§ 3. Контрольные и другие устройства системы охлаждения

Основным контролируемым параметром работы системы охлаждения является температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя, измеряемая с помощью датчиков темпе­ратуры и дистанционных термометров. Датчики температур устанавливают обычно на выходе охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя или агрегатов, например, тур­бокомпрессоров. В некоторых случаях, например в системах с теплыми ящиками, температура контролируется на входе в систему охлаждения двигателя; в сложных системах охлажде­ния судовых установок с двигателями большой мощности тем­пературу контролируют и регулируют для каждого цилиндра, крышки цилиндра, охладителя или теплообменного устройства.

Судить о тепловом состоянии двигателя с воздушным охла­ждением по температуре нагретого воздуха трудно, поэтому кроме температуры масла измеряют температуру стенок дета­лей, преимущественно головок цилиндров, с помощью термо­пар. Их показания или импульсный сигнал используют для ручного или автоматического регулирования расхода охла­ждающего воздуха.

Регулированием работы систем охлаждения можно значи­тельно сократить изменение температур деталей, их стыков, уплотнений в зависимости от режимов работы двигателей. Для этого наиболее целесообразно регулировать работу систем ох­лаждения так, чтобы температура охлаждающего тела на выхо­де из зарубашечных или подкапотных пространств (или входе в них) оставалась постоянной. Это обеспечивается следующим:

регулированием количества тела, подаваемого в систему ох­лаждения (в проточных системах жидкостного охлаждения и в системах воздушного охлаждения);

изменением температуры охлаждающего тела на входе в си­стему охлаждения с помощью теплых ящиков, в которые доба­вляется различное количество холодной воды, или изменением количества нагретой охлаждающей жидкости, направляемой с помощью термостатов в охладители;

изменением интенсивности охлаждения жидкости в охлади­телях;

сочетанием нескольких способов регулирования, например, изменением количества жидкости, охлаждаемой в охладителях, и интенсивности охлаждения в них.

Стабилизация температуры охлаждающей жидкости с по­мощью термостатов при снижении нагрузки на двигатель транспортных и других установок, работающих при низких температурах окружающей среды, может привести к замерза­нию воды в охладителе, поэтому она, как правило, сочетается с изменением интенсивности охлаждения жидкости.

В водо-водяных охладителях интенсивность охлаждения жидкости первого круга циркуляции регулируют протоком холодной воды через них, в жидкостно-воздушных охладителях -изменением поверхности охлаждения различными жалюзи, шторками и фартуками-уплотнителями или подач вентилято­ров, прокачивающих воздух через решетку охладителя. Первый способ регулирования связан с увеличением затрат энергии на привод вентилятора, что повышает удельные расходы топлива двигателя. При втором способе, наоборот, по мере уменьшения интенсивности охлаждения двигателя снижается мощность, по­требляемая вентилятором. Используют и оба способа одновре­менно.

Подачу осевых вентиляторов изменяют поворотом лопа­стей во втулке вентилятора специальными устройствами, пе­риодическим отключением вентиляторов с помощью фрик­ционных или электромагнитных муфт или непрерывным изменением частоты вращения ротора вентилятора с помощью электродвигателей, вмонтированных в вентилятор, электромаг­нитных муфт и наиболее часто-с помощью гидравлических муфт, встроенных в механизм привода вентилятора. Примером конструкции гидромуфт в приводах вентиляторов может слу­жить гидромуфта двигателя ЯМЗ-740 (рис. 255). Муфта распо­ложена в корпусе кронштейна 7; ведущее колесо муфты (колесо насоса) 6 приводится во вращение кожухом 5 через ступицу 2 от ведущего вала 3. Ведомое колесо гидромуфты (колесо тур­бины) 4 через ведомый вал 11 вращает ступицу вентилятора 10.

Рис. 255. Гидромуфта привода вентилятора дизеля ЯМЗ-740

Шкив 9 привода генератора вращается с частотой вращения вала 3 и приводится во вращение полым валом 8 привода гене­ратора, соединенным с колесом 6 насоса.

В зависимости от заполнения объемов между лопатками ко­лес насоса и турбины через трубку 1 подвода масла в гидро­муфту изменяется частота вращения колеса турбины и вентиля­тора от 0 до 95-98% частоты вращения вала. При этом температура воды Т_вых поддерживается в пределах 80-95°С

в зависимости от режима работы двигателя. Количество по­даваемого в гидромуфту масла регулируется автоматически по температуре воды на выходе.

Регулирование подачи центробежных вентиляторов приме­няется реже. С этой целью, как правило, устанавливают заслон­ки в нагнетающем трубопроводе.

Вторым контролируемым параметром является давление ох­лаждающего тела в системе охлаждения.

Давление воздуха вместе с его расходом определяют за­траты мощности на привод вентиляторов, оно не контроли­руется, так как непосредственно влияет на конструкцию и рабо­тоспособность решеток охладителей, дефлекторов и кожухов.

В замкнутых системах жидкостного охлаждения вследствие парообразования при перегреве двигателя возможно увеличе­ние давления; при водяном высокотемпературном охлаждении избыточное давление создается для повышения температуры кипения. Поэтому закрытые системы всегда оборудуют так называемыми паровыми клапанами, ограничивающими давление для предотвращения возможных разрушений рубашек цилин­дров и блоков, трубопроводов, охладителей, расширительных баков, а также нарушения плотности соединений, в частности, уплотнений гильз и втулок цилиндров.

При выключении или уменьшении нагрузки двигателя, на­оборот, вследствие конденсации паров в системе может со­здаться разрежение и возникнуть опасность разрушений эле­ментов систем охлаждения давлением окружающей среды. Для устранения этого закрытые системы оборудуют воздушными клапанами, обеспечивающими вход воздуха в систему. Обычно паровые и воздушные клапаны объединяют в паровоздушный клапан, выполняемый в одном корпусе. Этот корпус часто является устройством, закрывающим заливное отверстие, рас­полагаемое в верхней точке системы - патрубке, соединяющим двигатель с охладителем, охладителе, расширительном или смесительном бачке.

На рис.256 представлена типичная конструкция паровоз-

Рис. 256. Паровоздушный клапан

душного клапана, смонтированного в пробке охладителя авто­мобильного двигателя. Паровой клапан 2 прижимается к седлу пружиной. При избыточных давлениях (2-6 кПа) он приподни­мается и выпускает пар и воздух через пароотводную трубку 3. При понижении давления в системе ниже атмосферного на 0,1-0,2 кПа воздушный клапан 1 сжимает пружину, и через трубку 3 в систему поступает воздух.

Для устранения паровых и воздушных пробок в замкнутых системах охлаждения судовых двигателей все верхние точки от­дельных участков соединяют пароотводной трубкой с расши­рительным бачком, устанавливаемым не ниже 1500 мм над верхними точками системы двигателя. В бачке от жидкости от­деляются пары и растворенные газы, и они отводятся в атмос­феру. Расширительные, смесительные и отдельные питательные бачки имеют указатели уровня. Системы охлаждения и входя­щие в них дополнительные перечисленные элементы имеют за­ливные и сливные отверстия, закрываемые пробками или кра­нами. Сливные устройства располагают в нижних точках участков систем и используют для слива не только охлаждаю­щих жидкостей, но и промывочных, с помощью которых уда­ляют отложения и накипь.

Для предупреждения коррозии стенок рубашки их кадмируют, бакелитизируют или окрашивают масляными красками. В случае охлаждения судовых двигателей забортной водой в рубашках устанавливают цинковые протекторы - пластины, заменяемые по мере разрушения.

В установках с двигателями внутреннего сгорания нагретое охлаждающее тело часто используют для отопления кабин или других помещений, для чего системы охлаждения сообщают с отопительными системами.

Для быстрого прогрева двигателей с жидкостным охлажде­нием перед пуском в систему охлаждения монтируют подогре­вательные устройства: с горелками, работающими на бензине или дизельном топливе (двигатели наземного безрельсового транспорта), электрические (двигатели рельсового транспорта, судовые двигатели), паровые или водяные, питающиеся от внешних источников тепловой энергии (автомобильные двига­тели при безгаражном хранении автомобилей, судовые двигате­ли).