Мифы и реальность (1)

С ДНЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИКА! 7 (52) 2013 ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ЖУРНАЛ www.depo-magazine.ru август Производители железнодорожной продукции и услуг Подвижной состав, запчасти, ремонт Материалы и оборудование для ВСП стр. 1, 5-8 Сопутствующие товары и услуги стр. 12-15 Справочная информация стр. 17-21 стр. 24-25 стр. 2-4, 9-10, 27-32 Мифы и реальность о тепловозных стр. 2-4 секциях водовоздушных радиаторов За что консультантам платят деньги? История создания стр. 9-10 Интегрированной вагоностроительной компании Железные дорожники стр. 27-30 о себе и реформах 16+

www.depo-magazine.ru справочная информация № 7 (52) МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ О ТЕПЛОВОЗНЫХ СЕКЦИЯХ ВОДОВОЗДУШНЫХ РАДИАТОРОВ Горин Владимир Иванович Старший научный сотрудник ОАО «ВНИИЖТ», г. Москва На различных совещаниях, проводимых по инициативе ремонтных и эксплуатационных служб ОАО «РЖД» и посвященных проблемам систем охлаждения дизелей отечественных тепловозов, периодически встает вопрос о целесообразности применения того или иного типа секций водовоздушных радиаторов, а также о правильном выборе производителя и поставщика таких секций. Принимая участия в таких совещаниях, с удивлением узнаю, что далеко не все имеют полное представление об особенностях и технических характеристиках тепловозных секций радиаторов, что провоцирует появление различных мифов. Целью настоящей статьи является разъяснение принципиальных конструктивных и технологических отличий различных типов секций, производимых на разных предприятиях. Миф № 1. Существует широко распространенное духа. Кроме того, секция Р62.131.000 имела плоские мнение, что секции водовоздушных радиаторов про- щитки шириной по 3 мм, предназначенные для защиты изводства Ишимского механического завода менее охлаждающих пластин при транспортировке и монтаж- склонны к засорению в эксплуатации, чем аналогич- ных работах. Для увеличения жесткости конструкции в ные секции производства бывшего Луганского те- секциях типа 7317.000 были применены щитки, загну- пловозостроительного завода, а ныне ПАО «Луганс- тые с обоих концов. Общая ширина таких щитков со- ктепловоз» (г. Луганск, Украина), а также секций ставляла уже по 8 мм с каждой стороны секции. Это производства ООО «Завод теплообменного оборудо- также привело к увеличению лобового сопротивления со вания» (г.Минск, Республика Беларусь). стороны воздуха и к потере части фронтальной поверх- ности охлаждения радиатора. За счет снижения коли- Мнение зародилось больше полувека назад, и в те чества охлаждающих пластин аэродинамические харак- времена было отчасти справедливым. Дело в том, что в теристики радиатора типа 7317.000 удалось сохранить шестидесятые годы прошлого века в Луганске было на уровне секции Р62.131.000, но теплотехнические её освоено производство секций водовоздушного радиато- характеристики были заметно ниже. Но благодаря сво- ра типа Р62.131.000 с очень высокими теплоэнергети- им эксплуатационным качествам секция нашла широкое ческими характеристиками. Даже сегодня, несмотря на применение на тепловозах, как ремонтная, взамен вы- появление новейших технологий, не удается превзойти шедших из строя секций Р62.131.000. параметры такой секции. Не удивительно, что охлажда- ющие устройства практически всех типов отечественных В эксплуатации была сразу отмечена устойчивость тепловозов спроектированы с учетом применения таких секции 7317.000 к загрязнению внутренних полостей секций. Однако вскоре было установлено, что упомя- трубок. В результате секции разных типов стали диф- нутый тип имеет существенный недостаток: минималь- ференцировать по территориальному признаку: секции ный размер сечения трубки для прохода воды состав- типа 7317.000 стали называть «Ишимскими», а секции лял всего 1,1 мм. В охлаждающей жидкости дизелей Р62.131.000 – «Луганскими». тепловозов всегда присутствуют посторонние включения в виде накипи или продуктов коррозии черных и цвет- В девяностые годы двадцатого века, после распада ных металлов в той или иной концентрации, размеры СССР, Ишимский механический завод освоил произ- которых соизмеримы с минимальным просветом сече- водство секций типа 9717.000, которые являются ния трубок. Этот недостаток приводил к быстрому за- аналогом секции Р62.131.000. Пренебрегая незначи- грязнению и даже к закупорке сечений трубок. Из-за тельными конструктивными, технологическими и даже загрязнения трубок теплорассеивающий потенциал ра- техническими отличиями обе секции можно отнести к диаторов достаточно быстро и заметно снижался. Для одному типу. Главные геометрические параметры у сек- устранения указанного недостатка в ЦНИИ МПС (ныне ций идентичны, в т.ч.: внешние и присоединительные ОАО «ВНИИЖТ») был разработан другой тип радиатора, размеры, количество и толщина охлаждающих пластин; имеющий обозначение 7317.000 с увеличенным мини- количество и расположение охлаждающих трубок, а так- мальным размером проходного сечения трубок до 2,9 же параметры их сечения. Внешними отличительными мм. Соответственно была увеличена и ширина трубки, признаками упомянутых секций являются: форма голо- что неизбежно привело к увеличению её лобового сопро- вок коллекторов, а также конструкция боковых щитков. тивления по отношению к течению охлаждающего воз- У секции 9717.000 боковые щитки изготовлены тради- ционно загнутыми, как у секции 7317.000. Приблизительно в то же время на отечественном рын- 2

www.depo-magazine.ru справочная информация № 7 (52) ке тепловозных секций появляется новый производитель: Вместе с тем способ спекания имеет существенный ООО «Завод теплообменного оборудования» (г.Минск, Ре- недостаток. Геометрические параметры зазоров между спублика Беларусь). Завод освоил производство обоих ти- трубкой и пластиной после сборки остова должны быть пов секций и составил конкуренцию упомянутым выше за- близкими к расчетным значениям. Несанкционирован- водам в качестве поставщика тепловозных радиаторов. ное увеличение или уменьшение зазоров приводит с сни- жению качества контакта и, как следствие к снижению В 2012 году было принято решение о ликвидации произ- эффективности оребрения при обеспечении теплоотвода водства секций Р62.131.000 на ПАО «Лугансктепловоз». (к снижению КПД ребра). Сохранение высокого тепло- Таким образом, в настоящее время на отечественном рассеивающего потенциала секции предопределяет по- рынке остаются два поставщика секций водовоздушно- вышенные требования к качеству штампов, обеспечива- го радиатора для тепловозов, выпускающих практически ющих прорыв пластин при формировании отверстий для идентичную продукцию. Следовательно, дифференциация трубок, а также повышенные требования к геометрии разных типов радиаторов по территориальному признаку самих трубок. Следует отметить, что при массовом про- утратила своё первоначальное значение. Различать сек- изводстве штампы изнашиваются, что приводит к изме- ции следует по типам: тип 9717.000 (или Р62.131.000) нению их первоначальных геометрических параметров. и тип 7317.000. Первый тип, обычно, используется при Охлаждающие трубки, традиционно применяемые при постройке тепловозов для обеспечения его деклариро- изготовлении тепловозных радиаторов, согласно норма- ванных характеристик в части обеспечения требуемого тивным документам при изготовлении допускают нали- температурного режима при номинальных условиях рабо- чие «винта», саблевидности и отклонений в параметрах ты. Второй тип, как правило, используется ремонтными сечения трубки по её длине. Поэтому, при формировании службами при проведении восстановительных работ. Сле- трубного пучка колонки секции радиатора, состоящей дует отметить, что при установке секций типа 7317.000 из 34-х трубок длиной до 1200 мм, трудно обеспечить в охлаждающие устройства большинства тепловозов их расчетные зазоры между трубками и пластинами, число теплорассеивающий потенциал не позволит обеспечить которых может достигать 520 шт. В результате контакт требуемый температурный режим при определенных соче- пластин и трубок не обеспечивается в полной мере по таниях нагрузок дизеля и температур атмосферного воз- всему периметру их сопряжения. В первую очередь это духа. Однако, особенности условий эксплуатации тепло- касается торцевых (лобовых) участков трубок. Исследо- возов позволяют долгое время не замечать указанный вания, проведенные в различное время разными автора- недостаток. ми, показали, что снижение коэффициента теплопере- дачи у секций, изготовленных методом спекания, может Миф № 2. По теплоэнергетическим характеристи- достигать 8% по сравнению с секциями, изготовленны- кам секции производства ОАО «Ишимский механиче- ми методом окунания. Результаты сравнительных испы- ский завод» (далее ИМЗ) находятся на более высокой таний, проведенных в ОАО «ВНИКТИ» в 2002 г. укрепили ступени, чем аналогичные, но производства ООО «За- эти выводы. У секций типа 9717.000 (Р62.131.000) вод теплообменного оборудования» (далее ЗТО). было отмечено снижение коэффициента теплопередачи на 8...12%, а у секций типа 7317.000 потеря тепловой Мнение зародилось относительно недавно и основано эффективности была заметно ниже - от 4 до 6%. Однако на результатах сравнительных стендовых испытаниях, про- этими же испытания отмечено пониженное аэродинами- веденных в ОАО «ВНИКТИ» в 2002 г. Следует признать, ческое сопротивление секций, изготовленных методом что автор этих строк, принимал активное участие в фор- спекания. Снижение сопротивления обусловлено увели- мировании такого мнения. чением воздушных каналов из-за отсутствия лишнего припоя. Однако на тот период наблюдаемый положитель- Теоретической предпосылкой для формирования мне- ный эффект остался без комментариев. Кроме того, ния был анализ технологических особенностей изготовле- испытания 2002 года, проводились с использованием ния секций. На ИМЗ соединение охлаждающих пластин ограниченного числа сравниваемых образцов и с отно- с трубками производилось методом окунания собран- сительно грубыми допущениями в методике их проведе- ного остова в расплавленный припой (ПОС-Су-18) с по- ния. Поэтому в 2012 году по заданию ЗАО «УК «БМЗ» следующим центробежным удалением излишков припоя. на стенде ОАО «ВНИИЖТ» при участии автора были про- На ЗТО освоена более прогрессивная технология – метод ведены повторные сравнительные испытания однотип- спекания. Суть метода заключается в том, что предва- ных секций производства ИМЗ и ЗТО с использованием рительно перед сборкой остова на трубки способом го- расширенного числа образцов и по уточненной методи- рячего лужения наносится тонкий слой припоя. После ке. Следует отметить, что за истекший период на ЗТО из- сборки остов помещается в специальную печь. При на- менилась технология изготовления секций радиаторов. греве припой растекается по канавкам, образованным в Было приобретено оборудование для изготовления тру- местах соединения пластин с трубками. Специально по- бок с идеальными геометрическими параметрами. Изме- добранные формы канавок обеспечивают капиллярный нился также способ сборки остова секции радиаторов. эффект, с помощью которого обеспечивается собирание Весь комплекс изменений был направлен на улучшение расплавленного припоя в канавки и, после остывания, условий обеспечения контакта пластин с трубками при соединение трубок с пластинами. Такой способ позволя- их спекании. Анализ результатов сравнительных испы- ет экономить от одного до двух килограммов дорогостоя- таний позволил сделать вывод о том, что теплорассеи- щего припоя на одну секцию водовоздушного радиатора. вающий потенциал секций ИМЗ, изготовленных методом Способ впервые был опробован и отлажен на Луганском окунания, всё же выше, чем у секций производства ЗТО, тепловозостроительном заводе в восьмидесятые годы прошлого века. 3

www.depo-magazine.ru справочная информация № 7 (52) но уже не столь разительно, как это было установлено пределяет невозможность обеспечения номинального и ранее - всего на 3...5%. Вместе с тем, снижение аэро- близких к нему режимов работы их силовых установок динамического сопротивления таких секций почти на 15 при высоких температурах атмосферного воздуха. Несмо- - 20 % позволяет утверждать, что по комплексному те- тря на то, что вероятность сочетаний высоких нагрузок плоэнергетическому показателю секции обоих типов про- дизелей тепловозов и температур атмосферного воздуха изводства обоих заводов практически идентичны. в эксплуатации очень низкая, экономические потери от сбросов нагрузки дизеля в пути следования состава по Миф № 3. Секции 7317.000 с увеличенным сече- причине перегрева теплоносителей весьма значительные. нием для воды с позиции их эксплуатации в экономи- Один случай сброса нагрузки тепловозом в пути следо- ческом плане выглядят значительно предпочтительнее вания на подъеме (а перегрев теплоносителей наиболее секций 9717.000 (Р62.131.000). вероятен именно на подъемах, на которых реализуется максимальная мощность силовых установок) по затратам Мнение основано на том, что, во-первых, как это соизмерим со стоимостью двадцати новых блоков радиа- было уже отмечено выше, секции типа 9717.000 тора его охлаждающего устройства. Другими словами, (Р62.131.000) загрязняются быстрее, чем секции если тепловоз 2ТЭ116 работает в напряженном режиме 7317.000 и теряют свои положительные качества, во- в условиях повышенных температур атмосферного возду- вторых, трудозатраты при восстановительных работах сек- ха и существует угроза перегрева теплоносителей в пути ций типа Р62.131.000 значительно больше, чем у секции его следования с составом с вероятностью один раз в типа 7317.000 и, в-третьих, продажная стоимость сек- двадцать лет, то экономически выгоднее ежегодная за- ций Р62.131.000 (9717.000) выше, чем у секций типа мена всех секций радиаторов на новые не взирая на их 7317.000. техническое состояние практически в течении всего сро- ка службы тепловоза. Последний аргумент не столь существенный, поэтому на нем не стоит останавливаться - разница в цене секций от- Точное количественное определение экономической носительно не велика. целесообразности применения того или иного типа водо- воздушных радиаторов в охлаждающих устройствах тепло- А вот первый аргумент весьма и весьма спорный. возов затруднено тем обстоятельством, что в настоящее Дело в том, что мнение в большей степени субъектив- время должным образом не изучены скорости их загряз- ное и сформировано без проведения каких-либо технико- нения в эксплуатации в зависимости от разных факторов, экономических обоснований. Действительно, секции с влияющих на такое загрязнение. Однако даже грубые рас- уменьшенным сечением для воды подвержены загрязне- четы позволяют усомниться в экономических преимуще- нию в большей степени и это загрязнение чаще приво- ствах применения секций типа 7317.000. дит к закупорке части трубок. Не вызывает сомнений и тот факт, что очистка секций с закупоренными трубками В заключении следует сказать, что в настоящее время очень трудоемкая и не всегда приводит к положительным на ЗТО проводятся работы по созданию радиатора, соче- результатам. Но следует помнить и о том, что основное тающего в себе преимущества обоих типов - высокий те- назначение секций – обеспечивать требуемый темпера- плоэнергетический потенциал и пониженную склонность турный режим работы дизеля с минимальными затрата- к загрязнению. Суть модернизации предельно простая - ми его мощности на циркуляцию теплоносителей через увеличить минимальный просвет сечения трубки для воды радиатор и, в первую очередь, на привод вентиляторных без изменения наружных размеров трубки, т.е. применить установок. А затраты очень существенные. Так, напри- трубку с уменьшенной толщиной стенки. Современные мер, один год эксплуатации тепловоза 2ТЭ116 с охлаж- технологии позволяют это сделать. В 2012 году на стенде дающим устройством, оборудованным чистыми секциями ОАО «ВНИИЖТ» при участии автора проведены испыта- типа Р62.131.000, по сравнению с эксплуатацией того ния опытных образцов таких секций и получены первые же тепловоза, но в охлаждающем устройстве которого положительные результаты. Это позволяет надеяться, что установлены также чистые секции типа 7317.000, по- в недалеком будущем на отечественном рынке появится зволяет экономить дизельное топливо на привод венти- новая, более эффективная секция водовоздушных радиа- ляторных установок в количестве, соизмеримом со стои- торов. мостью половины блока радиаторов. Другими словами, ежегодная замена половины фронта секций радиаторов Кроме того, необходимо отметить, что решать пробле- типа 9717.000 на новые в экономическом плане экви- мы работы систем охлаждения дизелей отечественных те- валентна эксплуатации этого же тепловоза с секциями пловозов необходимо комплексно. Наряду с повышением 7317.000 без замены секций в течении всего срока эффективности и надежности секций радиатора, при экс- службы тепловоза. Если учесть то обстоятельство, что плуатации тепловозов необходимо: уделять повышенное секции с увеличенным сечением трубок также загряз- внимание водоподготовке не только при заправках, но и няются и периодически требуют проведения восстано- при доливах охлаждающих жидкостей; предусматривать вительных работ, то преимущества таких секций уже не установку в системах охлаждения эффективных устройств выглядят столь убедительными. Ежегодная замена поло- очистки от шлама (водяных фильтров); во избежание или вины блока радиатора тепловоза 2ТЭ116 на новые, кро- снижения темпов коррозии черных и цветных металлов ме прочего, кардинальным способом позволяет решить внутренних полостей трубопроводов и основных элемен- проблему трудоемкости очистки таких секций. Кроме тов системы охлаждения необходимо применять эффек- того, установка секций типа 7317.000 в охлаждающие тивные средства защиты, в т.ч. пассивирование (фосфа- устройства большинства тепловозов изначально предо- тирование), надежные покрытия (лаки, ламинаты и пр.), анодную (катодную) защиты и др. 4