•? Расчет сопротивления воздуховодов. Аэродинамическое сопротивление воздуховода образуется из следующих составляющих: сопротивления на входе до вентилятора (сопротивления защитных решеток и жалюзи, начальное сопротивление чистых воздухоочистительных устройств, предельное сопротивление воздухоочистителей) и сопротивления после вентилятора (сопротивления воздуховодов, отводов, дросселей, сопротивления тяговых электрических машин, потери динамического давления на выходе из машин). Сопротивления, перечисленные выше, кроме сопротивления тяговых электрических машин, определяют из выражения

где t,i - коэффициент аэродинамического сопротивления элемента; Увз - скорость воздуха на выходе, м/с.

Для элементов воздуховодов С; может быть выбран по справочным данным. Аэродинамическое сопротивление тяговых машин

тм ~ СтмОтм»

где - расход воздуха, идущего на вентиляцию тяговой машины; - коэффициент аэродинамического сопротивления.

Значение Стм ДЛя генератора МПТ 84/39 и ГПЗОО равно 21; для МПТ 99/47 равно 16; для ГПЗИ и ГП312-12; для ГС501 - 5,5, а для электродвигателя ЭДТ200 равно 59, для ЭД104 - 70; для ЭД107 -95.

Потери динамического давления Нд на выходе из машины определяют по выражению (37). При этом принимают = 1, а скорость (в данном случае на выходе) может достигать 15-17 м/с при Нд = 140-4-170 Па. Полное сопротивление системы равно сумме всех аэродинамических сопротивлений. При этом полное давление, создаваемое вентилятором

лв = Ij Hi,

(38)

где - коэффициент запаса по давлению, равный 1,0-1,05; Hi - сумма аэродинамических сопротивлений элементов воздуховода.

При проектировании воздуховодов определяют их протяженность и сечение. Протяженность системы зависит от размещения оборудования локомотива и схемы системы охлаждения. Поперечные сечения воздуховодов выбирают, учитывая расход воздуха в данном сечении. Стремятся снизить скорость воздуха в воздуховодах, так как при этом снижаются потери давления. Установлено, что оптимальная скорость воздуха в воздуховодах 8 м/с. Однако она не может быть постоянной на всем протяжении воздуховода. Поэтому наибольшую скорость воздух имеет на выходе, скорость уменьшается по мере раздачи воздуха. В головных участках нагнетательных каналов тяговых двигателей скорость воздуха 20- 30 м/с, а на ответвленных 4-12 м/с.

§ 31. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ

Воздухоочистители предназначены для улавливания пыли из воздуха, подаваемого в энергетическую установку и систему вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов. Качество воздухоочистителей оценивают по коэффициенту очистки

П = (mjm) 100%,

где /Пз - масса пыли, задержанной воздухоочистителем, мг; т - масса пыли в воздухе, поступившем в фильтр, мг. Часто критерием оценки очистки воздуха служит коэффициент пропуска пыли е = (1 - Ti) 100%.

В соответствии с ГОСТ 11729-78 при номинальном режиме работы дизеля е не должен превышать 1,5%. Для систем вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов коэффициент очистки г] составляет 75-85% (е = 15-f-25%). Важным фактором оценки воздухоочистителей является гидравлическое сопротивление проходу воздуха.

Типы воздухоочистителей, применяемых на локомотивах. В зависимости от требуемой степени очистки пыли на локомотивах применяют воздухоочистители гравитационные, инерционные, фильтрующего действия и электрофильтры. По способу удаления уловленных частиц пыли различают воздухоочистители с периодической очисткой и самоочищающиеся.

К гравитационным воздухоочистителям относят осадительные камеры, в которых осаждение частиц пыли происходит под действием силы тяжести. Осаждение пыли происходит неравномерно, наиболее крупные частицы выпадают непосредственно у входа воздуха в пылевую камеру. По мере удаления от входного отверстия размер осаждающихся частиц становится меньше и наиболее мелкие осаждаются у выхода. При больших габаритных размерах пылеосадочных камер (осаждение частиц пыли под действием силы тяжести может происходить в условиях относительно спокойного движения воздуха) сопротивление камер обычно составляет 50- 100 Па. Существенным недостатком таких воздухоочистителей являются большие потребные габаритные размеры. Расход воздуха через 1 м площади поперечного сечения камеры не превышает 150-350 мУч. Гравитационные воздухоочистители используют на локомотивах редко. Например, на тепловозах ТГМЗ и ЧМЭ2 осадительной камерой является машинное отделение.

В инерционных воздухоочистителях осаждение пыли происходит под действием сил инерции в результате изменения направления струи воздуха при обтекании препятствия или в криволинейном канале. При изменении направления движения воздушного потока частицы пыли вследствие сил инерции некоторое время продолжают двигаться по первоначальному направлению, что позволяет осуществить отделение твердых частиц.

Очищенный боздцх

А- Загрязненный

Рис. 137. Схема циклона

В зависимости от способа удержания частиц пыли, достигающих осадительных поверхностей, воздухоочистители разделяют на сухие и мокрые.

При сухой инерционной очистке часть частиц при изменении направления воздушного потока достигает изгиба стенки корпуса или отражателя. При этом скорость их движения снижается, и они выпадают из потока в специальный пылесбор-ный бункер. Сухие инерционные воздухоочистители просты по конструкции, однако эффективность очистки их недостаточна. Если пыль состоит из тяжелых частиц крупных размеров, то имеет место явление упругого удара и отскока частиц, подхватываемых воздушным потоком вновь, что снижает коэффициент очистки. В целях устранения этого явления разработаны мокрые воздухоочистители, в которых поверхностью, воспринимающей удар частиц, является жидкость (чаще всего масло). В воздухоочистителях, использующих принцип мокрой очистки, процесс улавливания пыли зависит от скорости, массы и формы частиц. Мокрые воздухоочистители предназначены для первой ступени очистки. Во второй ступени, служащей для увеличения эффективности очистки, происходит удержание частиц жидкости. Такие воздухоочистители широко применяют в практике локомотивостроения. К инерционным относят также центробежные воздухоочистители, фильтры, с различными набивками (контактные воздухоочистители) и т. п.

Принцип центробежной очистки основан на использовании центробежных сил, которые отбрасывают частицы пыли к стенкам. Под действием этих сил, наряду с движением вместе с потоком, возникает относительное движение частиц внутри потока. Скорость этого относительного движения направлена по радиусу от центра к периферии. Из устройств очистки воздуха, действующих по этому принципу, наиболее типичны циклоны (рис. 137).

Воздухоочиститель, состоящий из нескольких циклонов малого диаметра, разделяющих поток воздуха, поступающего в двигатель, называется мультициклоном. Диаметр таких циклонов невелик, поэтому центробежная сила пылинок в них достигает большой величины и пылинки лучше отделяются от воздуха. Центробежные воздухоочистители выполняют с тангенциальным вводом воздушного потока, с неподвижным незакручивающим коллектором и подвижным коллектором. Циклонные воздухоочистители характери-214

зуются высоким сопротивлением (5-6 кПа), эффективность их не более 97,5% при отсосе пыли и диаметре циклонов 30-40 мм. Как правило, пыль удаляется из циклонов воздухом при помощи эжекции его выпускными газами.

Контактную очистку воздуха осуществляют при столкновении частиц пыли с препятствиями, образованными фильтровальным материалом, покрытым вязкой жидкостью (обычно маслом). Такие воздухоочистители выполняют иногда двухступенчатыми, причем первой ступенью служит масляная ванна, а второй - кассета с набивкой из путанки (проволока, различные волокна, проволочные сетки, перфорированные листы). Набивка из сеток обеспечивает воздухоочистителю меньшее гидравлическое сопротивление, чем из перфорированных листов, а по сравнению с набивками из волокон более высокую механическую прочность.

Воздух при своем движении поднимает слой масла на некоторую высоту и смачивает кассету. Струя запыленного воздуха, ударяясь о кассету, разбивается на мелкие струи. Эти струи резко и многократно изменяют направление и вследствие своей инерции ударяются о мелкие волокна фильтрующей кассеты и на них осаждается пыль. Скорость частицы в кассете зависит от размера и формы частицы пыли, турбулентности потока, площади поверхности и материала кассеты.

Фильтрацию запыленного потока воздуха осуществляют через пористые среды различных видов, поры которых меньше частиц пыли. Такие воздухоочистители легки и просты в обслуживании. Фетровый фильтр обеспечивает 100%-ное улавливание всех частиц размером до 1 мкм. Из других материалов следует отметить двустороннюю байку в шелковой оболочке, применяемую при скорости воздуха через ткань до 0,10 м/с. Пылеемкость ткани при подводе воздуха снизу достигает 3 кг/м. Применение тканевых фильтров в тепловозной практике встречает затруднение, так как такие фильтры чувствительны к попаданию влаги и масла на фильтрующие поверхности. При использовании особых тканей из синтетического волокна эти трудности могут быть преодолены.

Пористой средой являются также бумага или картон специальных сортов, пропитанные синтетическими смолами и гидрофобными веществами. Однако такие фильтры имеют сравнительно небольшую пылеемкость (около 0,6 кг/м). Срок службы этих фильтров определяется в основном максимально допустимым сопротивлением, поскольку они не выдерживают более одного-двух циклов регенерации и не восстанавливают полностью свои первоначальные характеристики.

Выделение частиц пыли в электрофильтрах происходит под действием электростатических сил, возникающих в результате взаимодействия заряженных частиц пыли и электрического поля между электродами электрофильтра.

Такие воздухоочистители применяют за рубежом на пассажирских вагонах и тепловозах (экспериментальные образцы). Сопро-

Рис. 138. Маслопленочный воздухоочиститель тепловоза ТЭП60:

/ - воздухопрнемное окно; 2 - направляющий клапан; 3 - поддон; 4 - дозирующее отверстие; 5 - отстойник; 6 - трубки; 7 - кассета; 8 - крышка

тивление их весьма низкое 500-800 Па (учитывается сопротивление пластинчатой секции, устанавливаемой перед пылеуловителем). Коэффициент е пропуска пыли составляет 6-7%, а при продолжительности работы без обслуживания в течение 15 суток достигает 10-15%. Конструктивная проработка электростатического фильтра для тепловоза ТЭЗ, выполненная ВНИТИ, показала, что при напряжении на осадительных пластинах 6000 В, на проводах ионизатора 13 ООО В и расстоянии между осадительными пластинами 4 мм размеры такого воздухоочистителя (без трубопровода) составляют 2 X (500x630x650), а масса его (пластины ионизатора и осадитель алюминиевые) 450 кг.

Воздухоочистители двигателей внутреннего сгорания. На отечественных тепловозах для обеспечения дизелей воздухом устанавливают воздухоочистители различных типов и конструкций, которые имеют значительные габаритные размеры и массу. Так, масса воздухоочистителя дизеля мощностью 2200 кВт составляет 600-700 кг.

В маслопленочных воздухоочистителях применен контактный способ очистки с подачей масла на рабочую поверхность кассет вследствие использования энергии воздушного потока. Запыленный воздух в воздухоочиститель тепловоза ТЭП60 (рис. 138) поступает через воздухопрнемное окно / в направляющий канал 2. Проходя через поддон 5, поток воздуха перемещается над поверхностью масла. Крупные частицы пыли выделяются из потока центробежными силами и задерживаются в масле; Воздух и мелкие частицы пыли увлекают слой масла, поступающего в поддон через дозирующее отверстие 4, и направляются к фильтрующей кассете 7. Излишки масла стекают с рабочих поверхностей под действием сил тяжести, смывая уловленную пыль, и через трубки 6 поступают в отстойник 5. Для работы воздухоочистителей с масляной ванной характерен унос масла и постепенное уменьшение уровня в ней. Унос составляет 1,5-4 г/ч на 736 кВт мощности. Снижение уровня масла отрицательно сказывается на работе воздухоочистителя. Одной из причин повышенного уноса масла является изменение нагрузочного режима двигателя. Поэтому в современных конструкциях воздухоочистителей с масляной ванной .предусма-

тривают устройства для регулирования уровня в ванне в зависимости от расхода воздуха.

Конструкции маслопленочных воздухоочистителей разнообразны и отличаются одна от другой траекторией движения воздушного потока, формой и расположением резервуара масляной ванны, а также формой и расположением фильтрующего устройства.

Самоочищающиеся воздухоочистители (воздухоочистители непрерывного действия) в последнее время находят все более широкое применение. Фильтрующим элементом самоочищающихся воздухоочистителей является в большинстве случаев сетка, смоченная в масле. При движении сетки через масляную ванну происходит непрерывная и автоматическая регенерация фильтрующих поверхностей.

Воздухоочиститель непрерывного действия (рис. 139) установлен на тепловозах 2ТЭ10В, ТЭ109, 2ТЭ116. В корпусе воздухоочистителя расположены два фильтрующих элемента, через которые последовательно проходит воздух, причем первый элемент 1 вращается, а второй 4 установлен неподвижно. Фильтрующая кассета вращающегося элемента выполнена в виде диска с четырьмя секторообразными секциями. Секции набраны из гофрированных сеток квадратного плетения. На ободе колеса укреплена зубчатая храповая лента.

Кассета вращается при помощи пневматического сервомотора, установленного в корпусе воздухоочистителя. Нижняя часть кассеты погружена в масло, которое заливают в ванну. Ванна образована нижней частью корпуса воздухоочистителя. Запыленный воздух проходит через верхнюю часть кассеты. Средняя часть кассеты образует самостоятельную зону, в которую стекает излишнее количество масла и где проводится продувка с небольшой скоростью. Неподвижный фильтрующий элемент 4 улавливает капли

Рис. 139. Воздухоочиститель непрерывного действия:

/ - подвижный элемент; 2 - ось; 3 - крышка люка для забора воздуха из кузова тепловоза; 4 - неподвижный элемент; 5 - зубчатый обод