом виде представлены в «Справочнике по климату» применительно к 149 пунктам метеонаблюдений.

Автором разработана методика расчета среднесуточной температуры воздуха, обоснован выбор нейросетевого подхода и описано построение прикладной программной системы определения характеристик среднесуточных температур и закономерностей их годового хода в виде функций любых географических координат в пределах Западной Сибири. '

По результатам эксперимента и теоретических исследований спроектированы и обучены нейронные сети по определению 12 неза- <

висимых характеристик температуры воздуха и ее хода в пределах года на территории Западной Сибири (табл. 1).

Таблица 1

Характеристики нейронных сетей

Назначение сети Количество слоев Количество нейронов Передаточная функция

Абсолютный минимум температур воздуха 2 8x8 Биполярный сигмоид

Средняя температура самых холодных суток 2 8x8 Биполярный сигмоид

Средняя температура самой холодной пятидневки 2 8x8 Биполярный сигмоид

Продолжительность периода эксплуатации при температуре < 5°С 2 8x8 Биполярный сигмоид

Среднемесячная температура 1 100 Гауссиан

Среднеквадратическое отклонение температуры 2 25x25 Биполярный сигмоид

Коэффициент корреляции 1 1 200 Биполярный арктангенс

Коэффициент корреляции 2 1 200 Биполярный арктангенс

Коэффициент корреляции 3 1 200 Биполярный арктангенс

Коэффициент корреляции 4 1 200 Биполярный арктангенс

Коэффициент корреляции 5 1 150 Биполярный арктангенс

Известно, что распределение температуры воздуха в пределах любого из месяцев подчиняется закону Грамма-Шарлье:

fit)

1

л/2я

1 +

А,

(4)

Тд - М,

где т = —-- - нормированная величина среднесуточной температуры

воздуха, Тв - среднесуточная температура воздуха; а(, А( - среднеквадра-' тическое отклонение температур.

Интегрирование выражения (4) по интервалам каждого месяца позволяет отыскать значения частостей (в сутках) появления низких темпера-

тур в пределах каждого месяца года, а затем путем суммирования отыскать значения и построить гистограмму их появления в период зимней эксплуатации машин.

Для Западной Сибири определена типичная зона эксплуатации строительных машин в полосе 66-67° северной широты с периодом зимней эксплуатации 262-267 дней. Эта зона имеет площадь 181200 км2, или 4,54% общей ее территории. Метеопосты в этой зоне располагаются в Салехарде, Надыме и Уренгое.

Гистограмма годового распределения температур представлена на

рис. 1.

^ ч? ^ ^ ч? ^ ^ Среднесуточная

Л'-' к1ъ*'' V-' ¿V' температура, °С

Рис. 1. Распределение среднесуточных температур в течение года

Продолжительность чистого времени работы (Ки) и нагруженности силовой установки (Кн) в виде коэффициентов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Коэффициенты Ки и Кн для землеройных машин, эксплуатируемыхзимой в условиях Западной Сибири

№ п/п Тип землеройной машины Ки Кн

1 Одноковшовые экскаваторы 0,85 0,90

2 Многоковшовые экскаваторы 0,50 0,70

3 Бульдозеры, бульдозеры-рыхлители 0,70 0,90

4 Трубоукладчики 0,62 0,80

Дополнительно была исследована картина термохимического превращения дизельного топлива в ОГ. Представлена картина сгорания топлива в дизеле в зависимости от объема подаваемого в него воздуха с учетом загруженности. Учтено, что каждая из теплотехнических характеристик ОГ (</) в зависимости от абсолютной температуры определяется как средневзвешенное значение их составляющих: СОг, N2, 02 и Н2О:

Я = аС02ЯС02 + аЫ2ЧЫ2 + «02902 + аН20ЯН20 » (5)

где, например, (*со2 - массовая доля углекислого газа в составе ОГ.

ас02 =-щУт-. (6)

Рсог^сог + 9Ы2^Ы2 + Р02^02 + РН2СУН20

Аналогично определяются 0^2, а02 и аН2о Такой подход полностью решил проблему определения теплотехнических характеристик ОГ, позволил выявить их зависимость от загруженности дизеля и температуры в выхлопном коллекторе.

Известное количество ОГ, их температура, теплоемкость позволили определить теплопроизводительность дизеля. Количество тепловой энергии, переносимой от ОГ к теплоаккумулятору, зависит от вида и местоположения соответствующего теплообменника и конструкций СУТ ОГ, которые по своим конструкциям разнообразны.

Третья глава посвящена проблемам конструирования и анализу функционирования СТП. Автор привел общую концепцию построения СТП и основные проблемы их конструирования с учетом особенностей применения, условий эксплуатации в пределах полного цикла: «зарядка» теплоаккумулирующих средств, хранение тепла во время межсменного простоя и «разрядка» при прогреве ДВС и других элементов. Автором обосновано значение начальной температуры воды или антифриза в резервуарах разного типа перед прогревом ДВС при условии подачи горячего теплоносителя из подогревателя на вход системы охлаждения «110°С. Меньшие значения приведут к неоправданному увеличению габаритов и

массы, а большие - недопустимы, так как могут повредить ДВС. Конечные температуры жидкости в СТП при «зарядке» теплоаккумулирующих средств ограничены конструкцией теплосъемника отработавших газов (ТОГ), температурой «кипения» этиленгликоля в антифризе (197°С) и рабочим давлением в системе.

Использование средств тепловой подготовки машин строительно-технологических потоков рассматривалось в зимний период работы (ЛО. Он разбивался на временные отрезки, вложенные один в другой, как это показано на рис. 2.

\ А2 Л3 в3 Вг В\ Во

Рис. 2. Структура зимнего периода работы комплексов

Здесь Ао и В0 - соответственно, моменты начала (сентябрь, октябрь) и окончания зимнего периода (апрель, май), кривые хода среднесуточных температур воздуха, пересекают отметку 5°С; Л(, ß( - моменты начала и окончания зимнего периода, кривая хода среднесуточной температуры воздуха пересекает отметку Tlß (min); Л2, В2 - соответственно моменты начала и конца зимнего периода, кривая хода среднесуточной температуры, пересекает отметку Т2В (min)-, Л3, ß3 - соответственно моменты начала и конца зимнего периода, кривая хода среднесуточной температуры, пересекает отметку Гзв(тт). При этом:

АN[ = N - [AqA\ + B\Bq] = (N - N\) - продолжительность зимнего периода (в сутках), когда: функции охлаждающей жидкости (ОЖ) может выполнять вода, допускается немедленный пуск ДВС после заправки его

системы охлаждения горячим теплоносителем (водой) из тепловой камеры, где она хранилась слитой после работы в предшествующую смену.

В соответствии с этим (ранней осенью и поздней весной) в пределах продолжительности AN^ СТП строительных машин следует работать на воде. В эти периоды зимы общей продолжительностью ДА^, СТП, собранная с двухкамерной тепловой секцией, может быть укомплектована без средств ТАУ, а тепловой потенциал тепловой камеры может быть повышен от дополнительной тепловой секции.

АЛ/2 = - [А\А2 + Вфх] = (Ы\ - N2) - общая продолжительность зимнего периода (в сутках), когда: функции охлаждающей жидкости выполняет вода; пуск ДВС проводится после предварительной тепловой подготовки, выполняемой в два этапа

Зимний период продолжительностью ДА/2 наблюдается более поздней осенью или ранней весной. В эти периоды СТП должна быть укомплектована в полном объеме.

ДА^З = - [Л2Л3 + В3В2] = (N2 - Щ) - продолжительность зимнего периода (в сутках), когда: в качестве теплоносителя в СТП следует использовать антифриз 65 или Тосол-65; попытки пуска и пуск ДВС осуществляют после тепловой подготовки, но только от средств аккумулирования вторичного тепла; А/3 - продолжительность самого сурового периода чимы, когда функции жидкого теплоносителя СТП должен выполнять антифриз (Тосол-65А); для тепловой подготовки ДВС, наряду со средствами аккумулирования тепла отработавших газов, использовались жидкостные подо! реватели.

При отыскании граничных значений временных отрезков зимнего периода эксплуатации величины Т^т'т), Т2в(/ши) и Т^{тт) назначали на основании опыта или по результатам расчета. Иногда во временной отрезок А'з вкладывался короткий отрезок N4, когда температура воздуха опускается ниже 213 К (-60°С). В это время эксплуатация техники не до-

пускается. Для машин общего назначения следует расширить отрезок Л3 до случаев, когда температура воздуха снижается до 233 К (-40°С) и более.

Подробно анализировались устройства для съема тепла с отработавших газов, рекомендуемые последними российскими и зарубежными патентами. Здесь же приводятся теоретические посылки, используемые в расчетной практике газовых теплообменников. Далее представлены основные идеи конструирования теплоаккумулирующих средств - емкостей, резервуаров и т.д. Анализируется технологический процесс прогрева от них ДВС в сравнении с прогревом от жидкостного подогревателя на примере ПЖД-44 для трактора Т-170. Отмечаются два обстоятельства. Во-первых, в СТП при прогреве ДВС от теплоаккумулирующих средств сохраняются все положительные качества технологии прогрева от жидкостного подогревателя и, во-вторых, имеется высокий температурный напор потока жидкого теплоносителя в начале прогрева ДВС. Все это позволяет обеспечить при прогреве двигателя от СТП более надежный и быстрый его пуск в работу.

В четвертой главе представлены результаты расчетно-теоретичес-ких исследований функционирования СТП двигателей. Рассмотрены математические модели тепловых процессов в элементах СТП: смесителях, тепловых аккумуляторах, однокамерных и двухкамерных баках предварительного прогрева, жидкостных подогревателях. На основе перечисленных элементов строятся модели более сложных систем - теплового аккумулятора с регулируемой боковой ветвью и др. Сформулированы общие постановки задач расчета динамических свойств элементов, контуров, состоящих из этих элементов и СТП в целом. Обоснованы допущения, позволяющие упростить получение соотношений, входные и выходные температуры теплоносителя и двигателя. Обоснованы области применения элементов и систем.

В основу моделей нестационарного теплового процесса в СТП двигателя положено уравнение теплового баланса движущейся среды (теплоносителя) в пределах контрольного объема V:

сата ^ ~ GxcJx + С&аЪ + G'caT' - G"caT' = -Qa + Nduc, (7) ' dTa

где cama —~ - скорость аккумулирования или уменьшения внутренней at

энергии; G\CaT\ + G^c^Ti + G'caT' - G"caT" - поток внутренней энергии теплоносителя через поверхность контрольного объема, - тепловая мощность, подведенная (Qd < 0) или отведенная > 0) от теплоносителя к двигателю, Nduc - мощность внутренних вязких сил, которой обычно можно пренебречь при расчете СТП.

Уравнение теплового баланса при нестационарном процессе прогрева двигателя записывается в виде'

с&Щ ~ = <?«. (8)

at

где Qe - тепловая мощность, передаваемая от двигателя в окружающую среду

Мощности тепловых потоков Q¿¡ и Qg определяются из уравнений теплоотдачи

Qd = МТа - Тд), Qe = Ав(тд - Тв), (9)

где параметры теплоотдачи A¿ = aaFa, Ав = аeFe определяются по обобщенным опытным данным.

Расход теплоносителя в выходном сечении С2 приравнивается расходу во входном сечении G\ с учетом отаода G' или подвода G" теплоносителя:

G2=G1-G' + G' (10)

Для системы уравнений (7-10) начальные условия записываются в

виде.

t ~ ¿0- Та - Тао, Тд= T¿о- (11)

Граничные условия задаются для температуры теплоносителя при входе в элемент или контур

Г, = Г,(0. (12)

В уравнениях (7-10) на каждом временном шаге от = до ¿2 считаются известными расходы О), С, О", теплоемко-

сти са, сд и массы та, тд.

Система уравнений (7-10) с условиями (11 и 12) решается численно стандартным методом Рунге-Кутга, а в отдельных случаях - аналитически. В результате определяется изменение температур теплоносителя и двигателя во времени

Т2= Т2и),Тд= Тд((), (13)

что и является целью расчета тепловой подготовки двигателя к запуску.

Для упрощенной расчетной модели смесителя, как элемента СТП, полагаем, что средняя температура теплоносителя в смесителе Те близка к температуре при выходе Г2. Это допущение подтверждено экспериментальными и расчетными данными. Тогда

1

-73=7,-72. (14)

Ре

г- йТе а 0

где Т2 » Ре = —

Iи те

При рассмотрении нестационарного теплового процесса в теплоносителе и теплоаккумулирующем материале (ТАМе) теплового аккумулятора при Тв\ = Тв2 = Тв исходная система уравнений имеет вид.

Сата ~ + СаОа(Т2 - 7\) = Ф8а, аг

(15)

аг

п -& Г2 -7]

Тв-Т2

Пренебрегая тепловой мощностью Сата . из системы уравне-

ний (15) получаем

Т2 = Тв+(Т1-Тв)е-3, (16)

— Гв=-Тв+Тх, (17)

ая

где з = ,ав

Са°а свтв

(ХТ

В общем случае, когда учитывается тепловая мощность Сата ——,

(И

система уравнений (15) решается численно стандартным методом Рунге-Кутта в сочетании с методом итераций. Это решение положено в основу методики совместного теплофизического расчета температур теплоносителя Та и ТАМа Тд, использующей обобщенные опытные данные о теплоотдаче от внутренней и наружной поверхности теплообмена.

Упрощенная расчетная модель двигателя получена при допущении То=Тд, что подтверждено опытными данными автора, в виде

СдЩ ~ = саСа{Т\ ~ Тд)-Ад(Тд - Тв),

±Тд +Тд = ±Т1, (18)

Р<Э ад

где Тх=Тх-Тв, Т2=Т2-Тв, Тд=Тд-Тв, Цд - Са°а + Ад ;

сдтд

п - Са°а + ^ ид ~ ~ са°а

Решение дифференциального уравнения (18) при начальных данных Тд(0)=Тдо и при условии Ту=соп^( имеет вид

Тд=-Тх{\-е~Щ + Тд (19)

ад

Схематическое изображение расчетных структур элементов СТП приведено на рис. 3.

Е ТА Е

2- 71

+ Са

оа

Рис.3. Схематичное изображение элементов СТП и расчетных структур

Особое место при описании элементной базы СТП занимает модель теплового аккумулятора с регулируемой боковой ветвью (рис.4) Теплопе-ренос в ветви, проходящей через ТА, описывается так же, как и в простом ТА, но с учетом поправки на расход теплоносителя в нем (1 - с)йа, где - доля общего расхода Са антифриза, поступившего на вход делителя Д и направленного по боковой ветви, минуя ТА к сумматору се и тв -удельная теплоемкость и масса воды в корпусе ТА. После сумматора Е температура антифриза Т^ = Е,Та[ + (1 - ^)Та2, где Та1 и Та2 - температура антифриза на входе и выходе теплового аккумулятора соответственно. В условиях применения в СТП теплоаккумулятора с регулируемой боковой ветвью он работает в двух режимах при прогреве ДВС. Первый режим соответствует поддержанию разности температур Г^ = (110 - Тв)°С. При этом 1 > Е, > 0. Второй режим характеризуется условием = 0 (весь поток проходит через ТА). При работе СТП на воде рекомендуется использовать

смеситель с регулируемой боковой ветвью (рис.5). Теплоперенос в ветви, проходящей через смеситель, описывается дифференциальным уравнением обычного смесителя с учетом поправки на расход теплоносителя (1 - £)йв. Температура воды на выходе сумматора Е: = £,7] + (1 - где Т1 и - температура воды на входе и выходе смесителя.

Рис.4. Схема теплового аккумулятора с боковой ветвью (антифриз)

Рис.5. Схема теплового аккумулятора с боковой ветвью (вода)

В условиях применения в СТП двигателя смесителя с регулируемой боковой ветвью, также как и тепловой аккумулятор с регулируемой боковой ветвью, работает в двух режимах. Первый режим соответствует поддержанию разности температур на входе в прогреваемый ДВС на постоянном уровне =(110- Тв)°С при 1 > £ > 0. Второй режим характеризуется условием £ = 0 (весь поток проходит через смеситель).

При моделировании процессов подзарядки ДЕ1 от ДЕ2 при работе на

воде решается система уравнений: 7*2 = -^2^2 ~ Ю> Ъ = М?2 ~ Ю

Их решение позволяет описать процессы повышения температуры 7] в ДЕ| и снижения - 72 в ДЕ2:

Т\=Ти--—— Дог

У Р1+Р2

Р1 (20)

Г2 = Г +_12_д02е-(Р,+Р2>, у р,+р2

где ТУ = г4ПТГ02 + о 7-01; Л()2 = Т02 ~ Т01-

* Р1 + Рг Р1 + Р2

В соответствии с рекомендуемыми условиями повышения температуры воды в камере ДЕ| в конце процесса продолжительностью tn необходимо получить 7[(л)=125°С. При этом

=

1 1п Шщ-Тох) Р1+Р2 ИЯ'

В соответствии с расчетной структурой при зарядке ДЕ| от ДЕ3 при работе СТП на антифризе имели систему уравнений

Тв2=МТ\-Т2). (21)

где Т2 = (1 - е"а2 )Тв2 + е-"2 7\ ; а 2

саС а

Решение системы (21), описывает процессы нагрева ДЕ1 и охлаждения воды в ДЕ2:

Тв2 = Ту + -^2_Д02е-(а1+а2> ^ т--Е!_д в"(«,-«Ч>

* а\+ <х2 Щ + а2

где Ту = -%—Т0в + — а, = (1 - г^Р,; * а\ +а2 а, + а2 4 '

а2 = (1 - е )р2; Л02 = т0в2 ~ т01-

При известных параметрах элементов ДЕ] и ДЕ2 определяется время ¿„, в течение которого температура Т2 достигает чрсбуемого уровня Т2 = Т2{п) В расчетах целесообразно принимать = 85 °С и

т0в(де2) 2 165 "С.

Последующие разделы главы включают материалы по моделированию процессов прогрева ДВС на разных этапах тепловой подготовки. Первый ее этап при всех вариантах построения СТП состоит в принудительной заправке СО ДВС горячим теплоносителем из бака ДЕ (из камеры ДЕ1). Повышение температуры ДВС при этом находилось путем установления баланса энергии теплоносителя в некотором температурном интервале с учетом потребности в тепле на прогрев соответствующего узла двигателя (корпусы подшипников, масло в картере, головки блока цилиндров и т.д) при известных удельных теплоемкостях этих узлов. Получена зависимость для определения температуры ДВС к моменту завершения заправки его СО из резервуара ДЕ (ДЕ1):

перед прогревом (принимается, что ДВС после длительной стоянки остывает до температуры окружающей среды = Тв); Т§ж = 110°С - начальная температура теплоносителя с учетом «дозарядки» ДЕ (ДЕ]). Полученный результат позволил определить температуру воздуха, при которой возможен пуск ДВС сразу после заправки его СО из ДЕ.

После заполнения жидким теплоносителем СО ДВС в условиях, когда холодный пуск ДВС невозможен, включался в работу контур «СО ДВС - ДЕ2 - СО ДВС», обеспечивая дальнейший прогрев При работе СТП на антифризе теплообмен между камерой ДЕ2 и двигателем происходил в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис 6.

где а\ =

ДЕ2

ДВС

оа

Рис.6. Схема контура СО ДВС - ДЕ2

В соответствии с расчетной схемой (рис.6) и уравнениями, описывающими температуры в двигателе и аккумуляторе имеем систему дифференциальных уравнений, описывающих теплообмен в замкнутом контуре "ДЕг-ДВС":

Р2 1

-ть = -тв + тд

тд = -тд + ±т Рд ад

(22)

Система дифференциальных уравнений (22) дополняется условием формирования температуры потока антифриза на выходе теплообменника ТА

Тв =(1 - е~а*)Ть + е~а*Тд. Решение находили в виде Тв = + С2еХг', Тд = С3еХ>1 + С4еХ*1,

где А,] 2 = 0.5

- (ае + а^) + -/(ав + ад)2 - 4(1 - аь)авад

Теплоперенос между ДЕ2 и ДВС практически завершен, когда Я[/я(1) = -3 или Я2/п(2) = -3, что дает. /„(1) = -3/ХЬ а /л(2) =-3 /Х2. Поскольку < Х2 , следует принять условие = („( 1). Корень представили в виде Я,] = -0,5(ав + а^)[1 - л/1 + /)], где

Р = 4(аа-1)

(ае +аа)

После профева ДВС от ДЕ2, если резервуар ДЕ двухкамерный или после заправки СО горячим теплоносителем в СТП с однокамерным ДЕ, включали контур «СО ДВС - ТАУ - СО ДВС», как это показано на рис 7 Условие поддержания постоянной относительной температуры * / \

7] =(110- Т8)°С, чем обеспечивалась максимально возможная интенсивность прогрева ДВС, позволило для этого этапа разложить общую расчетную структуру на две частные, изображенные на рис. 8.

а)

ДР2

ДВС

т& тдр2 Тдр2 тд

Г ТдР\

1 -1 — 10а

Т,

1;

а

ДРх

Мдр\

тд

б)

О

др\

РзР2

ДР2_

Тдр2 + Тдр2 = Тд

6',

1

две

1 1 * ±тд +тд = ±Т]

РЗ ад

др.

<др 1

Ём

+ =

в)

ДР2

I

о

рф

+ Тдр 2 =

ДВС

7Й

да

др2

две

с5

Рф2

+ ?др2 = Тд

1др2.

+ Тд = -~Т\ Р<? ад

ДР.

'ф!

Рдр!

Тдр\ + Тдр\ = Тд

ю

Ц|

Рис. 7. Расчетные схемы и структуры различных режимов прогрева двигателя

а) расчетная схема первого режима; б) расчетная структура первого режима; в) расчетная схема второго режима; г) расчетная структура второго режима.

Т\

две

1 1 1

Р<? ад

Тд

Рдр!

ДР._

Тдр\ = ~Тдр\ + Тд

<др I

ДР2

I др\

Рар2

Тдр2 = ~Тдр2 + Тдр[

Рис. 8. Частные структуры прогрева двигателя (первый режим)

Первая из них состоит из двух последовательных звеньев - имитаторов ДВС и ДР^ Решение уравнений для имитаторов ДВС и ДР| позволяет описать процесс прогрева ДВС на этом этапе выражением

ад

(23)

Процесс охлаждения ДР описан в виде

Ьр = + -в-р*') + Г0(Эр(3)<Г|Ч (24)

где Тд(у) = Т\ /ад; ра = рф2 = (1 - = /(Тв,Тдр).

Щр

Исследованием второй частной расчетной структуры нашли описание процесса охлаждения ДР2:

1

Р2

Тдр2 = ~Тдр2 + Тдр\>

(25)

где рар2 =(1-^—9-.

тдР2

*

При этом температура определялась условием Тъ -^ТдрХ+{\-1)Тдр2, где Тдр1 * Т0 , Тдр2 * Т0

Подстановкой из (26) в (25) получили

тдр\ = р(тар2

С„

где р = — тдр2

Подставив в (27) выражение 7ф] из (24) и проинтегрировав, получили

Тдр2 = - - Д§> - -£- Л2<ГМ + С, (28) р<э Рар2

где С нашли из начальных условий, а нелинейное уравнение (28) решили численно

На временном промежутке второго режима температуры по элементам контура определяются из системы уравнений

Р<Э ад н

1

Рдр2 1

Рар1

Тдр2 = ~Тдр2 + Тдр\ Тдр1 = ~Тдр\ + Тд

(29)

Это линейная система с постоянными коэффициентами, стандартный метод решения которой, использует собственные числа и собственные векгоры матрицы системы.

Уравнение для нахождения собственных чисел имело вид

( А

а-д ~ 1

А* + (Ра + р, + Р2)г + (РаР1 + РаРг + Р1Рг)+ Р5Р1Р2

ад

= 0. (30)

Решив уравнение (30) с учетом начальных условий, далее получили значения Тд, Тдр1 и Тдр2 при работе СТП на втором режиме второго этапа прогрева ДВС Аналогичным образом исследованы процессы прогрева ДВС от теплоаккумулирующих средств других комбинаций, входящих в

состав ТАУ: ДР и ТА, ТА и ДР, ТА) и ТАг и др, а также от жидкостного подогревателя (третий этап).

Решение уравнения (31) имело вид:

Ад

г . _* \ _ I

¿д

е , (31)

где Ад = Ад/саОл.

На этом этапе тепловую подготовку ДВС завершали, выполнив условие Тд =Тд(п)=(333-Тв) К. Следующим этапом, решая уравнение (31) относительно Тд(п), получили

Ъ4~Тод

= -. (32)

Ад

*

_

Решение (32) существует при соблюдении условия Ал -< ^ п . В

Тд(п)

противном случае прогрев ДВС от ПЖ невозможен.

Впервые введено понятие о тепловом аккумуляторе с регулируемой боковой ветвью. При работе ТАУ, состоящего из резервуара ДР и теплового аккумулятора при работе СТП на антифризе или на воде, удается путем введения дополнительных элементов, условно названных делителем Д и сумматором Е и автоматического перераспределения потоков жидкого теплоносителя, интенсифицировать процесс прогрева ДВС, создавая длительное время постоянный максимально возможный температурный напор со стороны теплоаккумулирующих средств.

В петой главе представлены результаты экспериментального определения теплофизических характеристик дизельного двигателя Д-160, широко применяемого в машинах строительного комплекса. Исследована имитационная модель двигателя в условиях предпусковой тепловой подготовки

Каждая из 14 серий опытов предусматривала проведение предпускового прогрева дизеля, его запуск и работу на холостом ходу. При этом варьировалась: температура окружающей среды Тв от 0° до -50°С; температура жидкого теплоносителя на входе в систему охлаждения (Т[) и массовый расход (Са) теплоносителя (антифриза). При этом фиксировалась температура антифриза и масла в разных точках дизеля. Фиксация температур антифриза в разных точках препарирования, полученных в виде непрерывных функций на ленте самописцев, табулировались с временным шагом в 30 секунд. Этот интервал времени качественно отражает процесс изменения температуры в различных точках ДВС.

Опытная система отличалась от реальной СТП двигателя тем, что в ней вместо теплового аккумулятора применен калориметрический бак с электронагревательными элементами. Схема построения опытной системы максимально приближена к схеме систем типа ПЖД-44 и ПЖД-600. Пуск дизеля после эффективного подогрева осуществлялся в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Работа на холостом ходу продолжалась не более 15 мин. В процессе .подогрева дизеля и разрядке имитатора теплового аккумулятора в ряде опытов обеспечивались режимы постоянной температуры антифриза в баке и его естественное остывание. Режим постоянной температуры обеспечивался изменением электрической мощности нагревателей.

Результаты опытов обрабатывались и некоторые из них, в качестве примера представлены на рис.9. Было установлено, что по температуре антифриза в области головок блока цилиндров (кривая 5) можно судить о средней величине температуры в области каждого из четырех цилиндров (кривые 1, 2, 3, 4 на рис.9). Эта температура, условно принималась за температуру дизеля Тд.

г, к

358

343

328

313

298

283

268

253

23i

223L

з.

2Ч й Я

А * > и s 1

4 и

V у 1

i if

Л wt /

if

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

мин

223I

X у

/ /

Г

J

/

и ш

щ

1

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 ?, мин

Рис.9. Характерные температурные графики прогрева двигателя

Для основной расчетной ситуации (7g = -30 °С) при постоянной максимальной температуре антифриза на входе в СО дизеля и массовом расходе насоса от ПЖД-44 с Ga - 0,15 кг/с получили:

Ад = 0,055 кВт/К, Сд = 622 кДж/К; тд = 174 кг.

По результатам обработки экспериментальных данных получены результаты о тепловых потоках от теплоносителя к двигателю Д-160 и от двигателя в окружающую среду:

<?а=3,76 ОаЩТа-Тд),

Qe=0,046 (7>Тв)'-33 (33)

Зависимости температур Тдц) от времени, полученные опытным и

расчетным путями, приведены на рис.10. Расхождение опытных и расчетных значений функций Tg(t) в среднем не превышало 8,9 %.

В расчетах в качестве параметра са, принималось некоторое среднее значение удельной теплоемкости антифриза в рабочем диапазоне 243-1-383 К.

т, к

360 340 320 300 280 260 240

- *

¡ts^r

<у

Y

10

15

20

25

_результаты опытов;

---обработка значений с использованием полученных параметров Ад и Сд для данной серии опытов; обработка со средними ........ значениями Ад и Са с учетом условий проведения опытов.

I, МИН

Рис.10. Зависимость от времени температур прогрева, полученных опытным и расчетным путем

По результатам исследований нами предложена методика обобщения полученных результатов на дизеле Д-160 для ДВС других типов при работе в различных температурных условиях. Ранее Н.Н Карнауховым исследована двухслойная модель дизеля Д-160. При дополнении нашими данными, при тех же условиях прогрева в исходном варианте (Та = 383 К; Тв = 243 К и йа ~ 0,25 кг/с), получены обобщенные данные для параметров различных двигателей при различных температурных условиях.

( _ ^/3

Адк = ^3(160)

Щк

Оак = 3,76

«Л 60

Í[M ■ f2K(Fa)' Сак

(34)

fl(a)-f2(Fa)-Gl°'8

(35)

Qbk = 0,046

¡M • Ы^)

Тдк

dO,43 л п 0,33/ \0,33

где /¡(а) = —Q-g-, /](в) = - ы Q55 озз--параметры, зависящие от

Ра' ' va' V Pe'

свойств теплоносителя и температуры воздуха; (Ра), ~ параметры

зависящие от конструктивных особенностей двигателя.

Система уравнений (7-10) с условием (11), (12) и обобщенными опытными данными (35) позволили разработать итерационную методику расчетного анализа и синтеза наилучшего по индексу доходности варианта комбинированной СТП двигателя.

В шестой главе изложена предлагаемая нами методика выбора типа *

и расчета основных параметров теплоаккумулирующих средств СТП двигателя. 4

Вначале определялись характеристики и местоположение емкости ДЕ, в том числе ее структура. Объем однокамерной емкости должен соответствовать объему СО двигателя. Использование однокамерной ДЕ экономически целесообразно, когда теплоносителем в СТП двигателя служит антифриз. В случае использования в качестве теплоносителя антифриза и воды, рекомендуется использовать двухкамерную емкость. Теплоизоляция емкости во всех случаях проектируется исходя из допустимого ее охлаждения за время простоя не более чем на Ю...15°С. Расчет тепловых потерь емкости в окружающую среду, а также интенсивности теплообмена между камерами секционной емкости выполняется общепринятым способом. При проведении этого расчета за основу принимались условия основной расчетной ситуации (7д = 243 К; - 16 ч) с учетом того, что начальная температура жидкого теплоносителя в ДЕ (ДЕ, и ДЕ2) составляет 398 К.

При наличии двухсекционной емкости после заправки СО из камеры ДЕ] может осуществляться ее дозаправка из камеры ДЕ2 антифризом или •

водой при начальных условиях 7о<э = 7д^(2); 7"о;(2) = 383 К. Полученные длительность заправки и температура прогретого двигателя позволили ,

оценить технико-экономическую эффективность применения камеры ДЕ2.

Ряд вариантов двухсекционной емкости предусматривало использование в качестве междукамерного средства теплообмена трубчатого теплообменника. Его обобщенную теплопередачу определяли из условия длительности «подзарядки» теплом основной камеры ДЕ] до 3 мин от температуры 353 до 398 К.

Эти потенциалы входят во множество значений температуры, которые позволяют разбить кривую ее изменения в течение зимнего периода на несколько временных отрезков, каждый из которых соответствует определенному режиму работы СТП.

Тип, структура и массы теплоаккумулирующих средств ТАУ выбирались методом многовариантного проектирования в предположении, что СТП работает на антифризе. Для численного моделирования с 1-го по 8-й вариант СТП разработаны вычислительные программы ЗгсЫ.раэ ... БгсЬв.раз.

Эти программы пригодны для синтеза теплоаккумулирующих средств ТАУ и анализа процесса прогрева ДВС на всех этапах его тепловой подготовки.

Разработанная автором методика синтеза средств СТП дана применительно к двигателю типа Д-160. Условная масса его, полученная на испытательной установке, составляет 174 кг. Моделирование работы двигателя показало, что коэффициент загрузки на рабочем режиме равен 0,70.

Резервуар предварительного подогрева ДЕ принят однокамерным Объем камеры составлял 100 л. Теплоносителем в СТП служил антифриз. Его температура в ДЕ после слива из СО в конце рабочей смены составляет Т0ДЕ = 398 К (125°С). С учетом тепловых потерь во время межсменной стоянки температура антифриза в резервуаре ДЕ составила 1) = 383 К (110°С)

Результаты моделирования СТП, разработанные в диссертации в табличной форме, были подвергнуты регрессионному анализу, в результа-

• ГОС. ¡1ЛЦК--...... •

] БИБЛИОТЕКА |

I С.Пстербург

! 09 300 акт

те которого получены зависимости, позволяющие выявить влияние параметров СТП на характеристики режима их работы:

- вариант (1) СО ДВС - ДР1 - ДР2 с боковой ветвью - СО ДВС, показал, что масса теплоносителя тдр[ = 36...40 кг и тдр2 = 96... 100 кг;

- при подключении ПЖД, суммарная продолжительность тепловой подготовки ¿е и длительность 1-го и 2-го режимов второго этапа с высокой точностью описывались зависимостями: *

Ь = 12,62 - 0,005отДр1 + 0,06отдР2

= -0,9279 + 0,04756тДР1 + 0,04291тДР2 *2 = 5,911 - 0,04299шДР1 + 0,03029тДР2

- при исключении третьего этапа (подключение ПЖД) получены следующие зависимости:

Н = 81,67 - 0,40237/идр! - 0,49499тДР2 ¿1 = -1,446 + 0,048тдр[ + 0,048тДР2 ¿2 = 76,96 - 0,4504\тт - 0,5411/идР2

- вариант (2) СО ДВС - ДР - ТА с боковой ветвью - СО ДВС, показал, что при массах теплоносителя тдр = 50...70 кг, и ТАМа гпТА ~ 70... ] 10 кг и площади теплосъема Р = 3,5...5 м2 процесс описывался следующими зависимостями:

Ь = 70,27 - 0,23862отДР - 0,27125тТАМ - 1,754/="

= -1,335 + 0,0215отДР + 0,001625тТАМ + 0,281/=" ¿2 = 65,38 - 0,25963тдр - 0,27131тТАМ - 2,0201/="

Недостатком данного варианта СТП является невозможность полноценной теплопередачи в теплоаккумуляторе от ТАМа к теплоносителю и, как следствие, чрезвычайно короткая длительность первого режима второго этапа. )

- анализ варианта (3) СО ДВС -- ТА - ДР с боковой ветвью - СО ДВС показал, что при массах теплоносителя тдР = 86...95 кг и ТАМа

mTA = 38...48 кг и площади теплосъема F = 1,8...2,2 м2 в ТА описываются следующими зависимостями:

h = 234,3 - 1,372mTAM - 1,416тДР - 11.70F f, = -2,538 + 0,01566mTAM + 0,05811тДР + 0,7643F t2 = 230,7 - 1,386mTAM - 1,473тДР - 12.46/7

Остальные варианты СО ДВС - ТА - ТА с боковой ветвью - СО ДВС, СО ДВС - ДР, - СО ДВС или СО ДВС - ДР2 - СО ДВС, СО ДВС -ДР - СО ДВС, СО ДВС - ТА - СО ДВС неконкурентноспособны по причине высокой сложности или недостаточной универсальности.

Анализ результатов моделирования варианта 1 позволил установить, что оптимальному решению по критерию минимальной суммарной массы (fflv= Отдр| + тдр2 = min) соответствуют значения масс отДР[ = 40 кг и тДР2 = 98 кг при хорошей общей продолжительности прогрева ДВС и рациональном распределении режимов. Большие значения тдр\ и тдр2 имеют избыточный тепловой потенциал и были отбракованы.

Второй и третий варианты по минимальной суммарной массе антифриза в ДР и воды в корпусе ТА практически одинаковы с лучшей комбинацией первого варианта (mz2,з = mzi ± 5 кг) Но они сложнее при изготовлении из-за наличия в ТА змеевикового теплообменника, а также имеют большую общую продолжительность прогрева ДВС при очень неравномерном распределении по режимам от средств ТАУ.

Проведенный анализ показал, что предпочтительнее других является вариант 1 с комбинацией тДР1 = 70 кг и тдр2= 77 кг {rriv= 147 кг).

В седьмой главе изложена методика «зарядки» теплоаккумулирующих средств для варианта СТП, выбранного по условиям оптимальности подогрева ДВС.

В зависимости от группы теплоаккумулирующих средств рекомендуется два способа их «зарядки». Первый из них применяется к резервуарам предварительного подогрева и состоит в том, что находящийся в СО

двигателя теплоноситель, имеющий температуру <85 °С, сливается в ДЕ (ДЕ|) в конце предшествующей рабочей смены.

Второй способ «зарядки» был основан на использовании тепловой энергии ОГ ДВС. Теплоноситель посредством газожидкостного теплообменника (ТОГ), установленного в коллекторе ДВС, насыщается теплом от ОГ и, циркулируя по замкнутому контуру «ТОГ - ТАУ - ТОГ», переносит его к теплоаккумулирующим средствам ТАУ.

В любом из вариантов СТП теплопередача от отработавших газов двигателя происходит через встроенный в коллектор газожидкостный теплообменник ТОГ (рис. 11).

а. Змеевик

Теплоноситель

Теплоноситель

б. "Пучок" труб ОГ

\

Теплоноситель

Теплоноситель

в. Жидкостная "рубашка"

ОГ

ОГ

+

Теплоноситель

Теплоноситель

Рис.11. Разновидности используемых газожидкостных теплообменников

Распространены три варианта исполнения ТОГ: труба, внутри которой помещен трубчатый радиатор в виде змеевика (рис.11, а); пучок продольных труб, объединенных по концам коллектором (рис.11, б); труба большого диаметра, имеющая жидкостную рубашку, по которой протекает теплоноситель (рис.11, в).

Оптимальный вариант СТП, на этапе предварительного подогрева представленный контуром "ОС ДВС - ДР] - ДРг с боковой ветвью - ОС ДВС", на этапе "зарядки" представлен кошуром "ТОГ - ДР1 - ДР2 - ТОГ" и включает однокамерный бак предварительного подогрева ДЕ. Теплоноситель в смесителях ДР] и ДРг нагревается до температуры (453-458) К в условиях их последовательного включения.

Длительность зарядки теплоаккумулирующих средств второй группы зависит от расхода и температуры отработавших газов, которые определяются коэффициентом загрузки ДВС по мощности. В работе методом моделирования рабочего режима бульдозера-рыхлителя ДЗ-117А получен коэффициент загрузки двигателя 0,70. С его использованием определен расход отработавших газов и с помощью разработанных программ выполнено моделирование процесса «зарядки» смесителей ДР1 и ДР: варианта 1 СТП.

Результаты моделирования «зарядки» смесителей ДР] и ДР: показали, что при изменении масс теплоносителя в ДР1 в диапазоне от 65 до 75 кг и в ДР2 от 75 до 85 кг длительность их зарядки в зависимости от площади теплообмена ТОГ составляет от 1,4 до 7,8 ч, уменьшаясь по линейной зависимости.

В результате детального анализа следует, что предпочгительней других представляется вариант 1 с комбинацией т.др) = 70 кг, тдр2 = 77 кг

(т.1 = 147 кг).

Результаты и выводы по работе

1. Применительно к территориям Западной Сибири разработана методика определения среднесуточного хода температуры воздуха зимой. Введено понятие типичной для региона территории с одинаковыми показателями: продолжительность зимнего периода; минимальная среднесуточная температура; температура самой холодной пятидневки Рекомендовано при разработке и эксплуатации СТП, используемых в Западной Сиби- • ри, производить расчёты применительно к территории 66-67° северной

широты, определенной нами как типичной.

Разработан «Справочник по климату» Западной Сибири, который можно использовать в инженерных расчетах. На основе современной ней-росетевой компьютерной технологии, предложены методики, алгоритмы и вычислительные программы для определения хода среднесуточной температуры воздуха на конкретной территории региона.

2. Разработана методика определения теплового потенциала отработавших газов ДВС землеройных машин. Ее практическая реализация представлена на примере использования теплового потенциала при "зарядке" теплоаккумулирующих средств СТП бульдозера-рыхлителя ДЗ-117 А.

3. Разработана методика оценки оперативной готовности технологических машин зимой, основанная на базе понятия «оперативной готовности», которое учитывает готовность машин к работе в холодное время года. Расчеты технико-экономической эффективности принятия новых решений предложено выполнять по методике профессора Н.Н.Карнаухова, с учетом безразмерной величины приведённых удельных затрат и индекса доходности.

4. На конкретном примере представлена зимняя эксплуатация строительных машин совокупностью временных отрезков, вложенных друг в друга, в связи с чем оценена структурная и параметрическая перестройка СТП при переходе с одного временного отрезка на другой Выделены типичные и нетипичные расчётные ситуации для проведения структурного и

параметрического исследования вариантов построения СТП. Для рассматриваемой территории предложено принимать среднесуточную температуру воздуха минус 30°С (243 К) при продолжительности межсменного простоя машин 1мп =16,0 час.

5. Предложена, обоснована и разработана принципиальная функционально-тепло-гидравлическая схема построения СТП в зависимости от конструктивных особенностей машин, условий их эксплуатации, вида теплоносителя и ТАМа, предложены и исследованы её модификации.

6. Разработаны математические модели нестационарных тепловых процессов в элементах, контурах и СТП в целом. Разработаны и реализованы методики численного определения температур и приближенные аналитические решения, величины потенциалов теплоносителя и двигателя в предпусковой подготовке.

7. Выполнено системное экспериментальное исследование тепловой подготовки дизеля Д-160 в диапазоне температур окружающей среды (0°С 4- минус 50°С), отражающем реальные условия эксплуатации двигателя

Предложена и реализована методика получения обобщенных опытных данных по теплоотдаче теплоносителя к двигателю и от двигателя в окружающую среду. Получены обобщенные опытные данные параметров имитационной модели двигателя.

8. Установлено, что тепловой поток от теплоносителя к двигателю Д-

160 определяется зависимостью <Эа = 3,76 • Сд,8(Та -Тд), а тепловой по-

1

ток от двигателя в окружающую среду 0е = 0,046(7^ - Тд) • , где в качестве характерной температуры принята средняя температура теплоносителя в области головок цилиндров двигателя.

9. Разработанная методика обобщения результатов опытов позволяет проводить анализ динамики прогрева любых двигателей и синтез систем их тепловой подготовки.

lex*?-А

Основные публикации по теме диссертацион

ijèo^f

1. Вашуркин И.О. Структура энергопотоков в приводе многоковшового экскаватора. Сб. Актуальные проблемы строительства автомобильных дорог. Материалы респуб. конф., Санкт-Петербург, 1992, С.39.

2. Вашуркин И.О. Стабилизация теплового состояния привода мобильной строительной машины. Сб. Повышение эффективности землеройных машин. Материалы респуб. конф., Воронеж, 1992, С.56.

3. Вашуркин И.О., Карнаухов H.H. Оптимизация теплового режима гидропривода при низких температурах / Повышение эффективности строительных и дорожных машин. Межвуз.сб.науч.тр. - Ярославский политехнический институт. - Ярославль, 1993, С.29-34.

4. Вашуркин И.О. Дизель - потребитель тепловой энергии / В книге Карнаухов H.H. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М.: Недра, 1994. - 351 с. С.83-115

5. Вашуркин И.О., Карнаухов H.H. Строительство линейных коммуникаций в Западной Сибири (сооружения, технологии, машины). - Тюмень. ТюмГНГУ, 2000. - 100 с.

6. Вашуркин И.О., Карнаухов H.H. Условия работы землеройных машин на территориях Западной Сибири. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 152 с

7. Вашуркин И.О. Повышение оперативной готовности землеройных машин, эксплуатируемых в регионах с суровым климатом. - Известия вузов. Нефть и газ. - 2002. - №4. -С.87-91.

8. Вашуркин И.О. Тепловая подготовка ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. - Санкт-Петербург: Наука, 2002. - 145 с.

9. Вашуркин И.О. Структурный и параметрический синтез и анализ работы систем тепловой подготовки землеройных машин. - Известия вузов Нефть и газ. - 2003. - №1. -С.104-108.

Подписано к печати 4.09. 2003 г. Бум. писч. №1 л

Заказ № 669 Усл. печ. л. /; У

Формат 60x84 '/16 Тираж 100 экз.

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52 Отдел оперативной полиграфии Тюменского государственного нефтегазового университета

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследований.

1.1. Краткая характеристика нефте- и газодобывающих территорий Западной Сибири.

1.2. Факторы воздействия внешней среды на технологическую машину.

1.3. Организационно-технологические факторы влияния на эксплуатационные показатели строительных машин технологических потоков.

1.4. Строительные машины. Их комплексы и парки.

1.5. Обеспечение пуска строительных машин при низких температурах воздуха.

1.6. Комплексная система тепловой подготовки землеройной машины.

1.7. Выводы по главе. Формулировка цели. Задачи исследований.

Глава 2. Условия работы СТП на территории Западной Сибири.

2.1. Показатели готовности технологических машин комплексных технологических потоков.

2.2. Среднесуточная температура воздуха и ее ход в зимний период.

2.3. Цикл работы строительных машин и их составление.

2.4. Теплофизические свойства отработавших газов двигателей внутреннего сгорания строительных машин.

2.5. Вода - теплоаккумулирующий материал в системах тепловой подготовки строительных машин.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. Проблемы конструирования и работы систем тепловой подготовки машин комплексных строительных потоков.

3.1. Построение структур, конструкций, режимов работы на разных этапах полного цикла.

3.2. Анализ устройств для съема тепла с отработавших газов.

3.3. Разработка теплоаккумулирующих устройств.

3.4. Потребители тепла.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Теоретические исследования функционирования СТП на этапах предпусковой тепловой подготовки ДВС.

4.1. Расчетная схема нестационарного теплового процесса в СТП двигателя.

4.2. Математическое описание элементной базы СТП.

4.3. Моделирование процессов теплопереноса в СТП на этапах «подзарядки» теплоаккумулирующих средств.

4.4. Моделирование замкнутых контуров СТП в режимах прогрева ДВС.

4.5. Выводы по главе.

Глава 5. Разработка имитационной модели ДВС в состоянии предпусковой тепловой подготовки.

5.1. Теоретические предпосылки разработки имитационной модели ДВС.

5.2. Программа и методика проведения эксперимента.

5.3. Экспериментальное оборудование.

5.4. Методика обработки и представления экспериментальных данных.

5.5. Обобщение результатов опытов с дизелем Дна ДВС других типов.

5.6. Методика расчетного анализа и синтеза наилучшего варианта комбинированной СТП двигателя.

5.7. Выводы по главе.

Глава 6. Численные опыты с математической моделью СТП при предпусковом прогреве ДВС.

6.1. Общая методика синтеза.

6.2. Приведение математической модели СТП к машинному времени.

6.3. Алгоритмы программирования.

6.4. Численные опыты и их результаты.

6.5. Анализ результатов моделирования по вариантам исполнения СТП.

6.6. Выводы по главе.

Глава 7. Численные опыты с математической моделью СТП функционирующей на этапе аккумулирования тепла.

7.1. Приведение математической модели СТП к машинному виду.

7.2. Алгоритм программирования и методика проведения численных экспериментов.

7.3. Выводы по главе.

Опыт конструирования, расчета и эксплуатации разнообразных средств и технологий тепловой подготовки мобильных строительных машин в условиях сурового климата накапливался десятилетиями и хорошо освещен в технической литературе /1, 4, 8 и др./- Однако в силу своей сложности проблема тепловой подготовки машин еще не получила оптимального решения и по-прежнему остается актуальной. В то же время результаты исследований и практических разработок свидетельствуют о возможности ее решения на уровне, который во многом определит возможность и эффективность эксплуатации машин и механизмов комплексных технологических потоков линейных объектов в климатических условиях Западной Сибири.

Современные средства тепловой подготовки машин комплексных потоков делятся на две характерные группы. Отличительной особенностью систем тепловой подготовки машин (СТП), отнесенных нами к первой группе, является их потребность во внешнем (по отношению к машине) источнике тепловой энергии. В дальнейшем о таких системах мы будем говорить, что они используют первичное тепло. В качестве таковых на силовых установках машин большое распространение получили СТП, основой которых являются жидкостные подогреватели (ПЖ) типа ПЖД или ПЖБ. В их котлах для получения тепловой энергии сжигают соответственно дизельное топливо или бензин /78, 79, 81/. К этой же группе следует отнести СТП, основанные на использовании газа, электрической или химической энергии /85, 90, 93 и др./. Существенной особенностью СТП данной группы является отказ от использования (утилизации) тепловой энергии, теряемой силовой установкой вместе с отработавшими газами и рассеиваемой в окружающую среду.

Системы тепловой подготовки первой группы и технологии их применения позволяют проводить качественную тепловую подготовку ДВС и при обоснованных технических характеристиках подогревателей и систем в целом в состоянии обеспечить соблюдение нормативов времени на длительность тепловой подготовки двигателя /106, 112, 117/. Однако использование внешних источников тепловой энергии на фоне огромных тепловых потерь силовой установки во время работы экономически не оправдано. Поэтому наряду с совершенствованием СТП первой группы и технологий их применения широко ведутся работы по созданию СТП второй группы, в которых используется вторичное тепло топлива, уже преобразованного ДВС в полезную работу на рабочем органе или другом исполнительном механизме. К СТП второй группы относятся системы утилизации тепловой энергии отработавших газов и охлаждающей жидкости ДВС технологических машин (СУТ ОГ). В последних горячие отработавшие газы, выделяемые ДВС на рабочем режиме, проходят через специальный теплообменник, где тепло с них тем или иным способом снимается и направляется к теп-лоаккумулирующим средствам. В последних оно накапливается и отсюда оно расходуется по мере необходимости на прогрев ДВС, гидросистемы, электроаккумуляторов и кабины машиниста. Особым случаем является расход тепловой энергии на предпусковой прогрев ДВС после длительного межсменного простоя. Утилизация тепловых потерь ДВС решает важную задачу современного этапа развития техники - энергосбережение, а также совершенствует технологию тепловой подготовки строительных машин /117, 119/.

Большой вклад в создание подобных систем утилизации тепла (СУТ) внес коллектив ТюмГНГУ, в том числе с участием автора данной работы под руководством проф. Н.Н.Карнаухова /74, 75, 76/. СУТ отличаются от ПЖ тем, что не требуют дополнительных затрат топлива и существенно сокращают время тепловой подготовки за счет высокой интенсивности те-плопереноса, особенно на начальной его фазе. Вместе с тем, внедрение СУТ в конструкцию СТП наталкивается на трудности, обусловленные их большими массогабаритными показателями из-за стремления получить большой энергетический потенциал теплоаккумулирующих средств, рассчитанный на экстремально низкие температурные условия. Результаты наших исследований показывают, что такой подход к созданию СУТ и соответствующих СТП неоправдан. Характеристики условий эксплуатации, и прежде всего температура окружающей среды, меняясь случайным образом, могут достигать экстремально низких значений, но вероятность их появления в течение зимнего периода невелика. Стремление любой ценой обеспечить нормальный пуск и работу двигателя в таких условиях приводит к тому, что СТП ориентируются на маловероятные весьма жесткие климатические воздействия (экстремально низкие температуры, длительные межсменные стоянки и т.п.). Этим и определяется большой и редково-стребуемый тепловой потенциал теплоаккумулирующих средств ОГ ДВС в СУТ.

С одной стороны, попытки уменьшить массогабаритные показатели СУТ ОГ без принятия дополнительных конструктивных решений чреваты снижением надежности подготовки двигателя к пуску и не решают проблемы тепловой подготовки в экстремальных условиях /139, 141/. С другой, современные ПЖ хотя и совершенствуются, но также в таких условиях не обеспечивают пуск ДВС /132, 135/. В результате сейчас, как и прежде, в самые суровые периоды зимы ДВС технологических машин ночью не глушат, что ведет к их повышенному износу и неоправданному расходу горючего /75/.

Чтобы продолжить линию совершенствования СТП, нами предлагается изменить общую стратегию решения рассматриваемой проблемы и использовать комплексные системы тепловой подготовки технологической машины (СТП). Они обеспечивают высокую гибкость технологии тепловой подготовки в сочетании с экономией теплоэнергетических ресурсов.

Сущность предложения рассмотрим на примере обеспечения тепловой подготовки строительных машин, эксплуатируемых в климатических условиях Севера Тюменской области. В соответствии с законом распределения среднесуточных температур, средняя продолжительность периода с температурой воздуха -5ГС за зимний сезон составляет здесь всего лишь одни сутки, а с температурой воздуха -40°С может составлять 6 суток. Если для тепловой подготовки ДВС использовать СУТ в принятом представлении о ней, то средства аккумулирования тепла следует рассчитывать исходя из температуры воздуха -5 ГС. Те же средства для СТП с учетом возможного распределения температур достаточно рассчитать, например, из условия, что Тв(р) - -30°С (243 К). Очевидно, что они будут иметь существенно меньшие габариты и массу. При этом более 90% зимнего времени эксплуатации машин для качественной подготовки к работе ДВС достаточно использовать только средства аккумулирования тепла отработавших газов. В оставшееся время для тепловой подготовки ДВС придется привлекать средства ПЖ.

В других условиях эффект может быть еще выше. Помимо снижения габаритов и массы СТП, путем рационального конструирования теплоакку-мулирующих средств можно обеспечить рациональную технологию процесса подогрева с учетом обоснованной продолжительности периодов времени с разными уровнями среднесуточных температур /26/.

Новый подход к решению проблемы тепловой подготовки машин требует более тщательного исследования условий их зимней эксплуатации, в частности, детального исследования годового хода суточных температур воздуха Тв в зависимости от географических координат зоны эксплуатации этих машин.

Стремление создавать СУТ ОГ СМ с расчетом на экстремальные условия эксплуатации приводят к применению теплоаккумулирующих средств большого энергетического потенциала и, соответственно, к использованию тепловых аккумуляторов на фазовых переходах (ТАФП). Для комплексных СТП с более низким тепловым потенциалом теплоаккумулирующих средств преимущества ТАФП становятся не столь очевидными по сравнению с более простыми, дешевыми и надежными тепловыми аккумуляторами теплоемкостного типа (ТАТ), особенно такими, где конструктивными приемами удается снизить их массогабаритные показатели /91, 132, 144 и др./. В настоящей работе освещается и обосновывается эффективность применения перегретой воды в качестве теплоаккумулирующего материала (ТАМа) СТП.

В соответствии с вышеизложенным была сформулирована цель диссертационной работы - повысить готовность строительных машин к работе зимой в условиях Севера на территориях Западной Сибири путем оснащения их комплексными системами тепловой подготовки для ДВС, гидросистемы, электроаккумулятора и кабины машиниста. Оригинальные конструкции комплексных СТП, методика расчета и технология их применения научно обоснованы в диссертации и прошли широкую опытную проверку.

Диссертация содержит сведения о состоянии проблемы, научных задачах исследований, о путях и методах достижения поставленной цели.

Среди выводов и результатов, полученных при работе над диссертацией, на защиту выносятся:

1.Методика определения и статистическое представление среднесуточной температуры воздуха и ее хода зимой в виде функции географических координат территории эксплуатации землеройной машины (на примере региона Западной Сибири).

2.Методика определения теплового потенциала отработавших газов ДВС землеройной машины.

3. Методика оценки оперативной готовности землеройных машин зимой и эффективности создания для них СТП.

4. Представление периода зимней эксплуатации совокупностью временных отрезков, вложенных один в другой с разными потребностями СМ к тепловой подготовке.

5. Типовая принципиальная функционально-гидравлическая схема построения СТП и ее модификации.

6. Моделирование теплофизических процессов элементной базы и замкнутых контуров СТП на разных этапах ее функционирования.

7. Экспериментальная модель ДВС и расчет ее параметров.

8. Методика и результаты параметрического синтеза теплоаккумули-рующих средств разного типа и назначения.

9. Методика и программное обеспечение численных опытов с СТП конкретного типа для выбора конструкции и параметров теплоаккумули-рующих средств.

Автор выражает глубокую благодарность профессору Н.Н.Карнаухову за консультации и ценные предложения по выполнению настоящей диссертационной работы.

Основные результаты и выводы по работе

Готовность машин в условиях Западной Сибири во многом определяется качеством предпусковой тепловой подготовки привода (ДВС и гидросистемы) и обогрева кабины оператора. К настоящему времени вопрос тепловой подготовки мобильной, в том числе землеройной техники подробно освещен в технической литературе. Однако важность и сложность проблемы диктует потребность в совершенствовании СТП, развитии математического моделирования и накоплении обобщенных опытных данных.

Качественно новый уровень предложенных автором диссертации комбинированных систем тепловой подготовки определяется их гибкостью по отношению к изменению температурных условий в течение зимнего периода. В основное время зимней эксплуатации землеройной машины, оснащенной подобной системой, для прогрева привода используется только вторичное тепло. Для рассмотренных нами нефтегазодобывающих территорий среднесуточные температуры не ниже 243 К составляют до 85% общей продолжительности зимнего периода. Следовательно, в этот период при обычном понижении расчетных температур окружающей среды тепловая подготовка ДВС и обогрев кабины в основном производится по энергосберегающей технологии от источников вторичного тепла при реализации достоинств СУТ, что приводит к снижению массогабаритных показателей теплоаккумулирующих средств - важного технико-экономического показателя мобильных машин. Наряду с этим СТП обладают высокой приспособляемостью к возникновению нетипичной ситуации. Чтобы гарантировать работоспособность машины во всех случаях эксплуатации, в качестве расчетных для СТП прежней конструкции приходилось принимать экстремальную температуру воздуха и продолжительность цикла, близкую к предельной. Например, в наших ранних разработках СУТ траншейного экскаватора, эксплуатируемого в Западной Сибири, в качестве расчетных принимались температура 223 К и продолжительность межсменной остановки 72 часа. Это предопределяло сложность и громоздкость теплового аккумулятора и в то же время, по справедливому замечанию оппонентов, не исключало крайне маловероятную, но все же возможную ситуацию, когда запуск двигателя машины становился невозможным.

Наиболее существенные отличия предложенных нами комбинированных СТП, по сравнению с традиционными жидкостными подогревателями и СУТ, получены в результате решения в данной диссертационной работе ряда новых задач:

1. Удалось определить, выявить и классифицировать главные факторы оперативного использования СТП строительной машины. Известно, что эти характеристики во многом определяются условиями и обстоятельствами их применения - разнообразными организационно-технологическими факторами и параметрами внешней среды. Это относится как к машине в целом, где влияние этих факторов сложно и многообразно, так и к ее отдельным устройствам и системам, где оно более конкретно и из всего многообразия без особого труда могут быть выделены определяющие факторы. В частности, показано, что в СТП землеройной машины основными определяющими факторами являются природно-климатические условия и, в первую очередь, среднесуточные температуры воздуха и закономерности их хода в пределах года, точнее, его зимнего периода. Для традиционных систем тепловой подготовки, использующих по отдельности жидкостные подогреватели или СУТ, из всего многообразия факторов воздействия при конструировании и эксплуатации важно было выделить расчетную среднесуточную минимальную температуру воздуха и максимально возможную продолжительность межсменного простоя машины. Сочетание этих обстоятельств определяло конструкцию, массогабаритные и другие показатели и характеристики СТП.

Для комбинированных систем тепловой подготовки этого оказалось явно недостаточно. Во-первых, потребовалось все факторы воздействия на СТП классифицировать на типичные и нетипичные. В частности, для землеройных машин, эксплуатируемых в условиях Западной Сибири, было предложено под типичными условиями эксплуатации понимать среднесуточные температуры воздуха не ниже 243 К (-30°С) и продолжительность межсменного простоя на открытом воздухе 16 часов. Эти условия характерны для наиболее представительных нефтегазодобывающих территорий Западной Сибири (полоса в окрестности 65-67 градусов северной широты) при односменном суточном цикле работы землеройной машины. Тепловая подготовка машин в этих случаях может быть надежно обеспечена только от средств утилизации вторичного тепла. При этом основные методы конструирования и расчета этих средств полностью совпадают с принятыми при создании СУТ. Недостаточность потенциала теплоаккумулирующих средств СТП при нетипичных условиях перекрывается путем подключения жидкостного подогревателя, т.е. за счет использования первичного тепла сжигаемого в котле подогревателя топлива. Потребовалось изучить не только предельные значения среднесуточных температур, но самым обстоятельным образом исследовать их ход в течение года, выделив в нем зимний период. В связи с этим в понятие зимний период предлагается внести некоторые изменения. Традиционно под зимним периодом, например, в нормативах СНиП, понимали этап года, когда осенью и соответственно весной температура воздуха устойчиво становится отрицательной. Для землеройных машин, эксплуатируемых в Западной Сибири, под зимним периодом необходимо удобнее понимать несколько больший срок с осенней и весенней границами устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через отметку +5°С. В практике эксплуатации машин в моменты перехода через эти границы проводят сезонные технические обслуживания. Во время их проведения наряду с другими мероприятиями монтируют или демонтируют средства тепловой подготовки привода и обогрева кабины оператора. На двигатель и гидропривод устанавливают кожухи и капоты. Нами разработан справочник по климату для территории Западной Сибири и прилегающих областей, в основу которого положены специальным образом подобранные и обработанные сведения о климате России, содержащиеся в материалах длительных метеорологических наблюдений. Сведения справочника, представляющие во многом самостоятельный интерес, в применении к проектированию СТП подверглись уточнению и обработке. Обусловлено это тем, что, во-первых, для ряда метеопунктов часть нужной информации отсутствовала, во-вторых, в них сведения о климатических факторах представлены применительно к географическим координатам метеопунктов, которые в условиях Западной Сибири удалены друг от друга порою на сотни километров, в-третьих, только некоторые данные носили законченный характер, в то время как остальные нуждались в обобщении и развитии.

Решение этих задач в диссертации было выполнено с привлечением новой нейросетевой технологии Essence 1,0. В результате удалось: с большой надежностью восполнить пробелы в исходной информации для ряда пунктов метеонаблюдений, представленных в справочнике; разработать методику прогнозирования климатических факторов не только для метеопунктов, но и для произвольно взятого пункта региона, заданного своими географическими координатами; разделить исследуемый регион на площади с примерно одинаковыми климатическими факторами; выделить типичную территорию региона Западной Сибири и рассчитать для нее основные характеристики температурного режима.

2. Подробный анализ существующих способов и средств съема тепла с отработавших газов дизельных ДВС позволил дать оценки их теплового потенциала в зависимости от типа машины и технологии ее использования с учетом продолжительности чистой работы в пределах смены.

Была предложена и рассчитана конструкция теплосъемника, обеспечивающая теплообмен между горячими отработавшими газами и теплоносителем (водой или антифризом), циркулирующим в СТП.

3. Период зимней эксплуатации по температурным условиям целесообразно разделить на характерные отрезки времени. Минимальный из отрезков охватывает период самого холодного времени года. В нем имеется температурный минимум и, возможно, самые холодные сутки. Температура воздуха на этом временном отрезке может падать ниже установленных для специальной техники пределов (233 К для машин общего исполнения и 213

К для машин исполнения «XJ1»). Согласно нормативам эксплуатация землеройных машин при таких температурах воздуха не допускается. Механизмы простаивают, что может после повышения температуры привести к отказу средств утилизации тепла из-за большой продолжительности метеорологического простоя. При этом вероятна ситуация, когда температура воздуха поднимется выше 233 (213) К и становится возможным прогрев привода. Прежде чем к нему приступить, следует повысить тепловой потенциал СУТ, который был утерян из-за длительного простоя.

Следующий относительно небольшой временной отрезок зимнего периода формируется из двух этапов — поздний осенне-зимний и ранний ве-сенне-зимний периоды. Это самое ответственное время для СТП, когда для прогрева дизеля перед пуском требуется использовать как жидкостный подогреватель, так и средства утилизации вторичного тепла. На этих этапах температура воздуха в среднем постепенно изменяется в диапазоне от 233 К до 243 К — основной расчетной температуры. Так мы ее определяем потому, что при этом ее уровне и при суточном цикле односменной работы землеройной машины пуск дизеля можно производить только от входящих в СТП средств утилизации вторичного тепла.

Остальной отрезок зимнего периода проходит при более высоких температурах с использованием средств утилизации вторичного тепла. При этом, чем выше среднесуточная температура воздуха, тем в меньшей степени используется тепловой потенциал теплоаккумулирующих средств и тем быстрее протекает процесс тепловой подготовки дизеля и привода землеройной машины в целом. При необходимости, в зависимости от типа и конструкции теплоаккумулирующих средств, этот отрезок зимнего периода может быть разбит на несколько дополнительных этапов. Из них наибольший интерес представляют отрезки времени поздней весны или ранней осени, границы более высоких температур которых совпадают со сроками проведения соответственно весенне-осеннего или осенне-зимнего сезонных технических обслуживаний. В эти периоды тепловая подготовка дизеля проводится только от входящей в СТП емкости с горячим теплоносителем, слитым в конце предыдущей смены из СО ДВС. Расширение границ временных отрезков этого периода достигается путем дополнительного подогрева этой жидкости от других средств аккумулирования тепла. Подогрев проводится таким образом, чтобы к началу очередной рабочей смены температура в дополнительной емкости была бы близка к максимально допустимой при заправке в систему охлаждения дизеля - 383 К. Нижние температурные границы этого этапа зимнего периода должны быть выбраны с учетом того, чтобы пуск дизеля в работу был бы возможен сразу же после заправки его горячим теплоносителем из дополнительной емкости.

4. Исследована и обоснована стратегия разработки СТП, основанная на результатах теоретического анализа и сопоставления возможных комбинированных вариантов.

Создаваемые средства аккумулирования тепла должны быть экономичными, что обосновывается технико-экономическим расчетом. В основу такого расчета может быть положена формула приведения удельных затрат, предложенная для расчета теплоаккумулирующих средств проф. Н.Н.Карнауховым.

Сущность предлагаемого метода заключается в рассмотрении некоторого гипотетического множества возможных решений модернизации образца той или иной землеройной машины. Согласно известным представлениям, удельные приведенные затраты описываются следующим образом:

Я = —-, руб/м3 (8.1) где Е — годовые эксплуатационные расходы; К — капитальные вложения; V - годовая выработка машины, измеряемая для землеройных машин в м3; в - нормативный коэффициент эффективности.

При этом формулу (8.1) правомерно использовать как для ядра некоторого множества возможных технических решений построения СТП, так и для любых других его членов. Ядром подобного множества, параметры которого отмечены значком «*», является образец землеройной машины, оснащаемый СТП. Для любого k-то возможного технического решения правомерно в безразмерных координатах записать:

Aqk = (AEk + zAKk) - (АПк + At2k) (8.2)

7 t £ Д £ I * где Aq = —f-; Aqk=qk-q ; AEk = ——; AEk = Ek - E ; q E +zK —-- I ^K-k = К ; АПь = —~;

E + гК П A f $

Ank=nk-n ; Д/я At2=t2fl-t2. h

В соответствии с видом формулы (8.2) вариант построения конструкции землеройной машины, оснащенной соответствующей СТП, экономически эффективен в случае, когда Aq^ < 0, что равноценно условию

АПк + At2k > AEk + zKk. (8.3)

Расчеты правой части неравенства очевидны. Они составляют в безразмерном виде дополнительные капитальные затраты и эксплуатационные расходы, связанные с изготовлением и эксплуатацией вновь изготавливаемых устройств СТП. Это, в первую очередь, теплосъемник с отработавших газов и теплоаккумулирующие устройства, а также элементы модернизации трубопроводов и контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура.

Предложенная нами методика определения работоспособности землеройной машины с учетом влияния фактора затрат времени на тепловую подготовку машины позволила по-новому определить оперативную готовность машины Коп а также в конечном счете сменную производительность Псм, что может быть положено в основу расчета Псмк и П*см и далее АПСМК. Время / 2к определится непосредственно как время сокращения предпусковой тепловой подготовки привода благодаря применению средств СТП. Возможное решение по k-му варианту конструкции СТП можно сравнить с любым /2-ым вариантом. Очевидно, что последний будет эффективным, если будет соблюдено условие

Aqn<Aqk. (8.4)

5. Особое внимание в работе уделено вопросам стратегии конструирования средств аккумулирования тепла, технологии их зарядки и подзарядки и дальнейшего использования накопленного в них тепла при предпусковом прогреве дизеля. Рассмотрены разные варианты построения СТП при их работе на воде и на антифризе, а также представлены соответствующие математические модели их контуров. Представляя общую концепцию построения СТП и их элементной базы, мы не вдаемся в детали конструирования разного типа смесителей и резервуаров, подчеркивая необходимость расчета их корпусов как сосудов, работающих при повышенном давлении.

Предлагается все средства аккумулирования тепла в СТП разделить на разного рода резервуары и тепловые аккумуляторы, входящие в две группы. В первую группу теплоаккумулирующих средств входят простейшие элементы, обеспечивающие первый этап предпусковой тепловой подготовки («пролив»), называемый условно предварительным. В ряде ситуаций, как показано в диссертации, этот этап достаточен для полноценной подготовки ДВС к работе.

В других ситуациях для качественного прогрева ДВС необходимо провести второй этап тепловой подготовки от средств аккумулирования тепла, входящих во вторую группу и в совокупности образующих теплоак-кумулирующее устройство (ТАУ). Их потенциал должен быть достаточным для качественного прогрева ДВС перед пуском в типичных условиях эксплуатации, которые в работе названы основными расчетными и используются при определении основных параметров элементов ТАУ.

6. Предложено математическое описание дизеля и получены простейшие решения. На разных этапах прогрева элементов привода, в первую очередь дизеля, и зарядки теплоаккумулирующих средств элементы

СТП входят в замкнутые контуры циркуляции жидкого теплоносителя -антифриза или воды. Математические модели этих контуров образуют последовательные вычислительные структуры, реализованные как в теоретическом виде, так и в виде компьютерных программ. Они позволяют исходя из основных характеристик СТП определить температуру и время прогрева ДВС на каждом этапе функционирования соответствующего контура циркуляции жидкого теплоносителя. Четкое разделение средств аккумулирования тепла и контуров циркуляции с учетом упрощающих допущений позволило проанализировать особенности работы СТП на разных этапах зимнего периода, синтезировать схемы средств аккумулирования тепла и определять основные параметры - массу теплоносителя в них m.j и обобщенный параметр теплопередачи Ат, определяющие конструктивную форму тепловых аккумуляторов. Расчеты проведены для анализа реальных ситуаций и характеризуются: температурой воздуха Тв(р) = 243 К (-30°С), продолжительностью межсменного простоя tnp =16 часов и рабочей смены tCM = 8 часов (суточный цикл эксплуатации землеройной машины), начальной температурой дизеля перед прогревом 7q = Тв(р) и начальной температурой жидкого теплоносителя перед его поступлением в подруба-шечное пространство в начале прогрева дизеля или в начале его соответствующего этапа.

7. Особое место уделено разработке и расчету параметров имитационной модели ДВС, находящегося в состоянии предпусковой тепловой подготовки. Был проделан масштабный эксперимент с натурным образцом дизеля Д-160. И проведено 14 серий опытов по его прогреву в камере холода. В широких пределах варьировалась температура в камере холода, до которой охлаждался испытуемый образец. Менялась начальная температура жидкого теплоносителя-антифриза, подаваемого на вход прогреваемого двигателя, и массовый расход его потока в контуре циркуляции. Эти характеристики всесторонне характеризуют процесс прогрева двигателя

Д-160. Результаты прогрева были тщательно обработаны, представлены графиками и таблицами. Статистическая обработка результатов опытов позволила отыскать корреляционную связь между обобщенными теплофизи-ческими параметрами ДВС: ее теплопередачей Ад в окружающее пространство, теплоемкостью Сд и массой тд и условиями проведения опытов: температурой воздуха Tg начальной температурой жидкого теплоносителя Та и его массовым расходом Ga в контуре циркуляции. С учетом этого математическая модель ДВС, находящегося в условиях тепловой подготовки, описывается дифференциальным уравнением первого порядка:

Тд+тд=— Ть (8.5)

Рд ад где ад=\ + Ад- Ад = Сд = д cat~ra caSJa

При исследованиях и расчетах дизеля Д-160 рекомендуется принимать Та=383 К и Ga=0,25 кг/с, что в условиях основной расчетной ситуации (7^=243 К) дает: ч ( 1 1,538 • 10 с1; — = 650с ; ад = 1,061;

VPd ) , \ = 0,942 ад

Са = 3,6 кДж/кг-К; Ад = 0,055 кВт/К; Сд = 622 кДж/К.

Предложена методика обощения результатов опытов по прогреву дизеля Д-160 на двигатели других типов, в том числе для случаев, когда их условия прогрева несколько отличны от опытного.

8. В соответствии с разработанной нами методикой выбора типа и расчета основных параметров теплоаккумулирующих средств СТП на стадии прогрева ДВС и «зарядки» теплоаккумулирующих элементов СТП реализован комплекс вычислительных программ для синтеза параметров теплоаккумулирующих средств СТП при всевозможных вариантах построения СТП. Выполнены практические расчеты СТП с использованием данного комплекса применительно к бульдозеру-рыхлителю ДЗ-117А. Найдены предпочтительные варианты теплоаккумулирующих средств ТАУ и рекомендуемые характеристики теплообменников, включая теплообменник для передачи теплоты отработавших газов ДВС теплоносителю. Рекомендуемый вариант СТП включает два резервуара ДР] и ДР2 с массами соответственно тдр\ =75 кг и тдр2 = 75 кг, причем резервуар ДР2 имеет регулируемую боковую ветвь.

Программное обеспечение разработано таким образом, что с его помощью может быть выполнен не только синтез вариантов теплоаккумулирующих средств, но и анализ работы СТП при прогреве ДВС в различных возможных условиях и при «зарядке» теплоаккумулирующих средств от теплообменника отработавших газов.

1. Аккерман А.Ю. Пусковые системы для тракторных гидроприводов, эксплуатируемых при низких температурах / Тракторы и сельхозмашины, 1991, № 2, - С.2-3.

2. Алексеев В.А. Приближенный расчет теплового режима системы, состоящей из тепловой трубы и фазопереходного теплового аккумулятора / Тепловые трубы и тепловые насосы. Сб.научн.ст. Минск: 1991,- С.65-75.

3. Алексеев В.А., Арефьев В.А. Тепловые трубы для охлаждения и тер-мостатирования радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия, 1979. -128 с.

4. Алексеев В.И., Карепов В.А. Современные средства улучшения микроклимата кабин и подготовки СДМ к пуску при низких температурах / Строительные и дорожные машины, 1990, № 8, — С.25-26.

5. Алексеев П.Г., Арутюнов Б.А., Поварнин П.И. Теплофизические свойства кремнийорганических соединений (справочник). М.: Энерго-атомиздат, 1993. - 240 с.

6. Бадылькес И.С. Рабочие вещества и процессы холодильных машин. -М.: Госторгиздат, 1962. 280 с.

7. Баки для объемных гидроприводов и смазочных систем. Общие технические требования. ГОСТ 1677-86.

8. Бансаи П.И. Расчет и конструирование охладителей дизелей. М.: Машиностроение, 1981. - 168 с.

9. Безверхий С.Ф., Нищенков В.А., Малин Е.А. Жидкостные подогреватели / Автомобильная промышленность, 1987, № 8, с.9-10.

10. Бекман Г., Гилли П.В. Тепловое аккумулирование энергии. Пер.с англ.- М.: Мир, 1987. 272 с.

11. Бретшнейдер С. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1966. - 566 с.

12. Бурков В.В. Оборудование трактора «Кировец» для зимней эксплуатаф 335ции / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1988, №2, С.38-39.

13. Бутырник Е.Б. Оценка теплотехнических параметров гидрообъемных приводов сельскохозяйственных агрегатов на стадии проектирования / Тракторы и сельхозмашины, 1991, № 12, — С.12-15.

14. Быстрый пуск. Аэрозольное пусковое устройство / Строительные и дорожные машины, 1986, № 3, 3 с.

15. Васильев Е.Ф., Исаков Г.П. Гидросистема закрытого типа фактор энергоснабжения и повышения надежности машин с гидроприводом / Механизация строительства, 1989, № 5, - С.24-25.

16. Васильев JT.A., Конев С.В., Хроленок В.В. Интенсификация теплообмена в тепловых трубах. Минск: Наука и техника, 1983. — 152 с.

17. Васильев JI.A. Тепловые трубы: теория и практика. Минск: НТМО. Часть 1, 1990, - 168 с. Часть 2, 1991, - 227 с.

18. Васильев JT.JI. Теплообменники на тепловых трубах. Под ред. Р.И.Солоухина. - Минск: Наука и техника, 1981. - 143 с.

19. Васильев Л.Л., Киселев В.Г., Матвеев Ю.Н., Молодкин Ф.Ф. Теплообменники-утилизаторы на тепловых трубах. Минск: Наука и техника, 1987. - 198 с.

20. Вашуркин И.О. Дизель потребитель тепловой энергии / Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях. Международная научно-практическая конференция - 22-23 ноября 2001 г. Тюмень: ТюмГНГУ. Стендовый доклад.

21. Вашуркин И.О. Повышение оперативной готовности землеройных матшин, эксплуатируемых в регионах с суровым климатом. Известия вузов. Нефть и газ. - 2002. - №4. -С.87-91.

22. Вашуркин И.О. Обоснование параметров и методика конструирования системы утилизации тепла в приводе мобильной землеройной машины. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. ЛИСИ, 1993.

23. Вашуркин И.О. Стабилизация теплового состояния привода мобильной строительной техники / Повышение эффективности землеройных машин (материалы республиканской конференции), Воронеж, 1992, С.56.

24. Вашуркин И.О. Структура энергопотоков в приводе многоковшового экскаватора / Актуальные проблемы строительства автомобильных дорог (материалы республиканской конференции), 1992, С.39.

25. Вашуркин И.О. Тепловая подготовка ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. Санкт-Петербург: Наука, 2002. — 145 с.

26. Вашуркин И.О., Карнаухов Н.Н. Строительство линейных коммуникаций в Западной Сибири (сооружения, технологии, машины). Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 100 с.

27. Вашуркин И.О., Карнаухов Н.Н. Условия работы землеройных машин на территориях Западной Сибири. Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 152 с.

28. Вашуркин И.О. Структурный и параметрический синтез и анализ работы систем тепловой подготовки землеройных машин. Известия вузов. Нефть и газ. - 2003. - №1. -С. 104-108.

29. Власов В.А., Уханов А.П. Система регулирования температуры топлива в дизеле / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1990, № 2, С.46-47.

30. Вода и водные растворы при температурах ниже 0°С. Под ред.1. Ф.Фрэнкса. Киев: 1985.

31. Гаврилов А.К. Быстрый пуск холодных двигателей / Автомобильный транспорт, 1986, № 2, С.34-35.

32. Гаврилов А.К. Системы жидкостного охлаждения автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1966. - 162 с.

33. Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А. Теплоаккумулирующие выработки. Новосибирск: 1992. - 132 с.

34. Герш Г.И., Белоусов И.С. Эксплуатация тракторов в зимних условиях. М.: Госсельхозиздат, 1968. - 62 с.

35. Гольдфарб Э.М. Теплотехника металлургических процессов. М.: Металлургия, 1967. - 440 с.

36. Гринберг Л.С., Коровин Н.Г. Запуск дизеля при низких температурах / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1990, № 2, -С.48.

37. Гринкруг Л.С., Космынин А.В., Яковлев И.В. Гидравлический расчет топливной системы и насосного агрегата двигателей летательных аппаратов.- Комсомольск: Комсомольский-на-Амуре политехнический институт, 1993. 84 с.

38. Гулин С.Д., Сорокин А.А. Ускоренный прогрев гидросистемы при отрицательных температурах окружающей среды / Строительные и дорожные машины, 1990, № 10, С.6.

39. Гуреев А.А., Иванова Р.Я., Щеголев Н.В. Автомобильные эксплуатационные материалы. М.: Транспорт, 1974. - 257 с.

40. Гусев Е.К. Теплоиспользующие аппараты. Л.: ЛТИ ИБП, 1975. - 155 с.

41. Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. Пер.с англ. М.: Энергия, 1979. - 272 с.

42. Данилин В.Н. Физическая химия тепловых аккумуляторов. Краснодар: КПИ, 1981. - 90 с.

43. Дихтиевский О.В., Соревич И.Ф., Мартыненко О.Г. Тепловые аккумуляторы. Препринт № 27 АН БССР. Минск: Институт тепло- и массо-обмена, 1989. 54 с.

44. Дмитриев В.А. Влияние климатических условий эксплуатации на тепловой режим гидросистемы и производительность одноковшовых экскаваторов / Совершенствование строительных машин для условий Сибири и Севера. Красноярск: 1988, - С. 118-124.

45. Добкин И.Г. Используем пенополиуретан "Рипор" / Механизация строительства, 1990, № 1, — С. 13-14.

46. Дробышевский Ч.Б. Оценка термодинамических параметров заряда дизеля на пусковых режимах и возможности пуска / Двигателестрое-ние, 1989, № 11, С.9-10.

47. Дульнев Г.Н., Заризняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов (справочная книга). JI.: Энергия, 1974. - 264 с.

48. Елисеев В.Б., Сергеев Д.И. Что такое тепловая труба. М.: Энергия, 1971. - 133 с.

49. Ефимов А.И., Белорукова Л.П., Василькова И.В., Чечев В.П. Свойства неорганических соединений. Справочник. Л.: Химия, 1983. - 389 с.

50. Железко Б.Е., Адамов В.М., Есьман Р.И. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания. Минск: Вышейшая школа, 1985. - 271 с.

51. Заец В.В., Строжков А.И., Большаков Ю.Ю. Тепловые трубы. Обнинск: ФЭИ, 1981. - 48 с.

52. Иванов И.А., Крамской В.Ф., Моисеев Б.В., Степанов О.А. Теплоэнергетика при эксплуатации транспортных средств в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири (справочное пособие) / Под ред. О.А.Степанова. М.: Недра, 1997. - 269 с.

53. Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Чулков Б.А., Ягодкин И.В. Технологические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1980. - 157 с.

54. Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Ягодкин И.В. Физические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1978. - 256 с.

55. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.

56. Испытания системы подогрева трактора ЭТ250 УЖЛ / Отчет по НИР, арх. № 3551. ИФ НАТИ, 1990. 120 с.

57. Исследование и разработка систем пуска с емкостными накопителями энергии для двигателей внутреннего сгорания / Отчет о НИР, ГР 01870008990. Рук. Чижков Ю.П. М.: Московский автомеханическийинститут (НАМИ), 71 с.

58. Каверзин С.В. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах. Красноярск: 1998. - 240 с.

59. Каверзин С.В. Разогрев рабочей жидкости в гидроприводе самоходных машин / Строительные и дорожные машины, 1983, №11.

60. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. Красноярск: 1997. - 382 с.

61. Каверзин С.В. Проектирование гидробаков для строительных и дорожных машин / Строительные и дорожные машины, 1982, № 8, С.24-25.I

62. Каверзин С.В. Работоспособность гидравлического привода самоходных машин при низких температурах. Красноярск: Издательство

63. Красноярского университета, 1986. 141 с.

64. Карбанович И.И. О применении низкозамерзающих охлаждающих жидкостей / Проблемы адаптивности автомобилей к суровым климаФф 340тическим условиям Севера и Сибири (межвузовский тематический сборник). Тюмень: 1982. - 240 с.

65. Карепов В.А. О повышении требований к строительной, дорожной и горной технике исполнения "XJI" / Строительные и дорожные машины, 1990, №8, С.24-25.

66. Карепов В.А., Хорош А.И. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах / Реферативный сборник. Выпуск 1. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1981. - 50 с.

67. Карнаухов Н.Н. О применении теплоаккумуляторов в конструкции гидрофицированных машин / Межвуз.сб.научн.трудов «Проблемы эксплуатации машин в суровых условиях Сибири». — Тюмень: ТИИ, 1991, С.69-71.

68. Карнаухов Н.Н., Крамской В.Ф., Тархов А.И. Устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины. Патент РФ №2057049, 1996.

69. Карнаухов Н.Н., Тархов А.И., Харитонов Н.А. Устройство предпуско-^ вого прогрева привода землеройно-строительной машины. Патент РФ2077632, 1997.

70. Карнаухов Н.Н. Математическая модель теплового аккумулятора мобильной строительной машины / Сб. «Повышение эффективности землеройных машин». Мат.респ.конференция. Воронеж, 1992, - С.55.

71. Карнаухов Н.Н. Повышение приспособленности мобильных строительных машин к суровым условиям эксплуатации: Учебное пособие. -Тюмень: ТюмИИ, 1993. 223 с.

72. Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. М.: Недра, 1994. - 351 с. Раздел 7, (С.83-115) написан Вашуркиным И.О.

73. Карнаухов Н.Н., Самойлова М.И. О применении теплоаккумуляторов в конструкции гидрофицированных машин / Сб. «Проблемы освоениянефтегазовых ресурсов Западной Сибири». Тюмень: ТюмИИ, 1991, -С.38-40.

74. Карнаухов Н.Н., Самойлова М.И. Энергосберегающий гидробак. Патент РФ № 2078176, 1997.

75. Кацельман А.Я. Зарубежные подогреватели и отопители для строительных и дорожных машин / Строительные и дорожные машины, 1986, № 1, С.30-31.

76. Кацельман А.Я., Яркин А.А. Подогреватели двигателей строительных и дорожных машин / Строительные и дорожные машины, 1988, №12, -С.3-4.

77. Квайт С.М., Менделевич Я.А., Чижков Ю.П. Пусковые качества и способы пуска автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1990. -225 с.

78. Киселев Г.М. Использование тракторов в зимний период / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1991, № 2, С.30-31.

79. Ковалевский В.Ф. Теплообменные устройства и тепловые расчеты гидропривода горных машин. М.: Недра, 1972. - 224 с.

80. Кожевников И.Г., Новицкий J1.A. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение, 1982. - 328 с.

81. Козлов В.Е., Квайт С.М., Чижков Ю.П. Особенности эксплуатации автотракторных двигателей зимой. JI.: Колос, 1977. - 159 с.

82. Коровин Н.Г., Гринберг Л .С. Исследование запуска дизельного двигателя при низкой температуре. Тюмень: Тюменский сельскохозяйственный институт, 1989. - 23 с. (депонирована во ВНИИТЭИагропром 21.09.1989 под № 515 ВС89).

83. Костин А.К. Пуск ДВС / Двигателестроение, 1979, № 8, 1981, № 12.

84. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с.342

85. Костин А.К., Пугачев Б.П., Кочинев Ю.Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации. Л.: Машиностроение, 1989. - 284 с.

86. Костылев И.И. Применение термомасел в судовых системах теплоснабжения. М.: 1992. - 32 с.

87. Крамаренко П.А., Улитин А.С. Разогрев автотракторных двигателей / Техника в сельском хозяйстве, 1986, № 1, С.38-40.

88. Крамской В.Ф., Карнаухов Н.Н., Тархов А.И. Объемный регулируемый гидропривод мобильных машин. Параметры и характеристики рабочих процессов (учебное пособие). Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. — 128 с.

89. Кржижановский Р.Е., Штерн З.Ю. Теплофизические свойства неметаллических материалов (окислы). Л.: Энергия, 1977. - 119 с.

90. Кривов В.Г. Проблема запуска двигателей строительных и дорожных машин в условиях низких температур и перспективы ее решения / Двигателестроение, 1991, № 4, С.55-56.

91. Крюков А.Д. Тепловой расчет трансмиссии транспортных машин. М.-«71.: Машгиз, 1961. - 134 с.

92. Кукис B.C. Оценка возможности утилизации энергии отработавшихгазов ДВС / Двигателестроение, 1990, № 10, С.3-5.

93. Липчук В.А., Быков В.Ю. Особенности работы дизелей ДМ21 (ЧН 21/21) в условиях низких температур окружающего воздуха при эксплуатации на большегрузных автосамосвалах БеЛАЗ / Двигателестроение, 1989, № 4, С.43-44.

94. Майданик Ю.Ф. Контурные тепловые трубы: разработка, исследование, элементы инженерного расчета. Свердловск: 1989. - 52 с. Препринт. ИТФ УрО АН СССР.

95. Маниленко Н.П. Запуск дизеля в холодное время года / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1989, № 1, С.45-47.

96. Мануйлов В.Ю. Определение средней по времени нагрева температуры гидропривода мобильных машин / Строительные и дорожные машины, 1989, № 12, С.22-24.

97. Мануйлов В.Ю., Мирзоян Г.С. Теплообмен в объемных гидроприводах мелиоративных машин (обзорная информация). М. ЦНИИТЭстрой-маш, 1978. - 53 с.

98. Маслов В.В., Разгулов В.А. Системы охлаждения масла тракторных двигателей. М.: ЦНИИТЭИТракторсельхозмаш, 1973. - 41 с.

99. Маслов В.В. Утилизация теплоты судовых дизелей. М.: Транспорт, 1990. - 142 с.

100. ЮЗ.Минкин M.JI., Моисейчик А.Н. Жидкостные подогреватели для автотракторных двигателей (обзор). М.: НИИНавтосельхозмаш, 1965. -37 с.

101. Мирзоян Г.С. Исследование влияния потока подпитки на тепловой режим гидропривода с замкнутым контуром циркуляции рабочей жидкости / Труды МАДИ, вып. 110, 1975, С. 128-135.

102. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир, 1968. - 464 с.

103. Могила В. Энергосберегающие устройства для разогрева двигателей / Автомобильный транспорт, 1988, № 2, С.3-6.

104. Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчеты в металлургии. Справочник. М.: Металлургия, 1993. - 304 с.

105. Мужиливский П.М. Тепловые насосы как средство экономной выработки теплоносителей. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - 63 с.

106. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Свойства, коррозия, технология. Справочное руководство. Под ред. А.М.Суханова. Л.: Химия, 1979. - 360 с.

107. Низкотемпературные тепловые трубы для летательных аппаратов. Под ред. Воронина Г.И. М.: Машиностроение, 1976.

108. Низкотемпературные тепловые трубы. Под ред. Васильева JI.JI. -Минск: Наука и техника, 1976. -134 с.

109. Николаев JI.A., Сташкевич А.П., Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. М.: Машиностроение, 1977. - 191 с.

110. ПЗ.Ногай М.Д. Исследование влияния температуры рабочей жидкости на к.п.д. гидропривода (автореферат). М.: 1978. - 18 с.

111. Панасенко Т.М., Кудря С.А., Яценко J1.B. Коррозионное поведение некоторых конструкционных материалов теплового аккумулятора / Гелиотехника, 1983, № 5, — С.43.

112. Педенко С. Этиленгликоль, вода, присадки / Автомобильный транспорт, 1985, № 3, С.24-26.

113. Перельштейн И.И., Парушин Е.Б. Термодинамические и теплофизиче-ские свойства рабочих веществ холодильных машин и тепловых насосов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 232 с.

114. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники. М.: Госэнергоиздат, 1962. - 250 с.

115. Подбор, исследование и внедрение теплоизоляционного материала для автомобилей ЗИЛ в северном исполнении / Отчет о НИР, рег.№ 02890020768, ГР 018800067184. Рук. Пономарева Т.В. М.: НИИ автотракторных материалов, 1989. - 14 с.

116. Поляков Ю., Ермаков О. Пуск холодного двигателя / Автомобильный транспорт, 1989, № 2, С.25-26.

117. Проспект фирмы «Eberspaecher» (ФРГ)

118. Проспект фирмы «Webasto» (ФРГ)

119. Проспект фирмы «Микуни» (Япония)

120. Пуск холодных двигателей при низкой температуре. М.: Машиностроение, 1987. - 235 с.

121. Разработка математического и программного обеспечения автоматизированного моделирования систем пуска ДВС / Труды Научноисследовательского и экспериментального института автомат, электрооборудования и автоприборов. М.: 1986, вып.60, - С. 129-139.

122. Расчет тепловых режимов гидроприводов/Труды ВНИИстройдормаш, вып.64, 1974, С.16-26.

123. Резницкий Л.Ф., Винг JI.M. Обратимое аккумулирование тепла / Химическая термодинамика и равновесие: Сборник научных трудов, том 6. М.: ВИНИТИ, 1984, - С.77-106.

124. Рей Д., Маймайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергия, 1982. - 220 с.

125. Рекомендации по приспособлению бульдозеров, автогрейдеров, экскаваторов для эксплуатации в условиях низких температур. М.: ВНИИстройдормаш. Красноярский филиал. - 1971. - 81 с.

126. Рид Р. Свойства газов и жидкостей. Пер. с англ. Л.: Химия, 1982. -702 с.

127. Рябин В.А. Термодинамические свойства веществ. Справочник. Л.: Химия, 1977. - 390 с.

128. Самойлова М.И., Карнаухов Н.Н. Обеспечение теплового режима мобильных машин. Разработка конструкции энергосберегающего бака / Повышение эффективности землеройных машин. Республиканская научно-техническая конференция. — Воронеж: 1992.

129. Системы жидкостного охлаждения автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1966. - 163 с.

130. Смирнов Л.К. Математические модели динамики и устойчивость систем принудительной циркуляции теплоносителя. М.: 1992. - 127 с.

131. Способ оценки необходимой прокрутки коленчатого вала при пуске двигателя / Двигателестроение, 1980, № 6, С.51-53.

132. Справочник по пластическим массам. В двух томах. Том 1.

133. Строжков А.И., Заец В.В. Тепловые трубы: словарь терминов, конструкция, технология, применение. Аналитический обзор. Обнинск: ФЭИ, 1980. - 92 с.

134. Суранов Г.И. Водомасляные радиаторы в поддоне ДВС повышают эффективность системы смазки / Двигателестроение, 1985, № 3, -С. 19-20.

135. Суранов Г.И. Предпусковая подготовка двигателя зимой / Автомобильный транспорт, 1987,№ 3, С.28-31.

136. Таблицы физических величин: Справочник. Под ред.И.К.Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1005 с.

137. Тайц В.Г. Повышение надежности работы машин на стройках Севера / Строительные и дорожные машины, 1987, № 11, — С.25-26.

138. Тареев В.М. Справочник по тепловому расчету рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. Л.: Речной транспорт, 1961. - 416 с.

139. Тархов А.И. Управление тепловым режимом гидропривода / СибАДИ, сб. Гидропривод в системах управления строительных, тяговых и дорожных машин, 1982, С.47-56.

140. Тархов А.И., Самойлова М.И. Приспособление гидропривода землеройных машин к условиям эксплуатации при низких температурах / Сб.трудов международной НТК. Тюмень: ТюмГНГУ, 1997.

141. Теплоаккумулирующие материалы, разработка и применение. Труды научно-технического семинара. Краснодар: КПИ, 1989, - С.55-60.

142. Тепловой расчет гидропривода бульдозера / Строительные и дорожные машины, 1974, № 9, с. 16-17.

143. Тепловые трубы (конструкции и применение). Отечественная и иностранная литература. М.: 1988. - 139 с.

144. Тепловые трубы (сборник статей). Пер. с англ. и нем. Под ред. Э.Э.Шпильрейна. М.: 1972. - 420 с.

145. Тепловые трубы и тепловые насосы. Сб.н.тр. Под ред. Л.Л.Васильева. Минск: ИТМО им. А.В.Лыкова, 1991. - 165 с.

146. Теплообмен в двигателях и теплонапряженность их деталей. Под ред.С.П.Дашкова. Л.: Машиностроение, 1965. - 246 с.

147. Теплообменные аппараты и теплоносители (теория и расчет). М.: 1971.

148. Теплофизические и реологические характеристики полимеров (справочник). Под ред. Ю.С.Липатова. Киев: Наукова думка, 1977. - 244 с.

149. Теплофизические свойства веществ (справочник) / Под ред. Н.Б.Варгафтика. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. - 367 с.

150. Теплофизические свойства веществ и материалов. М.: Госстандарт, 1971.

151. Термодинамическая оценка систем утилизации теплоты отработавших газов в СДУ / Двигателестроение, 1987, № 5, — С.7-11.

152. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник. Под ред.В.П.Глушко. М.: АН СССР, 1972. Тома 1,2.

153. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание. Под ред.В.П.Глушко. М.:Наука, 1977-82. Том 14.

154. Технический отчет по результатам теплотехнических испытаний гидробака экскаватора Э04121 в холодильной камере. Челябинск: ГосНИИПТ, 1994. - 32 с.

155. Товарные нефтепродукты. Свойства и применение. Справочник. Под ред. В.М.Школьникова. М.: Химия, 1978.

156. Толсулов К.Т. Оценка показателей работы двигателей на режимах, характерных для условий эксплуатации СДМ / Нефтегазовая геология, разработка месторождений и бурение скважин. Алма-Ата: 1982,- С.35-42.

157. Топлива, смазочные материалы и жидкости для эксплуатации автомобилей и тракторов в Северных районах / Под ред. А.А.Гуреева.- М.: Химия, 1976. 182 с.

158. Ужва И.Н., Бугаков Ю.С., Трондин В.П. и др. Эксплуатация тракторов и уход за ними в зимних условиях. Москва-Целиноград: 1966. - 120 с.

159. Фесенко М.Н. Конденсаторные системы пуска ДВС / Автомобильная промышленность, 1986, № 6, — С.7-8.

160. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейликова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1231 с.

161. Флеер Д.Е. Тракторные гидроприводы для работы в условиях низких температур / Экспресс-информация. Тракторное и сельскохозяйственное машиностроение. Серия 1. Тракторы и двигатели (обзорная информация). Вып. 18. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозаш, 1984.

162. Фрид С.Б. Аккумуляторы тепла. М.: Энергия, 1985, № 6, - С.71-77.

163. Хорош А.И. Влияние температуры рабочей жидкости на производительность экскаваторов Э04121 / Строительные и дорожные машины, 1981, № 1, С.16-17.

164. Хорош А.И. Исследование режимов работы механизмов универсальных экскаваторов, эксплуатируемых при низких температурах / Труды ВНИИстройдормаш, вып.88, 1980, С.39.

165. Хорош А.И. Тепловое состояние гидросистемы экскаватора при низких температурах / Механизация строительства, 1981, № 1, С.23-24.

166. Чи С. Тепловые трубы. Теория и практика. / Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1981. - 208 с.

167. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М: Физматгиз, 1962. 456 с.

168. Чухланцев Ю.П. Анализ рабочих циклов и особенностей использования двигателей на Тюменском Севере: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1988. - 70 с.

169. Шаталов А., Шаталов Г., Цыганков А. Антифриз на глицериновой основе / Автомобильный транспорт, 1987, № 3, С.30-31.

170. Шекриладзе И.Г. Тепловые трубы для систем термостабилизации. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 174 с.

171. Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей. Под ред.Е.И.Гулина. Л.: 1974. -368 с.

172. Эфрос В.В. Влияние параметров охлаждающей жидкости на тепловое состояние деталей и показатели дизеля / Тракторы и сельхозмашины, 1989, № 7, С.8-10.

173. Якунцов М.М. Техническое обслуживание при отрицательных температурах / Механизация строительства, 1988, № 12, С. 11-13.

174. Яруш О. Подогрев дизельного топлива / Автомобильный транспорт, № 2, С.38.

175. Esser Br. Computer Anwendung in der Metallurgie. Leipzig, VEB Ver-lag, 1990. - 248 S.

176. Nauman R. Гидраты солей как материалы для аккумуляторов скрытой тепловой энергии / Deutsche Akademie der Wissenschaften. Sitzungs-berichte, 1986, № 3, C.31-44.

177. Porisini F.C. Salt hydrates used for latent heat storage: corrosion of metals and reliability of thermal perfomance / Solar Energy (England), 1988, V.41, №2, p.193-197.

178. Зависимости характеристик теплоносителей от температуры

179. В качестве теплоносителя в системах тепловой подготовки в зависимости от температуры окружающей среды используют или воду, или антифриз Тосол-А65 смесь по объему из 62,1% тосола-А и 37,9% воды. То-сол-А представляет собой этиленгликоль с присадками.

180. Теплотехнические свойства воды как теплоносителя представлены в табл.П1.1.