Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.54 Mб
Скачать

180

§ 16. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ

Назначение и классификация систем охлаждения дизелей

Система

охлаждения служит для

отвода

тепла от деталей

дви­

г а т е л я , нагревающихся

от соприкосновения

с горячими

газами

или

вследствие

трения, и

поддержания

в них

допустимой

температуры.

В систему охлаждения в зависимости от быстроходности и мощности

дизеля отводится от 15 до 35% тепла, образующегося

при сгора ­

нии топлива. Температурный режим системы охлаждения

оказывает

значительное влияние на работу дизеля. При повышении темпера­

туры выходящей воды до 100

- ІІ5°С увеличивается мощность

дви­

г а т е л я , снижается

удельный

расход топлива, уменьшается износ

стенок цилиндра,

снижается

разность температур внутренних

и

наружных стенок цилиндров и,

следовательно, уменьшаются темпе­

ратурные напряжения. Верхнее

значение температуры воды

на

вы­

ходе из дизеля ограничивается

термостабильностью масла

и

нахо­

дится в пределах 85 -

95°С. Влияние

режима охлаждения на р а ­

боту дизеля подробно

рассматривается в § 22.

По способу отвода

тепла системы

охлаждения подразделяются

на воздушные и жидкостные. Жидкостные системы охлаждения могут быть гермосифоиными (безнасосными), насосными и испарительными (высокотемпературными). Воздушные системы охлаждения применяют­ ся в небольших стационарных дизелях. Ребристая поверхность ци­ линдров охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором. Воздушные системы охлаждения надежны в эксплуатации, просты в обслуживании и компактны. К их недостаткам следует отнести вы­ сокий расход смазки и шум, а также ненадежный пуск дизеля при низких температурах.

В термосифонной системе охлаждения вода циркулирует благо ­ даря изменению ее плотности при нагреве. Э,ту систему охлажде­ ния применяют для двигателей малой мощности. Недостатком этой системы является значительный расход охлаждающей воды и пере ­ грев головки блока цилиндров.

Наиболее широко распространены жидкостные системы охлажде­ ния, при которых температура деталей дизеля поддерживается на необходимом уровне путем охлаждения их принудительно циркули­ рующей водой. Эти системы охлаждения разделяются на проточные и замкнутые.

181

Рис.61

 

182

 

 

 

Типичные

схемы охлаждения дизелей

приведены на

р и с . 6 1 . При

проточной системе охлаждения вода из

водопровода,

напорного

бака или водоема (рис . 61 а) нагнетается водяным насосом

3 ч е ­

рез маслохолодильник 2 в нижний пояс

зарубашѳчного простран­

ства каждого

цилиндра двигателя I , а

затем поднимается

кверху

и охлаждает

верхний пояс . Таким образом, вода охлаждает

в пер­

вую очередь менее нагретые части цилиндра, благодаря чему д о ­ стигается уменьшение термических напряжений в деталях. Далее вода поступает в головку блока, охлаждая нагретые стенки камер сгорания и форсуночные колодцы. Затем вода охлаждает выпускной коллектор, а потом сливается в канализацию или водоем через водоотводящий патрубок. В большинстве случаев при проточной систене охлаждения, во избежание интенсивного образования накипи, температура охлаждающей воды на выходе дизеля должна быть не более 55°С. При этом перепад температур входящей в двигатель и

выходящей из него воды обычно

составляет 15 - 2 0 ° .

Наружная

температура входящей в дизель

воды поддерживается

смешением

ее с горячей водой, выходящей

из дизеля и

направленной к

вхо ­

дящей воде по обводной трубе

через байпас

4.

 

 

Постоянство температуры выходящей воды

поддерживается

авто ­

матически специальным прибором (терморегулятором) или вручную кранами путем изменения количества горячей воды, добавляемой к холодной. Чтобы избежать образования в системе охлаждения скоп­ ления пара,так называемых паровых мешков, которые могут вызвать местный перегрев деталей, в самой верхней точке головки делают пароотводящую трубку для выхода пара. Такая система охлаждения называется открытой. Одним из главных недостатков проточной си­ стемы охлаждения является повышенное загрязнение внутренних по ­ лостей системы механическими примесями, что ухудшает теплооб­ мен между нагретыми деталями и водой.

Одноконтурная циркуляционная открытая схема (рис.61 б) с охлаждением воды в градирне или брызгальном бассейне 6 в тех ­ ническом отношении почти не отличается от проточной. Положи­ тельной стороной этой схемы является небольшой удельный расход добавочной воды. Для лучших температурных условий работы, осо ­

бенно

зимой, когда возможно переохлаждение циркулирующей воды,

рекомендуется иметь байпас

4 такого же типа и назначения, как

и для

проточной

схемы.

 

Одноконтурная циркуляционная закрытая схема с охлаждением

воды в

радиаторе

(рис.61 в)

является во всех отношениях наибо-

183

лее совершенной. Нормальная работа такой схемы требует,чтобы система охлаждения была заполнена чистой и мягкой (дождевой, снеговой, конденсатом, кипяченой или химически обработанной) водой. Расширительный бак 7 компенсирует объем системы после

нагрева и расширения воды.

 

 

 

 

В замкнутой открытой системе охлаждения, когда верхняя

часть радиатора 8 непосредственно сообщается с атмосферой,

температура

охлаждающей умягченной воды должна быть

не выше

85 - 90°С.

В некоторых дизелях

с целью

уменьшения

расхода

охлаждающей

воды на испарение

система

охлаждения

не

сообщается

с атмосферой. Такая система охлаждения называется закрытой.

Давление паров в таких системах

поддерживается

паровоздушным

клапаном в пределах 1,2 - 1,3

к Г с / с м 2 .

 

 

 

 

 

Двухконтурная циркуляционная

схема с

охлаждением

воды

в

бойлере, водоводяном холодильнике или эвапораторе (рис . 61

г )

по своим возможностям равноценна

закрытой

одноконтурной

схеме

с радиатором. Она более экономична, легко

поддается

автомати­

зации, удобна в регулировке,

но

более сложна и

требует

больших

капитальных затрат и внимания при обслуживании. Первый контур двухконтурной циркуляционной схемы ( 9 - 3 - 2 - 1 - 9 ) должен быть заполнен мягкой и чистой водой. Контур обязательно снаб ­ жается расширительным баком 7, который устанавливается в верх­ ней точке, если система не разомкнута, или в нижней, если она разомкнута. Второй контур работает на чистой воде с ограничен­

ной

жесткостью. Этот контур может работать как на проток, так

и с

охлаждением циркулирующей в нем воды в градирне,

бассейне

или

подходящем

водоеме.

 

 

В дизелях

войсковых ДГУ целесообразно внедрение

высокотем­

пературных испарительных систем охлаждения. Высокотемператур­ ные системы охлаждения обеспечивают высокую экономичность и меньшие температурные напряжения в деталях КШМ дизелей. Схема такой системы представлена на рис.61 д . Из емкости I насосом 2 вода нагнетается в закрытую систему охлаждения дизеля 3. Дрос­ селирующий клапан 4 обеспечивает необходимое избыточное давле ­ ние в системе, определяющее температуру кипения воды. Через дросселирующий клапан 4 перегретая вода поступает в испари­

тель

5.

Пары воды насосом 6 отсасываются из испарителя и по ­

даются

в

теплообменник

- конденсатор 8.

Теплота конденсации

отводится

в атмосферу

потоком воздуха,

создаваемом

вентиля­

тором

9.

Насос 6 может

отсутствовать, в

э/гом случае

отсос па -

184

ров из испарителя 5 в конденсатор 8 и исключение кавитации на

колесе

насоса 2 будет осуществляться за счет гидростатического

напора столба жидкости между конденсатором 8 и

насосом

2 .

Р а ­

ботоспособность системы сохраняется и в случае

прекращения

р а ­

боты вентилятора 9. В этом случае отвод тепла

осуществляется

за счет выпуска части пара в атмосферу через клапан 7.

Время

работы системы в таком режиме определяется емкостью бака I .

 

Схема системы охлаждения стационарного

дизеля

 

 

На рис.62 представлена система охлаждения

дизель - генера­

тора 7

ДІОО, выполненная по двухконтурной циркуляционной

с х е ­

ме с охлаждением воды в водоводяном холодильнике. Контур умяг­ ченной воды включает расширительный бак 2, холодильник масла 7,

в систему \, ' смазки

Рис.62

холодильник воды 6, водяные насосы 4 и 12, а также трубопрово­ ды подвода воды и другие вспомогательные устройства и арматуру.

Расширительный

бак умягченной воды 2 емкостью

600 л оборудо­

ван

переливным

и дыхательным

трубопроводами,

электронагревате­

лями

I и реле

уровня РУС-З.

Бак 2 соединен трубопроводами с

насосом 4, холодильником 6 и пароотводной трубкой с дизелем. Центробежный насос 4 имеет привод от электродвигателя постоян­ ного тока и предназначен для прокачки нагретой воды (теплоноси­ теля) через змеевик маслосборного бака 3 с целью подогрева в

185

нем масла для поддержания дизеля в состоянии горячего резерва . Одновременно насос 4подает воду и к всасывающему трубопроводу насоса 12 во внутреннюю систему дизеля, минуя холодильник в о ­ ды 6. При пуске двигателя начинает работать насос 12. При этом

насос 4- автоматически отключается. Насосом 12

вода,

нагнетаемая

во внутреннюю систему охлаждения, прокачивается

через регулятор

температуры 5, холодильник 6, обратный клапан

и

возвращается к

насосу 12. Количество воды, проходящей через

холодильник

мас­

ла 7 и холодильник воды 6,

изменяется автоматически

соответст ­

венно регуляторами 5 и 8,

чем обеспечивается

необходимый

темпе­

ратурный режим двигателя на различных нагрузках. Для создания подпора в системе бак 2 расположен выше двигателя и соединен с

всасызающим трубопроводом насоса

12.

 

 

 

Контур технической воды системы охлаждения включает брыэ-

гальный бассейн I I , резервуар технической воды

10,

холодильник

воды 6, холодильник масла 7, насос технической воды

9,

а также

трубопроводы подвода воды и другие

вспомогательные

устройства

и арматуру. Брызгальный бассейн

I I

предназначен

для

охлаждения

технической воды, поступающей в резервуар 10. Он оборудован

трубами летнего и зимнего сброса

с

задвижками,

сливной

трубой

и сороудѳрживающей сеткой. Железобетонный резервуар техниче­

ской

воды емкостью 50 м 3 расположен за

пределами сооружения

ДЭС и

оборудован наливными и заборными

трубопроводами с прием­

ными сетками и указателем уровня. Центробежный насос 9 приво­ дится электродвигателем и служит для обеспечения циркуляции технической воды. При работе насоса 9 вода забирается из р е ­ зервуара 10 и нагнетается последовательно в масляный холодиль­

ник 7,

водяной

холодильник 6 и поступает на сброс в брызгаль­

ный бассейн I I .

 

 

 

Способы регулирования

температуры воды

Устройства

автоматического контроля и регулирования темпе­

ратуры

воды обеспечивают поддержание

заданного температурного

режима в системе охлаждения и смазки независимо от нагрузки и колебаний внешних температурных условий.

Основными требованиями

к

динамике температурного

регулиро­

вания

являются:

 

 

 

 

 

I )

забросы температур

при

переходе

с одного

нагрузочного

режима

на другой не должны

превосходить

5°С от

границ

зоны не -

 

 

186

 

 

 

 

равномерности

для предотвращения перебоев

в

циркуляции, интен­

сивного отложения накипи и переохлаждения;

 

 

 

2) при работе двигателя на установившемся режиме амплитуда

колебаний температуры воды не

должна превышать I -

2°С;

3) время установления температуры при

изменениях

нагрузки

должно быть возможно меньшим.

 

 

 

 

 

К способам

регулирования температуры

воды относят

следую­

щие :

 

 

 

 

 

 

1 . Способ

дросселирования,

при котором,

изменяя

сопротив­

ление гидравлического тракта, регулятор меняет производитель­ ность водяного насоса и этим поддерживает примерно постоянную

температуру воды на выходе из дизеля. Недостатком

данного

спо ­

соба является нарушение нормальной циркуляции при

малых

на ­

грузках .

 

 

2 . Способ перепуска, при ютором через дизель

циркулирует

постоянное количество воды. Регулирование температуры осущест­ вляется перепуском части горячей воды, выходящей из двигателя,

обратно

к насосу,

минуя теплообменник.

 

 

3. Способ обвода

(воздействия

на внешнюю охлаждающую

с р е ­

д у ) ,

при

котором регулятор, реагируя на изменение температуры

воды

или

масла в циркуляционной системе, управляет потоком

с в е ­

жей

воды

или воздуха,

проходящим

через теплообменник.

 

 

В динамическом

отношении способ перепуска обладает преиму­

ществами по сравнению со способом воздействия на внешнюю среду. Рассмотрим основные типы терморегуляторов. Терморегуляторы

бывают недистанционного и дистанционного действия. Недистанционные терморегуляторы (иногда именуемые термо­

статами) представляют собой устройства, в которых чувствитель­

ный элемент и регулирующий орган (клапанная система)

жестко

связаны

в едином конструктивном у з л е . На рис.63 а

представлена

принципиальная схема двухклапанного терморегулятора

недистан­

ционного

типа.

 

 

Чувствительный элемент (сильфон) I заполнен температуро-

чувствительной жидкостью (фреоны, смеси спирта и

эфиров), д а в ­

ление насыщенных паров которой связано определенной зависимо­ стью с температурой. Открытие клапанов 2 зависит от темпера­ туры среды. Если температура воды оказывается ниже +70°С, кла ­ паны термостатной коробки обеспечивают поступление воды по о б ­ водному трубопроводу 3 в холодильник масла, минуя водо-водяной холодильник. При температуре воды +85°С доступ воды через о б -

187

водной трубопровод полностью перекрыт. В этом случае вода про­ ходит сначала через водо-водяной холодильник, охлаждается и затем проходит в холодильник масла. При температуре воды выше +70°С, но ниже +85°С, происходит перераспределение воды на два. потока: по обводному трубопроводу и в водо-водяной холодильник.

От двигателя

а)

Рис.63

Дистанционные терморегуляторы (рис.63 б) отличаются тем, что клапанная система представляет собой один конструктивный узел - регулирующий орган, а чувствительный элемент - другой. Дистанционная связь регулирующего органа 2 с чувствительным

188

элементом 8 осуществляется через сильфон I капиллярным трубо­ проводом 4 .

 

 

§

17.

СИСТЕМЫ НАДДУВА ДИЗЕЛЕЙ

 

 

 

 

Наддув

как

метод

повышения

мощности

двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Степень

наддува

 

 

 

 

 

 

Из формулы

(39) следует,

что

повышение

мощности двигателя

может быть достигнуто

за

счет

увеличения

числа цилиндров

z

,

диаметра

цилиндров

D

,

числа

оборотов п

,

хода

поршня

S

и

среднего

эффективного

давления р

. Основные способы

повышения

мощности

практически

уже

использованы и

в

отдельных

случаях

достигли

своих оптимальных или близких к ним значений.

При

этом нельзя забывать,

что повышение значения какого-либо одного

или нескольких входящих в формулу мощности

параметров

неизбеж­

но ведет

к ухудшению

значения

других технических

показателей

дизеля .

Например, увеличение числа оборотов и скорости поршня

ведет к

снижению моторесурса,

увеличение

диаметра цилиндра

-

к ухудшению условий охлаждения, увеличение

хода

поршня -

к

 

росту габаритов двигателей и

т . д .

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее эффективным и распространенным способом повышения мощности является увеличение среднего эффективного давления за

счет

более полного принудительного заряда цилиндра воздухом.

Мощность в этом

случае повышается за

счет увеличения дозы в о з ­

духа

и топлива,

подаваемых в цилиндр.

Такой метод повышения

мощности называется наддувом двигателя. Вследствие сжигания

большой

дозы топлива

при наддуве повышается

давление газов на

поршень

и среднее

эффективное давление

р .

 

Степень яаддува характеризуется отношением среднего эффек­

тивного

давления

двигателя

при наддуве

рен

к среднему эффек­

тивному

давлению

ре

без

наддува:

 

 

б"

= Ьа .

(62)

*

Ре

 

Классификация систем наддува. Устройства для продувки и наддува

Классификация систем наддува двигателей может быть произ­ ведена по следующим признакам: по роду источника энергии для

 

 

 

189

 

наддува,

по степени

наддува

и по типу

нагнетателя. По роду и с ­

точника

энергии для

наддува

двигателей

различают наддув от

приводного нагнетателя (механический), газотурбинный, комбини­ рованный, инерционный и резонанасный.

При механическом наддуве (рис .64) наддувочный агрегат объ­ емного или лопастного типа приводится в движение от коленча- ,. того вала двигателя непосредственно или через какую-либо пере ­

дачу

(зубчатую

 

или

цеп­

 

ную). Часто нагнетатель 2

 

соединен

с

редуктором I

 

центробежной фрикционной

 

муфтой

3.

 

Эта

 

система

 

применяется

обычно

для

 

давления

наддува

рк

не

 

выше

1,6

-

1,7

кГс/см^,

 

так

как

при

больших

рк

 

мощность,

 

затрачиваемая

 

на привод

 

наддувочного

 

агрегата,становится

слиш­

 

ком

значительной

(свыше

 

• 10% от N-

). Степень

над­

 

дува

при

данной

системе

 

достигает

значений,

р а в ­

 

ных

1,2

-

1,3.

Общее по­

 

вышение мощности при ме­

 

ханическом

наддуве

с о ­

 

ставляет

20

-

30%. Недо­

Рис.64

статок

такого

 

способа

 

 

наддува

состоит

в

том, что количество нагнетаемого в цилиндр

воздуха

зависит

от

числа оборотов вала дизеля, а не от нагруз ­

ки, т . е .

подача воздуха в цилиндр при данных

числах

оборотов

будет одинакова на холостом ходу и при максимальной

нагрузке.

Для правильной же организации рабочего процесса дизеля

необхо­

димо, чтобы под нагрузкой подавалось воздуха больше,

чем

на

холостом

ходу.

 

 

 

 

 

 

При газотурбинном наддуве сжатый воздух подается центро­

бежным

или осевым нагнетателем, приводимым в движение

газовой

турбиной, использующей отработавшие газы двигателя.

Схема ч е ­

тырехтактного

дизеля с газотурбинным

наддувом

приведена

на

р и с . І .

Система

газотурбинного наддува

является

наиболее

эффек-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ