Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

KF

ния лучших значений---- (рис. 69) для заданных величин GBcv

Nг

исреднестатистических значений Ѳ (или К, найденного по фор­

муле (97). Лучшие варианты надо сравнить по надежности для конкретных условий эксплуатации и только после этого детально рассчитать для окончательного выбора с учетом всех требований ГОСТа и перечисленных выше расходов.

Кроме воды, для понижения температуры наддувочного воз­ духа в поверхностных охладителях форсированных комбиниро­ ванных двигателей может использоваться фреон-12, циркулирую­ щий в системе специальной парокомпрессорной холодильной ус­ тановки, для которой охладитель воздуха на двигателе является испарителем, или, вернее, парогенератором фреона. Применение такой усложненной системы охлаждения позволило снизить тем­ пературу воздуха перед впускными органами цилиндров до 278,15 К. Более глубокое охлаждение нецелесообразно, так как влага, содержащаяся в наддувочном воздухе, будет конденсиро­ ваться и замерзать на охлаждающих элементах охладителя со стороны протекания воздуха. Низкотемпературное охлаждение окажется оправданным только при необходимости снижения теп­ лонапряженности деталей двигателя, которую не удастся обес­ печить охлаждением других видов.

ВОЗДУХОВОЗДУШНЫЕ ОХЛАДИТЕЛИ

Несколько изолированно развивались рекуперативные охла­ дители систем воздухоснабжения комбинированных двигателей, в которых охлаждающим агентом служит атмосферный воздух. Пока известно применение таких охладителей только на тепло­ возах и автомобилях. Объясняется это тем, что вода на тепло­ возе и автомобиле, используемая для охлаждения наддувочного воздуха, имеет сравнительно высокую температуру, так как, в свою очередь, охлаждается атмосферным воздухом.

Замена воды, как охлаждающего агента, воздухом несколько упрощает систему воздухоснабжения двигателя. Из системы ис­ ключается водяной насос и его привод, вместо двух охладителей (двигателя и второго для охлаждения воды воздухом) остается только один воздуховоздушный охладитель. Располагаемый тем­ пературный напор между охлаждаемым и охлаждающим возду­ хом используется полностью только в одном теплообменнике. Такой охладитель, например, был разработан для двигателя 6ЧН 31,8/33 (2Д50) тепловоза ТЭ-2 [11]. Атмосферный воздух, протекающий в охладителе и охлаждающий снаружи плоско­ трубчатую поверхность теплообмена, подается эжектором, ис­ пользующим энергию выпускных газов.

Известны и другие попытки применения воздуховоздушных охладителей. Так, для двигателя типа ДН 20,7/2 X 25,6 (6Д100) была создана установка, состоящая из двух пластинчатых возду­ ховоздушных охладителей, размещаемых по бокам приводного

119

компрессора второй ступени наддува. Сжатый в компрессоре воздух поступает в охладители и затем в цилиндры поршневой части. Атмосферный воздух подается в охладители осевым вен­ тилятором.

Несмотря на сравнительную простоту воздуховоздушных охладителей, они пока мало распространены. Объясняется это, по-видимому, невысокой эффективностью использованных тепло­ обменных поверхностей и слабой изученностью возможных путей их улучшения. Относится это в первую очередь к вопросу при­ менения пластинчатых охлаждающих поверхностей, имеющих больший коэффициент компактности. Работы в этом направле­ нии уже начались.

Регенеративный вращающийся теплообменник для охлажде­ ния воздуха в системе наддува был впервые разработан на Ко­ ломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева [22]. Его охлаждающая поверхность представляет собой враща­ ющийся металлический диск, образованный навивкой гофриро­ ванной и прямой стальных лент толщиной 0,15 мм. Для жестко­ сти ободья диска скреплены радиальными спицами-связями. Его диаметр равен 1420 мм, высота 50 мм, поверхность охлаждения 248 м2. Для подачи атмосферного воздуха через вращающийся с частотой вращения 20 об/мин диск теплообменника используется стандартный осевой вентилятор. В связи с тем, что наддувочный и атмосферный воздух протекают по одним и тем же каналам, отпадает необходимость в уплотнении поверхности теплообмена. Несмотря на это, конструкция охладителя получилась сложной и недостаточно надежной.

Анализируя экспериментальные данные, полученные при ис­

на тепловозах, следует ограничивать. Действительно, рост фор­ сирования комбинированных двигателей связан с ростом в них тепловых потоков. Стремясь сохранить температурный режим таким же, как и у надежно работающих двигателей, конструкто­ рам при создании новых форсированных двигателей приходится применять специальные меры для обеспечения отвода все уве­ личивающихся количеств тепла.

Эксперименты показывают, что с ростом форсирования дви­ гателя доля тепла, отводимого с водой и маслом, растет. На рис. 70 показана зависимость количества тепла, отводимого охлаждающим устройством установки, от форсирования двига­ теля. Количество тепла, отдаваемое в воду и масло серийными двигателями и в том числе двигателями отечественных магист­ ральных тепловозов и других силовых установок, фактически

является функцией величины

т

(98)

120

Этот закон, полученный аппроксимацией статистических дан­ ных (кривая II на рис. 70)., связывающих количество тепла Q

с характеристикой ------, действителен только для двигателей, со- X

зданных в период 1949—1965 гг. Новейшие, более совершенные комбинированные двигатели, такие, как ЧН 26/26 (типа Д49), 6ЧН 24/27 (6Д70), 8ЧР1 21/23 (Фиат) и др. отдают воде и маслу вследствие более высоких допускаемых температур поршня, кла-

Рис. 70. Зависимость количества тепла, подлежащего от­ воду или отводимого охлаждающим устройством, от па­ раметра реСт/х:

I — новейшие комбинированные двигатели; II — двигатели, созданные в период 1949—1965 гг.; 111 — двигатели ранних вы­ пусков:

1 — 1ОД 20,7. 2 x 2 5 ,4(2Д100); 2 — І2ДН 20,7/2x25,4 (9Д1 03) .

панов и других деталей сравнительно мало тепла, но и у них

с ростом —-— относительно возрастает Q из-за увеличения теп­

ла, отводимого от наддувочного воздуха при форсировании ра­ бочего процесса по ре (кривая / на рис. 70).

Количество тепла, отводимого в воду и масло, для этих дви­ гателей аппроксимируется уравнением

121

Для двигателей более раннего выпуска: 6ЧН 25/34, 6ЧН 31,8/33 (Д50) и 124 15/18 (1Д12) аналогичная эксперименталь­ ная зависимость (кривая /// на рис. 70) описывается уравнением

ет количество тепла, которое должно отводиться через охлади­ тели тепловоза. Например, количество тепла, отводимого охлаж­ дающим устройством одной секции серийно выпускаемого тепло­ воза ТЭ-3 при увеличении мощности его двигателя вдвое (от 1470 до 2940 кВт), увеличилось бы приблизительно в 2,8 раза. Соответственно (в 2,8 раза) возросли бы размеры и масса ох­ лаждающего устройства тепловоза. При увеличении мощности втрое размеры и масса охлаждающего устройства вырастут не втрое, а уже почти в 5,5 раза.

При такой перспективе роста размеров и массы теплообмен­ ных устройств тепловоза использование поверхностных охлади­ телей воздуха прежде всего на локомотивах встречает серьезные затруднения. Поэтому приобретают важное значение поиски но­ вых методов понижения температуры воздушного заряда ци­ линдров.

ИСПАРИТЕЛЬНОЕ, ВОДОКОНТАКТНОЕ И ТУРБОДЕТАНДЕРНОЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

На Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куй­ бышева, начиная с 1949 г., проводились работы по использова­ нию испарительного охлаждения наддувочного воздуха (испа­ рением в нем распыленной воды).

В 1955—1956 гг. испарительное охлаждение исследовалось на двигателе Миррлис TL3, оборудованном турбокомпрессором НЕПИР TS 90 и охладителями фирмы Броун — Бовери.

Как показали опыты, на тепловозном двигателе типа ДН 23/30 при распиливании воды перед входным патрубком компрессора процесс сжатия в нем приближается к изотерми­ ческому (рис. 71). Для сравнения там же показано протекание процесса сжатия в системе воздухоснабжения тепловозного дви­ гателя 16ДН 23/30 (Д45) с поверхностным охладителем. По­ дробное исследование работы турбокомпрессора с испаритель­ ным охлаждением воздуха показало, что параметры даже непри­ способленного к сжатию двухфазного рабочего тела компрессора улучшаются [14]. Пр исследовании на стенде во входном па­ трубке компрессора центробежной форсункой распиливалось различное количество воды и поддерживалась постоянной тем­ пература засасываемого воздуха.

'122