ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕГРЕТОЙ ВОДЫ В КАЧЕСТВЕ ГРЕЮЩЕЙ СРЕДЫ В МОЕЧНЫХ МАШИНАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена возможность перевода моечных машин предприятий железнодорожного транспорта с парового нагрева на водогрейный режим с целью повышения эффективности нагрева и тем самым снижения тепловых затрат на мойку

Ключевые слова: камерная моечная машина; расчёты теплообмен­ника; перегретая вода.

В моечных машинах, используемых на предприятиях локомотив­ного и вагонного хозяйства железнодорожного транспорта, помимо электронагрева обычно применяют паровой нагрев моющего раствора. При таком нагреве пар подаётся через двойные днища или рубашки, змеевиковые, трубчатые и спиральные теплообменники и др. Практи­чески всегда используется влажный пар с высокой степенью сухости, имеющий большую скрытую теплоту парообразования (конденсации). Применение перегретого пара нецелесообразно из-за низкого коэффи­циента теплопередачи и небольшой величины теплоты перегрева.

Поступающий в теплообменник пар нагревает моющий раствор и конденсируется. Для нормального функционирования теплообменника, необходимо непрерывно отводить из него образовавшийся конденсат через конденсатоотводчики. При этом нельзя допускать потери несконденсировавшегося пара с уходящим из аппарата конденсатом. Помимо отвода конденсата, должен быть предусмотрен периодический или непрерывный отвод агрессивных газов кислорода и диоксида углерода из парового пространства теплообменника. Эти газы попадают в греющий пар, главным образом, из питательной воды паровых котлов.

Основным недостатком водяного пара является сравнительно низкая температура его насыщения, увеличение которой связано с повышением давления, что также, как и наличие устройств отвода конденсата и газов, усложняет и удорожает конструкцию теплообмен­ного аппарата.

В настоящее время можно наблюдать тенденцию перевода паровых котлов их в водогрейный режим с целью повышения КПД. Это обстоятельство вызывает необходимость оценки возможности использования в моечных машинах железнодорожного транспорта перегретой воды в качестве греющей среды. Применение перегретой воды упрощает конструкцию нагревающего узла, повышает эффектив­ность нагрева и тем самым снижает тепловые затраты на мойку. Результаты опытной эксплуатации моечной машины для очистки деталей ММД-27, переведённой на перегретую воду, подтвердили целесообразность использования этого теплоносителя [1].

Рассмотрим возможность перевода некоторых типов камерных моечных машин производства ООО «ИРТРАНС» на нагрев перегретой водой. Удельный расход теплоты моечными машинами нормируется на 1 т обмываемых деталей. Нормы расхода теплоты устанавливают в зависимости от назначения (типа) машины и вспомогательного оборудования (главным образом вентиляционной системы и времени ее работы).

Расход теплоты на моечную машину камерного типа за нормируемый период, Гкал/период (ГДж/период) определяют по формуле:

Q_мм = k ∙ q_мм ∙ G_дет ,

где:   Q_мм – расход теплоты на моечную машину за планируемый или отчетный период, Гкал/период; k – коэффициент, учитывающий изменение расходов теплоты в зимнее время (летом k=1, с наступлением отопительного сезона k=1,1); q_мм – удельная норма расхода теплоты на 1 т обмываемых деталей, Гкал/т (ГДж/т); Gдет – масса деталей, обмываемых в моечной машине за планируемый или отчетный период (т/месяц, т/квартал, т/год и т. д.).

Норма расхода теплоты на 1 т обмываемых деталей, Гкал/т (ГДж/т), определяется из выражения

,

где:   Q_мм – часовой расход теплоты на моечную машину, Гкал/ч; τ _ц – время одного цикла работы моечной машины, мин; G_ц – масса деталей, загружаемых в моечную машину на один цикл, т.

Часовой расход теплоты на моечную машину, Гкал/ч (ГДж/ч), определяется из выражения

Q_мм = Q_вент + Q_дет + Q_охл. + Q_проч ,

где:   Q_вент – потери теплоты, связанные с удалением паровоздушной смеси из камеры моечной машины; Q_дет – расход теплоты на нагрев обмываемых деталей; Q_охл – потери теплоты от внешнего охлаждения моечной машины; Q_проч – прочие потери теплоты, связанные с потерями через вспомогательное оборудование.

Потери теплоты с удалением паровоздушной смеси определяются из уравнения:

где:   V – часовой расход удаляемой вентилятором паровоздушной смеси, м³/ч; p – плотность влажного воздуха, кг/м³; h – энтальпия влажного воздуха, кДж/кг; τ_охл – время работы вытяжного вентилятора, мин (при хорошей герметизации моечной машины не превышает 10–12 % от времени цикла).

Потери теплоты на нагрев обмываемых деталей определяются по формуле

Q_дет = G_дет · C_дет · (t₂ - t₁)/( τ _ц·60)

где:   G_дет – масса деталей, загружаемых в моечную машину за один цикл, кг; C_дет – теплоемкость деталей, принимаемая равной 0,461 (кДж/кг·К); t₂ – рабочая температура моющего раствора, ^оС; t₁ – температура загружаемых деталей, ^оС.

Потери теплоты от внешнего охлаждения моечной машины определяются из выражения

Q_охл = q · F · 10^-3

где:   q – удельный тепловой поток с единицы поверхности моечной машины, принимается равным ~ 99 Вт/м ²; F – поверхность наземной части моечной машины, м².

Прочие потери теплоты на основе результатов многочисленных испытаний моечных машин камерного и конвейерного типов прини­маются равными 18 % от потерь тепла с удаляемой паровоздушной смесью

Q_проч = 0,18 ·Q_вент.

Количество теплоты, расходуемое моечными машинами, зависит от мощности вентиляционной установки: чем выше мощность электродвигателей и вентиляторов, тем больше расход тепла на моечную машину и хуже условия очистки деталей (снижается температура в обмывочной камере). Моечные машины камерного типа допускают возможность периодического отключения вентиляционной установки во время обмывочного цикла. Этим объясняется их

повышенная экономичность по сравнению с машинами конвейерного типа, не имеющими такой возможности.

Расход теплоты на моечную машину колёсных пар электропоездов

Вес одной колёсной пары G_дет = 1,18т.

Рабочую температуру моющего раствора принимаем по техни­ческим характеристикам моечных машин t₂ = 50 ⁰С; температуру загружаемых колёсных пар принимаем равной температуре воздуха в цехе t₁= 18 ⁰С. Время цикла обмывки (максимальное) τ _ц = 7 минут. Поверхность наземной части машины F = 15,4м². В результате расчёта получаем:

Q_дет = 41,44 кВт; Q_охл = 1,52 кВт; Q_вент = 2 кВт; Q_мм1 = 44,96 кВт

Полученное значение Q_мм1 соответствует паспортным данным машины (46 кВт).

Расход теплоты на моечную машину букс

Вес буксового узла G_дет = 0,11т.

Рабочую температуру моющего раствора принимаем по техническим характеристикам моечных машин t₂ = 50 ⁰С; температуру загружаемых букс принимаем равной температуре воздуха в цехе

t₁= 18 ⁰С. Время цикла обмывки (максимальное) τ _ц = 4 минуты. Поверхность наземной части машины F = 5,3 м². В результате расчёта получаем:

Q_дет = 6,76 кВт; Q_охл = 0,52 кВт; Q_вент = 0,35 кВт; Q_мм1 = 7,63 кВт

Полученное значение Q_мм1 соответствует паспортным данным машины (7,7 кВт).

При модернизации в баках машин устанавливаем одну из модификаций однозаходного змеевикового теплообменника [2] общепромышленного назначения, параметры которого приведены в таблице 1, а конструкция на рис. 1.

Таблица 1.

Основные размеры змеевиковых теплообменников

Принимался один из типоразмеров теплообменника и проводился его поверочный расчёт, результатом которого являлось сравнение требуемой и реальной теплопередающей поверхности теплообменника.

При расчёте использовалась программа расчёта «ЗМЕЕВИК», разработанная на кафедре «Теплоэнергетика ж.д. транспорта» РУТ МИИТ.

Рисунок 1. Конструкция змеевикового теплообменника

Расчёт теплообменного устройства для машины мойки колёсных пар

Тепловая нагрузка Q, Вт                                                44960

Начальная температура греющей воды, ⁰С                  130

Конечная температура греющей воды, ⁰С                     50

Конечная температура воды в баке, ⁰С                          45

Температура воды в баке после мойки, ⁰С                     40

Число змеевиков                                                             1

Диаметр змеевика, м                                                      0,5

Внутренний диаметр трубки, м                                    0,032

Требуемая поверхность теплопередачи, м²                      1,24

Как видно из расчёта, в бак моечной машины можно установить теплообменник с площадью теплообменной поверхности 2 м².

Расчёт теплообменного устройства для машины мойки букс

Тепловая нагрузка Q, Вт                                                7630

Начальная температура греющей воды, ⁰С                  130

Конечная температура греющей воды, ⁰С                     50

Конечная температура воды в баке, ⁰С                          45

Температура воды в баке после мойки, ⁰С                    40

Число змеевиков                                                              1

Диаметр змеевика, м                                                       0,25

Внутренний диаметр трубки, м                                     0,032

Требуемая поверхность теплопередачи, м²                  0,47

Как видно из расчёта, в бак моечной машины можно установить теплообменник с площадью теплообменной поверхности 0,6 м².

Выводы

Расчёты показали возможность использования однозаходных змеевиковых теплообменников для нагрева перегретой водой моющего раствора в камерных моечных машинах железнодорожного транспорта.

Список литературы:

1. Кистьянц Л.К., Юдаева Е.М. Экономия тепла и топлива в стационарном теплоэнергетическом хозяйстве железнодорожного транспорта. - М. Транспорт, 1977 – 222 с.
2. Теплообменные аппараты: учебное пособие / Б.Е. Байгалиев, А.В. Щелчков, А.Б. Яковлев, П.Ю. Гортышов. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012. –180 с.