Анализ конструкций системы охлаждения двигателя. Занятие 2/2

1.

Анализ конструкций системы
охлаждения двигателя
Занятие 2/2
Анализ конструкций системы
охлаждения
1

2.

2.2 Устройство и принцип работы
системы охлаждения двигателя
Анализ конструкций системы
охлаждения
2

3.

Требования предъявляемые к системе
охлаждения
• функциональные, определяющие
работоспособность системы;
• конструктивные, определяющие габаритные и
массовые параметры основных составляющих и
компоновку их на машине;
• эксплуатационные, определяющие надежность и
долговечность системы.
Анализ конструкций системы
охлаждения
3

4.

Функциональные требования к системе
охлаждения
• поддерживать заданное тепловое состояние
двигателя при работе его на различных
скоростных и нагрузочных режимах и при
температуре окружающей среды от -40 °С до +35
°С для умеренного климата и до +45 °С — для
тропических условий;
• обеспечивать возможность быстрого приведения
двигателя в рабочее состояние при низкой
температуре окружающей среды
Анализ конструкций системы
охлаждения
4

5.

Требования к проектированию систем
охлаждения
• минимальные габаритные и массовые параметры радиаторов,
теплообменников и других узлов;
• минимальные затраты мощности на привод;
• достаточный перенос теплоты от наиболее нагретых деталей
двигателя к радиатору, возможно большая равномерность
температуры элементов цилиндров и поршней двигателя;
• высокая эффективность по отводу теплоты радиаторов с
наибольшей компактностью при незначительном
аэродинамическом сопротивлении;
• наименьшее аэродинамическое сопротивление воздушного тракта
при максимальном использовании его для повышения тепловой
эффективности радиаторов;
• удобство обслуживания и ремонта агрегатов и узлов системы;
• экологическая чистота: при эксплуатации не должны выделяться
пары, не должно быть утечек низкозамерзающих жидкостей.
Анализ конструкций системы
охлаждения
5

6.

Требования к системам охлаждения Cummins
Engine Company
• необходимо добиваться максимума от возможностей
системы охлаждения, которая должна соответствовать
спецификациям двигателя, ни при каких условиях не
должна превышаться максимальная верхняя температура
охладительного резервуара, указанная в списке
характеристик двигателя;
• система охлаждения должна снабжаться устройством для
удаления поступающего воздуха — системой деаэрации,
которая независимо от типа будет удалять воздух в то
время, которое определено характеристикой двигателя;
• должна предусматриваться возможность для расширения
охлаждающей жидкости па 4...6 % от общего объема
системы;
Анализ конструкций системы
6
охлаждения

7.

Продолжение
• система охлаждения должна вентилироваться в процессе
заполнения, а также должна предусматриваться возможность
заполнения со скоростью около 5 галлонов в минуту (22,717
л/мин) приблизительно до 90 % ее емкости;
• при работе двигателя па больших оборотах и холостом ходу
давление у входа в жидкостный насос должно быть больше,
чем атмосферное, температура хладагента должна
находиться в пределах 83...89 °С;
• должно выполняться условие относительных потерь
жидкости из заполненной системы, равных по меньшей мере
минимально возможному опорожнению, указанному в
характеристике двигателя;
• системы охлаждения должны иметь устройства аварийной
сигнализации в случае критического повышения температуры
хладагента. Такой сигнал
может быть как звуковым, так и
Анализ конструкций системы
7
охлаждения
визуальным.

8.

Допустимые и рекомендуемые значения
параметров систем охлаждения дизелей
сельскохозяйственных тракторов
Параметр
Значение
Теплотехнические параметры(единица измерения °С)
Температура охлаждающей жидкости на выходе из дизеля
85... 100
Оптимальное значение температуры охлаждающей жидкости в
режиме номинальной мощности дизеля Л/g ном
Температура охлаждающей жидкости в режиме максимального
крутящего момента Мкрmах
Перепад температуры охлаждающей жидкости на входе в
радиатор и выходе из него
Температура масла в поддоне дизеля
Разница между температурой охлаждающей жидкости и
смазочного масла
Температура теплоносителя при Nкр max
Перепад температуры масла на входе и выходе из масляного
радиатора
Анализ конструкций системы
охлаждения
93...98
105
>5
90... 105
< 5...10
yе >105
< 15
8

9.

Продолжение. Жидкостный контур
Параметр
Площадь поперечного сечения патрубков водяного
насоса и радиатора к суммарной площади
проходного сечения охлаждающих трубок радиатора
Скорость охлаждающей жидкости в радиаторе
Разность между давлением на входе в водяной насос
и давлением насыщенных паров при максимально
допустимой температуре охлаждающей жидкости
Удельная производительность водяного насоса при
Ту = 95... 100°
Допустимые утечки охлаждающей жидкости при
закрытом клапане термостата к максимальной
производительности водяного насоса
Избыточное давление открытия парового клапана
Разрежение открытия воздушного клапана
Анализ конструкций системы
охлаждения
Единица Значение
измерения
%
> 15
м/с
кПа
> 0,5
14,5
л/(кВт • ч)
> 1,36
%
2,0
кПа
49
кПа
7,85
9

10.

Продолжение. Воздушный контур
Параметр
Скорость воздуха перед фронтом
радиатора
Удельная производительность
вентилятора:
при ge <165 кВт • ч
при ge >165 кВт • ч
Удельная поверхность охлаждения
радиатора по воздуху
Анализ конструкций системы
охлаждения
Единица Значение
измерения
м/с
6...8
м3/(кВт • ч)
> 110
> 124
м2/кВт
0,34
10

11.

Системы охлаждения
Воздушные и жидкостные
жидкостные
Открытые и закрытые
С принудительной циркуляцией,
термосифонные, комбинированные
Анализ конструкций системы
охлаждения
11

12.

Преимущества закрытых систем
• Экономия охлаждающей жидкости
• Более высокий допустимый нагрев охлаждающей
жидкости
Анализ конструкций системы
охлаждения
12

13.

Схемы воздушной (а) и жидкостной (б) систем
охлаждения двигателя
1 — ременная передача; 2, 17 — вентиляторы; 3 — кожух; 4 — ребра
цилиндра; 5 — цилиндр; 6 — воздушная заслонка; 7, 15 — шланги; 8, 16
— верхний и нижний соединительные патрубки; 9 — термостат; 10 —
расширительный бачок; 77, — рубашки охлаждения головки и блока
цилиндров; 12 — распределительная труба; 14 — жидкостный насос; 18
Анализ конструкций системы
13
— радиатор
охлаждения

14.

Недостатки жидкостного охлаждения
• более сложная конструкция двигателя и системы
охлаждения,
• потребность в охлаждающей жидкости,
• опасность подтекания и замерзания жидкости,
• повышенный коррозионный износ,
• значительный расход топлива,
• более сложное обслуживание и ремонт,
• повышенная чувствительность к изменению
температуры окружающего воздуха
Анализ конструкций системы
охлаждения
14

15.

Преимущества жидкостного охлаждения
• более легкий пуск двигателя в условиях низкой
температуры окружающего воздуха,
• более равномерное охлаждение двигателя,
• возможность применения блочных
конструкций цилиндров,
• упрощение компоновки и возможность
изоляции воздушного тракта,
• меньший шум от двигателя,
• более низкие механические напряжения в
деталях двигателя
Анализ конструкций системы
охлаждения
15

16.

Радиаторы
• Радиаторы связывают друг с другом воздушный и
жидкостный тракты системы охлаждения.
• Назначение радиаторов — передача теплоты от
охлаждающей жидкости атмосферному воздуху
Анализ конструкций системы
охлаждения
16

17.

Радиаторы: классификация
1) по принципу передачи теплоты — поверхностные
и смесительные
2) по изменению агрегатного состояния среды — не
изменяющие, изменяющие состояние одной
среды, изменяющие состояние двух сред;
3) по относительному направлению движения
потоков сред — прямоточные, противоточные,
перекрестные;
4) по конструктивному исполнению (типу
охлаждающей поверхности) — трубчатые,
трубчато-ребристые, трубчато-пластинчатые,
трубчато-ленточные,
пластинчатые и др. (см.
Анализ конструкций системы
17
охлаждения
след слайд).

18.

Радиаторы
По типу сердцевины
(охлаждающей
решетки):
• трубчатые,
• трубчатопластинчатые,
• трубчато-ленточные,
• пластинчатые,
• сотовые,
• трубчато-ребристые
Решетки трубчато-пластинчатого (а) и
трубчато-ленточного (б) радиаторов
Анализ конструкций системы
охлаждения
18

19.

5) По геометрической форме: плоские (однорядные),
коробчатые (многорядные), цилиндрические
6) По направлению циркуляции жидкости: с
вертикальным или горизонтальным
компоновочным расположением
7) По расположению трубок: с коридорным (а) или
шахматным (б) расположением
Анализ конструкций системы
охлаждения
19

20.

Водяной
радиатор
трубчатопластинчатый
сборный
1 — опорная стойка; 2 —
сердцевина; 3 — бачок
верхний; 4 — горловина
заливная; 5 — пробка
заливная; 6 —
паровоздушная трубка; 7 —
амортизатор; 8 —
отверстие сливного
краника; 9 — бачок
нижний; 10 — опора; 11 —
патрубок нижнего бачка; 12
— монтажная пластина; 13
— болт крепежный; 14 —
прокладка; 15 — патрубок
верхнего бачка
Анализ конструкций системы
охлаждения
20

21.

Конструктивные способы повышения
эффективности теплопередачи
• Завихрение (турбулизация) воздуха за счет
расположения трубок под углом (10-15°) к
воздушному потоку
• Увеличение площади поверхности пластин за счет
гофрирования, просечек и выступов
• Увеличение скорости воздушного потока →
необходимость вентиляторов
Анализ конструкций системы
охлаждения
21

22.

Типы вентиляторов
• осевые,
• центробежные,
• комбинированные
Анализ конструкций системы
охлаждения
22

23.

Расположение вентиляторов
Радиатор перед вентилятором (в области
всасывания): поток воздуха в радиаторе более
равномерный, а температура воздуха не
повышена из-за его перемешивания
вентилятором.
Радиатор за вентилятором (в области нагнетания):
поток воздуха в радиаторе турбулентный, что
повышает интенсивность охлаждения
Анализ конструкций системы
охлаждения
23

24.

Привод вентилятора
• от коленчатого вала двигателя
• от электродвигателя: уменьшает массу силовой
установки и упрощает ее компоновку, позволяет
регулировать частоту его вращения, а
следовательно, и интенсивность охлаждения
Анализ конструкций системы
охлаждения
24

25.

Конструктивные решения по изменению
интенсивности охлаждения
• Использование термостата
• Установка жалюзи перед радиатором (или после)
• Изменение частоты вращения вентилятора или
периодичности его включения
• Придание оптимальной формы лопастям
вентилятора
Анализ конструкций системы
охлаждения
25

26.

Термостат
• Служит для ускорения прогрева холодного
двигателя и автоматического поддержания его
теплового режима.
• Конструктивно представляет собой клапан,
регулирующий количество циркулирующей
жидкости через радиатор
Анализ конструкций системы
охлаждения
26

27.

Термостаты
С твердым
наполнителем
С жидкостным
наполнителем
Анализ конструкций системы
охлаждения
27

28.

Термостаты
Сильфонного
типа
Восковой
(церезиновый)
Анализ конструкций системы
охлаждения
28

29.

Принцип работы термостата
Анализ конструкций системы
охлаждения
29

30.

Термостат сильфонного типа
• Рабочий орган – герметичный гибкий
металлический гофрированный баллон, частично
заполненный жидкостью, температура кипения
которой несколько ниже температуры кипения
воды.
• При низкой температуре жидкости давление внутри
баллона ниже атмосферного и гофр сжимается,
удерживая клапан закрытым и не допуская
циркуляцию воды через радиатор.
• При температуре 70 –80°С (вблизи температуры
кипения жидкости в гофре) внутренне и внешнее
давления выравниваются, и гофрированный баллон
начинает расширяться, открывая клапан.
• При достижении температуры 85 – 90°С клапан
открывается полностью
Анализ конструкций системы
охлаждения
30

31.

Термостат с твердым наполнителем
(восковой)
Анализ конструкций системы
охлаждения
31