Классификация систем охлаждения – Классификация систем охлаждения.

Содержание

Классификация систем охлаждения.

Системой охлаждения называется совокупность устройств и конструктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и общих перегревов.

Системы охлаждения принято классифицировать по способу передачи тепла, виду теплоносителя и характеру контакта теплоносителя и источника тепла.

В зависимости от способа передачи тепла и вида теплоносителя системы охлаждения подразделяются на кондуктивные, воздушные, жидкостные, испарительные, комбинированные.

В зависимости от характера контакта теплоносителя и источника тепла различают системы охлаждения прямого и косвенного действия.

Кроме того, все системы охлаждения принято делить на системы общего и локального назначения, с замкнутым (теплоноситель циркулирует в системе охлаждения) и разомкнутым (теплоноситель выбрасывается из системы охлаждения) циклами.

Воздушные системы охлаждения, в свою очередь, подразделяются на системы естественного воздушного охлаждения, системы охлаждения с естественной вентиляцией и системы

принудительного воздушного охлаждения.

Жидкостные и испарительные системы охлаждения также делятся на системы естественного жидкостного (испарительного) охлаждения и системы принудительного жидкостного (испарительного) охлаждения.

Особый класс представляют собой системы охлаждения, основанные на использовании эффекта Пельтье.

Эффективность систем охлаждения может быть оценена поверхностной плотностью теплового потока, уносимого теплоносителем из ЭС.

Для различных систем охлаждения плотность теплового потока характеризуется величинами, представленными в табл. 1.

Таблица 1

Вид систем охлаждения	Плотность теплового потока Р _s, Вт/см²
Естественное воздушное охлаждение	0,2
Принудительное воздушное охлаждение	1,0
Жидкостные системы охлаждения
Испарительные

В воздушных СО в качестве теплоносителя используется воздух; при этом различают свободное воздушное охлаждение, внутреннее перемешивание воздуха в корпусе аппарата, свободную и принудительную вентиляцию.

Рис.1 Классификация систем охлаждения

На рис. 1, а схематически представлено свободное воздушное охлаждение, а на рис. 1, б показана свободная вентиляция. Последняя осуществляется вследствие разности плотностей воздуха холодного снаружи и нагретого внутри аппарата, при этом в корпусе аппарата имеются специальные вентиляционные отверстия. На рис. 1, в приведена возможная схема реализации внутреннего перемешивания воздуха в ЭС, а на рис. 1,

г, д— принудительная вентиляция, которая может быть приточно-вытяжной, приточной или вытяжной. Приточная вентиляция осуществляется нагнетанием в корпус ЭС охлажденного и очищенного воздуха, вытяжная — вытягиванием из ЭС нагретого воздуха. В первом случае вентилятор работает в более холодном и, следовательно, более плотном воздухе и поэтому эффективнее второго случая. В приточно-вытяжной вентиляции нагнетание холодного и вытяжка нагретого воздуха осуществляются вентиляторами.

Жидкостная и испарительная системы охлаждения. На рис. 1, е, ж, и, изображены ЭС, внутренний объем корпуса, который заполнен жидкостью, омывающей поверхность плат, шасси, деталей и т. п. При этом теплообмен между этими элементами и жидкостью может происходить как в обычных условиях (свободная и вынужденная конвекция), так и при кипении жидкости. Отвод теплоты от нагретой жидкости может быть осуществлен с помощью погруженного в жидкость змеевика с теплоносителем или теплообменников, установленных на корпусе аппарата. На рис. 1,

з, к схематически изображены системы жидкостного и испарительного охлаждения, в которых теплообмен между источниками теплоты Р и жидкостью происходит в условиях вынужденной конвекции в замкнутом контуре. Отвод теплоты от контура осуществляется с помощью теплообменника Т, а движение жидкости — с помощью нагнетателя Н. На рис. 1, ж схематически изображено принудительное охлаждение приборов, помещенных в жидкость.

Кондуктивное охлаждение. В кондуктивных системах охлаждения явление теплопроводности используется как основной механизм переноса тепловой энергии от источников к теплоприемникам, расположенным на периферии прибора.

Кондуктивное охлаждение наиболее часто применяется в блоках с высокой плотностью монтажа. Один из возможных вариантов такой конструкции представлен ниже.

Выбор способа охлаждения на ранних стадиях разработки

Ввиду того, что способ (система) охлаждения в значительной мере определяет структуру конструкции ЭС, уже на ранних стадиях разработки важно правильно выбрать способ охлаждения. Выбранный способ охлаждения должен обеспечить нормальный тепловой режим конструкции ЭС.

Если в выборе способа охлаждения будет допущена ошибка, то труд большого коллектива разработчиков окажется напрасным, а сроки разработки конструкции и ее стоимость существенно возрастут. Поскольку на ранних стадиях разработчики располагают минимальной информацией о конструкции, то становится очевидной ответственность и одновременно сложность задачи выбора системы охлаждения.

Начальное представление о способе охлаждения можно составить по данным табл. 1. Однако при решении практических задач выбор системы охлаждения производится по графикам рис. 2, которые ограничивают области целесообразности применения того или иного способа охлаждения. Эти области построены по результатам обработки статистических данных о показателях тепловых режимов реальных конструкций ЭВС, расчетов показателей тепловых режимов по тепловым моделям и экспериментальных данных, полученных на макетах.

Исходными данными для выбора системы охлаждения служат:

тепловой поток Р,рассеиваемый конструкцией;

диапазоны возможного изменения температуры окружающей среды

t_с_min. t_с_max;

Рис.2 Диаграмма выбора систем охлаждения

пределы изменения давления окружающей среды Н _тах… H_min; допустимые рабочие температуры элементов t_э_i;

геометрические размеры корпуса конструкции L _х, L_y, L

z; коэффициент заполнения объема конструкции k₃ ;

время непрерывной работы конструкции τ .

Перечисленные исходные данные, за исключением коэффициента заполнения конструкции, обычно указываются в техническом задании на разработку и известны. Коэффициент заполнения может быть выбран на основе опыта конструирования подобных ЭС.

Поскольку графики рис. 2 справедливы лишь для стационарного режима, то необходимо знание времени непрерывной работы для определения режима.

Пределы изменения давления окружающей среды задают условия, при которых тепловой режим является наиболее тяжелым.

Основным показателем, определяющим области целесообразного применения способа охлаждения на рис. 2, служит плотность теплового потока

P_s = PK_н /S_к

где К_н— коэффициент, учитывающий давление окружающей среды; S

_к = 2[L_x L+ (L_x + L_y) L_z K_з] — площадь поверхности теплообмена.

Вторым показателем является допустимый перегрев в конструкции

∆t_доп = t _э_min— t_c,

где t _э_min — допустимая рабочая температура наименее теплостойкого радиоэлемента; t _с — температура окружающей среды.

Для естественного воздушного охлаждения t _c = t _c_max, т.е. соответствует максимальной температуре окружающей среды, заданной в ТЗ. Для принудительного охлаждения t _с = t _вх, т.е. соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе системы охлаждения.

Значения Р _sи Δ t являются координатами точки, попадающей в одну из областей на рис. 3, каждой из которых соответствует один или несколько способов охлаждения.

Незаштрихованные области на рис. 2 относятся к следующим способам охлаждения: 1 — естественное воздушное, 3— принудительное воздушное, 5 — принудительное жидкостное, 9 — принудительное испарительное.

Заштрихованные области допускают использование нескольких способов охлаждения: 2— естественное и принудительное воздушное, 4— принудительное воздушное и жидкостное, 6 — принудительное жидкостное и естественное испарительное, 7 — принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное, 8— естественное и принудительное испарительное.

Графики на рис. 2, соответствующие ∆t> 100°С, используются для выбора способа охлаждения больших элементов (трансформаторов, дросселей, транзисторов на радиаторах и т.п.), поскольку допустимые температуры их поверхностей относительно высоки. Нижняя часть диаграммы применяется для выбора способа охлаждения блоков и устройств ЭС.

Если показатели Р_sи ∆t для конкретной ЭС попадают в не заштрихованные области рис. 2, то способ охлаждения определяется однозначно.

Для заштрихованных областей, где возможно использование двух или трех различных способов охлаждения, задача выбора того или иного способа усложняется.

78. Классификация систем охлаждения.

Подавляющее большинство РЭС (свыше 90 %) в настоящее время проектируются

с использованием воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение

может быть естественным или принудительным (рис 6.45).

Рис. 6.45. Способы организации воздушного охлаждения:

а — естественное воздушное охлаждение; б — естественная вентпляция;

с — принудительная вентиляция

Принудительная вентиляция может быть вытяжной (рис. 6.45, с), приточной

или приточно-вытяжной. Эти разновидности вентиляции различаются местом

установки вентиляторов и их количеством.

Обычно в блоках с малой тепловой нагрузкой при естественном воздушном

охлаждении или естественной вентиляции температура среды внутренних

объёмов не превышает окружаюшую более чем на 30 С. В более теплонагруженных

блоках используют принудительную вентиляцию (см. рис. 6.45,с). При

необходимости отбора тепла от особо тепловыделяющих элементов, микросборок,

модулей может быть использовано циркуляционное жидкостное охлаждение

(рис. 6.46). Мощность тепловыделения модулей с жидкостным охлаждением

существенно зависит от скорости прокачки жидкости и повышается с ее

увеличением.

Еще большей эффективностью теплоотвода характеризуются жидкостноиспарительные

системы охлаждения. В таких системах охлаждение осуществляется

за счёт циркуляции охлаждающей жидкости через радиаторы и рубашки,

образованные в корпусах рэс. Однако такие системы характеризуются

большой сложностью и стоимостью.

Для охлаждения РЭС на печатных платах с использованием микросборок

и микросхем в герметизпруемых корпусах применяются кондуктивные теплостоки

в виде теплопроводных шин (рис. 6.47).

Рис 6.47. Герметичный корпус РЭС с кондуктивными теплостоками:

1 — корпус; 2 — печатная плата; 3 — микросборкп; 4 — шины теплостоков;

5 — тепловые разъёмы

Для повышения эффективности теплоотвода корпус 1 выполняют оребренным.

Кондуктивные теплостоки выполняют из алюминиевых шин 4, оmимальная

толщина которых 0,5 мм. Пр именение кондуктивных теплостоков при

естественном воздушном охлаждении позволяет снизить перегрев элементов

в 2-3 раза.

В качестве теплостоков при малой мощности тепловых потерь может

быть использована и медная фольга печатных плат. Для уменьшения теплового

сопротивления корпуса микросхем и микросборок приклеивают к теплостокам.

Дальнейшая передача тепла от теплостоков к корпусу может осуществляться

через тепловые разъёмы 5. В зарубежных и отечественных разработках применяются

в основном конструкции тепловых разъёмов с клиновыми зажимами,

позволяющими достаточно просто про изводить смену ячеек (рис. 6.48).

Рис. 6.48. Тепловой разъём с клиновым зажимом

При выполнении модулей первого и нулевого уровней на бескорпусной

элементной базе их герметизация может быть выполнена заливкой теплопроводным

компаундом. В качестве таких компаундов рекомендованы компаунды

марок К-5, ТФК-5, КТЭ-2, КТЭ-4.

ДЛЯ охлаждения отдельных теплонагруженных элементов РЭС (микросхем,

транзисторов, диодов и т.д.) наиболее простой и достаточно эффективный

способ — использование радиаторов. Для систем воздушного охлаждения наиболее

распространение получили следующие разновидности радиаторов: пластинчатые,

ребристые, игольчато-штыревые и др. (рис. 6.49).

Тепловые трубки и термоэлектрические охладители

Для охлаждения отдельных теплонагруженных элементов РЭС могут использоваться

и так называемые тепловые трубки, характеризующиеся простотой

конструкции (рис. 6.50).

Рис. 6.50. Тепловая трубка

Они имеют герметичный вакуумированый объём. Внутренняя поверхность

трубки покрыта слоем капиллярно-пористого материала. Часть внутреннего

объёма заполнена насыщенным паром рабочей жидкости (ацетон, спирт

и др.).

Теплопередача в тепловой трубке происходит за счёт поглощения тепла в

результате парообразования в нагревающейся части трубки. Нагретый пар

конденсируется в охлаждаемой части трубки и отдает теило стенкам. Пополнение

рабочей жидкости в испарительной части трубки происходит за счёт постоянного

конденсата и передачи рабочей жидкости ка=ллярно-пористым материалам

из охлаждающейся части трубки к нагреваемой.

Для увеличения теплоотводящей способности таких трубок используется

оребрение охлаждаемой части трубки.

В особых случаях могут быть использованы термоэлектрические охладители

на основе эффекта Пелетье. Суть эффекта состоит в том, что ири ирохожден=

постоянного тока в цепи с двумя различными материалами на одном контактном

спае тепло поглощается, а на другом — выделяется. Их достоинства —

длительный срок службы, бесшумность работы, обратимость процесса охлаждения

при изменении полярности источника питания, а недостатки — большие

масса и габаритные размеры, необходим источник питания.

Оценочный выбор способов охлаждения РЭС

Блоки РЭС второго или третьего уровня иредставляют собой сложную

систему элементов с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое

описание таких объектов невозможно из-за громоздкости задачи и

неточности исходных данных: мощности тепловых источников, теплофизических

свойств материалов, их сложной геометрии и т.д. В связи С этими обстоятельствами

на практике используются:

1) ориентировочный выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования

РЭС;

2) приближенные методы анализа и расчёта теплового режима модуля

РЭС.

Выбор способа охлаждения РЭС на ранней стадии проектирования целесообразно

выполнить с помощью специальных графиков, характеризующих области

целесообразного применения различных способов охлаждения

(рис. 6.51).

Рис. 6.51. Способы конвективного охлаждения в зависимости

от плотности теплового потока (g) и перегрева (Т)

Различают два типа областей (см. рис. 6.51):

1. Области, в которых можно рекомендовать пр именение определенно-

го способа охлаждения.

2. Области, в которых можно применять (по выбору) два или даже три

способа охлаждения.

Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам

охлаждения: 1 — естественное воздушное; 3- принудительное воздушное;

5 — принудительное жцдкостное; 9 — принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы: 2 — естественное и принудительное

воздушное; 4 — принудительно воздушное и жидкостное; 6 — принудительное

жцдкостное и естественное испарительное; 7 — принудительное жидкостное,

принудительное и естественное испарительное; 8 — естественное и принудительное

испарительное.

Основным показателем, определяющим область целесообразного применения

способа охлаждения, принимается значение плотности теплового потока,

проходящего через поверхность теплообмена:

(6.1)

где Р — суммарная мощность, рассеиваемая РЭС с поверхности теплооб-

мена;

Sn — поверхность теплообмена РЭС.

ДЛЯ блока прямоугольной формы

(6.2)

где Кз — коэффициент заполнения объёма блока РЭС.

(6.2)

где V; — объём i — го компонента РЭС;

n — число компонентов;

V — общий объём РЭС;

L 1 ,L2 ,Lз — размеры сторон корпуса РЭС.

Вторым показателем является минимально допустимый пере грев компонентов

в блоке РЭС:

(6.3)

где Тmin — допустимая температура поверхности наименее теплостойкого элемента;

Тc — температура окружающей среды.

Для естественного охлаждения Те = Те та.х, т.е. соответствует максимальной

температуре окружающей среды. Для принудительного охлаждения Тc = Т вх

, т.е. соответствует температуре охлаждающего воздуха (или жидкости), используемого

в системе охлаждения РЭС.

Задача 1

вариант 14

a).

Решение:

Определим удельный тепловой поток:

^=
2²^0/0,⁶⁼³⁶⁷^{Вт/м 2}

^{Найдем объем пустого корпуса аппарата:}

^{=
0,5*0,3*0,2=0,03}^м³

^{Определим по графикам значения
функций}

Задача 2 вариант 14

b). задача по оценке механического воздействия

исходные данные:

km=0,52

a=10 мм

kb=3 H/мм

200x150x1

p=2 г/см2

mэ=15

mn=55

Для решения задачи воспользуемся формулами:

Ответ: f0=6,9 Гц

ЛИТЕРАТУРА

1. ШИМКОВИЧ, А. А. Конструирование несущих конструкций РЭС и защита

их от дестабилизирующих факторов. Ч.1 : учеб. пособие по курсу «Конструирование

радиоэлектронных устройств» для студентов специальности «Проектирование

и производство радиоэлектронных средств». В 2 ч. ч. 1/ А.А. ШимКОВИЧ.

— Ми. : БГУИР, 1999.

2. Варламов, Р. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры / Р.г. Варламов.

— М. : Сов. радио, 1975. — 352 с.

3. Боровиков, С. М. Теоретические основы конструирования, технологии

и надёжности : учеб. для студ. инж.-тех. спец. вузов / С. М. Боровиков. —

Минск: Дизайн ПРО, 1998. — 336 с.4. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ. Учеб. Мн.: Вышэйшая школа, 2004.5. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭС. Учеб. М.: Радио и связь, 2001.6. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС. Учеб. М.: Высш. шк., 2001.7. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев. Мн.: Выш. шк., 2002.

studfile.net

17. Классификация систем охлаждения

Средняя температура газов в цилиндрах работающего двигателя составляет около 1000°С. Газы в процессе работы нагревают стенки цилиндра, поршня и

головки блока. Если двигатель не охлаждать, то сгорит пленка масла между трущимися деталями, в результате чего повысится износ деталей, могут возникнуть заклинивание поршней из-за их расширения и другие неисправности.

Значительный отвод тепла от двигателя (переохлаждение) приводит к снижению его мощности и экономичности вследствие ухудшения процесса смесеобразования. При этом увеличиваются потери на трение, так как свойства масла ухудшаются. Пониженный тепловой режим двигателя вызывает неполное сгорание тяжелых фракций топлива и масла, отчего на стенках камеры сгорания, поршня, тарелках клапанов образуется большой слой нагара. Происходит залегание поршневых колец в канавках поршня, возможно зависание клапанов. Таким образом, избыточный отвод тепла нежелателен так же, как и перегрев. Для нормальной работы двигателя температура воды должна составлять 80—95° С. Система охлаждения служит для отвода тепла от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работающего двигателя. Отвод лишнего тепла в двигателях внутреннего сгорания достигается их искусственным охлаждением с помощью жидкости (жидкостное охлаждение) или окружающего воздуха (воздушное охлаждение).

Двигатели с жидкостным охлаждением (рис. 33, а) получили наибольшее распространение. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или жидкость с низкой, температурой замерзания — антифриз. В жидкостную систему охлаждения входят водяная рубашка 6 охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор 2, водяной насос 9 и вентилятор 3, а также вспомогательные устройства: водораспределительный канал 8, термостат 4, соединительные шланги, краники слива и указатель 5 температуры жидкости

(термометр).

При работе пускового двигателя до начала проворачивания коленчатого -вала основного двигателя происходит термосифонная циркуляция воды. Под действием разности температур вода циркулирует из водяной рубашки цилиндра пускового двигателя в его головку, а затем направляется в водяную рубашку головки блока основного двигателя. Отдав тепло головке блока цилиндров, вода по соединительному патрубку поступает опять в рубашку цилиндров пускового двигателя.

Рис. 33(28). Схемы систем охлаждения: а -жидкостного, б — воздушного; 1 — шторка радиатора, 2 — радиатор, 3 — вентилятор, 4 — термостат, 5 — термометр, 6 — водяная рубашка основного двигателя, 7 — водяная рубашка пускового двигателя, 8 — водораспределительный канал, 9 — водяной насос, 10 — сливной краник, 11 — воздухораспределительный кожух, 12 — регулятор подачи масла, 13 — золотник, 14 — головка цилиндра, 15 — маслопровод, 16 — шкив привода вентилятора, 17 — гидродинамическая муфта, 18 — направляющий аппарат вентилятора, 19 — ротор вентилятора

стенки цилиндров. Из водяной рубашки блока вода направляется через отверстия и каналы в, водяную рубашку головки цилиндров. Каналы направляют потоки воды к перемычкам клапанных гнезд, подверженным наибольшему нагреву, и к латунным стаканчикам форсунок, предотвращая перегрев и закоксовывание их распылителей. В холодном двигателе вода направляется термостатом из водяной рубашки к водяному насосу (по малому кругу), минуя радиатор, а в прогретом — в верхний бак радиатора (по большому кругу). Проходя из верхнего бака радиатора 2 в нижний по многочисленным трубкам, вода охлаждается. Воду охлаждает поток воздуха, создаваемый вентилятором 3 и поступающий между трубками. Из нижнего бака радиатора вода вновь нагнетается насосом в водяную рубашку двигателя.

Благодаря высокой скорости движения разность температур воды, выходящей из рубашки охлаждения и входящей в нее, небольшая (4—7° С), что создает благоприятные условия для равномерного охлаждения двигателя.

На современных двигателях применяется закрытая система охлаждения. Она характеризуется тем, что радиатор герметически закрыт, только при повышенном или пониженном давлении он сообщается с атмосферой. Для этого на радиаторе установлен паровоздушныи клапан. В закрытой системе охлаждения уменьшается потеря жидкости в результате испарения. В такой системе можно поддерживать более высокую температуру воды, что создает благоприятные условия для работы двигателя.

В двигателях с воздушным охлаждением (рис. 33, б) отвод тепла от деталей происходит в результате принудительного обдува цилиндров и их головок воздухом. Принудительное движение воздуха сообщается роторным вентилятором, состоящим из ротора 19 с большим числом лопастей и неподвижного направляющего аппарата 18. Вращаясь с большой частотой, ротор нагнетает воздух под воздухораспределительный кожух 11.

На двигателе воздушного охлаждения введено, автоматическое регулирование теплового режима изменением частоты вращения ротора вентилятора. С этой целью между шкивом 16 привода вентилятора и ротором установлена гидродинамическая муфта 17 переменного наполнения маслом, а в головке цилиндра —регулятор 12 подачи масла. Гидромуфта 17 имеет два колеса с лопатками: ведущее — насосное (переднее по ходу двигателя) и ведомое — турбинное. Последнее жестко связано с ротором 19 и не имеет механической связи с насосным колесом.

Двигатель быстро прогревается. При достижении нужной температуры прогрева чувствительный датчик регулятора 12 перемещает золотник 13 и открывает доступ масла в гидромуфту. Масло, попавшее внутрь муфты, захватывается лопатками ведущего колеса и отбрасывается на лопатки ведомого. Это заставляет ведомое колесо вращаться вместе с ротором вентилятора.

В кожухе гидромуфты расположены отверстия (диаметром 1,5 мм), через которые масло непрерывно сливается в картер двигателя. Чем выше температура двигателя, тем большим количеством масла заполнена гидромуфта и тем с большей частотой вращается ротор вентилятора. При снижении температуры до определенного значения золотник ограничивает поступление масла в муфту и вентилятор замедляет вращение.

studfile.net

Системы охлаждения

Температура газов в цилиндрах работающего двигателя достигает 1800-2000 градусов. Только часть выделенного при этом тепла преобразуется в полезную работу. Оставшаяся часть отводится в окружающую среду системой охлаждения, системой смазки и наружными поверхностями двигателя.

Чрезмерное повышение температуры двигателя приводит к выгоранию смазки, нарушению нормальных зазоров между его деталями следствием чего является резкое возрастание их износа. Возникает опасность заедания и заклинивания. Перегрев двигателя вызывает уменьшение коэффициента наполнения цилиндров, а в бензиновых двигателях еще и детонационное сгорание рабочей смеси.

Большое снижение температуры работающего двигателя также нежелательно. В переохлажденном двигателе мощность снижается из-за потерь тепла; вязкость смазки увеличивается, что повышает трение; часть горючей смеси конденсируется, смывая смазку со стенок цилиндра, повышая тем самым износ деталей. В результате образования серных и сернистых соединений стенки цилиндров подвергаются коррозии.

Система охлаждения предназначена для поддержания наивыгоднейшего теплового режима. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные в настоящее время на автомобилях встречаются крайне редко. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые системы – системы, сообщающиеся с окружающей средой через пароотводную трубку. Закрытые системы разобщены от окружающей среды, а поэтому давление охлаждающей жидкости в них выше. Как известно, чем выше давление, тем выше температура закипания жидкости. Поэтому закрытые системы допускают нагрев ОЖ до более высоких температур (до 110-120 градусов).

По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:

принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе;
термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения.
комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.

Устройство системы охлаждения

Наибольшее распространение в автомобильных ДВС получили закрытые жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости (ОЖ). В состав таких систем входят: рубашка охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор, насос ОЖ, вентилятор, термостат, патрубки, шланги, расширительный бачок. В систему охлаждения также включается радиатор отопителя.

ОЖ, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее — за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от 6 до 12 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.

Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ. Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые. Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.

В пластинчатых радиаторах сердцевина устроена так, что охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям пластин. Верхние и нижние концы пластин, кроме того, впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух, охлаждающий радиатор, просасывается вентилятором через проходы между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины обычно выполняют волнистыми. Пластинчатые радиаторы имеют большую охлаждающую поверхность, чем трубчатые, но вследствие ряда недостатков (быстрое загрязнение, большое количество паяных швов, необходимость более тщательного ухода) применяются реже.

В сердцевине сотового радиатора воздух проходит по горизонтальным, круглого сечения трубкам, омываемым снаружи ОЖ. Чтобы сделать возможной спайку концов трубок, края их развальцовывают так, что в сечении они имеют форму правильного шестиугольника. Достоинством сотовых радиаторов является большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения.

В верхний бачок впаяны заливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего ОЖ к радиатору. Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого шланга. Шланги прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Горловину герметически закрывает пробка, изолирующая систему охлаждения от окружающей среды. Она состоит из корпуса, парового (выпускного) клапана, воздушного (впускного) клапана и запорной пружины. В случае закипания жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе возрастает. При превышении определенного значения открывается паровой клапан и пар выходит через пароотводную трубку. После остановки двигателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе охлаждения создается разрежение. При этом возникает опасность сдавливания трубок радиатора. Для предотвращения этого явления служит воздушный клапан, который, открываясь, пропускает внутрь радиатора воздух.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок. В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.

Насос ОЖ обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала — сальник.

Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор. Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры.

Вентилятор может приводиться не от коленвала двигателя, а отдельным электродвигателем. Такое подключение используется наиболее часто, так как позволяет довольно просто осуществлять автоматическое регулирование моментов включения и выключения с помощью термисторного датчика (его электрическое сопротивление изменяется в зависимости от нагрева). Если же работой системы охлаждения управляет контроллер двигателя, то появляется возможность изменения и частоты вращения. Кроме того, вентилятор «реагирует» и на режимы движения. Например, он включается на холостом ходу при езде в пробках для предотвращения перегрева и выключается при загородной езде на высокой скорости, когда естественного обдува радиатора вполне достаточно для его охлаждения.

В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат. Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.

Термостат с жидкостным наполнителем состоит из корпуса, гофрированного латунного цилиндра, штока и двойного клапана. Внутри гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 70-75 градусов. Когда двигатель не прогрет, клапан термостата закрыт и циркуляция происходит по малому кругу: насос ОЖ — рубашка охлаждения — термостат — насос.

При нагреве ОЖ до 70-75 градусов в гофрированном цилиндре термостата жидкость начинает испаряться, давление повышается, цилиндр, разжимаясь, перемещает шток и, поднимая клапан, открывает путь для жидкости через радиатор. При температуре жидкости в системе охлаждения 90 градусов клапан термостата полностью открывается, одновременно скошенной кромкой закрывает выход жидкости в малый круг, и циркуляция происходит по большому кругу: насос — рубашка охлаждения — термостат — верхний бачок радиатора — сердцевина — нижний бачок радиатора — насос.

Термостат с твердым наполнителем состоит из корпуса, внутри которого помещен медный баллон, заполняемый массой, состоящей из медного порошка, смешанного с церезином. Баллон сверху закрыт крышкой. Между баллоном и крышкой расположена диафрагма, сверху которой установлен шток, воздействующий на клапан. В непрогретом двигателе масса в баллоне находится в твердом состоянии, и клапан термостата закрыт под действием пружины. При прогреве двигателя масса в баллоне начинает плавиться, объем ее увеличивается и она давит на диафрагму и шток, открывая клапан.

Контроль температуры ОЖ осуществляется по указателю температуры и при помощи сигнальной лампы перегрева двигателя на щитке приборов. Управление сигнальной лампой и указателем осуществляют датчики, ввернутые в верхний бачок радиатора и в рубашку охлаждения головки цилиндров.

В качестве теплоносителя может применяться вода (в устаревших конструкциях двигателей) или антифриз. Качество ОЖ, применяемой для системы охлаждения двигателя, имеет не меньшее значение для долговечности и надежности его работы, чем качество топлива и смазочных материалов.

Антифризы — охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля, не замерзающие при отрицательной температуре. Даже если температура внешней среды будет ниже минимальной рабочей температуры антифриза, он превратится не в лед, а в рыхлую массу. При дальнейшем понижении температуры эта масса затвердеет, не увеличившись в объеме и не повредив при этом двигатель. Основа антифризов — водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Пропиленгликолевая основа применяется реже. Ее главное отличие – безвредность для человека и окружающей среды, но и более высокая цена при тех же потребительских качествах. Этиленгликоль агрессивен к материалам двигателя, поэтому в него добавляют присадки. Всего их может быть до полутора десятков – противокоррозионных, антивспенивающих, стабилизирующих. Именно комплектом присадок и определяется качество и область применения антифриза. По типу присадок все антифризы делятся на три большие группы: неорганические, органические и гибридные.

Неорганические (или силикатные) – наиболее «древние» жидкости, в которых в качестве ингибиторов коррозии применяются силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. К этой группе антифризов относится и широко распространенный у нас Тосол (хотя многие ошибочно считают его особым типом ОЖ). Главный их недостаток – малый срок службы из-за быстрого разрушения присадок. Пришедшие в негодность компоненты присадок образуют отложения в системе охлаждения, ухудшая теплообмен. Также возможно образование силикатных гелей (сгустков) в ОЖ.

В наиболее современных органических (или карбоксилатных) антифризах используются присадки на основе солей карбоновых кислот. Такие антифризы, во-первых, образуют значительно более тонкую защитную пленку на поверхностях системы охлаждения, а во-вторых, ингибиторы действуют только в местах появления коррозии. Следовательно, присадки расходуются намного медленнее, тем самым существенно повышая срок службы антифриза.

Промежуточное положение между органическими и неорганическими антифризами занимают гибридные. Их пакет присадок в основном включает соли карбоновых кислот, но и небольшую долю силикатов или фосфатов.

Антифризы выпускаются либо в виде концентратов, либо в виде готовых к применению жидкостей. Концентрат перед применением нужно разбавить дистиллированной водой. Пропорция определяется необходимой минимальной температурой замерзания антифриза. Основа антифризов бесцветна, поэтому производители окрашивают их в разные цвета с помощью красителей. Это делается для облегчения контроля уровня антифриза и предупреждения о токсичности жидкостей. Совпадение цвета не всегда является свидетельством совместимости антифризов.

В современных двигателях система охлаждения двигателя может использоваться для охлаждения отработавших газов в системе их рециркуляции (EGR), охлаждения масла в автоматической коробке передач, охлаждения турбокомпрессора. Некоторые двигатели с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом имеют двухконтурную систему охлаждения. Один контур предназначен для охлаждения головки блока цилиндров, другой – блока цилиндров. В контуре, охлаждающем ГБЦ, поддерживается температура на 15-20 градусов ниже. Это позволяет улучшить наполнение камер сгорания и процесс смесеобразования, а также снизить риск возникновения детонации. Циркуляция жидкости в каждом из контуров регулируется отдельным термостатом.

Основные неисправности системы охлаждения

Внешними признаками неисправностей системы охлаждения является перегрев или переохлаждение двигателя. Перегрев двигателя возможен в результате следующих причин: недостаточное количество ОЖ, слабое натяжение или обрыв ремня насоса ОЖ, невключение муфты или электродвигателя вентилятора, заедание термостата в закрытом положении, отложение большого количества накипи, сильное загрязнение наружной поверхности радиатора, неисправность выпускного (парового) клапана пробки радиатора или расширительного бачка, неисправность насоса ОЖ.

Заедание термостата в закрытом положении прекращает циркуляцию жидкости через радиатор. В этом случае двигатель перегревается, а радиатор остается холодным. Недостаточное количество ОЖ возможно в случае ее утечки или выкипания. Если уровень ОЖ понизился в результате выкипания – следует долить дистиллированной воды, если жидкость вытекла – доливается антифриз. Открывать пробку радиатора или расширительного бачка можно только когда ОЖ достаточно остынет (10-15 минут после остановки двигателя). В противном случае находящаяся под давлением ОЖ может выплеснуться и причинить ожоги. Вытекание жидкости происходит через неплотности в соединениях патрубков, трещин в радиаторе, расширительном бачке и рубашке охлаждения, при повреждении сальника насоса ОЖ, пробки радиатора или повреждении прокладки головки блока цилиндров. При эксплуатации автомобиля необходимо следить не только за уровнем, но и за состоянием антифриза. Если его цвет становится рыже-бурым, значит, детали системы уже коррозируют. Такой антифриз подлежит немедленной замене.

Переохлаждение двигателя может происходить из-за заедания термостата в открытом положении, а также при отсутствии утеплительных чехлов в зимнее время. Если закрытая система охлаждения негерметична, то повышенное давление в ней не создается и двигатель не прогревается до рабочей температуры. А раз двигатель не прогревается, ЭБУ постоянно обогащает смесь. Таким образом, негерметичная система охлаждения увеличивает расход топлива. Систематическая работа двигателя на обогащенной смеси приводит к разжижению масла, увеличению нагарообразования, быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора. http://www.avtonov.svoi.info

stokuzmina.prom.ua

Назначение и классификация систем охлаждения. — КиберПедия

По способу циркуляции жидкости системы охлаждения могут быть:

принудительными, в которых циркуляция обеспечивается насосом, расположенным на двигателе;
термосифонными, в которых циркуляция жидкости происходит за счет разницы плотности жидкости, нагретой деталями двигателя и охлажденной в радиаторе. Во время работы двигателя жидкость в рубашке охлаждения нагревается и поднимается в верхнюю ее часть, откуда через патрубок поступает в верхний бачок радиатора. В радиаторе жидкость отдает теплоту воздуху, плотность ее повышается, она опускается вниз и через нижний бачок вновь возвращается в систему охлаждения.
комбинированными, в которых наиболее нагретые детали (головки блоков цилиндров) охлаждаются принудительно, а блоки цилиндров – по термосифонному принципу.

Охлаждающая жидкость, находящаяся в рубашке охлаждения, нагреваясь за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя, поступает в радиатор, охлаждается в нем и возвращается в рубашку охлаждения. Принудительная циркуляция жидкости в системе обеспечивается насосом, а усиленное охлаждение ее — за счет интенсивного обдува воздухом радиатора. Степень охлаждения регулируется при помощи термостата и путем автоматического включения или выключения вентилятора. Жидкость в систему охлаждения заливают через горловину радиатора или расширительный бачок. Емкость системы охлаждения легкового автомобиля, в зависимости от объема двигателя – от5 до 18 литров. Сливают ОЖ через пробки, расположенные обычно в блоке цилиндров и нижнем бачке радиатора.

Радиатор отдает воздуху тепло от ОЖ. Он состоит из сердцевины, верхнего и нижнего бачков и деталей крепления. Для изготовления радиаторов используются медь, алюминий и сплавы на их основе. В зависимости от конструкции сердцевины радиаторы бывают трубчатые, пластинчатые и сотовые. Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы. Сердцевина таких радиаторов состоит из вертикальных трубок овального или круглого сечения, проходящих через ряд тонких горизонтальных пластин и припаянных к верхнему и нижнему бачкам радиатора. Наличие пластин улучшает теплоотдачу и повышает жесткость радиатора. Трубки овального (плоского) сечения предпочтительнее круглых, так как поверхность охлаждения их больше; кроме того, в случае замерзания ОЖ в радиаторе плоские трубки не разрываются, а лишь изменяют форму поперечного сечения.

Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие изменения температуры в системе устанавливается расширительный бачок. В некоторых радиаторах нет заливной горловины, и заполнение системы охлаждающей жидкостью осуществляется через расширительный бачок. В этом случае паровой и воздушный клапаны располагаются в его пробке. Метки, наносимые на расширительном бачке, позволяют контролировать уровень ОЖ в системе охлаждения. Проверка уровня проводится на холодном двигателе.

Насос ОЖ обеспечивает ее принудительную циркуляцию в системе охлаждения. Насос центробежного типа устанавливается в передней части блока цилиндров и состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и сальника. Корпус и крыльчатку насосов отливают из магниевых, алюминиевых сплавов, крыльчатку, кроме того, – из пластмасс. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива коленвала двигателя. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении крыльчатки, ОЖ из нижнего бачка радиатора поступает к центру корпуса насоса и отбрасывается к его наружным стенкам. Из отверстия в стенке корпуса насоса ОЖ попадает в отверстие рубашки охлаждения блока цилиндров. Вытеканию ОЖ между корпусом насоса и блоком препятствует прокладка, а в месте выхода вала — сальник.

Для усиления потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, установлен вентилятор. Его монтируют либо на одном валу с насосом ОЖ, либо отдельно. Он состоит из крыльчатки с лопастями, привернутой к ступице. Для улучшения обдува воздухом двигателя и радиатора на последнем может быть установлен направляющих кожух. Привод вентилятора может осуществляться несколькими способами. Самый простой – механический, когда вентилятор жестко закрепляется на одной оси с насосом ОЖ. В этом случае вентилятор постоянно включен, что приводит к излишнему расходу мощности двигателя. Кроме того, вентилятор работает даже в неоптимальных режимах, например, сразу после запуска двигателя. Поэтому в современных двигателях такое подключение не используется, а вентилятор соединяется с приводом через муфту. Конструкция муфты может быть различной – электромагнитная, фрикционная, гидравлическая, вязкостная (вискомуфта), но все они обеспечивают автоматическое включение вентилятора при достижении определенной температуры ОЖ. Такое включение обеспечивает температурный датчик. Причем использование гидромуфты и вискомуфты делает возможным не только автоматическое включение и выключение вентилятора, но и плавное изменение частоты его вращения в зависимости от температуры.

В период пуска двигателя для уменьшения износа необходимо быстрее прогреть его до рабочей температуры и при дальнейшей эксплуатации поддерживать эту температуру. Для ускорения прогрева двигателя и поддержания оптимальной его температуры служит термостат. Термостат устанавливают в рубашке охлаждения головки цилиндров на пути циркуляции жидкости из рубашки в верхний бачок радиатора. В системах охлаждения используются термостаты с жидкостным и с твердым наполнитетелем.

Основные неисправности системы охлаждения

cyberpedia.su

Принципы работы и классификация систем охлаждения

Категория:

Тракторы-2

Публикация:

Принципы работы и классификация систем охлаждения

Читать далее:

Принципы работы и классификация систем охлаждения

Работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается выделением большого количества теплоты. Температура газов в момент вспышки достигает 2000 °С, а средняя температура газов в течение рабочего цикла составляет 800… 600 °С. Только 25…40% теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания, используется эффективно. Большая же часть теплоты теряется с отработавшими газами (до 40%) и отводится системой охлаждения (25…35%).

В результате контакта горячих газов с цилиндрами, камерами сгорания, поршнями, клапанами и другими деталями температура этих деталей повышается. Чрезмерный нагрев деталей двигателя приводит к уменьшению зазоров в подвижных соединениях, ухудшению смазки деталей и смазочных свойств масла, а также к нарушению процессов смесеобразования и сгорания (преждевременное воспламенение рабочей смеси, детонация и т. п.). Поэтому для обеспечения нормальной работы двигателя при различных скоростях и нагрузках его температурный режим должен быть вполне определенным и постоянным.

Переохлаждение двигателя или его работа при недостаточном прогреве также отрицательно сказывается на смесеобразовании и сгорании (дополнительные потери теплоты на прогрев двигателя или отвод в систему охлаждения, плохое испарение, конденсация топлива, неоднородная рабочая смесь, смыв масла топливом), а следовательно, снижает эффективность работы двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Детали двигателя охлаждают путем отвода теплоты в атмосферу. В качестве теплоносителей в системах охлаждения двигателей используют жидкость или воздух. В зависимости от рода применяемого теплоносителя системы охлаждения подразделяют на жидкостные (водяные) и воздушные.

Жидкостные системы охлаждения могут быть с термосифонной и принудительной циркуляцией жидкости.

В термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует за счет разницы в плотности холодной и горячей жидкости. Термосифонная система охлаждения проста, но малоэффективна вследствие медленной циркуляции жидкости. Она применяется для охлаждения преимущественно пусковых двигателей.

Принудительная циркуляция жидкости осуществляется при помощи центробежного насоса. Вследствие интенсивной циркуляции жидкости отвод теплоты от деталей ускоряется.

Если полость жидкостной системы охлаждения свободно сообщается с атмосферой, то такая система охлаждения называется открытой. Она применяется редко, так как требует большого расхода интенсивно испаряющейся жидкости.

Преимущественное применение нашли закрытые системы охлаждения, сообщающиеся с атмосферой периодически через паровоздушный клапан. Эти системы охлаждения отличаются малым расходом воды, простотой обслуживания и меньшим образованием накипи.

Система водяного охлаждения современных двигателей состоит из следующих элементов: водяной рубашки, образуемой полостями блока и головки цилиндров, радиатора, водяного насоса, вентилятора, термостата, водораспределительной трубы, шлангов.

Нагретая в водяной рубашке двигателя вода под напором водяного насоса проходит через открытый клапан термостата и верхний соединительный шланг в радиатор. Протекая по трубкам радиатора, которые подвергаются обдуву потоком воздуха, всасываемым вентилятором, вода охлаждается. Из нижнего бачка радиатора охлажденная вода подсасывается через нижний шланг к насосу и направляется далее по водораспределительной трубе к наиболее нагревающимся частям двигателя.

При перегреве двигателя, когда давление в системе охлаждения повышается вследствие парообразования, часть пара отводится в атмосферу через паровоздушный клапан и трубку. Быстрое охлаждение нагретого двигателя приводит к конденсации пара в системе охлаждения и образованию вакуума. В этом случае атмосферный воздух подсасывается в систему через трубку и клапан.

Прогрев двигателя происходит при закрытом клапане термостата. В этом случае вода в верхний шланг не поступает, а отводится по обводному трубопроводу во всасывающую камеру водяного насоса. Вода циркулирует от водяного насоса к водораспределительной трубе, попадает в водяную рубашку двигателя, затем по обводному трубопроводу снова идет к насосу 10. Радиатор 1 оказывается выключенным, вода циркулирует по малому кругу, прогрев воды интенсивный. Циркуляция воды по малому кругу замедляется по мере открытия клапана термостата 6: поток воды получает доступ в радиатор.

Рис. 1. Схемы системы охлаждения: а — схема жидкостной системы; 1 — радиатор; 2 — паровоздушный клапан; 3 _ трубка; 4 — соединительный шланг; 5 — обводной трубопровод; 6 — термостат; 7 — головка; 8 — водораспределительная труба; 9 — блок; 10 — насос; 11 — шланг; 12 — кран; 13 — вентилятор; б — схема воздушной системы; 1 — вентилятор; 2 — сетка; 3 — кожух; 4 — масляный радиатор; 5 — цилиндр; 6 — ребра цилиндра; 7 — щитки-дефлекторы; 8 — окна

При нормальной работе двигателя под нагрузкой температура воды, поступающей в радиатор, составляет 85…90 °С, и температура воды на входе в водяную рубашку 70…75 °С. В радиаторе вода снижает температуру на 10… 15 °С.

Система воздушного охлаждения (рис. 1, б) состоит из вентилятора, кожуха и щитков-дефлекторов. При работе двигателя вентилятор засасывает атмосферный воздух через сетку и направляет его при помощи кожуха к ребристым поверхностям цилиндров и их головок. Поток воздуха обдувает цилиндры и головки и выходит через окна между дефлекторами. Чем больше открыты окна, тем меньше сопротивление потоку воздуха и интенсивнее обдув цилиндров и их головок. Под кожухом устанавливают масляный радиатор, который также охлаждается потоком воздуха.

По сравнению с водой воздух как теплоноситель имеет более низкие теплопроводность и теплоемкость. Поэтому в двигателях с воздушным охлаждением наиболее нагревающиеся детали (цилиндры, головки цилиндров) имеют увеличенную поверхность контакта с теплоносителем за счет оребрения, а вентилятор повышенной подачи обеспечивает интенсивный обдув двигателя.

Система воздушного охлаждения удобнее в эксплуатации, позволяет снизить массу и габариты двигателя, однако отличается повышенной шумностью и значительными затратами мощности на привод вентилятора (от 5 до 10% мощности двигателя).

Рекламные предложения:

Читать далее: Водяные насосы и вентиляторы

Категория: — Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Система охлаждения. Классификация систем охлаждения

Средняя температура газов в цилиндрах работающего двигателя составляет около 1000°С. Газы в процессе работы нагревают стенки цилиндра, поршня головки блока. Если двигатель не охлаждать, то сгорит пленка масла между трущимися деталями, в результате чего повысится износ деталей, могут возникнуть заклинивание поршней из-за их расширения и другие неисправности.

Система охлаждения служит для отвода тепла от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работающего двигателя. Отвод лишнего тепла в двигателях внутреннего сгорания достигается их искусственным охлаждением с помощью жидкости (жидкостное охлаждение) или окружающего воздуха (воздушное охлаждение).

Двигатели с жидкостным охлаждением (рис. 17 а) получили наибольшее распространение. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или жидкость с низкой температурой замерзания — антифриз. В жидкостную систему охлаждения входят водяная рубашка 6 охлаждения блока и головки цилиндров, радиатор 2, водяной насос 9 и вентилятор 3, а также вспомогательные устройства: водораспределительный канал 8, термостат 4, соединительные шланги, краники слива и указатель 5 температуры жидкости (термометр).

При работе пускового двигателя до начала проворачивания коленчатого вала основного двигателя происходит термосифонная циркуляция воды. Под действием разности температур вода циркулирует из водяной рубашки цилиндра пускового двигателя в его головку, а затем направляется в водяную рубашку головки блока основного двигателя. Отдав тепло головке блока цилиндров, вода по соединительному патрубку поступает опять в рубашку цилиндров пускового двигателя.

Рис. 17. Схемы систем охлаждения.

а — жидкостного, б — воздушного

1 — шторка радиатора, 2 — радиатор, 3 — вентилятор, 4 — термостат, 5 — термометр,

6 — водяная рубашка основного двигателя, 7 — водяная рубашка пускового двигателя,

8 — водораспределительный канал, 9 — водяной насос, 10 — сливной краник,

11 — воздухораспределительный кожух, 12-регулятор подачи масла, 13 — золотник,

14 — головка цилиндра, 15 — маслопровод, 16 — шкив привода вентилятора,

17 – гидродинамическая муфта, 18 – направляющий аппарат вентилятора.

Во время работы основного двигателя принудительная циркуляция воды в системе охлаждения создается центробежным водяным насосом. Центробежный водяной насос 9 забирает воду из нижнего бака радиатора и нагнетает под давлением в водяную рубашку 6 двигателя, где она охлаждает стенки цилиндров. Из водяной рубашки блока вода направляется через отверстия и каналы в водяную рубашку головки цилиндров. Каналы направляют потоки воды к перемычкам клапанных гнезд, подверженным наибольшему нагреву, и к латунным стаканчикам форсунок, предотвращая перегрев и закоксовывание их распылителей. В холодном двигателе вода направляется термостатом из водяной рубашки к водяному насосу (по малому кругу), минуя радиатор, а в прогретом — в верхний бак радиатора (по большому кругу). Проходя из верхнего бака радиатора 2 в нижний по многочисленным трубкам, вода охлаждается. Воду охлаждает поток воздуха, создаваемый вентилятором 3 и поступающий между трубками. Из нижнего бака радиатора вода вновь нагнетается насосом в водяную рубашку двигателя.

Благодаря высокой скорости движения разность температур воды, выходящей из рубашки охлаждения и входящей в нее, небольшая (4-7°С), что создает благоприятные условия для равномерного охлаждения двигателя.

На современных двигателях применяется закрытая система охлаждения. Она характеризуется тем, что радиатор герметически закрыт, только при повышенном или пониженном давлении он сообщается с атмосферой. Для этого на радиаторе установлен паровоздушный клапан. В закрытой системе охлаждения уменьшается потеря жидкости в результате испарения. В такой системе можно поддерживать более высокую температуру воды, что создает благоприятные условия для работы двигателя.

В двигателях с воздушным охлаждением (рис. 17б) отвод тепла от деталей происходит в результате принудительного обдува цилиндров и их головок воздухом. Принудительное движение воздуха сообщается роторным вентилятором, состоящим из ротора 19 с большим числом лопастей и неподвижного направляющего аппарата 18. Вращаясь с большой частотой, ротор нагнетает воздух под воздухораспределительный кожух 11.

На двигателе воздушного охлаждения введено автоматическое регулирование теплового режима изменением частоты вращения ротора вентилятора. С этой целью между шкивом 16 привода вентилятора и ротором установлена гидродинамическая муфта 17 переменного наполнения маслом, а в головке цилиндра — регулятор 12 подачи масла. Гидромуфта 17 имеет два колеса с лопатками: ведущее — насосное (переднее по ходу двигателя) и ведомое — турбинное. Последнее жестко связано с ротором 19 и не имеет механической связи с насосным колесом.

Действует автоматическое устройство следующим образом. Когда двигатель не прогрет и температура головки цилиндра недостаточна, золотник 13 не пропускает масло из смазочной системы в гидромуфту, в результате чего турбинное колесо с вентилятором не вращается. Двигатель быстро прогревается. При достижении нужной температуры прогрева чувствительный датчик регулятора 12 перемещает золотник 13 и открывает доступ масла в гидромуфту. Масло, попавшее внутрь муфты, захватывается лопатками ведущего колеса и отбрасывается на лопатки ведомого. Это заставляет ведомое колесо вращаться вместе с ротором вентилятора.

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com