Жидкостное охлаждение двигателя
При жидкостном охлаждении двигателя цилиндры его окружаются специальными рубашками или общей рубашкой (блок цилиндров), в которой циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкость, отнявшая тепло от стенок цилиндра, охлаждается в радиаторе, обдуваемом потоком воздуха. В двигателе жидкостного охлаждения передача тепла от стенок цилиндра к окружающему воздуху происходит, таким образом, не непосредственно,
Как в двигателе воздушного охлаждения, а при помощи охлаждающей жидкости.
В качестве охлаждающих жидкостей применяются вода или специальные жидкости.
Для того чтобы обеспечить непрерывный перенос тепла от двигателя к радиатору, охлаждающую жидкость заставляют циркулировать по замкнутому контуру, включающему в себя двигатель и радиатор.
На рис. 6.26 показана принципиальная схема жидкостного охлаждения двигателя.
Охлаждающая жидкость подается водяным насосом 2 по двум трубопроводам 8 в рубашки обоих блоков 1 и омывает
гильзы и головки цилиндров. Отняв тепло от цилиндров, т. е. охладив их, нагретая жидкость по трубам 9 выходит из блоков в сепаратор 5, где происходит отделение паров и воздуха от жидкости. Из сепаратора охлаждающая жидкость по трубопроводу 10 поступает в радиатор 3. Температура жидкости на выходе из двигателя контролируется по термометру 7.
В радиаторе жидкость охлаждается воздухом и затем по трубопроводу 1 подводится к водяному насосу 2 и вновь подается в блоки двигателя
Таким образом, при работе двигателя жидкость непрерывно циркулирует по замкнутому пути: двигатель — сепаратор — радиатор — насос — двигатель.
При работе двигателя вблизи его наиболее нагретых частей (головка цилиндра) может происходить образование пара и выделение воздуха из жидкости. Образовавшиеся пар и воздух вместе с небольшим количеством охлаждающей жидкости отводятся из верхней части блоков и сепаратора по трубопроводу 12 в расширительный бачок 4, где происходит конденсация пара. Из расширительного бачка жидкость по компенсационной трубке 13 поступает к насосу.
Устройство и работа агрегатов системы жидкостного охлаждения
Водяной насос. По принципу работы водяной насос (рис. 6.27) относится к типу центробежных. Он состоит из корпуса 1, входного патрубка 5, выходных патрубков 4 и крыльчатки 2, укрепленной жестко на валике 3. Валик приводится во вращение от коленчатого вала с числом оборотов в 1,2÷1,5 раза большим числа оборотов коленчатого вала.
При работе крыльчатки жидкость, находящаяся между ее лопатками, приводится во вращательное движение. Под действием центробежных сил частицы жидкости отбрасываются к периферии и поступают в патрубки 4, расположенные касательно по отношению к корпусу насоса. Из патрубков жидкость под напором подается по трубам в блоки. В центре крыльчатки при работе насоса создается разрежение, вследствие чего обеспечивается непрерывный приток жидкости из радиатора по патрубку 5.
Напор, создаваемый насосом, составляет 15 ÷ 30 м водяного столба, т. е. 1,5—3,0 кг/см2. Разность температур между входящей и выходящей из двигателя жидкостью не должна быть более 10 ÷ 12° С. При этих условиях количество охлаждающей жидкости, прокачиваемой насосом через двигатель, составляет 45 ÷ 60 л/л. с. в минуту.
При понижении давления жидкость закипает при более низкой температуре. Так как на входе в насос давление пониженное, то в некоторых случаях (при работе на высоте) может происходить быстрое выделение пара из жидкости. Пар захватывается лопатками насоса и, сжимаясь последними, частично конденсируется, что приводит к падению давления в насосе. В зону низкого давления с огромными скоростями устремляется жидкость, струя ее при этом разрывается и количество подаваемой насосом жидкости резко снижается. Это явление носит название кавитации.
Для предотвращения кавитации необходимо, чтобы давление жидкости перед насосом было на определенную величину больше того давления, при котором закипает входящая в насос жидкость. С этой целью на входе к насосу присоединена трубка, подводящая жидкость из расширительного бачка (трубка 13 на рис.6.26), расположенного в верхней точке системы охлаждения, благодаря чему перед насосом создается повышенное давление (подпор).
Радиатор. Для охлаждения жидкости применяются радиаторы разных типов: сотовые, пластинчатые и трубчатые.
Наиболее распространенным типом является сотовый радиатор. Он состоит из набора круглых или шестигранных трубок, сделанных из латуни, меди или других специальных сплавов. Трубки с обоих концов развальцованы и спаяны между собой. Охлаждающая жидкость протекает между трубками, а внутри трубок проходит охлаждающий воздух. Общий вид сотового радиатора и путь, по которому в нем движется охлаждающая жидкость, показаны на рис. 6.28, а. На рис. 6.28, б показаны схема соединения развальцованных трубок и образующиеся между ними полости для охлаждающей жидкости.
Форма радиатора зависит от места его расположения на самолете и должна быть такой, чтобы аэродинамическое сопротивление было наименьшим. В настоящее время радиаторы размещают в туннелях (рис. 6.29 а и б). На выходе из туннеля устанавливаются заслонки, регулирующие количество воздуха, протекающего через радиатор, и, следовательно, температуру охлаждающей жидкости. Установка радиатора в туннелях сильно снижает аэродинамическое сопротивление радиаторной установки.
Аэродинамическое сопротивление радиатора зависит от размеров его лобовой поверхности и глубины радиатора. Размеры радиатора в свою очередь зависят от количества отнимаемого от двигателя тепла.
Чем выше температура охлаждающей жидкости в радиаторе, тем больше разность температур между поверхностью радиатора и охлаждающим воздухом и тем большее количество тепла можно отвести с единицы охлаждающей поверхности радиатора. Отсюда следует, что для уменьшения величины охлаждающей поверхности, а следовательно, и лобового сопротивления радиатора желательно иметь более высокую температуру поступающей в него охлаждающей жидкости.
Так, например, при повышении средней температуры охлаждающей жидкости в радиаторе с 70 до 100° С его охлаждающая поверхность может быть уменьшена примерно на 50%.
Расширительный бачок. Расширительны» бачок (рис. 6.30) устанавливается в самой высокой точке системы охлаждения. К нему (к штуцерам 4) присоединяются дренажные трубопроводы, отводящие пар из блоков или из сепараторов, а также компенсационная трубка (к штуцеру 5), отводящая жидкость из бачка к входу в водяной насос.
Расширительный бачок служит для хранения запаса охлаждающей жидкости, за. счет которой компенсируются потери жидкости при ее испарении или незначительной утечке, а также для того, чтобы обеспечить возможность расширения жидкости при ее нагревании во время работы двигателя.
На расширительном бачке имеется заливная горловина 2, через которую производится заправка системы охлаждения. Объем жидкости в бачке после заправки составляет примерно 15% от всей емкости системы. Для слива лишнего количества жидкости из бачка служит контрольный кран 3, а для сообщения с атмосферой бачок имеет отверстие 1 для установки дренажной трубки или дренажного клапана 1.
От давления в расширительном бачке зависит давление в остальных точках системы и допустимая температура жидкости.
В зависимости от способа сообщения расширительного бачка с атмосферой системы охлаждения разделяются на открытые и закрытые.
В открытой системе расширительный бачок сообщается с атмосферой при помощи открытой трубки, при этом давление над уровнем жидкости в бачке всегда равно давлению окружающей среды. Поэтому в открытой системе, во избежание интенсивного парообразования, максимальна допустимая температура охлаждающей жидкости на земле не должна превышать 90 ÷ 95° С, а на высотах 7000 ÷ 10 000 м — соответственно 73 ÷ 63° С.
Открытые системы охлаждения применяются на самолетах с маломощными невысотными двигателями жидкостного охлаждения.
В закрытой системе расширительный бачок сообщается с атмосферой через дренажный клапан, который открывается только при повышении давления паров в бачке сверх определенной (заранее установленной) величины. Чем выше давление в расширительном бачке, тем выше температура кипения охлаждающей жидкости и тем выше допустимая температура охлаждающей жидкости.
Сепаратор. Наличие пара и воздуха в охлаждающей жидкости ухудшает отвод тепла от нагретых деталей двигателя. Кроме того, наличие пара и воздуха ухудшает устойчивость работы водяного насоса.
Для отделения от охлаждающей жидкости пара и воздуха на выходе из блоков устанавливается сепаратор. Наиболее простым является центробежный сепаратор (рис. 6.31). Он устроен так, что жидкость из блоков поступает в него по касательному направлению к цилиндрической части корпуса. При этом она приводится во вращение с большой скоростью, отбрасывается под действием центробежных сил к стенкам и выходит по трубопроводу в радиатор. Воздух и пар, отделяясь от жидкости, собираются в центральной части и по пароотводной трубке отводятся в расширительный бачок.
В некоторых случаях сепаратор изготовляется за одно целое с- расширительным бачком.