силовые агрегаты / Пр 4 отп

Дисциплина Силовые агрегаты

Практическое занятие 4

Система охлаждения

Учебные вопросы:

Общие положення

Система охлаждення предназначена для обеспечения оптималь­ного и стабильного теплового состояния двигателя на любом ре­жиме его работы путем принудительного отвода теплоты от его деталей. Нарушение теплового режима работы двигателя негатив­но сказывается на работе всех его систем и механизмов.

При переохлаждении двигателя растут потери на трение из-за повышения вязкости масла и интенсивность износа, ухудшается смесеобразование и сгорание, повышается выброс углеводородов, увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра, конденсация паров воды в картере усиливает коррозионный износ деталей.

При перегреве двигателя снижается вязкость масла и растут по­тери на трение, снижается прочность материалов, растут температурные напряжения и деформации деталей, вызывая их коробление и выбирая зазоры в подвижных сочленениях, уменьшается массовое наполнение, а в двигателях с искровым зажиганием также возрастает вероятность детонации.

К системе охлаждения предъявляются следующие требования:

1. Автоматическое поддержание температурного режима двигателя, независимо от режима его работы и внешних условий.

2. Быстрый прогрев двигателя до рабочих режимов.

3. Длительное сохранение температуры двигателя после его остановки.

4. Малые энергетические затраты, связанные с приводом злементов системы охлаж­дения.

5. Небольшие масса и габариты при приемлемой стоимости производства и эксплуатации.

В зависимости от вида теплоносителя, с помощью которого осуществляется отвод теплоты от двигателя, различают жидкостные и воздушные системи охлаждения.

Жидкостная система охлаждения

В автотракторных двигателях применяют жидкостные системи закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающего геплоносителя.

Рисунок 1 Схема системы охлаждения:

1 – радиатор; 2 – паровоздушная трубка; 3 – термостат; 4 – расширительный бачок; 5 – пробка расширительного бачка; 6 – рубашка охлаждения блока цилиндров; 7 – насос; 8 – вентилятор; 9 – обводной трубопровод.

Она состоит из жидкостного и воздушного трактов.

Жидкостный тракт системы включает (рис.1):

1. Рубашка 6 ох­лаждения блока цилиндров.

2. Термостат 3.

3. Радиатор 1.

4. Жидкостный насос 7.

5. Расширительный бачок 4.

6. Трубопроводы.

Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 8 и направляющих злементов тракта.

Закрытая система сообщается с атмосферой при большой разности давлений с помощью специальных клапанов. Такая система позволяет поднять давление в системе и температуру кипения охлаждающей жидкости и, тем самым, повысить рабочую температуру жидкости, что дает возможность уменьшить габариты радиатора.

Регулирование температу­ры охлаждающей жидкости осуществляется изменением массового расхода горячего и холодного теплоносителей, циркулирующих в жидкостном и воздушном трактах системы. В жидкостном тракте роль регуляторов выполняют жидкостный насос и термостат. Последний организует циркуляцию охлаждающей жидкости по «большому» кругу через радиатор (наиболее интенсивное охлаждение), по «малому» кругу через обводной трубопровод 9, минуя радиа­тор, или частично по одному и другому кругу в зависимости от степени открытия регулирующего злемента.

Расход охлаждающего воздуха зависит от скорости движения транспортного средства и, следовательно, частоты вращения коленчатого вала, а также от скорости воздуха, создаваемой вен­тилятором. Варьирование расхода воздуха при приводе вентиля­тора от коленчатого вала осуществляется с помощью гидравлической или электромагнитной муфты, изменяющей частоту его вращения. Все большее применение находят системы с автоном­ным электрическим приводом вентилятора и позиционным регулированием его производительности. Изменять расход воздуха также можно варьированием азродинамического сопротивления воздушного тракта с помощью жалюзи, установленных перед ра­диатором.

В качестве охлаждающей жидкости используют тосол − раствор этиленгликоля в воде с добавлением присадок. В отличие от воды, он обеспечивает надежную работу двигателя при низких темпера­турах и не вызывает разрушения системи.

Увеличить теплопередачу в системе можно повншением тем­пературного перепада между теплоносителями, увеличением ско­рости движения теплоносителей, совершенствованием конструк­цій радиатора в целях создания больших теплорассеивающих поверхностей или усиления турбулизации теплоносителей.

Скорость воздуха перед фронтом радиатора автомобиля, создаваемая вентилятором, составляет 6... 18 м/с, а при движении автомобиля увеличивается в зависимости от его скорости. Ско­рость охлаждающей жидкости в радиаторе — 0,4...0,7 м/с.

Однако следует учитывать, что при повышении рассматриваемых скоростей и турбулизации гидравлические потери и затрати на привод вентилятора и жидкостного насоса растут пропорционально квадрату скорости.

Радиатор является теплообменником, обьединяющим два кон­тура системьі охлаждения. В автотракторных двигателях в основном применяют трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные решетки радиаторов.

При изготовлении радиаторов для прохода охлаждающей жид­кости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной лентьі толщиной до 0,15 мм.

В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающие трубки рас-полагают по отношению к потоку воздуха в ряд, в шахматном порядке или в шахматном порядке под утлом (рис. 2, а...г). Пластины оребрения вьшолняют плоскими или волнистыми. В целях интенсификации теплоотдачи на них могут быть внполнены специальные турбулизаторы в виде отогнутых просечек, которые образуют узкие и короткие воздушнне каналы, расположенные под углом к потоку воздуха (рис., д).

В трубчато-ленточныхрадиаторах (рис. 2,е) охлаждающие трубки располагают в ряд. Ленту для решетки изготовляют из меди толщиной 0,05... 0,1 мм. В целях интенсификации теплоот­дачи создают турбулизацию воздушного потока путем выполнения на ленте фигурных выштамповок или отогнутых просечек (рис. 2,ж).

Рисунок 2 Решетки охлаждения трубчато-пластинчатых радиаторов (а – приниципиальная схема; б – рядное расположение трубок; в - шахматное расположение; г – шахматное расположение под углом к воздушному потоку; д – охлаждающая пластина с отогнутыми просечками) и трубчато-ленточных радиаторов (е – принципиальная схема; ж – охлаждающая лента)

В современннх двигателях достаточно широко используют радиаторы из алюминиевого сплава, которые дешевле и легче. Однако их тепловые свойства и надежность несколько хуже.

Вентилятор обеспечивает требуемнй расход воздуха для съема теплоты. Наиболее распространены одноступенчатые осевые вен­тиляторы с числом лопастей от четырех до восьми. Вентилятор подбирают по согласованию его характеристики с характеристикой воздушного тракта автомобиля. Рабочее колесо осевого венти­лятора устанавливают в направляющих кожухах.

Допасти вентилятора изготовляют литыми или клепаными. Ло­пасти клепаных вентиляторов штампуют из листовой стали. Они просты в изготовлении, но имеют невисокий КПД. Литые венти­ляторы изготовляют из синтетических материалов с профилированными лопастями. Они имеют существенно больший КПД. Для уменьшения шума лопасти устанавливают на ступице с переменним шагом.

Жидкостный насос подает жидкость в рубашку охлаждения. Наи­более распространены одноколесные центробежные насоси (рис. 3), имеющие 4...8 спиральных или радиальных лопаток.

Рисунок 3 Жидкостной насос:

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

Для получения более равномерного распределения потоков ох-лаждающей жидкости по рядам цилиндров У-образного двигателя иногда предусматривают два отвода из улитки насоса.

Привод насоса осуществляется от коленчатого вала ремнями или зубчатыми шкивами из металлокерамики. Мощность, затрачиваемая на привод насоса, составляет 0,5... 1 % от номинальной мощности двигателя. Герметичность подшипника насоса обеспе­чивает уплотнитель, состоящий из корпуса, резиновой уплотнительной манжеты, разжимной пружины и неподвижного графитового кольца, которое постоянно прижимается пружиной к вращающемуся торцу крильчатки.

Расширительный бачок стабилизирует уровень жидкости в рубашке охлаждения, обеспечивает прием расширяющейся жидко­сти и отделение воздуха, газов и пара из охлаждающей жидкости. Пробка расширительного бачка разьединяет закрытую систему ох­лаждения с атмосферой. В ней встроены воздушный и паровой клапаны, которые служат для стабилизации давлення в системе охлаждения. Паровой клапан открывается при избьгточном давле­ний паров жидкости 0,045...0,05 МПа и вьшускает часть их в ат­мосферу. Воздушный клапан открывается при падении давлення в системе относительно атмосферного примерно на 0,01 МПа и впускает в нее дополнительный воздух.

Воздушная система охлаждения

В автомобильных двигателях воздушного охлаждения воздух принудительно нагнетают вентилятором в межреберные канали головок и цилиндров. Для повышения теплоотдачи цилиндры и головки цилиндров оребряют. Форма и расположение ребер должны обеспечивать високий теплоотвод при минимальном гидравлическом сопротивлении. Высокие скорости циркуляции воздуха обеспечиваются осевыми вентиляторами с большим количеством профилированных лопаток. Движение воздуха организуется направляющими ограждениями − дефлекторами.

Теплоотвод в систему охлаждения для двигателей с искровым зажиганием составляет 24...30 %, а для дизелей — 20...26 %.

Воздушная система охлаждения имеет ряд достоинств:

• конст­руктивная простота,

• дешевизна производства и небольшой расход дефицитных цветных материалов,

• минимальные затраты мощности на работу агрегатов,

• быстрый прогрев после пуска,

• снижение износов,

• удобство обслуживания и зксплуатационная надежность в условиях низких температур и в пустынно-песчаной местности.

Вместе с тем ей присущи и недостатки:

• невозможность обеспечить равномерное охлаждение термически на-груженньж деталей,

• увеличение длины и высоты двигателя,

• снижение жесткости двигателя из-за индивидуального изготовления оребренных цилиндра и головки,

• повышенная шумность из-за вибрацний ребер и работы вентилятора.

В связи с повышением уровня форсированности современных двигателей, что обусловливает рост теплонагруженности деталей, формирующих камеры сгорания, применение в них данной сис­темы охлаждения проблематично.

Контрольные вопросьі

1. Сформулируйте назначение системы охлаждения.

2. К чему приводит переохлаждение и перегрев двигателя?

3. Укажите назначение основных элементов системы жидкостного ох­лаждения двигателя.

4. Как можно интенсифицировать отвод теплоты от двигателя и какие проблемы возникают при этом?

6