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 6охлаждения 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 инаправляющих 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 счислом 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.