Общая поверхность передних и боковых окон в кабине тепловоза 2ТЭ10Л составляет немногим более 10% от общей поверхности ограждения, в то же время проведенные исследования в ЦНИИ МНС показывают, что значительная часть тепла в летний период поступает в помещение через окна, а в зимних - соответственно следует ожидать большие утечки тепла в окружающую среду. Если учесть, что коэффициент теплопередачи окон составляет примерно 5 ккал/м2ч°С, то значительные утечки (притоки) тепла из кабины можно считать вполне обоснованными.
С другой стороны, чрезмерные размеры остекленной поверхности кабины также приводят к повышенному теплообмену с окружающей средой.
Немаловажным фактором является расположение передних смотровых окон, в частности, их угол наклона, особенно при работе тепловозов в условиях с повышенной температурой.
В связи с этим, нами были проведены экспериментальные исследования на тепловозе 2ТЭ10Л по выявлению влияния размера передних окон на температурный режим. Размер передних окон был уменьшен примерно на 25% с помощью защитных щитков из листового асбеста шириной 230 мм и толщиной 10 мм, установленных в нижней части.
При этом обеспечивался хороший обзор впередилежащего пути и путевых сигналов. Опытные данные, полученные при двух значениях площадей передних окон (боковые окна и дверь были закрыты) показали, что при полном размере средняя температура в кабине была на уровне 38,1°С при температуре окружающей среды равной 30,1°С. После постановки защитных щитков в нижней части передних окон средняя температура в кабине тепловоза 2ТЭ10Д снизилась до 36,8 °C или на 1,3°С. Если учесть, что на большинстве зарубежных тепловозов общая поверхность окон примерно в 1,5-2 раза [3] меньше отечественных, то становится ясно, что одним из резервов снижения температуры в кабине может явиться уменьшение поверхности окон . Это подтверждается приведенными выше значениями средних температур в кабине тепловоза, когда поверхность только передних окон была уменьшена на 25%.
К другим резервам снижения теплопритоков в кабину за счет солнечной радиации можно отнести угол наклона передних смотровых окон.
На железные дороги нашей страны в настоящее время продолжают поступать новые магистральные тепловозы 2ТЭ116, с так называемым отрицательным углом наклона передних окон, равным примерно 12° . Преимущество такого расположения окон перед существующим заключается в том, что исключается прямое попадание солнечных лучей в кабину, способствующие повышению температуры.
В связи с этим, нами исследовался вопрос, связанный с эффективностью применения отрицательного угла наклона передних стекол.
Результаты исследований на модели кабины машиниста тепловоза 2ТЭ10Л, выполненной в масштабе 1:3 , представлены на рис. 33 . Здесь показано изменение превышения температуры воздуха внутри модели в зависимости от угла наклона передних окон.
Из рис. 33 видно, что в общем случае наблюдается заметное снижение температуры при изменении угла наклона окон.
Полученные опытные данные показывают, что с изменением угла наклона передних стекол от +30° до - 30° , можно уменьшить температуру в кабине на 4,2°С. Учитывая, что углы наклона передних стекол на тепловозах 2ТЭ10Л и 213116 соответственно равны примерно + 12° и - 12°, то согласно зависимости (рис. 33) температура в кабине машиниста тепловоза 2ТЭ10Л снизится на 1,6°С.
Таким образом, исследованиями установлено, что применение отрицательного угла наклона и уменьшение площади передних окон на тепловозе 2ТЭ10Л на 25% позволит снизить температуру в кабине примерно на 2,9°С.
Однако, основным резервом снижения температуры в кабине машиниста серийного тепловоза 2ТЭ10Л является применение более лучшей теплоизоляции стенок, пола, потолка и двойного остекления.
Следует отметить, что в процессе испытаний в поездных условиях, температура в кабине машиниста тепловозов колебалась в довольно широких пределах.
Так на тепловозе 2ТЭ10Л с открытыми боковыми окнами при tc = + 16-40% температура в кабине изменялась в пределах от + 22% до + 45-49% или на 6-9% превышала температуру окружающей среды.
Существующие кабины мощных магистральных локомотивов кузовного типа в нашей стране имеют примерно одинаковую форму головной части. Передняя стенка кабины имеет слегка выпуклую закругленную форму. Такая форма передней части локомотива, как известно [101 , не "рассекает", а "гонит" впереди воздушную волну. При этом создается на поверхнвсти передней стенки давление, возрастающее пропорционально скорости движения локомотива. Увеличение давления на передней стенке приводит к увеличению общего сопротивления движению подвижной единицы. Происходит неоправданный перерасход энергии на тягу, особенно при высоких скоростях движения локомотивов.
С другой стороны, как показали опытные данные, вследствие образования зоны разрежения в районе боковых окон, приводит к снижению барометрического давления до критического значения [23 .
Однако, уже в настоящее время можно сказать, что одной из многих причин, вызывающей повышенный теплообмен с окружающей средой, является особенность конструкции и формы кабины машиниста. На наш взгляд, она должна быть удобообтекаемой, что позволит снизить гидравлическое сопротивление локомотива. Это в известной степени приведет к более стабильному поддержанию барометрического давления в кабине, уменьшит унос тепла (в зимнее время) или приток тепла (в летнее время) через неплотности в ограждении.
Выводы
- Проведенные исследования показывают, что температура в кабине машиниста тепловозов не соответствует санитарным нормам и колеблется в довольно широких пределах. Это обстоятельство указывает на неудовлетворительное состояние теплоизоляции кабины машиниста тепловоза и нерациональное использование калорифера. В связи с этим создается неравномерное распределение температурного поля на рабочих местах локомотивных бригад.
- В зимнее время при заборе воздуха для нужд силовой установки из дизельного помещения и особенно при работе тепловоза на 7-й позиции контроллера и выше происходит отсос воздуха из кабины машиниста (через неплотности). Это явление сопровождается быстрым понижением барометрического давления и температуры в кабине (примерно на 3°С через каждые 10 минут).
- Ориентировочный подсчет показал, что из-за неудовлетворительной теплоизоляции кабины машиниста происходит интенсивная передача тепла в окружающую среду.
- Опытные данные, полученные в поездках на Среднеазиатской ж.д. показывают, что средняя температура в кабине всегда выше температуры окружающей среды и значительно превышает установленные нормы. Эта температура снижается при улучшении теплоизоляции.
- Экспериментальные исследования на модели с изменением угла наклона передних окон до - 12° и уменьшение их площади на тепловозе 2ТЭ10Л примерно на 25% позволяет снизить температуру в кабине машиниста тепловоза в сумме на 2,90с. Изменение угла наклона передних окон на модели от +30° до -30° показало, что при этом температура в модели уменьшается на 4,2°С.
- Установлено, что на повышение температуры в кабине машиниста оказывает влияние барометрическое давление Р* которое понижается (на 2-5 мм рт. ст.) с увеличением скорости движения тепловоза. По этой причине в кабину машиниста из дизельного помещения (через неплотности) поступает более нагретый воздух с температурой + 50 - 70°С при работе тепловозов в жарких условиях,
- Для отвода избыточного количества тепла и обеспечения установленных санитарными нормами температур, необходимо ускорить отработку климатических установок и разработать ряд конструктивных мер, значительно снижающих теплообмен между наружной обшивкой кузова и внутренней стенкой кабины машиниста. К таким мероприятиям, в первую очередь, относятся: применение более лучших теплоизоляционных материалов, двойного остекления лобовых и боковых окон, устранения неплотностей в ограждении и т.д.