Охладители поршневых и комбинированных двигателей

Целесообразность применения того или иного теплоносите­ля может быть охарактеризована следующими относительны­ми значениями теплоотдачи.

Для обеспечения надежной работы деталей, образующих ую полость, и приемлемых технико-экономических показателей двигателя температура воды во внутреннем контуре дол­жна поддерживаться в пределах 340-365 К, а в высокотемпера­турных системах охлаждения достигать 400 К. Рабочая темпе­ратура масла в двигателе при использовании термостойких присадок может быть доведена до 340-360 К, что способствует уменьшению износа в парах трения и механических потерь.

Максимальное значение температуры наддувочного воздуха (400-410 К) ограничено допустимой теплонапряженностью деталей цилиндропоршневой группы, а минимальное (323-333 К) - значительным ухудшением процесса горения.

Используемая в судовых двигателях в качестве охлаждаю­щего теплоносителя речная и озерная вода может иметь значи­тельную жесткость, высокую степень загрязнения частицами или микроорганизмами, а морская вода является агрессивной средой, способствующей возникновению электрохимической коррозии и эрозии конструкционных материалов. Для ограни­чения выделения солей и осадков снижают температуру за­бортной воды на выходе из системы охлаждения, а на морских

Рис. 257. Схемы установки охладителей на судовых и тепловозных дизелях:

1 -агрегат наддува; 2 -охладитель наддувочного воздуха; 3 -навешенный водяной на­сос; 4 - охладитель масла; 5 - охладитель воды; 6 - ди­зель; 7-перепускной клапан

судах применяют протекторную защиту от электрохимической коррозии

Масло и воздух при нормальной влажности (8-10 г/м³) не оказывают корродирующего воздействия, однако, как в мас­ляных, так и в воздушных полостях при работе охладителей образуется слой отложений, в результате чего ухудшается теплообмен.

В судовых установках прокачку забортной воды осущест­вляют через каждый теплообменник или автономным, или на­вешенным на двигатель насосом. Обычно для охлаждения над­дувочного воздуха используют отдельный контур забортной воды, который подключается параллельно общему для охладителей масла и пресной воды (рис. 257, а). Такая схе­ма соединения контуров охлаждения дает возможность повысить экономичность двигателя при работе на номинальном режиме. Однако при работе на частичных режимах, особенно на режимах малых нагрузок (от 0,2N_e до режима холостого хода), наддувочный воздух для поддержания экономичности двигате­ля следует не охлаждать, а подогревать. Поэтому в судовых установках в зависимости от режима работы забортная вода может направляться с помощью делителя потока сначала в охладитель наддувочного воздуха, а затем в охладители масла и воды или наоборот. Возможно также применение такой схемы включения теплообменников, где забортная вода последова тельно проходит охладители масла, наддувочного воздуха и воды.

Рис.258. Схемы установки охладителя на автотракторных двигателях:

1-двигатель; 2-основной вентилятор; 3 - агрегат надду­ва; 4 -водяной радиатор; 5 - масляный радиатор; 6 - секция водяного радиатора для охлаждения наддувочно­го воздуха; /-вспомога­тельный водяной насос; 8 - ох­ладитель наддувочного воз­духа; 9 - вспомогательный вентилятор

В тепловозных установках в качестве охлаждающего тепло­носителя используют атмосферный воздух, и теплообмен осу­ществляется в теплообменниках-радиаторах. В связи с тем, что атмосферный воздух как охлаждающий теплоноситель зна­чительно уступает забортной воде, схема системы охлаждения тепловозных двигателей по сравнению с судовыми более слож­ная. На рис. 257,б приведена схема установки охладителей на тепловозе. Преимуществом схемы является то, что охлаждаю­щая вода после радиатора поступает в масляный охладитель, а затем уже подогретая-в охладитель наддувочного воздуха.

Это положительно влияет на рабочий процесс двигателя на ре­жимах малых нагрузок. Недостатком схемы является возмож­ность переохлаждения масла и наддувочного воздуха зимой. Для устранения этого недостатка используют схему с автономным контуром охлаждения надувочного воздуха (рис. 257, в). В этом случае имеется возможность осуществить как подогрев наддувочного воздуха в результате перепуска го­рячей воды из основного контура охлаждения двигателя, так и полностью отключить охладитель наддувочного воздуха на частичных режимах и в холодное время года.

При использовании компактных и высокоэффективных теплообменных поверхностей возможно применение такой схемы компоновки охладителей, в которой отсутствует промежу­точный контур охлаждающей воды (рис. 257, г). Использование этой схемы позволяет получить более высокие степени охла­ждения наддувочного воздуха и в 2 раза уменьшить общую массу охлаждающих устройств по сравнению со схемами, где вода является промежуточным теплоносителем.

Применение охладителей наддувочного воздуха для авто­тракторных двигателей не вносит существенных изменений в основные схемы компоновки системы охлаждения. Однако тип охладителя наддувочного воздуха (водяной или воз­душный) и его конструкция в большой степени определяются общей конструктивной схемой основной системы охлажде­ния.

Водяные радиаторы, используемые для охлаждения надду­вочного воздуха и устанавливаемые в системах с автономным жидкостным низкотемпературным контуром (рис. 258,а), рабо­тают так же, как основные радиаторы охлаждения воды. В некоторых случаях их выполняют в одном блоке с основным водяным радиатором двигателя.

Воздушные радиаторы, включенные в воздушный тракт основной системы охлаждения двигателя (рис. 258, б), обычно устанавливают перед водяным и масляным радиаторами, и они омываются воздухом, температура которого мало отличается от температуры окружающей среды. Наружные и внутренние поверхности охлаждения таких радиаторов выполняют с уче­том различия условий теплоотдачи воздушных потоков, нахо­дящихся под повышенным (наддувочный воздух) давлением. Существенным недостатком этой схемы являются повышенные гидравлические потери при охлаждении наддувочного воздуха, которые могут быть на порядок (и более) выше, чем в системе, выполненной по схеме на рис. 258, а. От указанного недостатка свободны системы, схема которых показана на рис. 258, в, и ис­пользуемые на некоторых дизелях семейства ЯМЗ. К материа­лам используемым в охладителях двигателей внутреннего сго­рания, предъявляют следующие требования: достаточная проч­ность и пластичность, высокая теплопроводность, стойкость против коррозии, технологичность и низкая стоимость. С точки зрения удовлетворения этих требований наиболее пригодными материалами для изготовления водо-водяных и водовоздушных теплообменников являются медь, алюминий и сплавы на их ос­нове. Стальные водяные радиаторы имеют по сравнению с медными большую массу, низкую теплопроводность и недо­статочную коррозионную стойкость. Использование защитных цинковых покрытий не обеспечивает надежной противокорро­зионной защиты радиаторов. Поэтому сталь, как правило, ис­пользуют почти исключительно для изготовления масляных радиаторов.

Для изготовления теплообменников применяют медь марок Ml, М2 и МЗ, содержащих медь (согласно ГОСТ 859-78*) в пределах 99,9-99,5%. На основе меди получают различные сплавы, которые обладают высокими механическими и техно­логическими свойствами, например, сплав меди с цинком.

Наиболее легким и перспективным материалом является алюминий высокой степени чистоты (типа АД0 или АД1); сплав алюминия с марганцем (типа АМц); сплав алюминия с магнием (типа АМг). Однако у алюминия и сплавов на его основе недостаточная стойкость к эрозии и коррозии по срав­нению с медью и ее сплавами. Поэтому монометаллическим алюминиевым материалам предпочитают биметаллические, у которых поверхность, соприкасающуюся с агрессивной сре­дой (например, морской водой), изготовляют из материала, стойкого к эрозии и коррозии, а наружную сторону-из алюминиевого сплава.

Для морской воды и ряда других агрессивных сред при изготовлении теплообменников используют мельхиор МНЖМц 30-1-1, а также титан марки ВТ 1-00.

В настоящее время при изготовлении теплообменников комбинированных двигателей внутреннего сгорания все шире применяют пластмассы, различные композиционные мате­риалы, резины, синтетические клеи и т.д.