книги из ГПНТБ / Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания

Возможности повышения ре с помощью охлаждения надду­ вочного возЯ^ха показаны на рисунках 63 и 64. Расчеты выпол-

=0,35 -н 0,4.

Сприменением охлаждения воздуха можно обеспечить пря­ мую пропорциональность между ре и рк (рис. 63). Без охлажде­

Точнее эффект охлаждения наддувочного воздуха в поверх­ ностных охладителях с целью увеличения, плотности воздушного заряда цилиндров р можно оценить отношением

Рк— Ьрх

100

где индексы вн относятся к двигателю с наддувом, а внх —• к двигателю с наддувом и охлаждением наддувочного воздуха.

При двухступенчатом наддуве и промежуточном охлаждении величины рк — Арх = рх и Тк — АТХ = ТХ должны заменяться ве­ личинами давления и температуры воздуха перед поршневой частью с учетом сту­ пенчатого сжатия и промежуточного ох­ лаждения.

Изменение значения

GBHX в зависимости от величин потери давле­ ния Арх и понижения температуры воздуха АТх для различных зна­ чений рк и г|к = 0,8 пред­ ставлено на рис. 65.

Расчеты показали, чтсупри изменении рк в пределах от 0,13

до 0,25 МН/м2 величина GBBX мало меняется и практически мо­ жет не учитываться.

На рис. 65 можно выделить область, в которой охлаждение наддувочного воздуха термодинамически оправдано, и область, которую условно целесообразно назвать «запретной». К послед­

ней относится участок, в пределах которого GBHx ^ l . Этот учас­ ток невелик, так как отсутствие относительного роста воздуш­ ного заряда возможно только при сравнительно редко встречаю­ щихся высоких сопротивлениях охладителя и одновременно низких перепадах температур АТх < 20К. Если же учесть затра­

101

ты энергии на перемещение воздуха и воды в охлаждающем устройстве, то получим уточненную границу запретной области. С этой целью в нижней половине графика на рис. 65 построена зависимость относительных затрат мощности N;irpINi на функ­ ционирование системы охлаждения воздуха от перепада темпе­ ратур АТх.

величины воздушного заряда цилиндра, то, зеркально отобразив график нижней половины рисунка на его верхнюю половину, по­

лучим разграничение поля GBlsK=f(ATx; Арх) на область, в ко­ торой оправдано охлаждение наддувочного воздуха, и «запрет­ ную» область /, в которой потери на охлаждение воздуха тако­ вы, что выигрыша в эффективной мощности двигателя не будет.

Удобно оценивать изменение GBI1X в функции относительных па­

дений давления Арх и температуры АТХ (рис. 65).

Результаты экспериментальных и расчетных исследований показывают, что мощность комбинированного двигателя внут­ реннего сгорания возрастает на 2—4% при понижении темпера­

ность воздушного заряда, позволяет, при прочих равных услови­ ях, уменьшить давление наддува и, следовательно, снизить за­ траты энергии на наддув.

С ростом ре увеличивается эффективность охлаждения воз­ духа, а при степени повышения давления в компрессоре Яя/^З

воздуха. Кроме того, при наддуве без охлаждения воздуха ухуд­ шается форма термодинамического цикла из-за появления

двигателе с наддувом типа ЯМЗ охлаждение воздушного заряда цилиндров привело к увеличению массы воздуха, подаваемого в двигатель, коэффициента а в процессе горения и повышению эффективного к. п. д. на 2—4% по сравнению с теми же пока­ зателями двигателя без охлаждения наддувочного воздуха [27]. Форсирование тепловозного дизеля 10Д 20,7/2 X 25,4 (заводская

(10Д100) позволило увеличить цилиндровую мощность в первом на 25 и во втором на 50%, причем из-за охлаждения воздуха удалось сохранить тепловую напряженность на уровне прототи­ па при очень незначительном увеличении механической напря-

102

женности. На двигателе типа ЧН 30/38 (1Д42), у которого сни­ жение температуры воздуха в охладителе достигает 80—ШОК, цилиндровая мощность увеличена относительно прототипа более чем в 2 раза [2].

охлаждение внутри цилиндров поршневой части; охлаждение вне цилиндра.

Охлаждение в цилиндрах поршневой части основано на по­ нижении температуры сжатого воздуха при его расширении, на­ пример, по методу Миллера. Этот способ охлаждения нашел применение на двигателях ЧН 34,3/41,9 фирмы Нордберг. Эффек­ тивность охлаждения воздуха внутри цилиндров улучшается при его сочетании с охлаждением вне цилиндров.

Значительно более распространенное охлаждение вне цилинд­ ров осуществляется главным образом:

в рекуперативных теплообменниках (регенеративные тепло­ обменники в системах комбинированных двигателей пока ис­ пользуются редко);

вследствие испарения жидкости, впрыскиваемой в наддувоч­ ный воздух до или после компрессоров;

в водоконтактных аппаратах, в которых эффект охлаждения воздуха достигается при контакте его с прокачиваемой поперек

Наиболее распространено охлаждение наддувочного воздуха в поверхностных охладителях рекуперативного типа, в которых по одну сторону поверхности циркулирует сжатый воздух, а по другую — охлаждающая жидкость (главным образом вода или атмосферный воздух).

ПОВЕРХНОСТНЫЕ (РЕКУПЕРАТИВНЫЕ) ОХЛАДИТЕЛИ

Поверхностные охладители с водой в качестве холодильного агента применяются на многих отечественных тепловозных и су­ довых комбинированных двигателях.

На двигателе 16ДН 23/30 (11Д45) пассажирского тепловоза ТЭП-60 охладитель воздуха помещен между первой и второй ступенями наддува. В этом случае промежуточное охлаждение уменьшает, кроме того, работу сжатия и соответственно затраты мощности на привод компрессора второй ступени наддува. На двигателях фирмы Нордберг и других устанавливаются два ох­ ладителя, т. е. по охладителю за каждой ступенью наддува. Эко­ номия мощности на сжатие наддувочного воздуха тем заметнее, чем выше я к и ниже т(к-

103

На двигателях типа ДН 20,7/2 X 25,4 (9Д100 и 10Д100) охладитель воздуха размещен за компрессором второй ступени наддува. При таком расположении охладителя не используются преимущества, связанные с уменьшением затрат мощности на наддув, но появляется возможность сокращения охлаждающей поверхности благодаря большому температурному напору и плотности воздуха. Как показывает практика, размещение охла­ дителя между компрессорами первой и второй ступеней наддува получило довольно широкое распространение. Целесообразность

этого подтверждают и расчеты эффективности двигателей с охлаждени­ ем воздуха [22].

Рекуперативные охла­ дители по конструктив­ ным особенностям можно разделить на пластинча­ тые и трубчатые. Послед­ ние, в свою очередь, раз­ деляются на следующие группы:

с гладкими трубками круглого сечения;

с трубками круглого сечения, обвитыми прово­ лочной спиралью, припаи­ ваемой к стенкам трубок; с оребренными труб­

ками круглого сечения; с трубками овального

сечения и плоскотрубча­ тые с оребрением.

В качестве примера пластинчатого охладителя рассмотрим охладитель двигателя 16ДН 23/30 (11Д45). Поверхность охлаж­ дения охладителя образована 112 гофрированными листами (пластинами). Два гофрированных листа, сваренных с двух сто­ рон роликовой сваркой, образуют ряд каналов, по которым дви­ жется вода (рис. 66). Воздух протекает перпендикулярно дви­ жению воды по каналам, образованным после сварки между собой двух пар гофрированных листов. К пластинчатому пакету воздух подводится сверху и выходит снизу к входному патрубку приводного компрессора. Подвод и отвод воды осуществляется с одного и того же торца охладителя. Таким образом получает­ ся перекрестный ток рабочих тел в охладителе (по воздуху — одноходовой, по воде — двухходовой).

Аналогичные или близкие по конструкции охладители уста­ новлены на отечественных двигателях 12ДН 23/30 (40Д), ЧИП 16/17, типа ЧН 18/20, двигателях типа AGO французской

104

фирмы SACM и др. Высокие теплотехнические и массогабарит­ ные показатели этих охладителей (табл. 1) обеспечили им широ­ кое распространение в автомобилестроении и других областях техники \ Однако при эксплуатации на тепловозах в пластинча­ тых охладителях появлялась течь воды в воздушную полость. Для судовых двигателей это особенно опасно, так как водяная полость охладителя находится под давлением забортной воды. В связи с этим на двигателе тепловоза ТЭП-60 и некоторых дру­ гих пластинчатый охладитель заменен трубчатым, технология изготовления которого обеспечивает большую надежность в экс­ плуатации. Охлаждающая поверхность нового охладителя со­ ставляется из круглых трубок с ребрами, изготовленными накат­ кой. Часть такой трубки показана на рис. 67.

280 круглых латунных трубок 4. Их наружный диаметр равен 10 мм, а внутренний 8 мм. Трубки укреплены в двух (нижней и верхней) трубных досках 1, образующих совместно с боковыми гофрированными стенками и крышками 2 остов охладителя. Рас­ положение трубок — коридорное. Стабильность расстояния меж­ ду трубками обеспечивается пластинами 3, сквозь отверстия в которых проходят трубки. Специальные дистанционные втулки, устанавливаемые на трубки между пластинками, фиксируют по­ ложение последних. Охладитель и по воздуху, и по воде одно­ ходовой.

1 Разработан пластинчатый охладитель для охлаждения масла в системе отечественного судового двигателя мощностью 6620 кВт.

105

Поэтому в них используют цилиндрические (с круглым сечени­ ем) трубки, а максимальный эффект охлаждения стремятся по­ лучить увеличением поверхности теплообмена. Так, например, на двигателях типа ДКРН 74/160 и ДКРН 50/100 охладители над­ дувочного воздуха встроены в продувочные ресиверы. Охлаж­ дающая поверхность формируется U-образными цилиндрически­ ми латунными трубками с прямоугольными медными пластина­

у охладителей тепловозных двигателей она равна 0,014 м2 и даже меньше.

Основные показатели водовоздушных охладителей некоторых известных двигателей приведены в табл. 1. Для сравнения там же помещены данные о воздуховоздушном охладителе двигателя 6ЧН 31,8/33 (2Д50).

В таблице наряду с параметрами теплоносителей, величина­ ми теплообменных поверхностей и конструктивными характери­ стиками охладителей, приведены нормированные ГОСТом 10598—63 коэффициенты, а также некоторые другие оценочные критерии.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ

ние действительного количества тепла, переданного наддувочным воздухом охлаждающей воде, к тому максимально возможному количеству тепла, которое было бы отдано воздухом при охлаж­

рактеризует степень отвода тепла к охлаждающему агенту и по ГОСТу не должен быть ниже 0,7).

2.Потеря давления воздуха в охладителе Арх, которая по

ГОСТу не должна превышать 4903 Н/м2 для трубчатых и 5880 Н/м2 для пластинчатых охладителей; параметр Дрх исполь­

зуется часто в выражении (1—А/?*)=——^ ■ = т)гх, характе­

ризующем аэродинамические качества охладителя и получившем наименование гидравлического к. п. д.

3. Показатель энергетической эффективности охладителя Е =

GBCp&Tx

работе за единицу времени, затрачиваемой на привод агрегатов, обеспечивающих перемещение рабочих тел в охладителе; ГОСТом предусмотрено, что величина Е для трубчатых охлади­ телей не должна быть меньше 40, а для пластинчатых 15.

ПО