автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование системы очистки воздуха тепловозов

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОЗНЫХ

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЕЙ

1.1. Запыленность воздуха в местах эксплуатации тепловозов

1.2. Воздушное охлаждение тяговых электрических машин

1.3. Методы очистки воздуха на тепловозах

1.4. Фильтры систем воздушного охлаждения тяговых электрических машин

1.4.1. Классификация и основные характеристики фильтров.

1.4.2. Сухие тканевые и волокнистые фильтры

1.4.3. Сетчатые фильтры

1.4.4. Пористые фильтры

1.4.5. Электрические фильтры

1.4.6. Инерционные фильтры

1.4.6.1. Центробежно-роторные воздухоочистители

1.4.6.2. Циклоны.

1.4.6.3. Жалюзийные воздухоочистители

1.5. Цель и задачи исследования

2. ТЕЧЕНИЕ ГАЗА СО ВЗВЕШЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ

2.1. Прямолинейное движение одиночной частицы.

2.2. Прямолинейное неравномерное движение одиночной частицы

2.3. Криволинейное движение частиц пыли

Выводы по 2 главе.

3. РАСЧЕТ ИНЕРЦИОННОГО ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЯ

3.1. Расчет гидравлического сопротивления

3.1.1. Сопротивление боковых жалюзи

3.1.2. Сопротивление жалюзийной решетки

3.1.3. Аэродинамическое сопротивление камеры воздухоочистителя

3.2. Расчет эффективности инерционного воздухоочистителя

3.3. Инерционное осаждение пыли на пакете

Выводы по 3 главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЗА.

4.1. Разработка математической модели

4.1.1. Моделирование поршневой части дизеля

4.1.2. Моделирование системы газотурбинного наддува

4.2. Разработка алгоритма моделирования

4.3. Разработка математической модели воздухоочистителя

4.3.1. Инерционный воздухоочиститель

4.3.2. Воздухоочиститель канала отсоса

4.3.3. Осевой вентилятор централизованного воздухоснабжения

4.3.4. Нагнетатель канала отсоса

4.3.5. Система охлаждения тяговых электрических машин

4.3.6. Схема алгоритма моделирования

4.4. Результаты моделирования

Выводы по 4 главе.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗНОГО

ИНЕРЦИОННОГО ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЯ

5.1. Методика экспериментального исследования

5.2. Стендовые испытания инерционного воздухоочистителя.

5.3. Эксплуатационные испытания жалюзийного воздухоочистителя

Выводы по 5 главе.

Тяговые электрические машины тепловозов охлаждаются воздухом, который поступает в систему охлаждения непосредственно из атмосферы или из дизельного помещения тепловоза. В обоих случаях охлаждающий воздух содержит взвешенные частицы загрязнения, вредно влияющие на состояние тяговых электрических машин. Качество атмосферного воздуха как рабочего .тела характеризуется содержанием в нем аэрозолей, представляющих собой взвешенные в воздухе •частицы размером от 0,01 до 8000 мкм. Пыль одна из разновидностей аэрозолей, то есть дисперсионных систем, состоящих из твердых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде.

Очистка воздуха выполняется фильтрами различной конструкции. Большое количество тепловозов отечественной и зарубежной постройки оборудуются сетчатыми или пористыми воздушными фильтрами. Многие тепловозы, строящиеся в США, снабжаются сухими инерционными воздухоочистителями, циклонными или жалюзииными.

Несмотря на то что проблема очистки воздуха для охлаждения тяговых электрических машин возникла одновременно с появлением тепловозов, достаточно полно обоснованных требований к эффективности и конструкции воздушных фильтров пока нет. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, у которых воздействие содержащихся в воздухе загрязнения проявляется главным образом в виде абразивного износа, механизм влияния пыли и грязи на электрические машины значительно сложнее.

Суще ствующие устройства для очистки воздуха в тепловозах имеют существенные недостатки; низкую эффективность, недолговечность, ухудшение характеристик во время эксплуатации, а также необходимость периодического обслуживания. Применяемые на тепловозах ТЭП70 и ТЭП80 пенополиуретановые воздушные фильтры, кроме того, являются пожароопасными.

Воздухоочистители являются важными устройствами, от состояния которых непосредственно зависит долговечность и бесперебойность работы энергетической установки тепловоза. Учитывая это, важной и актуальной задачей является разработка эффективных самоочищающихся пылеулавливающих аппаратов. Одной из разновидностей таких устройств являются инерционные пылеуловители, которые могут применяться для очистки наддувочного воздуха двигателей внутреннего сгорания и охлаждающего воздуха тяговых электрических машин тепловозов.

Выводы по 5 главе:

1) Выполнено оборудование и произведены эксплуатационные испытания двухступенчатого очистителя воздуха на тепловозе ТЭП7 0, первая ступень которого выполнена в виде жалюзийной решетки, а вторая -сетчатого фильтра;

2) Установлено, что гидравлическое сопротивление системы очистки воздуха находится в пределах требований для тепловозных систем и не превышает 1,0 Па для номинального режима работы энергетической установки;

3) Достигнуто улучшение условий работы тяговых электрических машин по проникновению атмосферной влаги, в частности, сопротивление изоляции тяговых электродвигателей возросло на 0,1 - 0,25 мОм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения теоретических и экспериментальных исследований решена важная народнохозяйственная задача повышения надежности работы тяговых электрических машин тепловоза за счет совершенствования системы очистки охлаждающего воздуха и получены следующие результаты:

1) проведенный анализ литературных источников и данных эксплуатации показал, что устройства для очистки воздуха, применяемые на тяговом подвижном составе, имеют недостаточную эффективность, значительно ухудшающиеся в процессе эксплуатации характеристики, требуют большого объема ремонта и технического обслуживания, для их нормальной работы необходима пропитка или заправка смазочными материалами. Пенополиуретановые фильтры тепловозов ТЭП70 являются пожароопасными. В работе доказано, что устранить указанные недостатки на эксплуатируемых и вновь создаваемых тепловозах можно путем применения новых инерционных воздухоочистителей;

2) разработана математическая модель расчета аэродинамических и сепарационных процессов в инерционном жалюзийном воздухоочистителе, которая позволяет исследовать влияние геометрических параметров, воздушной нагрузки, режимов работы энергетической установки тепловоза, а также концентрации и фракционного состава пыли на эффективность его работы;

3) в результате исследований установлено:

3.1. жалюзийный инерционный воздухоочиститель имеет сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление - не более 7 0 мм.в.ст. (7 00 Па) при расходе воздуха 0,0236 м/с, что позволяет использовать его в системах охлаждения тяговых электрических машин как с центробежным, так и с осевым вентилятором;

3.2. жалюзийный инерционный воздухоочиститель обеспечивает стабильную эффективную очистку воздуха от пыли до 82% (при размере частиц пыли более 5 мкм), снега - до 88% и капельной жидкости - до 96%;

3.3. полученные характеристики доказывают возможность использования инерционных жалюзийных воздухоочистителей в системах охлаждения тяговых электрических машин, а в случае более жестких требований к параметрам воздуха - применять их в качестве первой ступени очистки с установкой во второй ступени фильтров тонкой очистки;

3.4. предложены методики расчета параметров элементов инерционного воздухоочистителя и согласования характеристик фильтров очистки воздуха и отдельных потребителей на тепловозе, которые могут быть использованы при расчете фильтров для очистки охлаждающего воздуха различной конструкции;

4) экспериментальные исследования подтвердили результаты теоретических выводов об эффективности работы инерционного жалюзийного воздухоочистителя в специфических условиях эксплуатации на тепловозах. Использование двухступенчатой системы очистки воздуха позволило повысить качество очистки воздуха и повысить сопротивление изоляции отдельных тяговых электродвигателей на 50 - 90%;

5) выполнена оценка технико-экономического эффекта модернизации тепловозов ТЭП7 0 с заменой серийных фильтров установки централизованного возду-хоснабжения на инерционные. При этом экономический эффект составляет 124 6 рублей на один тепловоз в год и практически полностью исключается вероятность возникновения пожаров в пути следования.

1. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов // Справочник, М. : Металургия, 1986. 543 с.

2. Асламова B.C., Трошкин O.A., Шерстюк А.Н. Центробежный вентилятор пылеуловитель // Химическое и нефтяное машиностроение. 1987, № 4, с.25-27.

3. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. М.: Стройиздат, 1979. 352 с.

4. Белевицкий A.M. Проектирование газоочистительных сооружений. Л.: Химия, 1989. 388 с.

5. Беляева Н.Ф. Центробежные пылеуловители // Обзорная информация НИИТЭхим. № 6, 1986. 30 с.

6. Беляева Н.Ф. Воздухоочистители тракторных и автомобильных двигателей // Обзорная информация НИИТЭхим. № 33, 1971. 24 с.

7. Бусроид Р. Течение газов со взвешенными частицами: Перевод с англ. М.: Мир, 1975. 378 с.

8. Брук М.А., Виксман A.C. Работа дизеля в нестационарных условиях. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1981, 335 с.

9. Воздухоочистительные устройства для ГТУ // Под ред. А.А.Канаева, Л.:1969, 22 с.

10. Воздухоочистители и системы воздушного охлаждения тяговых электрических машин тепловозов // Под ред. В.Д.Кузьмича. М.:Транспорт, 1970. 367 с.

11. Володин А.И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1985. 216 с.

12. Гладков К.В. Воздухоочистители систем охлаждения тяговых электродвигателей // Локомотив №10, 1997, с.34-35.

13. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. М. : Металлургия, 1977. 456 с.

14. Грин X., Лейн Н. Аэрозоли пыли, дымы и туманы: Перевод с англ. Л.: Химия, 1969. 428 с.

15. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) /Симпсон А.Э. и др. М.: Транспорт, 1980. 384 с.

16. Денисов С.И. Улавливание и утилизация пылей и газов: Учебное пособие для металургических специальностей вузов. М.: Металургия, 1991. 319 с.

17. Дизели. Справочник. Изд. 3-е перераб. и доп. Под общей ред. В.А.Ваншейдта. Л.: Машиностроение, 1977. 480 с.

18. Дьяков P.A., Пресняков В.Н. Воздухоочистители д.в.с. М.: Транспорт, 1968. 40 с.

19. Дьяков P.A. Воздухоочистка в дизелях. Л. : Машиностроение, 1975. 152 с.

20. Залогин Н.Г., Шухер С.М. Очистка дымовых газов. М.: Госэнергоиздат, 1954. 224 с.

21. Запасный В.В., Рудман Б.М., Адрышев А.К. Применение тканей повышенной термостойкости в рукавных фильтрах // Цветная металлургия. 1987, № 6, с.25-27.

22. Женишек H.H. Ротационные пылеотделители. М.: Госиздат, 1958. 346 с.

23. Жолодковский О.И. Воздухоочистители мокрого типа с жалюзийной вставкой. М. : Гостехиздат, i960.22 с.

24. Идельчик И.Е. Аэродинамика контактных, фильтрующих и адсорбционных аппаратов со стационарным слоем зернистых материалов. М.:ЦИНТИ,1992.40 с.

25. Идельчик И.Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. М.: Энергия, 1964. 288 с.

26. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.

27. Кафаров В.В. Основы массопередачи: Уч. для вузов. М.: Высшая школа, 1972. 656 с.

28. Ключининкас А.Ю. Воздействие скрещивающихся электрических и магнитных полей на частицы пыли // Физика атмосферы. 1986, № 11, с.74-77.

29. Клячко Л.С. Очистка воздуха инерционными пылеуловителями. В кн. «Проблемы очистки газа в промышленности», 1951, с.52-57.

30. Коузов П.А. Основы анализа дисперсионного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд. перераб. и доп. Л.: Химия,1987.264 с.

31. Коузов П.А. Очистка газов и воздуха от пыли. С.-П.: Химия, 1993. 285 с.

32. Коузов П.А., Мальгин А.Д. Очистка газов и воздуха от пыли в химической промышленности. С.-П.: Химия, 1993. 320 с.

33. Кузьмич В.Д. Воздушное охлаждение тяговых электрических машин тепловозов. Труды МИИТа, 1969, вып.335, с.3-14.

34. Кузьмич В.Д., Солодилов В.Я. Воздухоочистители и возможности их использования в системах воздушного охлаждения тяговых электрических машин. Труды МИИТа, 1969, вып.335, с.23-47.

35. Кузьмич В.Д., Солодилов В.Я., Чалов А.П. Разработка методики испытаний воздухоочистителей для тяговых электрических машин тепловозов. Труды МИИТа, 1969, вып.335, с.60-71.

36. Кузьмич В.Д., Солодилов В.Я., Шерстнев В.И. Результаты испытаний инерционного воздухоочистителя с криволинейной решеткой. Труды МИИТа, 1969, вып.335, с.77-82.

37. Кучерук В.В., Красилов Г.И. Новые способы очистки воздуха от пыли. М.: Машгиз, 1950. 278 с.

38. Кучерук В.В. Очистка вентиляционного воздуха от пыли. М.: Машгиз, 1963. 144 с.

39. Мазус М.Г., Мальгин А.Д., Маргулис M.JI. Фильтры для улавливания промышленных пылей. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

40. Мальгин А.Д. Новые конструкции пылеуловителей // Цветная металлургия, 1989, № 7, с.30-31.

41. Методика испытания фильтров и фильтрующих материалов для очистки воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха // ВНИИкондиционер, Харьков, 1984. 40 с.

42. Методика подбора циклонов для пылеулавливания с технико-экономическим анализом циклонных установок // Ленгипрогазоочистка. J1. : 1987. 76 с.

43. Методика расчета концентраций вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. J1.: Гос метеоиздат, 1987. 93 с.

44. Михайлов Е.И., Резник В.А., Кринский A.A. Комплексные воздухоочистительные устройства дляэнергетических установок. Л.:Машиностроение, 1978. 144 с.

45. Михайлов Е.И., Резник В.А., Горячев В.Д. Инерционный пылеуловитель для защиты проточной части ГТУ от износа.// «Энергомашиностроение», 1973, №2, с.1-4.

46. Моор Л.Ф. Графический метод расчета эффективности фильтров // ГПИСантехпроект, М.:1972.16 с.

47. Моргулис М.О., Мазус М.Г. Рукавные фильтры. М. : Машиностроение, 1977. 256 с.

48. Назаров P.M. Требования к эффективности воздушных фильтров тяговых электрических машин. Труды МИИТа, 1969, вып.335, с.72-76.

49. Немыка В.Г. Пылеосаждение от инерционного эффекта. В кн. «Защита окружающей среды и охрана труда», Новороссийск, 1985, с.37-43.

50. Оборудование для санитарной очистки газов // Справочник, Киев: Техника, 1989. 304 с.

51. Пассажирский тепловоз ТЭП70 /В.Г.Быков, Б.Н.Морошкин,Ю.В.Хлебников.М.:Транспорт,197 6.115 с.

52. Петряков И.В. Волокнистые фильтрующие материалы ФП. М.: Знание, 1968. 80 с.

53. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М. : Стройиздат, 1981. 207 с.

54. Пискарев И.В. Фильтровальные материалы из стеклянных и химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1965. 161 с.

55. Потапов О.П., Кропп Л.Д. Батарейные циклоны. М. : Энергия, 1977. 151 с.

56. Рудая К.И., Кузьмич В.Д. Повышение мощности тепловозных генераторов путем улучшения их вентиляции. Труды МИИТ, вып.110. Трансжелдориздат, 1970, с.12-16.

57. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. М.: Машгиз, 1960. 704 с.

58. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различных производств. J1. : Гидрометеоиздат, 1986. 312 с.

59. Селиванов Г,Г. Циклон для очистки воздуха от слипающихся пылей // Промышленная и санитарная очистка газов, 1984, № 1, с.5-6.

60. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1971. 536 с.

61. Справочник по пыле- и золоулавливанию // Под ред. А.А.Русанова. М.:Энергоатомиздат, 1983. 335 с.

62. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.:Стройиздат, 1977. 504 с.

63. Степанов Г.Ю., Зицер И.М. Инерционные воздухоочистители. М.: Машиностроение, 1986. 181 с.

64. Суслов А.Д., Сивков В.П. Исследование очистки воздуха ротором противопоточного пылеуловителя. Сб. трудов МВТУ им. Н.Э.Баумана, № 4 60, 1986, с.115-123.

65. Тепловоз 2ТЭ116 /С.П.Филонов, А.И.Гибалов, Е.А.Никитин. 3-е изд. перераб. и доп. М. : Транспорт, 1996. 334 с.

66. Тричус Ю.П. Исследование работы установки мокрого пылеулавливания // Химическое и нефтяное машиностроение. 1987, № 8, с.11-12.

67. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.: Химия, 1967. 344 с.

68. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Химия, 1981. 392 с.

69. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. М.: Химия, 1970. 320.

70. Ушаков С.Г., Зверев Н.И. Инерционная сепарация пыли. М. : Энергия, 1974. 319 с.

71. Халимова Р.Х. Очистка от пыли выбросов предприятий теплоизоляционных, огнеупорных и дорожно-строительных материалов. Ташкент: Фан, 1987. 99 с.

72. Хлебников Ю.П. Фильтры систем кондиционирования воздуха и вентиляции. М. : Стройиздат, 1990. 126 с.

73. Хлебников Ю.П., Усатенко В.Г. Фильтры и фильтрующие материалы для очистки воздуха. М. : ЦНИИТЭ 1986. 42 с.

74. Фукс H.A. Механика аэрозолей. М. : Издательство Академии наук, 1955. 350 с.

75. Шинков В.И., Ашнин Н.М. Исследование кассетных фильтров с неткаными фильтровальными материалами для очистки воздуха от щеточной пыли электрических машин. В кн. «Охрана труда в промышленности», М.:Наука. 1986, с.41-45.