Результаты сравнительных испытаний по определению коэффициента теплопередачи кабин управления тепловозом ТЭП70У № 000

ОАО ”Коломенский завод”

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ

КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ КАБИН УПРАВЛЕНИЯ

ТЕПЛОВОЗОМ ТЭП70У № 000

ОИИ – 497 – 2006

2007 г.

Одной из важнейших теплотехнических характеристик кабин управления локомотивами является их коэффициент теплопередачи, определяющий наряду с другими факторами эффективность системы поддержания параметров микроклимата на рабочих местах для создания комфортных условий работы локомотивных бригад.

Для улучшения теплоизоляционных свойств кабины управления на тепловозе ТЭП70У № 000 внутренние металлические поверхности и каркас кабины №1 были обработаны теплоизоляционным материалом TSM Ceramic, после чего были проведены сравнительные испытания по определению коэффициента теплопередачи обеих кабин управления тепловозом.

1. Объект и условия проведения испытаний.

Испытания по определению коэффициента теплопередачи кабин проводились в два этапа.

На первом этапе проверялся коэффициент теплопередачи кабины №2 тепловоза, которая не подвергалась обработке материалом TSM Ceramic. Испытания проводились на сдаточном участке тепловозосборочного цеха во вторую и третью смены 7 и 8 декабря 2006 года.

На втором этапе проверялся коэффициент теплопередачи кабины №1, внутренняя поверхность которой была обработана указанным материалом. Испытания велись на участке испытания электровозов тепловозосборочного цеха также во вторую и третью смены 19 и 20 декабря 2006 года.

До начала испытаний была измерена толщина покрытия теплоизоляционным материалом TSM Ceramic, составившая от 0,5 до 0,8 мм.

Испытания велись в закрытых помещениях на стоянке. Окна, двери, входное и выходные отверстия кондиционирующего канала, выходные отверстия, а также заборное отверстие рециркуляционного канала электрокалорифера были закрыты. Заслонка переключения каналов забора наружного и рециркуляционного воздуха была в положении перекрывающего воздухозабор наружного воздуха.

2. Цель и объем проведенных испытаний.

Сравнительные испытания проводились с целью выяснения степени влияния на теплотехнические характеристики кабин покрытия керамического жидкого теплоизоляционного TSM Ceramic в части коэффициента теплопередачи обеих кабин управления.

Испытания в кабине №1 велись в течение 10 часов и в кабине №2 в течение 13 часов со снятием поля температур воздуха в кабинах каждые 15 минут в соответствии с “Методикой определения коэффициента теплопередачи кабины локомотива в закрытом помещении на стоянке. ИКС-285-99МВИ”.

В качестве нагревательного элемента использовался электрокалорифер “ЭТМА” мощностью 1250 Вт.

3. Описание, свойства и технические характеристики покрытия керамического жидкого теплоизоляционного TSM Ceramic.

Покрытие керамическое жидкое теплоизоляционное TSM Ceramic ТУ представляет собой суспензию белого цвета, которая после высыхания образует эластичное покрытие. Материал TSM Ceramic – это микроскопические (0,03…0,08 мм) пустотелые керамические шарики, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов. Материал обладает хорошей адгезией к покрываемым поверхностям и не содержит в своем составе ядовитых или вредных субстанций, что позволяет использовать его в помещениях с рабочими местами длительного пребывания.

Материал TSM Ceramic пожаробезопасен, имеет сертификат пожарной безопасности СПБ RU.ОП034.Н00039. Группа горючести – Г1, группа воспламеняемости – В2, группа дымообразующей способности – Д2 по
ГОСТ . Материал TSM Ceramic не поддерживает горение. Пленка толщиной 1,0 мм обугливается при температуре 500ºС и разлагается с обра­зованием окисей углерода и азота при температуре 840ºС.

Содержание вредных веществ в материале TSM Ceramic не превышает следующих значений:

Таблица №1

Наименование	Единица измерения	Значение
Формальдегид	мг/м3	менее 0,007
Аммиак	менее 0,04
Стирол	менее 0,002
Акрилонитрил	менее 0,03
Бензол	менее 0,08
Толуол	менее 0,6
Ксилол	менее 0,2
Метилметакрилат	менее 0,1

Технические характеристики TSM Ceramic

Таблица №2

Наименование	Единица измерения	Величина	Примечание
Коэффициент теплопроводности при 20ºС, не более	Вт/м*К	0,001	ГОСТ 7076-87
Плотность в жидком виде	кг/м3	470…590	ГОСТ
Плотность в сухом виде	380…410
Коэффициент паропроницаемости	мг/м*ч*Па	0,0014	ГОСТ
Удельная теплоемкость	кДж/кг*К	1,08
Термостойкость при температуре 260ºС	Отсутствие трещин, вздутий и расслоения
Водопоглощение	г/см3	0,03	ГОСТ
Относительное удлинение при разрыве, не менее	%	8,0	ГОСТ
Относительное удлинение при разрыве после ускоренного старения, эквивалентного 10 годам, не менее	8,0
Линейное удлинение	65,0
Прочность при растяжении, не менее - после нанесения - после ускоренного старения, эквивалентного 10 годам	МПа	2,0
3,0
Прочность сцепления при отрыве, не менее - с металлом - с деревом	1,53	ГОСТ
1,84
Прочность при ударе	кг*см	50,0	ГОСТ 4765-73
Температура транспортировки и хранения, не менее	ºС	+1,0	–
Температура поверхности при нанесении материала	от +1,0 до +150,0
Температура эксплуатации	от –47 до +260

Зависимость толщины слоя нанесения материала TSM Ceramic

при наружном и внутреннем способах применения

Таблица №3

Наименование работ	Толщина слоя нанесения для защиты от промерзания и сохранения тепла, мм	Метод нанесения
Наружное нанесение крыша стены конструкции	0,4 0,4…0,6 0,4…0,6	Кистью ручной, пневматический безвоздушный
Внутреннее нанесение крыша стены потолок пол	0,4…0,6 0,2…0,4 0,2…0,4 0,6

Толщина слоя, нанесенного на поверхности первой кабины тепловоза ТЭП70У № 000, составила от 0,5 до 0,8 мм, способ нанесения – пневматический безвоздушный.

4. Измеряемые параметры и измерительная аппаратура.

В период проведения испытаний измерялись:

– температура окружающего воздуха термометром лабораторным ТЛ-5 ТУ25-2021.003-88 с диапазоном измерения от 243 до 343 К (от –30 до +70 0С) и ценой деления 0,50С;

– температура воздуха внутри кабины термометрами цифровыми с автономным питанием ТК-5.09 с набором зондов, диапазоном измерения от 233 до 473 К (от –40 до +200 0С) и пределом основной допускаемой погрешности ±0,5°С в диапазоне от –40 до +50°С.

– толщина покрытия материалом TSM Ceramic толщиномером

5. Методика обработки опытных данных.

5.1. Средняя температура воздуха внутри кабины определяется по формуле:

,

где – температура воздуха в кабине в точках измерения, соответствующих изображенным на рисунке 1, °С;

n – число точек измерения.

5.2. Температурный напор между воздухом кабины и окружающим определяется по формуле:

,

где – температура окружающего воздуха, °С.

5.3. Средний коэффициент теплопередачи кабины рассчитывается по формуле:

,

где – тепловой поток, проходящий через ограждения кабин, Вт;

Вт – мощность, потребляемая электрокалорифером “ЭТМА”;

– перепад между средней температурой воздуха в кабине и температурой окружающего воздуха, 0С;

– средняя площадь ограждений кабины локомотива, м2;

м2.

 

6. Результаты испытаний.

В первую очередь следует отметить, что испытания в обеих кабинах велись на регулярном режиме. В силу объективных причин, связанных с реальным производственным процессом, не удалось дождаться стационарного состояния, при котором тепло, поступающее в кабины и тепло, уходящее из них через ограждения, одинаковое.

В кабине №1, обработанной материалом TSM Ceramic, через 9,2 часа прогрева средняя температура воздуха составила 42,070С и перепад относительно температуры окружающего воздуха, равной 16,00С, составил 26,070С.

Прогрев кабины №2 длился около 13,0 часов. При этом средняя температура воздуха в кабине достигла 42,520С. Перепад температуры воздуха в кабине относительно температуры окружающего воздуха, равной 23,00С, составил 19,520С.

Расчет показал, что средний коэффициент теплопередачи первой кабины в конце испытаний составил 1,7 Вт/м2*К, а второй кабины – 2,28 Вт/м2*К. Таким образом, средний коэффициент теплопередачи первой кабины управления тепловозом, обработанной материалом TSM Ceramic, оказался на 25,4% ниже, чем второй кабины, внутренняя поверхность которой не подвергалась обработке указанным материалом.

Результаты измерения и расчета теплотехнических параметров в кабинах управления тепловозом ТЭП70У № 000 приведены в таблицах 4,5 и 6. Зависимости средней температуры воздуха в кабинах тепловоза от времени прогрева приведены на рисунках 2 и 3.

 

Таблица 4 – Результаты измерения и расчета температуры воздуха в первой
кабине управления тепловозом ТЭП70У-016

Время измерения	Температура воздуха в кабине, tвн, 0С, по точкам рисунка 1												tов, 0С
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	tвн ср	t
04-00	42	43	41,5	38,3	36,6	41	42	41	38	38	40,14	24,14	16,0
05-00	42	42	41,9	38,5	37,4	42	42	41	40	40	40,68	24,68	16,0
06-00	43	43	42,6	39,3	38,2	42	43	42	41	41	41,51	25,51	16,0
06-30	43	43	42,8	39,4	38,4	43	43	42	41	41	41,66	25,66	16,0
07-00	44	44	42,7	39,5	38,5	44	44	42	41	41	42,07	26,07	16,0

Таблица 5 – Результаты измерения и расчета температуры воздуха во второй
кабине управления тепловозом ТЭП70У-016

Время измерения	Температура воздуха в кабине, tвн, 0С, по точкам рисунка 1												tов, 0С
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	tвн ср	t
02-00	41	41	42,0	40	40	41	41	41	40	40	40,7	17,70	23,0
03-00	43	43	43,1	41	39,4	42	42	42	41	41	41,75	18,75	23,0
04-00	43	43	43,5	41	39,4	43	43	42	41	41	41,99	18,99	23,0
05-00	43	43	43,3	41	41	43	43	42	41	42	42,23	19,23	23,0
05-30	43	44	43,9	41	40,3	43	44	42	42	42	42,52	19,52	23,0

Таблица 6 – Результаты определения среднего коэффициента теплопередачи

кабин управления тепловозом ТЭП70У-016

Номер кабины	Температура окружающего воздуха, tов, 0С	Средняя температура воздуха внутри кабины, tвн, 0С	Перепад температуры, t, 0С	Площадь кабины средняя, Fср, м2	Тепловой поток, Q, Вт	Средний коэффициент теплопередачи, кср,, Вт/м2·К
№1	16,0	42,07	26,07	28,1	1250	1,7
№2	23,0	42,52	19,52	28,1	1250	2,28

7. Выводы.

Средний коэффициент теплопередачи кабины управления №1, металлические внутренние поверхности которой были обработаны покрытием керамическим жидким теплоизоляционным TSM Ceramic, в расчёте на среднюю площадь ограждений составил 1,7 Вт/м2·К, что соответствует требова­ниям СН ЦУВСС №6/27 (не более 1,7 Вт/м2·К).

Средний коэффициент теплопередачи кабины управления №2, внутренние металлические поверхности которой были без обработки специальным теплоизолирующим материалом, составил 2,28 Вт/м2·К.

Сравнительные испытания показали, что обработка внутренней металлической поверхности кабины покрытием керамическим жидким теплоизоляционным TSM Ceramic ТУ существенно (на 25,4%) улучшила теплотехнические характеристики кабины управления и может быть рекомендована для использования на всех локомотивах производства ОАО “Коломенский завод” не только для кабин управления, но и для теплоизоляции трубопроводов, вентиляторов СЦВС и других поверхностей.