Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

1357.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.01.2021

Размер:

1.08 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

увеличения частоты вращения коленчатого вала при пуске двигателя и повышения температуры воздуха в камерах сгорания двигателя в конце тактов сжатия.

В настоящее время в системы охлаждения силовых установок СДКМ устанавливают жидкостные подогреватели 15.8106-01, ПЖД-12Б, 14ТС-10, ПЖД-30, ПЖД-600, ПГВ-800-1 и ПГВ-800-2, «Тhermo», «Нydronic 10», подогреватели фирмы Webasto (табл. П.4, П.5, П.6). Охлаждающая жидкость в системе прокачивается насосом с электрическим приводом и нагревается в котле, разогрев которого происходит при сгорании топливовоздушной смеси в горелке, воспламеняемой с помощью свечи зажигания. Высокое напряжение, необходимое для работы свечи зажигания, может обеспечивать высоковольтный источник тока. Основным критерием эффективности

индивидуального	жидкостного	подогревателя	является
		И
продолжительность подготовки силовой установки до состояния
готовности к пуску [4, 5, 6, 7].
По известным	Д
	оценкам жидкостные подогреватели при

окружающей температуре воздуха до –20 °С способны за время 40–45 мин работы разогреть двигатель до температуры 55 °С и разогреть воздух в кабине машины – до 20 °С.

обслуживающих систем и эксплуатационныхА материалов. Определенная часть тепла теряетсяив окружающую среду с отработавшими газами и путем ее передачи от нагретых узлов силовой установки [8, 9, 10].

Для создания необходимых условий пуска двигателя большое количество тепла расходуетсяб на нагрев его составных частей,

подогревателей можно оценивать, используя различные методики расчета его тепловой производительности.

ЭффективностьС спользования индивидуальных жидкостных

2.1. Методика расчета потребной тепловой производительности индивидуального жидкостного подогревателя по показателям условной массы двигателя с учетом потерь тепла в окружающую среду

Общее количество тепла, необходимое для разогрева силовой

установки, можно рассчитать, используя зависимость [1, 2]
Qр =Qсу +Qп ,	(2.1)

где Qр – количество тепла, необходимое для разогрева силовой установки, кВт; Qсу – количество тепла, расходуемое на разогрев двигателя, кВт; Qп – потери тепла в окружающую среду, кВт.

Точный расчет величин Qсу и Qп практически невозможен вслед-

ствие сложности процессов, происходящих при разогреве силовой установки. Поэтому реальную силовую установку заменяют условным разогреваемым телом. Обозначив массу условного тела как Gус и его

среднюю теплоемкость Сср , получим [1, 2]

Qсу =Gус Сср		tисх −tг		,	(2.2)

где tисх , tг – температура исходного состояния и температура готовно-
сти силовой установки, °С.				И
сти силовой установки, °С.
Массу условного тела можно определить,					используя соответст-
			Д
вующие значения коэффициента β , учитывающего конструктивные
особенности и технические характеристики силовой установки [1, 2]
		Gус = β Gм,			(2.3)
	б
где Gм – суммарная масса двигателя, узлов системы охлаждения и сис-
темы смазки.	и	А
Значения коэфф ц ентов β			и средней теплоемкости Сср , которые
получены опытным путем, представлены в табл. 2.2.
					Таблица 2.2
Значения ср		и β для силовых установок ДСМ
С
Масса «сухого» ДВС, т			Сср		β
0,5–0,7			0,36		0,15
0,9–1,0			0,33		0,26

Потери тепла в окружающую среду определяются по формуле [2]

Qп = KF (tд −tср )

τ ,

(2.4)

где KF – удельные потери тепла в час со всей поверхности охлаждения силовой установки при перепаде температур между теплоотдающей

поверхностью и окружающей средой 1 °С, кВт/(ч °С); tд – средняя температура поверхности охлаждения двигателя, °С; tср – средняя

температура окружающего воздуха, °С; τ – продолжительность разогрева силовой установки, ч.

При упрощенных расчетах значения КF, которые получены опытным путем, можно принимать в соответствии с показателями, приведенными в табл. 2.3.

Значения KF				Таблица 2.3
Значения KF

Температура окружающей среды tср , °С	0	–10	–20		–30

KF, ккал/ч•°С	171	213	277		400

	И
При скорости ветра 3–4 м/с ве личина удельных потерь тепла КF
Д

машины без утепления ее силовой установки должна быть увеличена на 30 %. Если машина укрыта утеплительным чехлом – потери тепла могут составить 50 % от расчетных значений. Результаты расчетов удельных потерь тепла с поверхности охлаждения силовой установки (масса ДВС

до 1,0 т) с	учетом	различных		условий	предпускового		разогрева
представлены (рис. 2.7) зависимостями KF = f (t).
Удельные потери тепла с поверхности охлаждения силовой ус-
			А
тановки могут быть оп саны с достаточной достоверностью аппрок-
симации ( R2 = 0,998) пол номиальным законом (табл. 2.4):
		б
	иKF = at2 −bt +c .						(2.5)
СЗначения коэффициентов а, b, с							Таблица 2.4

	для полиномиальных зависимостей KF=f(t)
Условия предпускового разогрева				Значения коэффициентов
силовой установки				а		b	с
Безветренная	погода,		разогрев	0,2025		1,435	172,85
силовой установки без утепления

Скорость ветра	3 – 4	м/с,	разогрев	0,2633		1,8655	224,7
силовой установки без утепления

Утепление силовой установки				0,1013		0.7175	86,425

	800
	700
	600						1
	600
	500
ч 0С							2
ч 0С	400
ккал/	400
ккал/	300
KF,	300
KF,
	200						3
							3
	100
		0
		-2	-6	-10	-14 -18 -22 -26 -30 -34 -38			-42
				Температура окружающей среды, 0С
							И
Рис. 2.7. Удельные потери тепла с поверхности охлаждения силовой установки в
течение		одного	часа	работы		подогревателя жидкостного: 1 – скорость ветра
3-4 м/с,		разогрев силовой				Д		погода,
3-4 м/с,		разогрев силовой			установки без		утепления; 2 – безветренная	погода,
разогрев силовой установки					ез утепления; 3 – утепление силовой установки
						А
2.2. Методика расчета потре ной тепловой производительности
индивидуального жбдкостного подогревателя по показателям
			составляющих теплового баланса
			и
	Распределение тепла от сгорания топлива в подогревателе на
полезно используемое и на потери характеризуется эффективным
		С
тепловым балансом.
	Уравнение теплового баланса записывается в виде [1, 2]

Qо =Qож +Qм +Qг +Qост,	(2.6)
где Qо – располагаемое тепло, ккал/ ч ; Qож – количество тепла на разо-
грев охлаждающей жидкости, ккал/ ч ; Qм – количество	тепла на

разогрев моторного масла, ккал/ ч ; Qг – количество тепла, отводимого с отработавшими газами, ккал/ ч ; Qост – остаточное тепло, ккал/ ч .

Располагаемое тепло подсчитывается по часовому расходу топлива в подогревателе и его теплотворной способности [1, 2]

Qо =Gт Hu ,

(2.7)

где Hu − низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива Нu = 42 440), кДж / кг ; Gт − часовой расход топлива подогревателем,

кг/ч.

Для определения количества тепла, потребного для разогрева охлаждающей жидкости (тосол А-40), необходимо знать ее количество, расход и разность температур в начале и конце разогрева [1, 2]

Qож =Gож сож ∆tож,

(2.8)

где

Gож −масса охлаждающей жидкости в системе охлаждения двига-

теля,

кг; сож −

теплоемкость охлаждающей жидкости (для

тосола

А-40

М сож = 3,2 / 3,8 ),

кДж / кг град ;

∆tож −разность температур охла-

ждающей жидкости в начале и в конце разогрева, °С [1, 2]

Gож = ρож Vож ,

(2.9)

где

=1,065 /1,085 ), г / см3

; V

−

ож

вместимость с стемы

охлаждения

двигателя с учетом

котла по-

догревателя, л .

Количество тепла, потребного на разогрев моторного масла, оп-

ределяется по формуле [1, 2]

Qм = Gм см ∆tм ,

(2.10)

где

Gм − масса

моторного масла, кг ;

см − теплоемкость

моторного

масла, см = 0,5ккал/(кг°С); ∆tм −разность температур моторного масла

вначале и в конце разогрева двигателя, °С.

Втабл. 2.5 по результатам экспериментальных пусков подогревателей 14ТС-10 силовой установки с дизельным двигателем КамАЗ-740 (V8) представлены показатели продолжительности разогрева τ до состояния готовности к пуску двигателя с учетом

температур окружающего воздуха tос и исходного теплового состояния двигателя tисх , а также разница в температурах исходного теплового

состояния двигателя и готовности к пуску для охлаждающей жидкости ∆tож и моторного масла ∆tм .

Таблица 2.5

Разница температур охлаждающей жидкости и моторного масла в начале и конце разогрева

tос, °С	tисх , °С	τ , мин	∆tож , °С	∆tм ,°С
-2	-6	32	77	7,5

-11	-15	36	88	8,2

-18	-21	40	92	8,6

Количество тепла, отводимого с отработавшими газами, подсчи-

тывается по разности теплосодержания (энтальпий) часовых количеств
отработавших газов и свежего заряда:							И

					Д
	Qг	= Gт [М2 (mc′p′)tt0г tг −						М1 (mc′p′)tt0к tк	],	(2.11)
где Gт −часовой расход топлива подогревателем, кг/ч; М2 − количество
продуктов сгорания на килограмм топлива при α=1,5 кмоль / кг ;										М1 −
количество свежего			б				на	килограмм	топлива	при
			заряда	воздуха
α=1,5 кмоль / кг .		з ытка Авоздуха для подогревателей подсчитыва-
Коэффициент
ется по формуле	и
					α =	lн	,			(2.12)
						lт
где lт − теоретическиС
			необходимое количество воздуха для сгорания

топлива, расходуемого в течение 1 ч, кг; lн −расход воздуха подогрева-

телем, кг/ч. При этом

lт =Gт l0 ,

(2.13)

где l0 − теоретически необходимое количество воздуха для сжигания

1 кг топлива, кг возд./кг топл.; Gт −часовой расход топлива подогрева-

телем, кг/ч.

Общее количество продуктов сгорания

M 2 = M CO2 + M H2O + M O2 + M N2 .	(2.14)
Количество отдельных компонентов продуктов	сгорания при
α =1,5 определяется

M2 = 0,0725 +0,063+0,052 +0,594 = 0,7815 кмоль/кг.

Средней теплоемкостью рабочего тела называется отношение количества теплоты, сообщаемой телу в заданном процессе, к изменению температуры при условии, что разность температур является конечной величиной. Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, его физических свойств и характера процесса.

Для расчетов рабочих процессов обычно пользуются средними мольными теплоемкостями при постоянном объеме и при постоянном

давлении. Между ними существует зависимость
		Д
(mcp ) −(mcv ) =8,315;							(2.15)
А			tкИ
tк							(2.16)
(mc′p′)t0		= (mcv′)t0			+8,315	;
(mc′′)t	г	= (mc′)tг			+8,315.		(2.17)
б			v t
p t	0			0

Таким образом, из уравнения теплового баланса можно определить количество остаточного тепла, которое расходуется на разогрев

С
двигателя и потери в окружающую среду:
	Q	=Q −Q	−Q	м	−Q .	(2.18)
иост		о ож		м	г

По результатам экспериментальных исследований процесс разогрева силовой установки подогревателями с автоматизированным управлением режимами (полный, средний, малый) можно разделить на основной (температура охлаждающей жидкости на выходе из подогревателя не выше 70–75 °С) и дополнительные этапы (подогреватель переключается на режимы с меньшей подачей топлива). Из табл. 2.6 и рис. 2.8 видно, что начало разогрева двигателя (6–12 мин разогрева) в зависимости от исходной температуры характеризуется крайне низким темпом изменения его теплового состояния. Поэтому для основного этапа необходимо выделить начальный и эффективный периоды разогрева.

	И
	Д
Рис. 2.8. Периоды и этапы разогрева двигателя
подогревателем жидкостным: 1 – условная точка
перехода от начального к эффективному периоду
и
разогрева двигателя (основной этап); 2 – условная точка
завершен	я основногоАэтапа разогрева двигателя
(готовность к пуску) и перехода к дополнительным
С	б(средн й режим); 3 – точка перехода
этапам
от среднего режима работы на малый режим
	Таблица 2.6

Основные показатели экспериментальных пусков подогревателей с удельной тепловой производительностью 1,43 кВт/л при разогреве дизельного ДВС V8 КамАЗ–740

tос, °С	tисх , °С	τI , мин	τI′, мин	τI′′, мин
-1	-5	23	6	17

-2	-6	32	8	24

-11	-15	30	10	20

-11	-16	36	10	26

-18	-21	40	12	28

-21	-25,2	38	12	26

	Нетрудно найти количество тепла на разогрев силовой установки с
учетом потерь тепла в окружающую среду для начального этапа
разогрева Qостн			и для эффективного этапа Qостэ . Данные в табл. 2.5
приведены для силовой установки с дизельным двигателем V8 КамАЗ–
740. tос – температура окружающей среды, °С; tисх – температура
исходного состояния двигателя, °С.
	На рис. 2.9 представлены зависимости времени разогрева силовой
установки на начальном и эффективном периодах, а также на основном
этапе от температуры исходного состояния силовой установки.
	55
	50							3
								3
	45						И
	40								2
τ, мин	35
τ, мин	30
	25					Д			1
	20					Д
	20				А
	15

	10			б
	5			б
	5
	-2	-6	-10	-14 -18 -22 -26				-30	-34	-38	-42
			и			t	, 0С
						исх
	Рис. 2.9. Зависимости времени разогрева силовой установки на начальном,
		С
	эффективном периодах, а также на основном этапе от температуры исходного
	состояния двигателя: 1 – начальный период; 2 – эффективный период;
					3 – основной этап

Если в зависимости (2.2) заменить массу условного тела Gус , его среднюю теплоемкость Сср условным параметром U , который ха-

рактеризует теплопередачу тепла от охлаждающей жидкости к силовой установке, а также теплоотдачу тепла в окружающую среду и другим присоединенным к двигателю массам, то количество тепла для разогрева двигателя можно определить по следующей зависимости:

Qсу =U (tг −tисх) τ ,

(2.19)

где U – условный параметр, характеризующий теплопередачу тепла от охлаждающей жидкости к силовой установке, а также теплоотдачу тепла в окружающую среду и другим присоединенным к двигателю

массам (табл. 2.7, рис. 2.10),	кВт	; tг – температура готовности дви-
	°С мин

гателя к пуску, tг = 70 −75 °С ; tисх –		температура исходного теплового

состояния двигателя, °С; τ – продолжительность разогрева двигателя от температуры его исходного теплового состояния до температуры готовности (табл. 2.6, рис. 2.9), мин.

Таблица 2.7

Показатели процесса разогрева двигателя на среднем режиме по программе «нормальный»

tисх, °С	Vн , °С/мин		Vэ , °С/мин			Uн ,	кВт	Uэ,	кВт
tисх, °С	Vн , °С/мин		Vэ , °С/мин			Uн ,	°С ч	Uэ,	°С ч
							°С ч		°С ч

-5	1,999			5,737		0,237		0,068
					И
-6	1,252			4,001	0,248			0,070

-15	1,721			5,248		0,335		0,077
				Д
-16	1,226			4,095		0,559		0,113

-21	0,766			3,865		0,627		0,122
			А
-25	1,96	б		4,401		0,681		0,129
		б
	и

Необходимо выбрать критическую зону силовой установки, по которой следует вести расчет параметра U . За критическую зону целе-

сообразно принятьСменее разогреваемый цилиндр двигателя, поскольку по его тепловому состоянию могут определяться условия холодного пуска, а также показатели предельных значений износов для двигателей внутреннего сгорания.

Используя метод Эйлера и температурные зависимости состояния критической зоны (первый цилиндр), получим параметры теплоотдачи от охлаждающей жидкости в двигатель и теплопередачи от двигателя к

окружающей среде U , а также темп разогрева V (табл. 2.6,	рис. 2.10,
2.11).
Необходимое количество тепла на начальном периоде разогрева
можно определить по следующей зависимости:
Qсун =Uн τI′ (tтс −tисх ),	(2.20)
20

где Uн	– условный параметр,				характеризующий теплопередачу тепла от
охлаждающей жидкости к силовой установке и теплоотдачу тепла в
окружающую среду, а также другим присоединенным массам двигателя
на начальном		периоде разогрева (рис. 2.10);							τI′ –	время		разогрева
силовой установки на начальном периоде (см. рис. 2.9), ч; tтс –
температура двигателя в точке условного перехода от начального к
эффективному периоду разогрева, °С.
	1,40
	1,20
	1,00							И
ч	0,80
ч				1
/0С				1
/0С	0,60
U, кВт	0,60
U, кВт	0,40
	0,40					Д
	0,20		2			Д
	0,20		2	А
	0,00			А
	0,00
	-2	-6	-10 -14 -18				-22	-26	-30	-34	-38	-42
			б			t	, 0С
							исх
Рис. 2.10. Зависимостииусловного параметра U от температуры исходного
состояния двигателя на начальном и эффективном периодах разогрева:
	1 – начальный период; 2 – эффективный период разогрева
	С
Значение температуры двигателя в точке условного перехода от
начального к эффективному периоду разогрева можно определить, зная
значения темпов разогрева по формуле

tтс = tисх +Vн τI′,

(2.21)

где Vн – темп разогрева на начальном периоде (рис. 2.11), ºС/мин; τI′ –

время начального периода разогрева силовой установки (см. рис. 2.9), мин.

	6,00
	5,00										2
											2
	4,00
V, 0С/ мин	3,00
V, 0С/ мин	2,00			1
	1,00
	0,00
	-2	-6	-10	-14		-18		-22		-26	-30	-34	-38	-42
							t		, 0С
								исх
Рис. 2.11. Зависимости темпа V от температуры исходного состояния
	двигателя на начальном и эффективном периодах разогрева:
										И
	1 – начальный период; 2 – эффективный период разогрева
						Д
	Количество тепла, нео ходимого на эффективном периоде разо-
грева, можно определить по следующей зависимости:
					А
					э			′′
			б					′′	(tг −tтс ),					(2.22)
				Qсу =Uэ			τI		(tг −tтс ),					(2.22)
			и
где Uэ – условный параметр, характеризующий теплопередачу тепла от
охлаждающей жидкости к силовой установке и теплоотдачу тепла в
окружающуюСсреду, а также другим присоединенным массам двигателя
на эффективном периоде разогрева (см.									рис. 2.10); τI′′			– время разогрева
силовой установки на эффективном периоде (см. рис. 2.9), ч.
	Техническую производительность подогревателя по составляю-
щим начального и эффективного периодов разогрева можно определить
по следующей зависимости:

Псу = Псун + Псуэ ,

(2.23)

где Псун – техническая производительность подогревателя на начальном периоде разогрева, кВт; Псуэ – техническая производительность подогревателя на эффективном периоде разогрева, кВт.

Техническую производительность подогревателя Ппотр , рассчи-

танную с учетом теплопередачи и теплоотдачи в течение 1 ч работы, можно определить по формуле

Ппотр = Псу + Пож + Пм ,

(2.24)

где Пож – техническая производительность подогревателя в течение 1 ч его работы для разогрева только охлаждающей жидкости, кВт;

Пм – техническая производительность подогревателя в течение 1 ч его
				И
работы для разогрева только моторного масла, кВт.
Таким образом, определив потребное количество тепла, можно
			Д
осуществить выбор подогревателя жидкостного по его тепловой про-
изводительности.
		А
	б
и
С

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
07.01.20211.08 Mб01352.pdf
#
07.01.20211.08 Mб01353.pdf
#
07.01.20211.08 Mб21354.pdf
#
07.01.20211.08 Mб351355.pdf
#
07.01.20211.08 Mб41356.pdf
#
07.01.20211.08 Mб41357.pdf
#
07.01.20211.08 Mб41358.pdf
#
07.01.20211.08 Mб11359.pdf
#
07.01.2021307.55 Кб0136.pdf
#
07.01.20211.08 Mб351360.pdf
#
07.01.20211.08 Mб111361.pdf