General analytical study of the main structures of modern pile diesel hammers of tubular type hammers
УДК 532.517.4 : 536.24
10.05.2018
400
Выходные сведения:
Лобанов И.Е. Математическое моделирование интенсифицированного теплообмена в трубах с турбулизаторами в перспективных компактных трубчатых теплообменных аппаратов для системы охлаждения свайных дизель-молотов трубчатого типа // СтройМного, 2018. №2 (11). URL: http://stroymnogo.com/science/tech/matematicheskoe-modelirovanie-inten-sif/
Авторы:
Лобанов Игорь Евгеньевич
д.т.н., ведущий научный сотрудник ПНИЛ—204, ФГБОУ Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Российская Федерация (125993 Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4), e-mail: lloobbaannooff@live.ru
Authors:
Lobanov Igor Evgenevich
Dr.Sci.Tech., leading research assistant PNIL–204, FGBOU the Moscow aviation institute (national research university), Moscow, the Russian Federation (125993 Russia, Moscow, Volokolamsk highway, 4), e-mail: lloobbaannooff@live.ru
Ключевые слова:
математический; моделирование; пограничный слой; теплообмен; перспективный; дизель-молот; система охлаждения; турбулентный; теплообменный аппарат; свайный; трубчатого типа
Keyword:
mathematical; modeling; boundary layer; heat exchange; perspective; diesel hammer; cooling system; turbulent; heat exchanger; pile; tubular type
Аннотация:
B данной cтатье разработана расчётная теоретическая модель теплообмена при турбулентном течении в каналах перспективных теплообменных аппаратов для систем охлаждения свайных дизель-молотов трубчатого типа с интенсификацией теплообмена, которая отличается от существующих более высокой точностью, без дополнительных допущений, при учёте многих параметров, влияющих на интенсифицированный теплообмен. На данный момент существующие решения характеризуются частным случаем разработанных точных решений; полученные в статье точные решения более сложны по отношению к вышеупомянутым существующим решениям. Получены точные решения задачи интенсифицированного теплообмена для данной постановки задачи. Расчётные данные интенсифицированного теплообмена хорошо коррелирует с существующим экспериментом, имеют заметно меньшую погрешность относительно эксперимента, чем имеющиеся на данный момент времени решения [24—26]. Разработанная в статье математическая расчётная модель теплообмена при турбулентном течении в каналах перспективных теплообменных аппаратов для систем охлаждения свайных дизель-молотов трубчатого типа в условиях его интенсификации позволяет с большей точностью рассчитывать интенсификацию теплообмена в перспективных трубчатых теплообменниках, используемых в интенсифицированных системах охлаждения свайных дизель-молотов. Последнее обусловливает дальнейшее совершенствование теплообменного оборудования, использующееся в перспективных системах охлаждения сваебойного оборудования, актуально и эффективно с точки зрения повышения тепловой мощности трубчатых теплообменных аппаратов с снижением их гидравлического сопротивления, снижения их габаритов и массы [23].
Annotation:
This article has developed a theoretical theoretical model of heat transfer in turbulent flow in channels of perspective heat exchangers for cooling systems of pile diesel hammers of tubular type with heat exchange intensification that differs from existing ones with higher accuracy without additional assumptions, taking into account many parameters influencing the intensified heat exchange . At the moment, existing solutions are characterized by a particular case of developed exact solutions; The exact solutions obtained in the article are more complex in relation to the above-mentioned existing solutions. Exact solutions of the problem of intensified heat transfer for a given formulation of the problem are obtained. The calculated data of the intensified heat transfer correlates well with the existing experiment, have a significantly smaller error in the experiment than the solutions available at the time [24-26]. The mathematical heat transfer model developed in the article for turbulent flow in the channels of perspective heat exchangers for cooling systems of pile diesel-hammers of tubular type under conditions of its intensification makes it possible to calculate with greater accuracy the intensification of heat transfer in perspective tubular heat exchangers used in the intensified cooling systems of pile diesel hammers. The latter determines the further improvement of heat exchange equipment, which is used in perspective cooling systems for pile equipment, is actual and effective from the point of view of increasing the thermal capacity of tubular heat exchangers with a reduction in their hydraulic resistance, a decrease in their dimensions and mass [23].
Введение
Поддержание в заданных диапазонах
температурных режимов свайных дизель-молотов в значительной степени детерминирует их
стабильную работу, эксплуатационные эффективность и надёжность [12].
Преобразование
теплоты, выделившейся при сгорании горючего, в механическую работу, всегда
сопровождается потерей теплоты, которая преобразуется в нагрев
цилиндров, поршней, шаботов и т. п.
Для
двигателей, работающих по адиабатному (без теплообмена со стенками),
температуры стенок должны быть равными средней температуре продуктов сгорания за целый
цикл (800¸1000)°С [12].
Смазочные масла уже при
температурах более (200¸250)°С утрачивают
свои смазочные свойства и выгорают, результатом чего является закоксовывание и пригорание поршневых колец. Кроме того, при существенном повышении
температуры снижаются механические свойства материалов, из которых сделаны ударные части дизель-молотов.
Используемые в современной индустрии дизель-молоты являются широко распространёнными
сваебойными механизмами, эксплуатируемыми в промышленности, военном,
гражданском и других видах строительства.
Свайные
дизель-молоты трубчатого типа эксплуатируются в разных эксплуатационных и климатических,
но их охлаждение зачастую происходит лишь за счёт лучистого теплообмена с
наружной стенкой цилиндра дизель-молота, причём оно существенно снижается при
ужесточении эксплуатации и повышении температуры окружающей среды и при
инсоляции. Использовании внутренней рубашки охлаждения также не всегда может
дать нужного эффекта.
Вышесказанные
факторы генерируют неустойчивые режимовы работы дизель-молотов, что обусловливается
недостаточностью тепловой мощности их систем охлаждения.
Следовательно,
из-за нагрева воздуха, который поступает в рабочий цилиндр дизель-молота, ощутимо
снижается коэффициент наполнения цилиндра, в связи с чем заметно
снижается высота, подъёма ударной части дизель-молота.
Материалы и методы. Необходимость использования систем
охлаждения свайных дизель-молотов
Как указано
в исследованиях [1—19], дизель-молоты без использования системы охлаждения
не могут устойчива эксплуатироваться в условиях увеличения температуры
окружающего воздуха, поскольку в данном случае будет происходить перегревание
деталей, образующих камеру сгорания, а также уменьшение наполнения цилиндра.
Для обеспечения
возможность эксплуатации дизель-молота без перегревания при увеличении температуры окружающего воздуха (более 30ºС),
а также для усовершенствования режимов смазки и для обеспечения
долговечности дизель-молотов трубчатого типа, оптимально
применение жидкостного охлаждения, обеспечивающего улучшенное
охлаждение рабочего цилиндра дизель-молота, в особенности в области его наибольшей
температуры.
При эксплуатации
дизель-молота происходит интенсивный нагрев охлаждающей жидкости в баке и происходит циркуляция по вертикальным
трубкам, что равномерной степени нагревает рабочий цилиндр дизель-молота. Охлаждаемая
поверхность в данной системе охлаждения относительно немала и обусловливает
возможность эксплуатации дизель-молота при увеличенных температурах окружающего
воздуха. Высоты подъёмов ударной части в данном случае не уменьшаются. Генерируются
более оптимальные условия для
смазочных режимов, поэтому увеличивается износостойкая способность зеркала рабочего цилиндра дизель-молота
[2].
При
необходимости эксплуатации дизель-молота в условиях пониженных температур,
осуществляется слив через сливную пробку, расположенную
внизу бака, охлаждающей
жидкости, после чего дизель-молот работает без заполнения
системы охлаждения охлаждающей жидкостью, но происходит циркулирование
там воздуха, поскольку в верху вертикальных секций имеются отверстия в целях выхода
охлаждающего воздуха.
Вышесказанное говорит о том,
что поддержание устойчивого теплового режима работы свайных дизель-молотов оптимальнее
всего проводить путём использования в
них систем охлаждения.
На рис. 1 показаны варианты
трубчатого дизель-молота как без системы охлаждения, так и с системой
охлаждения.