3.2 Расчет водомасляного теплообменника

Опыт эксплуатации тепловозов показывает, что масляные секции работают недостаточно надежно, особенно в зимних условиях. Выход из строя при отрицательных температурах во много раз превышает выход из строя водяных секций. Поэтому на современных тепловозах, созданных в последние годы, масляные секции не устанавливают, а применяют системы охлаждения масла с промежуточным теплоносителем. В этом случае в холодильной камере размещаются только однотипные водяные секции, и дополнительно на тепловозе устанавливают водомасляный теплообменник, в котором масло охлаждается водой, выполняющий роль промежуточного теплоносителя. Вода же, нагревшаяся в теплообмениеке, направляется в водяные секции дополнительного контура, посредством которых тепло отводится в окружающую воздушную среду.

Если заданием предусмотрено охлаждение масла в водомасляных теплообменниках, то требуемая поверхность теплообмена их подсчитывается по формуле:

(6)

где Q_м- количество тепла, отводимого от дизеля с маслом, кДж/с;

К_то –коэффициент теплопередачи водомасляного теплообменника, кВт/м²·с;

–средняя температура масла в теплообменнике;

-средняя температура воды в теплообмениеке;

t₁^м и t₂^м –температуры масла соответственно на входи и выходе их теплообменника, ;

t_вх^вм и t_вых^вм –температуры воды соответственно на входе и выходе из теплообменника, ;

(7)

где -плотность масла, кг/м³;

-подача масляного насоса, м³/ч;

-удельная теплоемкость масла, кДж/ (кг К)

(8)

где -удельная теплоемкость воды, кДж/(кг К);

-подача водяного насоса данного контура охлаждающего устройства, кг/с.

Расчет водомасляного теплообменника

Исходные данные для расчета:

Эффективная мощность дизеля N_e=2950 кВт

Удельный расход топлива дизелем g_e=0.210 кг/кВт·ч

Теплоотвод в масло дизелем q_м=6.5%

Принимаем:

Температуру масла на входе в теплообменник ( на выходе из дизеля) ;

Температуры воды на входе в теплообменник (после секций холодильной камеры) ;

Подачу масляного насоса В_м=100 м³/ч;

Подачу водяного насоса G_в=120м³/ч=33.4 кг/с;

Удельную теплоту сгорания дизельного топлива ;

Удельную массу (плотность) масла ;

Удельную массу (плотность) воды ;

Удельную теплоемкость масла ;

Удельную теплоемкость воды ;

Коэффициент теплопередачи теплообменника К_то=0.8 кВт/м² К.

Решение:

Количество тепла, вводимого в дизель с топливом

Количество тепла, отводимого в масло

Температура масла на выходе из теплообменника

где -расход дизельного масла через водомасляный теплообменник.

Температура воды на выходе из теплообменника

где -расход охлаждающей воды через водомасляный теплообменник.

Средние температуры воды и масла в теплообменнике:

Поверхность теплообмена теплообменника:

где -коэффициент теплопередачи теплообменника.

Принимают диаметр трубок теплообменника d=10мм=0.01м

Тогда полная длина трубок теплообменника

При рабочей длине трубки L=2м , число трубок теплообменника