Файл: Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник.pdf

с бензина на генераторный газ не требует существенных переделок самого двигателя. Однако мощность его при этом снижается на 35— 40%, что объясняется меньшей тепловыделяющей способностью горю­ чей смеси, получаемой при смешении генераторного газа с воздухом (2300—2600 кдж/м3н), по сравнению с бензиновоздушной смесью, выделяющей 3300 кдж/м3н тепла. Кроме того, значительное влияние оказывают сопротивления газогенератора, системы очистки и охлаж­

Среднекалорийные газы (коксовый, светильный, синтезгаз) яв­ ляются побочными продуктами производства искусственного топлива. Использование среднекалорийных газов для двигателей внутреннего сгорания целесообразно только на месте их получения и в близлежа­ щих районах.

Высококалорийные газы (природные, а также газы, получаемые при переработке нефти) подаются к стационарным двигателям внутрен­ него сгорания непосредственно из газопровода. Для питания транс­ портных двигателей применяются баллоны, заряженные под избы­ точным давлением до 150—200 кгс/см2 (147 -105 — 196x 10s н/м/1).

Часто применяются также сжиженные газы, содержащиеся в бал­

творность сжиженных газов (пропан, бутан, бутилен и др.) составляет 33 000—70 000 кдж/м3н и выше.

При питании высококалорийным или сжиженным газом мощность карбюраторного двигателя не только не снижается, но может быть несколько повышена путем увеличения степени сжатия. Это оказывает­ ся возможным, так как горючий газ обладает меньшей склонностью к детонации, чем бензин.

Г л а в а V I I

ОХЛАЖДЕНИЕ И СМАЗКА ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 39. Назначение и способы охлаждения двигателей

Охлаждение двигателей необходимо для снижения температуры деталей, соприкасающихся с горячими газами. Охлаждению подвер­ гают стенки цилиндров и крышек, а в некоторых случаях — поршни, корпуса выпускных клапанов, выпускные коллекторы и форсунки.

94

Количество тепла, отводимого при охлаждении, колеблется в пре­ делах 15—30% теплоты сгоревшего топлива в зависимости от типа и мощности двигателя.

Для охлаждения двигателей применяются жидкостные (вода, масло, антифриз) и воздушные системы.

При жидкостном охлаждении тепло от нагревающихся частей дви­ гателя отнимается жидкостью, циркулирующей в охлаждающих ру­ башках. Нагревшаяся в рубашках жидкость отводится в дренаж или охлаждается в специальных устройствах — холодильниках, радиа­ торах, градирнях, после чего снова подается в рубашки двигателя. Иногда охлаждающая вода находится в рубашках в состоянии кипения (испарительное охлаждение) и по мере убыли пополняется свежей.

Воздушное охлаждение применяется значительно реже и только для двигателей небольшой мощности. Воздухом с помощью вентилятора обдуваются цилиндры и головки двигателя. Для увеличения охлаж­ дающей поверхности наружные стенки цилиндра и головки снабжают­ ся ребрами.

Наиболее широко в двигателях применяются водяные системы ох­ лаждения. В стационарных условиях при наличии водопровода можно применять проточную воду, которая непосредственно из водопровода или резервного буферного бака поступает в рубашки цилиндров дви­ гателя. Из них она проходит в рубашки головок цилиндра, после чего отводится в дренаж.

При проточном охлаждении температура воды на выходе из двига­ теля должна поддерживаться 50—60° С. Уменьшение температуры воды ниже 40° С ведет к увеличению потери тепла, неполноте сгорания, неравномерному охлаждению деталей и термическим деформациям. Повышение температуры воды более 60° С приводит к образованию на поверхности рубашек накипи, что ухудшает теплопередачу.

Существенным недостатком проточной системы охлаждения яв­ ляется большая разница в температуре воды на входе и выходе из двигателя. В результате этого возникают внутренние напряжения

вметалле, что часто является причиной образования трещин.

§40. Циркуляционная система охлаждения

Внастоящее время значительное применение находят циркуля­ ционные системы охлаждения двигателей. В этих случаях определен­ ное количество воды, заполняющей систему, циркулирует по замкнуто­ му контуру. Нагревающаяся в рубашках двигателя вода поступает по соединительному трубопроводу в холодильник (радиатор), где охлаж­ дается, отдавая тепло окружающему воздуху. Охлажденная вода снова поступает в двигатель. При таком способе охлаждения расход свежей воды, идущей на пополнение утечек и испарение, оказывается незна­ чительным, вследствие чего не происходит постоянного отложения накипи. Достаточно высокая температура воды на входе в рубашки

позволяет повысить также температуру воды на выходе до 80—90° С и выше. Это создает более благоприятные условия охлаждения.

95

В зависимости от причины, заставляющей воду циркулировать, системы бывают с естественной (термосифонной) или принудительной циркуляцией.

При термосифонной системе циркуляция воды возникает за счет разности удельных масс холодной воды, заполняющей радиатор, и горячей воды, находящейся в рубашках двигателя. Помимо простоты устройства, положительным качеством такой системы является в из­

в рубашках, вследствие чего увеличивается и интенсивность циркуля­ ции. К недостаткам термосифонной системы относятся: малая скорость циркуляции, требующая больших проходных сечений и емкостей руба­ шек и радиаторов; прекращение циркуляции при случайном образо­ вании воздушных или паровых мешков; потребность в значительной разности средних температур в рубашках и радиаторе, что неблаго­ приятно для двигателя.

В системе охлаждения с принудительной циркуляцией, получив­ шей наибольшее применение в двигателях, движение воды осущест­ вляется за счет действия специального циркуляционного насоса (обычно центробежного типа) с приводом от самого двигателя. Благо­ даря большой скорости циркуляции и независимости ее от температуры воды в рубашках разность температур на входе и выходе может быть снижена до 10—15° С и даже меньше, что весьма благоприятно для двигателя. Большая скорость циркуляции позволяет сократить емкость, а следовательно, размеры и вес всех элементов системы ох­ лаждения.

Если полость циркуляционной системы охлаждения постоянно сообщается с атмосферой и, следовательно, в ней не может возникнуть избыточного давления или разрежения, то такая система называется о т к р ы т о й . Повышение температуры воды до 100° С в открытой системе неизбежно вызывает кипение. Кроме того, вследствие поверх­ ностного испарения убыль воды в открытой системе и потребность в ее пополнении довольно значительны.

Если полость системы охлаждения герметична, то система назы­ вается з а к р ы т о й . В этом случае давление в системе может пре­ вышать атмосферное, и при возрастании температуры до 100° С и даже выше кипение возникать не будет. В закрытых системах охлаж­ дения при надлежащем состоянии всех соединений убыль воды незна­ чительна.

Для предотвращения чрезмерного возрастания давления при перег­ реве воды, а также образования вакуума (это может вызвать поврежде­ ние тонкостенных деталей радиатора) предусматриваются предохра­ нительные клапаны, вмонтированные чаще всего в крышку заправочной горловины.

Поддержание наивыгоднейшего режима охлаждения в зависимости от нагрузки двигателя и более быстрый прогрев его после пуска достигаются регулировкой потока воздуха через радиатор с помощью жалюзи или шторок, управляемых вручную или автоматически. В этих же целях широкое применение имеет д в у х к о н т у р н а я с и с -

96

§ 41. Требования, предъявляемые к качеству охлаждающей воды

В воде, применяемой для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, не должно содержаться механических примесей, загрязня­ ющих внутренние полости системы охлаждения и загромождающих проходные сечения. Вода должна давать минимальное количество на­ кипи и не вызывать коррозии соприкасающихся с ней поверхностей.

Природная вода, содержащая значительное количество взвешен­ ных частиц (более 5000—12 ООО мг/л), предварительно отстаивается, затем фильтруется, чаще всего через слой кварцевого песка. При со­ держании в воде большого количества коллоидных веществ применяет­ ся к о а г у л я ц и я , т. е. добавка к воде в небольших количествах сернокислого алюминия, железного купороса, хлорного железа и т. п. В результате взаимодействия коагулянтов с загрязненной водой кол­ лоидные вещества и мелкие взвешенные частицы сгущаются и пре­ вращаются в хлопья, которые частично оседают при отстаивании, ча­ стично задерживаются при фильтрации.

Способность воды выделять при нагревании накипь зависит глав­ ным образом от содержания в ней в растворенном состоянии солей кальция и магния. Чем больше в воде содержится этих солей, тем больше ее ж е с т к о с т ь . Существует жесткость к а р б о н а т н а я , или временная, характеризующая содержание двууглекислого каль­ ция и магния, и н е к а р б о н а т н а я , или постоянная, характе­ ризующая содержание прочих солей кальция и магния. Чем выше кар­ бонатная жесткость, тем больше при нагревании выделяется из воды осадка в виде рыхлого шлама. Чем выше некарбонатная жесткость, тем интенсивнее образуется твердая корка накипи, которая в рубашках двигателя создает как бы слой изоляции между металлом й охлаж­ дающей водой. Это ведет к перегреву стенок цилиндра, головок и часто является причиной образования трещин.

Для снижения жесткости природной воды применяют различные способы умягчения: известково-содовый, катионитовый и комбини­ рованный.

Коррозия металла происходит от взаимодействия с металлом га­ зов, кислот, щелочей и появления местных электрических токов (электрохимическая коррозия). Для уменьшения коррозии применя­ ются различные присадки к охлаждающей воде (хромпик, углекислый натрий). Если охлаждающая вода соприкасается с алюминиевыми деталями, в ней не должны содержаться щелочи.

§ 42. Роль смазки двигателей

При взаимном перемещении соприкасающихся деталей происходит постепенное скалывание мельчайших выступов шероховатых трущих­ ся поверхностей. В результате появляется износ этих деталей. На преодоление сил молекулярного сцепления при износе затрачивается механическая работа, поэтому только часть работы, развиваемой

98