4.2. Обогрев воздухом и газовоздушной смесью
Воздухообогрев — один из наиболее распространенных способов, безгаражного хранения автомобилей. Так, например, он широко используется на автотранспортных предприятиях Норильска, Челябинска, Тюмени, а также при более умеренном климате, например в Москве.
Для получения горячего воздуха и подачи его к обогреваемым автомобилям площадки безгаражного храпения оборудуются специальными установками (рис. 4.8). Составными частями таких установок являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферные агрегаты), воздуховоды, соединительные рукава для подвода воздуха к агрегатам автомобиля, система контроля и сигнализации.
Рис. 4.8. Схема установки воздухообогрева:
1 — узел нагрева и подачи воздуха; 2 — диффузор; 3 — воздуховод; 4 — соединительный рукав
Калориферный агрегат – это водовоздушный, паровоздушный или огневой теплообменник, составными частями калориферного агрегата являются калориферы и вентиляторы.
Устройство для подогрева и подачи воздуха к автомобилям представляет собой водовоздушный, паровоздушный или огневой теплообменник — калориферный агрегат. В свою очередь, составными частями калориферного агрегата являются калориферы и вентиляторы. По своим техническим характеристикам они должны быть связаны друг с другом. На рис. 4.9 показан один из вариантов устройства калориферных агрегатов. Калориферы в установке могут быть соединены различными способами. Несколько вариантов разработанных схем соединения калориферов по направлению потока воды (пара) показаны на рис. 4.10. Такие схемы обладают некоторыми преимуществами, а именно; обеспечивают эффективный обмен четырьмя, пятью и шестью калориферами; дают возможность выключить из работы 50% калориферов при небольших нагрузках; исключают размораживание переднего калорифера, через который проходит наиболее холодный воздух.
Рис. 4.9. Калориферная установка:
1 — вентилятор; 2 — калорифер; 3 — конфузор; 4 — трубопровод для горячей воды; 5 — электродвигатель
Рис. 4.10. Схема соединения калориферов:
а — последовательное (прямоточное); б — последовательное (противоточное); в — параллельное; г — прямоточное при работе трех калориферов
В качестве устройств для подогрева и подачи воздуха могут быть применены калориферы, имеющие весьма большие различия по принципу действия и конструкции. Так, при применении водовоздушных калориферов используют горячую воду от ТЭЦ, от водогрейных котлов. Паровоздушные калориферы применяют тогда, когда возможно использование пара от паросиловой сети или котла с соответствующими параметрами.
Широкое распространение получили огневые калориферы двух типов. Теплообменники первого типа обеспечивают подачу чистого воздуха и имеют два изолированных канала — для чистого воздуха и для продуктов сгорания. К числу подобных калориферов относятся, например, калориферы МП-44, МП-85, МП-300. Они имеют невысокую экономичность, их КПД составляет около 0,5—0,65 (в то время, как подогрев воздуха путем добавления в него продуктов сгорания повышает КПД установки до 0,9—0,95).
Теплообменники второго типа обеспечивают подачу смеси атмосферного воздуха с продуктами сгорания. Их конструкция проще, необходимая мощность вентилятора меньше, так как сопротивление подаче воздуха в этом случае меньше. К ним относятся топки прямого действия или теплогенераторы, например теплогенератор ТГ-150, предназначенный для сельского хозяйства. Его теплопроизводительность 170—180 кВт, он обеспечивает подачу 8000 м3/ч воздуха с температурой 70—75° С. Однако применение калориферов второго типа приводит к загрязнению воздуховодов, радиатора и двигателя автомобиля (частично устранить этот недостаток можно путем перевода топки калориферов на газ).
Принципиальная схема теплогенератора типа ТГ (ЧПИ) показана на рис. 4.11. Топливный насос подает топливо в форсунку, где оно распыливается и с помощью запального устройства воспламеняется. Необходимый для горения воздух подается вентилятором. Камера сгорания имеет сложную форму, ее диаметр увеличивается в сторону конца факела. Большая часть топлива сгорает в начале камеры — в зоне А, а в зоне Б топливо догорает и продукты сгорания смешиваются с воздухом. Конструкция камеры обеспечивает хорошее перемешивание воздуха с газами и достаточно полное дожигание.
Рис. 4.11. Принципиальная схема теплогенератора ТГ (ЧПИ):
1 — топливный насос; 2 — вентилятор; 3 — форсунка; 4 — запальное устройство; 5 — камера сгорания; 6 — топливный бак
По данным Челябинского политехнического института, устойчивая и бездымная работа теплогенератора обеспечивается при общем коэффициенте избытка воздуха около 20. Температура газов на выходе достигает при этом от 80 до 150° С. Общий коэффициент избытка воздуха определяется как отношение суммарного количества воздуха, подаваемого вентилятором в зоны А и Б, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива.
Схема применения теплогенератора для обогрева автобусов показана на рис. 4.12.
Рис.4.12. Схема воздухообогрева автобусов теплогенератором:
1 — теплогенератор; 2 — воздуховод; 3 — заглушка
Использование в качестве теплоносителя пара или горячей воды, особенно при наличии централизованного теплоснабжения или котельных установок, бесспорно целесообразно. Наибольший эффект дают эти установки на крупных автопредприятиях с большим парком автомобилей. Однако на небольших автопредприятиях с небольшим парком строительство котельной может оказаться нецелесообразным. В этом случае возможно применение электрических калориферов, основу которых составляют трубчатые электронагреватели—ТЭНы. Могут также применяться низкотемпературные электрокалориферы типа НЭК, разработанные для диапазона мощностей от 10 до 200 кВт. Основу их нагревательных элементов составляет стальная трубка диаметром 8—12 мм со спиральными оребрениями, обеспечивающая нагрев воздуха до 65 ° С. Электрокалориферы имеют две или несколько групп элементов, которые можно включать в зависимости от температуры окружающего воздуха или от количества обогреваемых автомобилей.
Одним из возможных способов подогрева воздуха электричеством является применение нагревательных элементов из полимерных токопроводящих пластин (рис. 4.13). Полимерные элементы работают при напряжении от 12 до 220 В и температуре на поверхности 150°С. Удельная мощность при обдуве со скоростью 50 м/с 3..4 Вт/см2.
Рис.4.13. Электрокалорифер из токопроводящих полимерных материалов:
1 — корпус; 2 — полимерные пластины
Для получения горячего воздуха могут применяться и другие способы и средства. Так, на Нижнее-Тагильском грузовом автопредприятии для этой цели используют тепло отработавших газов котельной. Установка такого типа (рис. 4.14) включает в себя теплообменник дымовой трубы, вентилятор подачи горячего воздуха и воздуховод с раздаточными отводами. Как видно из рисунка, теплообменник образован двойными металлическими стенками дымовой трубы и стальными трубами отвода воздуха. Наружная поверхность воздуховодов и теплообменника теплоизолирована. Установка может обеспечивать горячим воздухом одновременно (температура воздуха на выходе из отводов от 40 до 70 °С) до 70 автомобилей при температуре окружающего воздуха до минус 40° С.
Рис. 4.14. Схема установки для нагрева воздуха с использованием отработавших газов котельной:
а — общая схема; Б — дымовая труба с теплообменником; 1 — дымовая труба котельной; 2 — коллектор; 3 — воздуховод, 4 — вентилятор; 5 — главный воздуховод; 6 — воздухораздаточный отвод; 7 — котел; 6 — перекрытие котельной; 9 — кольцевая камера; 10 — дымовая труба; 11 — труба; 12 — зонт; 13 — термоизоляция; 14 — шибер-заслонка; 15 — переходной конус; 16 — металлический кожух
Калориферные установки, использующие для подогрева воздуха пар или горячую воду, часто размещают в подземных камерах.
Воздушные или паровоздушные калориферы могут быть установлены горизонтально, вертикально и наклонно. Привод вентилятора осуществляется от двух двигателей, чтобы один из них постоянно находился в резерве.
Воздуховоды для подачи горячего воздуха от калориферных установок к автомобилям могут быть подземными, наземными, надземными. Они представляют собой либо бетонно-кирпичные подземные каналы, либо металлические трубопроводы, либо деревянные обитые внутри жестью каналы. Для этих же целей применяются также металлические и деревянные трубопроводы, утепленные слоем шлаковаты толщиной до 10 см. Устройство воздуховодов и их размещение показаны на рис. 4.15.
Рис. 38. Варианты воздуховодов:
1— круглое сечение; 2 — прямоугольное сечение; 3, 4, 5 — надземное размещение; 6, 7 — наземное размещение; 8 — надземное размещение
Для обеспечения равномерного распределения воздуха по раздаточным окнам необходимо, чтобы статический напор воздуха сохранялся постоянным по длине воздуховода. Для этого сечение воздуховода должно изменяться по мере удаления от калориферной установки (рис. 4.16).
Рис. 4.16. Воздуховод переменного сечения
Горячий воздух от воздуховода подается к обогреваемому двигателю (или другому агрегату) с помощью раздаточного устройства. Наиболее распространена подача воздуха непосредственно на радиатор двигателя, снизу, в подкапотное пространство двигателя или к другим агрегатам.
Раздаточное устройство (рис. 40) представляет собой стояк, оборудованный двумя брезентовыми патрубками и отражателем, который делит поток воздуха на две части и направляет его одновременно к радиаторам двух подогреваемых автомобилей.
Рис. 4.17. Раздаточное устройство:
1, 4 — брезентовые патрубки; 2 — отражатель воздуха; 3 — выходное окно; 5 —стояк; 6 — раздаточное окно; 7 — воздуховод
Сосредоточенный поток воздуха, подаваемого на радиатор спереди или снизу, плохо обеспечивает равномерность нагрева двигателя и других узлов. Значительная часть теплоты при этом безвозвратно теряется. Поэтому в Челябинском политехническом институте предложен способ подачи воздуха через струйные рамки (коробки). Устройство такой рамки для обогрева двигателя ГАЗ-53А показано на рис. 4.18. Рамка обеспечивает равномерное распределение воздуха по длине двигателя. Выбирая соответствующие размеры выходных отверстий рамки и их расположение, можно регулировать тепловое состояние различных частей двигателя и навесных агрегатов. Рамка имеет отводы для подачи воздуха к аккумуляторной батарее и в кабину водителя.
Рис. 4.18. Рамка для обогрева двигателя
Устройство для обогрева горячим воздухом аккумуляторной батареи показано на рис. 4.19. В днище устройства имеется 60 отверстий диаметром 15 мм для входа воздуха. В боковых стенках деревянного футляра размещаются каналы и 36 отверстий диаметром 10 мм. Для обеспечения термостойкости футляр пропитывается специальным составом. Выходные отверстия расположены на 10—15 мм ниже нормального уровня электролита. Для подсоединения проводов к клеммам аккумулятора в крышке футляра также имеются отверстия. Испытания устройства показали его высокие качества — при небольшом расходе горячего воздуха оно обеспечивает разогрев электролита от —55 °С до необходимой температуры за время, не превышающее 30 мин.
Рис. 4.19. Схема обогрева аккумуляторной батареи:
1 — поддон; 2 — прокладки; 3, 4 — отверстия
Для дальнейшего повышения эффективности использования тепла при воздухообогреве Тюменским индустриальным институтом предложено подавать горячий воздух с помощью гибкого шланга в картер обогреваемого двигателя. Как показали испытания, кратковременная подача воздуха в картер двигателя; не приводит к существенным изменениям физико-химических свойств масла. При таком способе подачи воздуха эффективность использования тепла повышается, однако практически не обогреваются такие важные агрегаты, как аккумуляторная батарея и масляные фильтры.
Исследования, проведенные в Челябинском политехническом институте, показали, что эффективность использования тепла при воздухообогреве может быть существенно повышена путем, организации рециркуляционного обогрева, т. е. такого обогрева, при котором воздух, поступающий к автомобилю, не рассеивается, а возвращается обратно в калориферный агрегат. Одним из вариантов такого обогрева является комплекс, разработанный на Новосибирском автокомбинате № 1 (рис. 4.20). Этот комплекс состоит из узла подогрева воздуха, подающего и отводящего воздуховодов, несущих с отдельными поднимающимися секциями из полиэтиленовой пленки на каркасе для въезда и выезда автомобилей, гидравлической системы их подъема и опускания, автоматического регулятора теплового режима обогрева и устройства для контроля и сигнализации. В узле подогрева воздуха в помещении установлены калориферы КФБ-10, вентиляторы Ц7-70 № 8 с приводом от электродвигателя мощностью 13 кВт, гидронасос с редукционным клапаном, обеспечивающим работу подъемных механизмов секций.
В такой конструкции оболочка по существу не является теплоизолирующим элементом, а служит для сохранения микроклимата вокруг автомобиля. На ней не конденсируются пары влаги, не наблюдается обледенение, так как она постоянно находится в зоне низких температур.
В известной, мере может уменьшить потери теплового воздуха, а следовательно, и тепла, применение крупногабаритных тентов. На рис. 4.21 показан японский крупногабаритный тент. Устройство обеспечивает его быструю сборку и разборку. Тент используется в сочетании с переносным обогревателем «Микуни» теплопроизводительностью ≈70 кВт.
Рис. 4.20. Комплекс рециркуляционного воздухообогрева:
а - подача воздуха, к автомобилям; б - труба возврата воздуха от автомобилей в систему рециркуляции; в — распределение температур под тентом (Западно-Сибирское территориально-транспортное управление)
Рис. 4.21. Крупногабаритный тент (Япония)