Г Л А В А Ш, ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ В КАБИНЕ ТЕПЛОВОЗОВ
§3.1. Спектр температур, их разность, скорость воздуха в кабине, сравнение с санитарными нормами
Как уже указывалось, что на состояние локомотивной бригады существенное влияние оказывает не только высокая скорость движения поезда, вибрация и шум от силовой установки и агрегатов локомотива, но и неблагоприятный температурный режим в кабине машиниста [4] -
Тепловозы эксплуатируются в условиях крайнего Севера и Средней Азии, при температурах от -50°С до +40-45°С. Несмотря на указанный диапазон изменения температур окружающей среды, средняя температура внутри кабины не должна иметь резких колебаний и быть в соответствии с санитарными нормами.
Известно, что в осенне-зимний и весенний периоды года, средняя температура в кабине машиниста должна поддерживаться на уровне 16-18°С. При этом разность температур по высоте кабины не должна превышать 3°С, В условиях жаркого климата средняя температура воздуха в кабине при температуре окружающей среды 27,35,40 и 42 °С должна быть соответственно 20-22, 25,28 и 30 °С. Разница температур внутренних поверхностей кабины (стен, пола, потолка) и воздуха - не более 5-6°С.
Однако, проведенные нами исследования в опытных поездках в условиях Северной и Среднеазиатской ж.д. показали, что температурный режим в кабине машиниста колеблется в довольно широких пределах (от - 15,4°С до + 38,4°С, в зимних условиях, до + 46-50°С - в летних условиях). Указанные значения температур в кабине тепловозов значительно отличаются от санитарных норм и недопустимы в работе локомотивных бригад.
Из литературы известно, что создание и поддержание в помещении нормальных климатических условий увеличивает производительность труда на 7-10% и уменьшает количество заболеваний более чем на 50%. Из сказанного следует, на сколько важно обеспечить требуемый температурный уровень в кабине независимо от климатических условий, в которых эксплуатируются тепловозы.
Во время опытных поездок окна в кабине открывались периодически, при проследовании станций, при осмотре поезда и т.д. Следует отметить, что кратковременное открывание окон (1-2 мин.) не оказывало существенного влияния на температуру в кабине машиниста.
На основе опытных данных, полученных в зимних условиях, нами были построены зависимости (рис. 25,26,28), из которых видно, что средняя температура в кабине машиниста весьма неравномерна.
Рассмотрение графика (рис. 12.5) показывает, что при первоначальной ίχ- + 28°С, примерно, через 0,5 часа после выключения калорифера из работы при закрытых окнах, температура в кабине машиниста при to= -50°С снизилась у тепловозов : 2ТЭ116 до + t,5°C, 2ТЭ1СШ - -5°С и ТЭЗ -
- 8,3°С.
Такое явление, прежде всего, характеризует неудовлетворительное состояние теплоизоляции, применяемой в ограждающей конструкции кабин,
С точки зрения теплосбережения в кабине машиниста наивыгоднейшей является конструкция ограждения помещения бригады тепловоза 2ТЭ116.
Однако следует отметить, что снижение средней температуры до + 1,5°С или на 14,5°С (2ТЭ116) против норм - недопустимо, а тем более на серийных тепловозах 2ТЭ10Д и ТЭЗ (на 21-23°С и 24,3-26,3°С соответственно).
В то же время температурный уровень в кабине в соответствии с санитарными нормами может поддерживаться у тепловозов: 2ТЭ116 при t. = -22 т 23,5°С; .2ТЭ10Л при ib=-9,5 -11°С; ТЭЗ при t. = -7 т - 8,5°С.
Анализ зависимостей (рис. 26) показывает, что через 8 мин. после выключения калорифера из работы, температура в кабине машиниста тепловоза .2ТЭ10Л находилась близкой к норме только в нижней зоне. Однако со стороны помощника машиниста - (А) температура в средней зоне была ниже нормы на 3,5°С, а на рабочем месте машиниста - (В) - на 3°С.
В кабине машиниста тепловоза 2ТЭ116 температура ниже нормы была зафиксирована в нижней и средней зонах в (В) на 4,5°С и 1,5°С соответственно. Со стороны (А) ж температура в верхней и средней зонах выше на 10°С, а в (В) - на 7°С.
Если рассматривать изменение температуры по высоте кабины, то здесь наибольший перепад достигает 13,5°С при норме не более 3°С.
В кабине машиниста тепловоза ТЭЗ во всех зонах средняя температура воздуха ниже нормы (в А до 7,5°С). Разность по высоте кабины составила от 1,5°С в (В) до 4,2% в (А).
Представленные зависимости (рис, 22) распределения температур по длине кабины тепловоза 2ТЭ10Л показывают, что в районе (С) - передней стенки в верхней и нижней эонах температура уменьшилась до 11°С или на 5°С по сравнению с нормой, а в районе (Д) - задней стенки она, как видно из графика, в пределах нормы.
Разность температур между эонами (С) и (Д) составляет 7,5°С, что, по-видимому; можно объяснить более интенсивным обдувом передней стенки, а следовательно увеличенным теплообменом поверхности кабины во время движения, приводящему к понижению температуры в зоне (С),
В идентичных условиях в кабине машиниста тепловоза 2ТЭ116 в зоне (Д) разность температур по высоте достигла 8,8% и выше нормы на 4%.
Наиболее неблагоприятные температурные условия были зафиксированы в кабине машиниста тепловоза ТЭЗ. Здесь разность температур по высоте между зонами (С) и (Д) составила 9%, вместо 3% по норме и на 7% ниже санитарных норм, что также недопустимо при работе локомотивных бригад.
При работе тепловозов в условиях крайнего Севера забор воздуха для нужд дизеля, тормозного компрессора и охлаждена: главного генератора производится из машинного отделения. В зимних условиях двери и люки в крыше кузова тепловоза закрыты и приток воздуха в дизельное помещение осуществляется главным вентилятором шахты холодильника.
На примере тепловоза 2ТЭ10Л в условиях эксплуатации было установлено, что примерно до 7-го положения контроллера (ПК) объема воздуха для силовой установки хватает. Начиная с 7-го ПК и выше, в результате более интенсивного расхода воздуха в дизельном помещении создается разрежение (3-5; мм. рт.ст.).
Вследствие этого воздух в дизельное отделение начинает поступать из кабины машиниста через имеющиеся неплотности в ограждении. При этом температура в кабине машиниста понижается.
Так при работе дизель-генераторной установки (на 13ПК), на указанном тепловозе, во время движения поезда по затяжному подъему (9,2%) на участке Инта-Печора Северной ж.д. в течение 10 минут средняя температура в кабине машиниста понизилась с + 14,5°С до + 11,5°С, т.е. на 3°С.
Таким образом, приведенные выше значения средних температур в кабине при работе в зимних условиях показывают на довольно значительное расхождение с санитарными нормами (на 3-22,0°С). При работе же в жарких условиях температура воздуха в кабине машиниста часто превышает температуру окружающей среды.
Анализ зависимостей, построенных по опытным данным показывает, что средняя температура в кабине равна +45,5°С при ί,. ж + 40°С и значительно превышает установленные нормы (на 17,50с - 2ТЭ10Л, рис. 2$).
Из графика видно, что температура в кабине машиниста тепловозов в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. Так при to= 15,5°С температуры в кабине машиниста тепловозов составили: на .2ТЭ10Л - 21°С; на 2ТЭ116 - 19,5°С и на ТЭм2 - 22,5°С.
Результаты опытных данных, представлены на рис, 29 и в табл. 4 в виде разностей температур в кабине машиниста ( ) и температуры окружающего воздуха.
При этом средняя температура окружающей среды составляла + 30°С,
Таблица
Из сравнения опытных данных видно (см. табл.), что температуры на рабочих местах локомотивных бригад превышают температуру окружающей среды (*Lo) на 7,3°С 2ТЭ10Л в средней и нижней эонах) и на 3,1°С в нижней Эоне 2ТЭ116. Наибольшая разность температур в кабине машиниста тепловоза 2ТЭ10Л между зонами (В) и (А) составляет 2,7°С, а на
2ТЭ116 соответственно 2,5%. В то же время на 2ТЭ10Л максимальный перепад температур между зонами (С) и (Д) составляет 6,2%, а по высоте в (Д) соответственно 5,3%. Более равномерное температурное поле зафиксировано в кабине машиниста тепловоза 2ТЭ116. Здесь максимальная разность температур между зонами (С) и (Д) составляет 3,1% или на 3,1% меньше, чем на тепловозе 2ТЭ10Л.
Повышение средних температур воздуха в кабине машиниста по сравнению с наружным воздухом и разности температур в их различных зонах можно объяснить следующими причинами:
- Недостаточной теплоизоляцией стенок и особенно у тепловозов 2ТЭ10Л и ТЭЗ;
- Притоком тепла через неплотности в ограждении кабины (в полу, дверных притворах и т.д.) из дизельного помещения; это явление характерно для тепловоза 2Т31ОЛ, у которого при движении, в зависимости от скорости, создается разрежение 2-5 мм рт.ст. В результате этого, нагретый до +5070% воздух, поступает из машинного отделения в кабину машиниста;
- Частыми остановками и незначительной скоростью движения тепловоза (ТЭм2).
Улучшенные показатели у тепловозов 2ТЭ116 объясняются более качественной теплоизоляцией в ограждении помещения бригады, наличием второй перегородки после кабины машиниста (перед дизелем), отрицательным углом наклона лобового стекла (уменьшающим влияние солнечной радиации) и другими факторами.
Немаловажную роль в распределении температур по объему кабины играет скорость движения воздуха, которая по санитарным нормам на рабочих местах бригады не должна превышать 0,3 м/сек.
В процессе испытаний было установлено, что скорость движения воздуха на рабочих местах, обслуживающего персонала при открытых боковых окнах колебалась от 0,71 до 1,8 м/сек. или в 2,4-6 раз больше допустимых норм. Изложенные выше результаты опытных поездок и построенные по ним зависимости убедительно показывают о чрезвычайно неравномерном распределении температур по объему кабины и значительно отличаются от санитарных норм. Это объясняется влиянием большого числа переменных факторов, из которых следует выделить неудовлетворительное состояние теплоизоляции, температуру окружающей среды и др.