автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология гидродинамической очистки тепловозных узлов и деталей при ремонте

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ эксплуатационных загрязнений и их классификация.

1.2. Обзор существующих технологий очистки узлов и деталей подвижного состава от эксплуатационных загрязнений.

1.3. Влияние загрязнений на работоспособность узлов и деталей тепловозов.

1.4. Постановка задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТРУИ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

2.1. Основные аналитические зависимости взаимодействия свободной незатопленной струи жидкости с твердой поверхностью.

2.2. Исследование процесса удаления загрязнений с поверхности гидродинамическим методом.

2.3. Расчет рабочих параметров струи, обеспечивающих эффективную очистку поверхности от эксплуатационных загрязнений.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОНАПОРНОЙ ВОДЯНОЙ СТРУИ НА ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ.

3.1. Экспериментальная установка и технологическое оборудование для проведения экспериментальных исследований гидродинамических характеристик высоконапорных водяных струй.

3.2. Методика проведения лабораторных исследований.

3.3. Результаты лабораторных исследований.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И

ПАРАМЕТРОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ.

4.1. Исследование влияния параметров струи на качество очистки.

4.2. Исследование влияния моющих средств на процесс очистки.

4.3. Проверка эффективности технологии на натурных образцах в условиях локомотивных депо.

4.4. Основные принципы ресурсосберегающей технологии гидродинамической очистки высоконапорными водяными струями.

5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ

РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ.

5.1. Расход тепловой энергии.

5.2. Расход электроэнергии.

5.3. Потребление химических моющих средств.

5.4. Расход воды при очистке.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЕЧНЫХ МАШИН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.

ВЫВОДЫ.

В современных условиях проблема совершенствования технических средств и технологий очистки при ремонте и эксплуатации подвижного состава приобретает особую остроту в связи с дефицитом рабочей силы, необходимостью повышения производительности труда, культуры производства и качества ремонта. Ужесточение требований к охране окружающей среды требует сокращения использования нефтяных растворителей, токсичных моющих средств и объема вредных стоков.

От эффективности предремонтной очистки во многом зависят качество восстановления и ресурс отремонтированных машин, а технический уровень средств очистки определяет производительность, условия и безопасность труда ремонтников, состояние рабочих мест и общую культуру производства.

Все это заставляет пересматривать привычный взгляд на традиционные методы очистки и изыскивать новые решения, более соответствующие современным условиям.

В настоящее время состояние техники и технологии очистки на предприятиях МПС отстает от ^временного уровня и является узким местом ремонтного производства. Используемая в депо и на ремонтных заводах моечная техника морально и физически устарела, а её парк недостаточен для механизации очистных операций. Большой объем работ выполняется вручную с использованием бензина, керосина, дизельного топлива и других летучих органических растворителей.

Процессы очистки наиболее опасны в экологическом отношении, так как являются источниками образования сильно загрязненных сточных вод, вредных иаро-газовых выбросов в атмосферу, не-фтеотходов, повышенной загазованности рабочей зоны и шжароопасности. В зависимости от вида ремонта трудоа&трахы на очистку и мойку агрегатов. узлов и систем локомотивов составляет от 50 до 350 норма/часов или до 10% общей 5 трудоемкости ремонтных работ, причем эти работы являются наиболее тяжелыми и грязными.

Очистка и мойка сложных по конфигурации и конструктивному исполнению агрегатов и узлов требует дополнительных затрат на доочистку, что приводит к повышению трудозатрат и расхода материалов на обслуживание и ремонт.

Несмотря на большое число экспериментальных исследований, опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ по совершенствованию оборудования, приспособлений и технологий очистки и мойки подвижного состава, применения новых ТМС и методов очистки, проблемы эффективного удаления эксплуатационных загрязнений с минимальными эксплуатационными расходами остаются актуальными. Крайне необходимо экологическое совершенствование процессов очистки.

Настоящая работа посвящена разработке ресурсосберегающей технологии очистки узлов и деталей тепловоза гидродинамическим методом, основанным на воздействии струи воды высокого давления на очищаемую поверхность.

В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные во Всероссийском научно-исследовательском институте ж. д. транспорта с участием автора.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе опыта эксплуатации и ремонта выполнена классификация эксплуатационных загрязнений деталей и узлов тепловозов, а анализ физико-химических свойств загрязнений показал, что наиболее трудноудалимыми являются углеродистые отложения, имеющие прочно-глубинную связь с поверхностью,

2. Теоретическими исследованиями установлено, что основным условием очистки от загрязнений на этапе внедрения струи является разрушение когезионных связей загрязнений и последующее преодоление адгезионных сил, что обеспечивается механическим воздействием струи воды высокого давления. При этом повысить силу удара струи можно путем увеличения ее скорости за счет повышения напора воды и уменьшения диаметра corma.

3. Для определения рабочих параметров высоконапорной водяной струи разработана методика расчета, учитывающая совокупность таких факторов, как скорость и удельное давление струи, плотность жидкости, площадь поперечного сечения струи, длину начального участка струи, угол атаки к очищаемой поверхности, расстояние до поверхности, а также физико-химические свойства загрязнений.

4. Расчетными исследованиями установлено, что максимальный эффект очистки достигается при угле атаки струи 90-45°С, диаметре сопла 1-3 мм, давлении струи не менее 10 МПа для масляно-грязевых и пылегрязевых загрязнений; не менее 15 МПа для асфальтосмолистых, лакоподобных отложений; не менее 20 МПа для прочносвязанных (нагар, накипь, коррозия). При этом рабочий участок струи составляет не более 0,7 м для масляно-грязевых и пылегрязевых загрязнений; не более 0,3 м для асфальтосмолистых, лакоподобных отложений; для нагара, накипи и коррозии рабочий участок лежит в пределах начального участка струи и составляет не более 0,2 м.

5. Экспериментальными исследованиями подтверждены теоретические выводы о том, что максимальная эффективность очистки достигается при напоре воды 15-20 МПа и диаметре сопла не более 3 мм. Необходимые рабочие параметры струи обеспечивают мониторные моечные агрегаты высокого давления до 25 МПа, расходом воды до 20 л/мин, мощностью двигателя до 6 кВт.

6. Исследованиями установлено:

- комбинированная очистка струями воды высокого давления с предварительным нанесением моющих средств на поверхность позволяет интенсифицировать на 20-30 % процесс очистки при удалении углеродистых и масляных загрязнений;

- гидродинамический способ очистки высоким давлением обеспечивает сокращению энергозатрат в 5-7 раз по сравнению с очисткой в обычной струйной моечной машине и в 3 раза по сравнению с погружной, при этом потери тепла являются минимальными и не превышают 5% от общего расхода тепловой энергии;

- удельный расход воды по сравнению с очисткой в струйных моечных машинах сокращается в 1,5 раза без применения системы оборотного водоснабжения и в 20 раз - с ее применением;

- расход моющих средств сокращается в 4-8 раз, а в большинстве случаев обеспечивается качественная очистка без применения моющих средств.

7. Расчет экономической эффективности от внедрения гидродинамического метода для очистки турбокомпрессоров показал снижение затрат на 40%. Срок окупаемости вложений с учетом загрузки моечной машины 13% составляет 2 года, с увеличением загрузки до 50% - менее 1 года.

8. Технология гидродинамической очистки струями воды высокого давления является универсальной и может эффективно использоваться при ремонте других узлов и деталей подвижного состава, очистке полов, производственных помещений и технологического оборудования.

1. Правила технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ1 О/МПС М. : Транспорт, 1988г., 256с.

2. Беренсон С.П. Химическая технология очистки деталей двигателей внутреннего сгорания. -М.: Транспорт, 1967г., с.268.

3. Белянин П.П., Данилов В.М. Промышленная чистота машин. М.: Машиностроение, 1982г., 224с.

4. Тельнов Н.Ф. Технология очистки сельскохозяйственной техники. -М.: Колос, 1983г., 256с.

5. Караваев И.И., Голубкова Г.О., Лапшина В.М. Состав эксплуатационных загрязнений подвижного состава. /Труды ВНИИЖТ/. -М.: Транспорт, 1992г.

6. Мороз В.П. Вибрационная очистка машин. М.: Агропромиздат, 1987г., 88с.

7. Дегтерев Т.П. Применение моющих средств. М.: Колос, 1981г., 201с.

8. Отчет о НИР., МИИТ «Эксплуатационные испытания тепловозов с модернизированными дизелями типа 1 ОД 100, Д49 и другими узлами», Руков. Коссов Е.Е., 1985г.

9. Созаев В.Т., Колотий В.П., Бончук Ю.А. и др. «Как бороться с нагаром в турбокомпрессорах дизелей I ОД Î 00». Электрическая и тепловозная тяга., №3, 1977г., с.28-30

10. Межерицкий А.Д., Малышев B.C., Ахбер А.Г. Изменение характеристик компрессоров агрегатов наддува ДВС в процессе эксплуатации. /Двигателестроение, 1985, №2, с.22-25.

11. З.Малышев B.C., Межерицкий А.Д., Влияние эксплуатационных загрязнений компрессоров и охладителей наддувочного воздуха на изменение характеристик судовых четырехтактных двигателей. /У Двигателестроение. 1980, №12, с.43-45

12. Насыров P.A. Повышение надежности работы поршней тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1977г.

13. Егунов П.М., Ивакин В.В. «Модернизация системы охлаждения дизеля тепловозов ТЭЮ» Сбориик научн. трудов ВНИИЖТ «Повышение топливной экономичности тепловозов». М. Транспорт 1991г.

14. Долганов А.П., Гребешок П.Г., Семисаженова A.A., Егунов П.М. и др. (под ред. Долганов А.Н.) «Паспортные характеристики и результаты испытаний тепловоза 2ТЭ10Л» Тр. ВНИИЖТ. М. Транспорт, 1972г. 64 с.

15. Межерицкий А. Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей., Л.: Судостроение, 1986г., 248с.

16. Маслов H.H., Плутов В.И. Прогрессивные способы очистки деталей. Л.: 1971г.

17. Козлов Ю.С., Кузнецов O.K., Тельнов А.Ф. Очистка изделий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1982г., 261 с.

18. Каравев И.И., Попов А.Г. Перспективы развития техники и технологии очистки подвижного состава. Сборник научных трудов ВНИИЖТ, М: Транспорт, 1992г., 80 с.

19. Отчет о НИР., «Механизированные поточные линии для капитального ремонта подвижного состава и их узлов» М.: ВНИИЖТ, 1987г., 55с.

20. Афанасиков Ю.И. Проектирование моечно-очистного оборудования авторемонтных предприятий. М.: Транспорт, 1987г., 174с.

21. Иванов Б.И. Очистка металлических поверхностей пожаробезопасными составами. М.: Машиностроение, 1979г., 183с.

22. Розенберг Л.Д. Физические основы ультразвуковой технологии. М.: Наука, 1970г., 688с.

23. Отчет о НИР. Разработать и внедрить комплекс ресурсосберегающих технологий содержания тепловозов в депо. М.: ВНИИЖТ., 1988г. 17 с.

24. Скепский В.П., Скуев В.Б. Ремонт механического оборудования тепловозов. М.: Транспорт, 1991г., 183с.

25. Варнаков В.В., Стрельцов В.В., Попов ВН., Карпенков В.Ф. Технический сервис машин сельско-хозяйственного назначения. М.: Колос, 2000г., 256с.

26. Лайдабон Ч.С, Сперанский В.В., II {елку нова З.В. Интенсификация процесса погружной очистки деталей с помощью ультразвука., Сборник научных трудов ВНИИЖТ, М: Транспорт, 1992г., 80 с.

27. Келлер O.K., Кратыш Г.С., Лубяницкий Г.Д. Ультразвуковая очистка. -Л.: Машиностроение, 1977,184 с.32.3авьялов С.Н. Мойка автомобилей. Технология и оборудование. - М: Транспорт, 1994, - 176 с.

28. Завьялов С.Н. Организация механизированной мойки автомобилей и оборотного водоснабжения. М.: Транспорт, 1978г.

29. Современные технические моющие средства и поверхностно-активные вещества. Тезисы докладов и краткие сообщения научно-технической конференции. Уфа. 1980г. 105с.

30. Гуровец A.C., Попов A.A., Зарипов Р.К., Попов А.Г. Выбор моющих средств и их применение для очистки тяговых электродвигателей. Сборник научных трудов ВНИИЖТ, М: Транспорт, 1992г., 80 с.

31. Коз лов Ю.С. Очистка автомобилей при ремонте. М.: Транспорт, 1981г.,151с

32. Коробко В.И., Семенов В.И. Удаление прочносвязанных загрязнений с поверхностей деталей.,/Труды ГОСНИТИ, 1995, №95, с.70-73/.

33. Крутоус Е.Б., Некрич М.И. Техника мойки изделий в машиностроении. -М.: Машиностроение. 1969г.

34. Пойда A.A., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт. М.: Транспорт, 1988г.

35. Рекомендации по применению новых средств для очистки машин и деталей при ремонте. Под редакцией Гурвича JIM. , М.: ГОСНИТИ, 1975г., 104с.

36. Пучин Е.А. Методические основы разработки и внедрение ресурсосберегающих технологий технического обслуживания сельскохозяйственной техники. Дисс. На соискание ученой степени доктора т.н. М.: ГОСНИТИ, 1998г., 334с.

37. Тельнов Н.Ф. Очистка основа качества ремонта. - М.: Техника в сельском хозяйстве. №6 1980г.

38. Гурвич Л.М. Перспективы технического и экологического совершенствования процессов очистки поверхностей. Сборник научных трудов ВНИИЖТ, М: Транспорт, 1992г., 80 с.

39. Транспорт и окружающая среда. МПС. М: 1980. Обзорная информация по ж. д. транспорту.

40. Карнаушко E.B. Ресурсосберегающая технология очистки деталей тепловоза гидродинамическим методом. Сб.статей мол.ученых и аспирантов. «Железнодорожный транспорт в современных условиях», М.: Интекс, 2000г., 183с.

41. Klinett, инструкция по эксплуатации моечных машин.

42. Einhell-Hochdruckreiniger. Каталог оборудования

43. Stihl, каталог оборудования

44. Ehrle, каталог оборудования

45. Kranzle, каталог оборудования

46. Спринт С. Очистка поверхности металлов, М.: Мир, 1966г, 350с.55.«Plant and Snrfece Finish» 1987г., 74№11, 58-61c.

47. Артемьев Ю.Н. Качество ремонта и надежность машин в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1981г., 239с.

48. Исследовать и разработать теоретические основы применения мониторных моечных агрегатов высокого давления. Отчет ГОСНИТИ. М.: 1997г., 73с.

49. Исследование новых моющих средств для очистки машин и их деталей при ремонте с использованием зарубежного опыта. Отчет ГОСНИТИ., рук. Садовский А.П., № ГР 73023766, М.: 1973г., 204с.

50. Чугаев Р.Р. Г идравлика (техническая механика жидкости). Л.: Энергия, 1975г., 600с.

51. Штерешшхт Д.В. Гидравлика. М.: Энергоатомиздат, 1984г., 640с.

52. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикапов Ф.И. Гидравлика М.: Госэнергоиздат, 1954г., 484с

53. Болытаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н и т.д. Справочник по гидравлике. К.: Вшцашк., 1984г., 343с

54. Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. Киселева П.Г., М.: Энергия, 1972г., 312с

55. Латышенков A.M., Лобачев В.Т. Гидравлика // 1945г.

56. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости // М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961г.

57. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй // М.: Физматгиз, 1960, 715с.

58. Абрамович Г.Н. Теория свободной струи и ее приложение. / Труды ЦАГРИ, 1936г.

59. Камбефор А. Инъекция грунтов. Пер. с французского. // М.: Энергия, 1971.

60. Смородинов М.И., Крольков В.Н. Обзор. М. Струйная технология устройства противофильтрационных завес и несущих конструкций в грунте. // ВНИИОСП, 1984.

61. Богов С.Г., Запевалов И.А. Исследование свойств инъекционных растворов на основе цемента для качественного закрепления грунтов // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2000, №2.

62. Исаев А.П. Гидравлика дождевальных машин. М.: Машиностроение, 1978г., 216с.

63. Афанасиков Ю.И., Маслов H.H. Синтетические моющие средства и оборудование для их использования. Автомобильный транспорт, 1975г., №>10, 37-40с.

64. Лариков H.H. Общая теплотехника. М.: Стройиздат, 1975г., 559с

65. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. Под ред. Голубкова Б.Н., М.: Энергия, 1972г., 424с.

66. Отопление, водопровод, канализация. Справочник проектировщика. Под ред. Староверова И.Г., М.: Стройиздат, 1975г., 429с.

67. Методические указания по проектированию очистных сооружений и оборотных систем водоиспользования для предприятий ж. д. транпорта. М. ВНИИЖТ, 1998г.

68. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорге./ВНИИЖТ МПС М.: Транспорт, 1991г.,239с.

69. Методика оценки технико-экономической эффективности внедрения ресурсосберегающих технологий и их влияния на сокращение эксплуатационных расходов./МПС М.: Транспорт, 1998г., 36с.

70. Шавловский С. С. Исследование эффективности струи при гидравлической выемке., М., Наука, 1966г.80. ¡Павловский С. С. Основы динамики струй при разрушении горного масива., М., Наука, 1979 г., 173с.

71. Нурок Г.А. Процессы и технологии гидромеханизации открытых горных работ. М., Недра, 1985г., 471с.

72. Хныкин В.Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках., М., Наука, 1969 г., 150с.

73. Никонов Г.П., Шавловский С.С., Хныкин В.Ф. Краткий научный отчет «Исследование динамики и структуры тонких струй воды давлением до 500 атм.» М., Институт горного дела им. А.А.Скочинского, 1969г., 40с.

74. Никонов Г.П., Шавловский С.С., Хныкин В.Ф. Теоретические и экспериментальные исследования процесса движения и распада водяной струи. М., МГД им. А.А.Скочинского, 1963г.5Ос.