Системы охлаждения и требования, предъявляемые к ним

Системы охлаждения в значительной мере определяют кон­струкцию и эксплуатационные качества двигателей и силовых установок в целом. По виду рабочего тела, охлаждающего го­ловки (крышки) цилиндров и цилиндры, системы охлаждения делят на жидкостные и воздушные.

При выборе жидкостной или воздушной системы охлажде­ния необходимо учитывать следующие факторы.

1. Эксплуатационные качества. Пуск двигателей с воз­душным охлаждением менее затруднен при низких температу­рах по сравнению с двигателями с жидкостным охлаждением. У двигателей с воздушным охлаждением расход топлива мень­ше, а расход масла, как правило, больше. Такие двигатели бы­стрее прогреваются, более надежны, их обслуживание проще, а номенклатура запасных частей и эксплуатационных материа­лов значительно меньше. При воздушном охлаждении уровень шума, создаваемого двигателем, более высок. В этом случае для двигателей необходимы более качественные масла и топлива.

2. Технология производства. Большое значение имеют наличие технологического оборудования и организация производ­ственного процесса на предприятии, где предполагается про­изводство двигателей. Вследствие различия форм корпусных деталей двигателей с жидкостным и воздушным охлаждением технологические процессы и оборудование, применяемое для их изготовления, различны.

3. Назначение двигателя. Двигатели различного назначения могут иметь как жидкостное, так и воздушное охлаждение. Од­нако для судовых двигателей целесообразнее жидкостное охлаждение, а для мотоциклетных и стационарных двигателей ав­томатических энергетических установок малой мощности - воз­душное.

4. Рабочий процесс двигателя. Для двигателей с принуди­тельным зажиганием целесообразнее жидкостное охлаждение как более интенсивное и лучше обеспечивающее бездетона­ционное сгорание. Для дизелей с высоким давлением наддува оно обусловливает меньшую тепловую напряженность ос­новных деталей камеры сгорания. Однако при длительной ра­боте на режимах малых нагрузок и частот вращения рацио­нальнее воздушное охлаждение.

Снижению стоимости производства двигателей воздушного охлаждения способствует в значитель­ной степени отсутствие сложных двух-, трех-, и четырехстенных литых корпусных деталей.

Использование теплоты топлива при утилизации теплоты, отведенной в си­стему охлаждения и с от­работавшими газами дви­гателей судовых и стацио­нарных установок, дости­гает 85%.

5. Первоначальная стоимость двигателя. Двигатели с жид­костным охлаждением более распространены, лучше освоено их производство, поэтому их стоимость меньше, чем стоимость двигателей с воздушным охлаждением. Однако при массовом производстве двигателей с воздушным охлаждением, особенно при производстве семейства двигателей с различным числом цилиндров, их стоимость оказывается ниже.

6. Габаритные и массовые показатели. Двигатели с воз­душным охлаждением средней и большой мощности имеют худшие массовые и габаритные показатели по сравнению с двигателями, имеющими жидкостное охлаждение. Однако в целом у силовых установок с такими двигателями, эти пока­затели, как правило, лучше, чем у установок с двигателями жидкостного охлаждения.

7. Использование теплоты охлаждающего тела, В системах жидкостного охлаждения можно достаточно просто и эффек­тивно использовать в утилизационных котлах теплоту, отводи­мую от двигателя, для получения водяного пара, для отопления помещении, подогрева тяжелого топлива, воздуха, всасы­ваемого в цилиндры дизелей на режимах малых нагрузок и частот вращения коленчатого вала. При воздушном охлажде­нии теплоту нагретого воздуха использовать очень трудно. По­этому ее используют для обогрева салонов некоторых автомо­билей, автобусов и тракторов.

8. Форсирование двигателей. Высокую степень форсирования (Ре= 1,6 МПа) можно обеспечить только при жидкостном ох­лаждении двигателя, более интенсивном и лучше обеспечиваю­щем необходимое температурное состояние его деталей.

Любая из выбранных систем должна удовлетворять слож­ному комплексу требований: быть надежной в работе; возмож­но меньше увеличивать массу и габаритные размеры двигателя и силовой установки; обеспечивать гибкое регулирование про­цесса теплоотвода от деталей, допускающее лишь небольшие изменения температур во всем диапазоне эксплуатационных режимов работы двигателей; быть простой в изготов­лении и эксплуатации.

Охлаждение двигателя забортной водой целесообразно только в простейших судовых установках с нефорсированными двигателями малой мощности. Охлаждение проточной водой применяют только в стационарных двигателях малой мощ­ности при небольшой продолжительности использования их в течение суток; устройство градирен для охлаждения воды, на­оборот, целесообразно в случае длительной работы двигателей большой мощности при значительных нагрузках.

Наиболее широко применяют замкнутые системы охлажде­ния с циркуляцией относительно небольшого количества жид­кости, охлаждаемой в охладителях. При применении в таких системах жидкости с высокой температурой кипения или низ­кой температурой застывания необходимо иметь в виду их ог­неопасность, ядовитость и относительно высокую стоимость, поэтому использовать их следует в особых случаях (недопусти­мость повышенных давлений для осуществления высокотемпе­ратурного охлаждения водой, необходимость постоянной го­товности двигателя к пуску, невозможность частых сливов воды и заполнения системы).

При выборе схемы воздушного охлаждения необходимо иметь в виду, что при нагнетании воздуха в двигатель затраты мощности на привод вентилятора меньше, чем при отсосе на­гретого воздуха, хотя в последнем случае двигатель охлаждает­ся более равномерно.