2514

вода). Нижняя часть сильфона прикреплена к корпусу. На верхней части сильфона расположены два клапана 7 и 4. При непрогретом двигателе клапан 7 закрыт, а клапан 4 открыт и жидкость идет к насосу через окно 5. При прогреве жидкость в сильфоне испаряется, сильфон удлиняется, клапан 4 прикрывается, а клапан 7 открывается и жидкость идет к радиатору. На рис. 20.3 показан термостат с твердым наполнителем, а на рис. 20.6 – программируемый термостат, в котором электронный блок управления подает на термосопротивление 6 напряжение и термостат открывается. Диапазон регулирования от 85С (частичный нагрев) до 110 С.

Рис. 20.7. Программируемый термостат с твердым наполнителем: 1 – рабочий поршень; 2 – твердый наполнитель; 3 – регулирующий элемент; 4 – интегральный корпус; 5 – электрический разъем; 6 – термоэлемент; 7 – седло основного клапана; 8 – основной клапан; 9

– пружина основного клапана; 10 – опора пружины основного клапана; 11 – пружина перепускного клапана; 12 – перепускной клапан; 13 – седло перепускного клапана

Электронный блок анализирует показания следующих датчиков:

–нагрузки двигателя;

–частоты вращения;

120

–скорости движения автомобиля;

–температуры окружающей среды;

–температуры охлаждающей жидкости.

Регулирование теплоотвода может производиться за счет изменения расхода воздуха через радиатор, либо жалюзями у радиатора, либо вентилятором. Наиболее рационально изменение привода вентилятора либо с помощью гидравлических или электромагнитных муфт, при приводе его от коленчатого вала либо от отдельного электропривода.

Лекция 21. Радиаторы

Радиатор состоит (рис. 21.1) из верхнего и нижнего баков, между которыми расположен набор трубок, объединенный пластинами или лентами в один узел, называемый решеткой.

Различают радиаторы одноходовые и двухтрехходовые. В одноходовых жидкость поступает из верхнего бачка в нижний по всем трубкам одновременно. Они имеют наибольшую тепловую эффективность и наименьшее гидравлическое сопротивление.

Для автомобилей и тракторов используют трубчато-пластинчатые

итрубчато-ленточные радиаторы (см. рис. 21.1). Материал для трубок

ипластин либо алюминиевый сплав, либо латунная лента Л-68 или Л- 90 толщиной до 0,15 мм. В трубчато-ленточных радиаторах ленту применяют из меди М-3 толщиной 0,05…0,1 мм. Для оценки радиаторов применяют три группы показателей:

1.Фронтальная по-

верхность (площадь поверхности охлаждения) Fохл = H B; где Н – высота; B – ширина и L – глубина.

2. Геометрические размеры и форма каналов, их расположение, шаг каналов по фронту и глубине,

метры или коэффициенты:

а) компактность поверхности охлаждения = Fохл /Vохл, м2/м3, где Vохл

– геометрический объем радиатора; б) коэффициент оребрения: от-

121

ношение поверхности охлаждения, омываемой воздухом, к поверхно-

сти, омываемой жидкостью, ор Fохл .

Fжидк

Обычно для грузовых автомобилей Fохл = 0,4 м2/кВт, а для легковых Fохл = 0,14…0,2 м2/кВт. Глубина L = 60…130 мм для автомобилей и L = 80…115 мм для тракторов.

Фронтальная площадь Fфр = 0,2…0,6 м2.

Для трубчато-пластинчатых коэффициент компактности=440…850 м2/м3, а коэффициент оребрения ор = 2,5…5,4. Для труб- чато-ленточных коэффициент компактности =1100…1200 м2/м3, а коэффициент оребрения ор = 5…11,5.

Тепловые и гидравлические характеристики радиаторов

Основная характеристика – коэффициент теплопередачи К, Вт/м2К:

где ж и в – коэффициент теплоотдачи жидкости и воздуха; – коэффициент теплопроводности трубок; – толщина стенки трубки.

В современных радиаторах влияние термического

Рис. 21.2. Коэффициент теплопередачи К и аэродинамическое сопротивление рр в зависимости от массовой скорости воздуха:

1 – шахматное расположение трубок под углом к воздушному потоку; 2 – шахматное расположение трубок; 3 – рядное расположение трубок; 4 – трубчато лен- точные-радиаторы

vв pв

кг/м2с

122

сопротивления ор/ на величину K мало, до 0,5%, поэтому для практических расчетов можно принять

Влияние на K скорости течения жидкости незначительно, а скорости воздуха (рис. 21.2) – высокое. Поэтому в инженерных расчетах можно принимать K = 0,3. При этом обычно массовая скорость воздуха РвVв и скорость жидкости в радиаторах обычно составляют соответственно 14…16 кг/(м2с) и 0,4…0,7 м/с.

Значение коэффициента теплопередачи K и гидравлических потерь тракта радиатора Рр можно оценить для различных конструкций по графикам рис. 21.2.

Используя значение K, находят площадь поверхности охлаждения радиатора, м2:

где Qж – количество теплоты, отдаваемое в охлаждающую жидкость. Для предварительных расчетов можно принять:

Qж = (600…800)Nе ккал/ч – ДсИЗ;

Qж = (200…400)Nе ккал/ч – дизели.

Для легковых автомобилей Fохл=(0,1…0,16) Nе м2. Для грузовых –

Fохл=(0,15…0,3) Nе м2,

Для тракторов –

Fохл=(0,3…0.4) Nе м2.

Расчет радиатора

В двигателе при сгорании топлива образуется теплота Qт, часть которой Qохл охлаждается через радиатор. При этом Qохл = Qж = Qв.

Производительность системы охлаждения определяется производительностью жидкостного и воздушного охлаждения. Qж = Qв или

обычно tж = 6…8 К, Gж – расход жидкости, Gж = 90…150 л/кВт.ч; Cж – коэффициент теплоемкости жидкости; vвpв – массовая скорость, равная 14…16 кг/(м2с); Fрад – фронтальная площадь радиатора, F= H B, м2; Cв = 1005 Дж/кгК – теплоемкость воздуха; tв – величина

123

св – 1005 Дж/(кг К) - теплоемкость воздуха; t0 – расчетная температура окружающей среды, t0 =45 С; tж.вых – температура жидкости на выходе из двигателя, tж.вых = 90…95 С – для открытых систем, tж.вых =(100410Рпар.ж ) 5 С – для закрытых систем; Рпар.ж – давление срабатывания парового клапана расширенного бачка, МПа.

6. Уточняется фронтальная поверхность радиатора, обычно

Fфр=0,2…0,6 м2.

В зависимости от принятой конструкции решетки задаются размерами охлаждающего элемента (рис. 21.4). Для каждого элемента трубчато-пластинчатого или трубчато-ленточного устанавливаются высота h, ширина lфр, глубина lгл.. Затем выбранную ширину В фронтальной поверхности уточняют, определив число трубок решетки

i B ; i округляют и получают B i lф ; аналогично по высоте H=k h. lф

Рис. 21.4. Охлаждающие элементы решетки радиатора: а – трубчато-пластинчатых; б – трубчато-ленточных

Число рядов трубок радиатора Fохл R , R округляют и уточня-

Fфр

ют В или Н. Определяется глубина радиатора L = lгл. При этих расчетах могут уточняться и размеры элементов радиатора h, lфр, lгл.

Величины охлаждающих поверхностей радиаторов Fохл обычно составляют для двигателей грузовых автомобилей 0,2…0,4 м3/кВт, а для легковых 0,14…0,2 м2/кВт. Глубина L автомобильных радиаторов

60…120 мм, тракторных – 80…115 мм.

Компактность поверхности охлаждения оценивают коэффициен-

125

том объемной компактности, м2/м3, Fохл , где Vохл – геометриче-

Vохл

ский объем радиатора. Обычно коэффициент объемной компактности

равен 440…850 м2/м3.

Вводится также коэффициент оребрения, равный отношению площади поверхности, омываемой охлаждающим воздухом, к по-

верхности, омываемой жидкостью, Fохл.в , обычно =2,5…5,4.

Fохл.ж

Трубчато-ленточные радиаторы обладают более высокими значе-

ниями =1100…1200 м2/м3, а =5…11,5.

Лекция 22. Вентиляторы

Для охлаждения радиаторов применяют одноступенчатые осевые вентиляторы (рис. 22.1) с количеством лопаток от четырех до восьми и диаметром от 300 до 670 мм. Выбор характеристик вентилятора определяется потребной производительностью и воздушным напоромР0 (600…800 Па), который необходим для преодоления сопротивления решетки радиатора. Обычно рабочее колесо вентилятора устанавливают в кожух – соосный цилиндр, который повышает КПД и увеличивает напор. Расстояние от вентилятора до радиатора при этом достигает 80…100 мм, а без кожуха только 10…15 мм. Окружная скорость вращения 80…125 м/с.

Вентиляторы изготавливают либо клепаными, либо литыми. Лопатки клепаных вентиляторов штампуют из листовой стали толщиной 1,25…1,8 мм, профилируют и приклепывают к крестовине под углом

Угол закрутки лопастей изменяется от основания к вершине от 95 до 30 , а КПД достигает 0,55…0,65. Ширина лопастей 30…70 мм, а для

126

большегрузных автомобилей 88…100 мм.

Расчет вентиляторов

Исходные данные: расход воздуха Gв, кг/с, на расчетном режиме:

для клепаных вентиляторов вент = 0,32…0,4; для литых вентиляторов вент = 0,5…0,65.

Чтобы весь поток от вентилятора проходил через решетку, ее делают квадратной Н = В и Fфр=В2. Тогда диаметр вентилятора, м,

Частоту вращения nвент принимают из предельного значения окружной скорости диаметра лопастей

где Рвент = Ртр, Ртр – сопротивление воздушного тракта,

Ртр = 600…1000 Па; воз – плотность воздуха, 0 106/(287 3,25) = 1,07

кг/м3; Л – коэффициент формы лопастей: Л = 2,8…3,5 – для плоских; Л = 2,2…2,9 – для вогнутых лопаток.

Жидкостные насосы

Наибольшее распространение получили одноколесные центробежные насосы с полуоткрытой крыльчаткой (рис. 21.3), имеющие 4…8 спиральных или радиальных лопаток, с одним или двумя патрубками отвода для V – образных двигателей.

Основные характеристики: Gохл – расход охлаждающей жидкости, кг/с; Рнас – напор, МПА; Nнас – потребляемая мощность; нас – гид-

127

равлический КПД. Обычно Рнас – напор = 0,05…0,20 МПа для насоса со спиральными лопатками. – КПД гидравлический, 0,6…0,7; механический КПД – 0,8..0,9.

Рис. 22.2. Жидкостный насос двигателя:

1 – болт; 2 – вентилятор; 3 – шкив; 4 – ступица вентилятора; 5 – подшипник шариковый двухрядный; 6 – винт стопорный; 7 – дренажное отверстие; 8 – крышка; 9 – уплотнитель; 10 – вал; 11 – крыльчатка, 12 – корпус; 13 – приемное отверстие шланга отопителя; 14 – приемный патрубок; 15 – прокладка; 16 – канавка; 17 – кольцо; 18 – втулка дистанционная; 19 – шайба пружинная; А – полость насоса

где Cнас= 4187 Дж/кгК; ж = 1000 кг/м3. Тж =6…12 К.

Расчетный напор насоса Рнас зависит от сопротивления в жидкостном тракте, ориентировочно находится по графику рис. 19.3, в зависимости от скорости жидкости, или приближенно Рнас 38…55 кПа.

где н = 0,8…0,9 – объемный КПД.

Входное отверстие насоса должно обеспечить заданный расход Gрнас – при известной скорости жидкости на входе в насос, иначе

128

где 2 = 8…12 – угол между векторами скоростей С2 схода жидкости с лопатки и окружной скорости u2, град (рис. 21.4); 2 – угол установки лопатки на выходе, для радиальных лопаток равен 35…50 ; г =0,6 … 0,7 –гидравлический КПД; ж –плотностьжидкости, ж =1000 кг/м3.

Радиус схода жидкости с рабочей лопатки, м,

r2 = 30u2/( nоб) = u2/ кн, (22.9)

где nоб – частота вращения крыльчатки, мин-1; кн – угловая скорость крыльчатки.

Окружная скорость нижних кромок крыльчатки, м/с, u1 = u2r1/ r2. Радиальная скорость схода жидкости с лопаток, м/с,

С2 – абсолютная скорость схода жидкости, м/с; С2 =С1/sin 2 – ширина лопаток на входе, м,

129