Использование теплоты отработавших газов тепловозного двигателя для отопления пассажирских вагонов

Введение. Задачи повышения энергосбережения в системах отопления пассажирских вагонов тепловозной тяги в настоящее время являются весьма актуальными. В качестве альтернативного источника энергии для этих систем проанализирована возможность использования отведенной теплоты дизельного двигателя тепловоза.

Материалы и методы. Произведен анализ источников отходящей теплоты двигателя: охлаждающей воды и выхлопных газов. Разработана принципиальная схема утилизации теплоты выхлопных газов для ее использования в системе отопления пассажирских вагонов. В качестве возможной теплообменной поверхности теплообменника-утилизатора предложены пластинчато-ребристая, змеевиковая и трубная поверхность с продольными турбулизаторами пограничного слоя. Определена требуемая величина этой поверхности для максимальной мощности системы отопления пассажирского поезда.

Результаты. Показана возможность использования теплоты выхлопных газов двигателя в системе отопления 15-вагонного пассажирского поезда без привлечения сторонних источников энергии.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты демонстрируют достаточный потенциал повышения эффективности использования энергии топлива тепловозного двигателя при утилизации его отходящей теплоты для системы отопления пассажирских вагонов. Обоснован подбор теплообменника-утилизатора из расчета производительности в размере 50 % от пиковой нагрузки на систему отопления на средней позиции контроллера.

1. Жариков В. А. Климатические системы пассажирских вагонов. М.: Трансинформ, 2006. 135 с.

2. Хладотранспорт и основы теплотехники: монография / Ю.И. Матяш [и др.]. М., 2019. 360 с. EDN: https://elibrary.ru/ntvnep.

3. Перспективы использования тепловых насосов на горочных комплексах железных дорог / С. Н. Науменко [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2012. № 4. С. 25–29. EDN: https://elibrary.ru/pbeuln.

4. Хрипач Н. А., Татарников А. П. Анализ систем преобразования энергии отработавших газов для когенерационных установок [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=10134 (дата обращения: 01.07.2022).

5. Системы утилизации тепла [Электронный ресурс] // ООО «ТМ МАШ»: [сайт]. URL: https://tmmash.ru/oborudovanie/sistemy-utilizacii-tepla (дата обращения: 01.07.2022).

6. Патент № 123905 Российская Федерация, МПК F22B 1/18. Котел-утилизатор тепла выхлопных газов: № 2012131678/06: заявл. 24.07.12: опубл. 10.01.13 / Годик И. Л.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Ролт Инжиниринг». 15 с.

7. Авторское свидетельство СССР № 1739064. Котел-утилизатор тепла выхлопных газов: № 4832593/06: заявл. 30.05.90: опубл. 07.06.92 / Скоп Е. А. [и др.].

8. Минаев Б. Н., Костин А. В., Стоякин Г. М. О влиянии искусственной турбулизации пограничного слоя на гидравлическое сопротивление пучка круглых труб, омываемых поперечным потоком вязкой среды // Наука и техника транспорта. 2012. № 2. С. 47–52.

9. Теплообменные аппараты: учеб. пособие / Б. Е. Байгалиев [и др.]. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012. 180 с.

10. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергия, 1975. 488 с.

11. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд. М.: Химия, 1973. 750 с.

12. Что представляет собой теплообменник отходящих газов [Электрон ный ресурс] // BOWMAN: [сайт]. URL: https://ejbowman.com/ru (дата обращения: 30.06.2022).

13. Развитие локомотивной тяги / Н. А. Фуфрянский [и др.]; под ред. Н. А. Фуфрянского, А. Н. Бевзенко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1988. 343 с.

14. Болдырев О. Н. Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Северодвинск: Севмашвтуз, 2003. 171 с.

15. СП 131.13330.2020. Строительная климатология (актуализированная версия СНиП 23-01-99*) [Электронный ресурс]: введен в действие 25 июня 2021 г. URL: https://docs.cntd.ru/document/573659358 (дата обращения: 30.06.2022).