Охладитель

Теплота, отводимая в охлаждающую жидкость внутреннего контура (воду, ТОСОЛ,антифриз) и смазочное масло, а также теплота, воспринимаемая при охлаждении наддувочного воздуха, передается охлаждающему теплоносителю в соответствующих охладителях.

Охлаждающим теплоносителем в установках наземного транспорта является атмосферный воздух.

В этом случае, когда для рассеивания теплоты используется атмосферный воздух, теплообменники называют радиаторами.

Целесообразность применения того или иного теплоносителя может быть охарактеризована следующими относительными значениями теплоотдачи.

Применение охладителей наддувочного воздуха для автотракторных двигателей не вносит существенных изменений в основные схемы компоновки системы охлаждения. Однако тип охладителя наддувочного воздуха (водяной или воздушный) и его конструкция в большой степени определяются общей конструктивной схемой основной системы охлаждения.

Водяные радиаторы, используемые для охлаждения наддувочного воздуха и устанавливаемые в системах с автономным жидкостным низкотемпературным контуром (рис. 11, а), работают так же, как основные радиаторы охлаждения воды. В некоторых случаях их выполняют в одном блоке с основным водяным радиатором двигателя.

Воздушные радиаторы, включенные в воздушный тракт основной системы охлаждения двигателя (рис. 11, 6), обычно устанавливают перед водяным и масляным радиаторами, и они омываются воздухом, температура которого мало отличается от температуры окружающей среды. Наружные и внутренние поверхности охлаждения таких радиаторов выполняют с учетом различия условий теплоотдачи воздушных потоков, находящихся под повышенным (наддувочный воздух) давлением. Существенным недостатком этой схемы являются повышенные гидравлические потери при охлаждении наддувочного воздуха, которые могут быть на порядок (и более) выше, чем в системе, выполненной по схеме на рис. 11, а.

От указанного недостатка свободны системы, схема которых показана на рис. 11, в, и используемые на некоторых дизелях семейства ЯМЗ.

К материалам, используемым в охладителях двигателей внутреннего сгорания, предъявляют следующие требования:

1. 
   достаточная прочность и пластичность,
2. высокая теплопроводность,
3. стойкость против коррозии,
4. технологичность и низкая стоимость.

С точки зрения удовлетворения этих требований наиболее пригодными материалами для изготовления теплообменников являются медь, алюминий и сплавы на их основе. Стальные водяные радиаторы имеют по сравнению с медными большую массу, низкую теплопроводность и недостаточную коррозионную стойкость. Использование защитных цинковых покрытий не обеспечивает надежной противокоррозионной защиты радиаторов. Поэтому сталь,как правило, используют почти исключительно для изготовления масляных радиаторов.

Рис. 11а) б) в) Схемы установки охладителя на автотракторных двигателях.

1- двигатель; 2- основной вентилятор; 3- агрегат наддува; 4- водяной радиатор; 5- масляный радиатор; 6-секция водяного радиатора для охлаждения наддувочного воздуха; 7-вспомогательный водяной насос; 8- охладитель наддувочного воздуха; 9- вспомогательный вентилятор

Водяные радиаторы, используемые для охлаждения наддувочного воздуха и устанавливаемые в системах с автономным жидкостным низкотемпературным контуром (рис. 11, а), работают так же,как основные радиаторы.

Для изготовления теплообменников применяют медь марок Ml, M2 и МЗ, содержащих медь (согласно ГОСТ 859-78) в пределах 99,9 - 99,5 %. На основе меди получают различные сплавы, которые обладают высокими механическими и технологическими свойствами, например, сплав меди с цинком.

Наиболее легким и перспективным материалом является алюминий высокой степени чистоты (типа АДО или АД1); сплав алюминия с марганцем (типа АМц); сплав алюминия с магнием (типа АМг). Однако у алюминия и сплавов на его основе недостаточная стойкость к эрозии и коррозии по сравнению с медью и ее сплавами. Поэтому монометаллическим алюминиевым материалам предпочитают биметаллические, у которых поверхность, соприкасающуюся с агрессивной средой, изготовляют из материала, стойкого к эрозии и коррозии, а наружную сторону - из алюминиевого сплава.

Рис. 12 Решетки радиаторов трубчато-пластинчатого (а); трубчато-ленточного (б); пластинчатого (в); сотового (г).

В настоящее время наибольшее распространение получили водяные радиаторы с поверхностями охлаждения трубчато-пластинчатого типа с коридорным или шахматным расположением труб.

Низкая механическая прочность (внутреннее давление до 0,05 МПа) пока препятствует широкому распространению водяных радиаторов с пластинчато-ленточным типом поверхности охлаждения,хотя они имеют высокую компактность и тепловую эффективность. В трубчато-пластинчатых и трубчатоленточных радиаторах применяют тонкостенные трубы плоскоовального сечения. В трубчато-пластинчатых радиаторах применяют также и круглые трубы. Толщина стенки трубы в зависимости от материала (сталь, латунь, медь, алюминий) колеблется от 0,1 до 1 мм. В данных радиаторах рациональные значения шага труб находятся в пределах 10-18 мм - по фронту и 21-24 мм - по глубине. Эти размеры обеспечивают лучшее использование массы и объема радиатора. Шаг пластин оребрения в конструкциях радиаторов составляет 3-6 мм. Водяные радиаторы имеют по глубине три-шесть рядов труб. Вследствие увеличения степени турбулентности воздушного потока при движении его через первые ряды труб в многорядном радиаторе коэффициент теплоотдачи во втором и третьем рядах возрастает по сравнению с первым рядом, а затем стабилизируется. В радиаторах элементарные каналы, по которым движется охлаждающий воздух, имеют различную форму поперечного сечения: прямоугольную, квадратную, треугольную, полукруглую и т.д.

Для легковых и грузовых малой грузоподъемности автомобилей глубина радиатора составляет 60-90 мм. Расчетные скорости воздуха перед фронтом радиатора определяются подачей вентилятора и для тракторных двигателей могут составлять 6-15 м/с. Для автомобильных двигателей учитывается и скорость движения транспортного средства на низшей передаче. Эта добавка составляет 3-5 м/с. Скорость воды в каналах влияет на теплопередачу в радиаторе в меньшей степени, чем скорость воздуха. Более того, при достижении определенного значения скорости воды в каналах (1,4 м/с) теплоотдача на внутренней стороне поверхности охлаждения уже совершенно не лимитирует процесс теплопередачи в радиаторе. Дальнейшее увеличение скорости воды ведет только к чрезмерному увеличению перепада давления в радиаторе, а следовательно, и мощности, затрачиваемой на привод водяного насоса. Рациональное значение скорости воды находится в пределах 0,4-0,8 м/с. Температура воды на входе в радиатор составляет 355-365 К. Перепад температуры воды в радиаторе равен 5-8 К. Для предотвращения образования паровых пробок в топливоподающей магистрали бензиновых двигателей и обеспечения максимальности средней логарифмической разности температур подогрев воздуха в радиаторе не должен превышать 10-15 К. Но при эксплуатации в результате влияния влажности воздуха подогрев воздуха в радиаторе может доходить до 40 К.

Радиатор, имеющий верхний и нижний бачки, соединенные сердцевиной радиатора. В верхний бачок впаяны наливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга подводящего охлаждающую жидкость к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга.

К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластина образуют каркас радиатора. Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Перед радиатором установлены жалюзи для регулирования количества воздуха,проходящего между трубками радиатора. При перемещении рукоятки, укрепленной в кронштейне,вперед до отказа створки полностью открываются, и воздух свободно проходит между трубками радиатора.

Рис. 13 Элементы системы охлаждения:
а -общий вид радиатора б - открыт паровой (выпускной) клапан; в -открыт воздушный (впускной) клапан- /-стойка- 2 - тяга; 3 -каркас; -/-жалюзи; 5 - пробка радиатора; б и 22 - горловина радиатора- 7 - верхний бачок; 8 и 12 -гибкие шланги; 9 - направляющий кожух; 10 -отводящий патрубок- //-сердцевина радиатора; 13 -сливной краник радиатора; 14 - нижний бачок; 15 -рукоятка привода жалюзи; 16 - фиксатор; 17 -пароотводная трубка; /«-пружина парового клапана- /9-корпус пробки; 20 -стойка; 21 -запорная пружина; 23 - паровой (выпускной) клапан; 24 -прокладка выпускного клапана; 25 - прокладка воздушного клапана; 26 - воздушный клапан; 27-пружина воздушного клапана; 28 - седло воздушного клапана; 29 - отверстие для поступления воздуха

В случае перемещения этой рукоятки назад до отказа створки закрываются, и обдув радиатора воздухом прекращается. Для поддержания определенного температурного режима двигателя рукоятку можно установить на фиксаторе в любом промежуточном положении.

Рис. 14 Паровоздушный клапан:

1- воздушный клапан; 2- паровой клапан; 3-пароотводная трубка

Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения двигателя от окружающей среды. Пробка радиатора состоит из корпуса, парового и воздушного клапанов и запорной пружины. На стойке, при помощи которой к корпусу крепится запорная пружина, установлен паровой клапан, прижатый пружиной. Воздушный клапан прижимается пружиной к седлу, запрессованному в паровом клапане. Плотное соединение клапанов достигается установкой резиновых прокладок. При повреждении или разрушении резиновых прокладок система охлаждения становится открытой, и вода закипает при 100°С.

В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При увеличении давления до 145—155 кН/м2 (1,45—1,55 кгс/см2) открывается паровой клапан, преодолевая сопротивление пружины. Система охлаждения двигателя сообщается с окружающей средой, и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При снижении давления на 1 — 13 кН/м2 (0,01 —0,13 кгс/см2) открывается воздушный клапан и в радиатор через отверстия и клапан начинает поступать воздух, проходящий по пароотводной трубке. Работа парового и воздушного клапанов предотвращает возможное повреждение радиатора под действием как внешнего, так и внутреннего давления.

Трубчато-пластинчатые радиаторы широко применяют на тракторах, комбайнах,автомобилях-тягачах, грузовых автомобилях большой грузоподъемности, т.е. там, где необходимо обеспечить высокую механическую прочность.

На легковых автомобилях, а также грузовых (малой и средней грузоподъемности) устанавливают трубчатоленточные радиаторы, имеющие несколько меньшую механическую прочность, но сравнительно более высокую тепловую эффективность и лучшую технологичность.

Для охлаждения масла в комбинированных двигателях внутреннего сгорания применяют в основном два типа охладителей - водомасляные теплообменники и воздушно-масляные радиаторы.

Водомасляные теплообменники в настоящее время применяют и в дизелях автотракторного типа большой мощности, так как они отличаются простотой, компактностью, хорошо компонуются на двигателях, надежны в эксплуатации, легко ремонтируются и имеют по сравнению с воздушно - масляными радиаторами меньшие размеры и массу.

Для высокофорсированных дизелей в трубчатоленточных масляных радиаторах применяют внутренние вставки - завихрители, что позволяет при тех же размерах сердцевины в 2,7-3 раза повысить теплоотдачу по сравнению с гладкотрубчатыми масляными радиаторами.

Турбулизирующие вставки свободно вставляются или припаиваются к внутренней поверхности труб. Их выбирают так, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между эффективностью теплоотдачи и потерей давления.

В настоящее время получили распространение алюминиевые воздушно-масляные радиаторы, в которых теплоотдача на единицу массы в 4-4,5 раза выше, чем в латунных.

Масляные радиаторы автотракторных двигателей изготовляют из стальных плоскоовальных труб с размерами сечения 17,5 х 5 мм с коллективными пластинами оребрения. Преимуществами таких радиаторов являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость.

Поиск по сайту: