Система охлаждения Д 245

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Контрольная работа

по дисциплине «Системы управления ДВС»

Тема: Система охлаждения Д 245

Выполнил:

А.Ф. Стреминский

Проверил:

В.И. Хатянович

Минск 2014



1. Описание системы охлаждения, схема и принцип действия

В двигателе реализована система жидкостного охлаждения, закрытая (сообщается с окружающей средой лишь кратковременно, через клапан). Действует она следующим образом. Насос 8 забирает охлажденную жидкость из нижнего 3 бака радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения дизеля (при наличии - и пускового двигателя), вытесняя из нее в верхний бак радиатора нагретую. Перетекая по трубкам, сердцевина 12 радиатора с верхнего 14 бака в нижний 3 жидкость охлаждается воздухом, который засасывается вентилятором 10. Температуру жидкости в системе контролирует с помощью термометра 17. Оптимальная рабочая температура 80.. .97°С. Для ручного регулирования теплового состояния дизеля предусмотрена шторка 5. В холодном двигателе термостат 20 перепускает охлажденную жидкость к насосу, исключает этим ненужное ее охлаждение в радиаторе. Заливная горловина радиатора герметически закрыта крышкой 16 с паровым и воздушным клапанами.

Насос у рассматриваемых дизелей конструктивно объединен с вентилятором и устроен подобно.



Шкив 1 получает вращение от коленчатого вала посредством клинового ремня. При вращении крыльчатки жидкость, находящаяся между ее лопастями, выбрасывается центробежной силой в полость нагнетания.

При выходе жидкости из промежутков между лопастями в центре крыльчатки создается разрежение, под действием которого сюда поступает жидкость из полости всасывания В, соединенной с нижним бачком радиатора. охлаждение радиатор насос привод

Устройство насоса с вентилятором дизеля Д-245 отличается от рассмотренных. В корпусе 6 вращается чугунная крыльчатка 8, напрессованная на валик 11 и закрепленная болтом 10. Валик насоса установлен на двух шарикоподшипниках 2 полузакрытого типа.

В корпусе крыльчатки 8 запрессована втулка 7, к торцевой поверхности которой пружина 4 прижимает уплотняющую свинцово-графитовую шайбу 5.

Полированные поверхности втулки 7 и шайбы 5 образуют подвижное уплотнение, защищающее полость подшипников от попадания воды (охлаждающей жидкости). Отдельные капли воды, просочившиеся через уплотнение насоса, сливаются через дренажное отверстие в корпусе. Вентилятор крепится к торцу шкива 1 насоса. Валик насоса и вентилятор приводятся во вращение при помощи двух клиновидных ремней. В подшипники и полость насоса закладывается одноразовая смазка "Литол-24", и в течение всего периода эксплуатации смазка подшипников не требуется.

Термостат служит для регулирования температуры охлаждающей жидкости путем подключения или отключения радиатора. Применяют термостаты с жидкостным (ЮМЗ) или твердым (МТЗ) наполнителями.

Жидкостный двухклапанный термостат состоит из гофрированного цилиндра 4, корпуса 2, главного 3 и вспомогательного 1 клапанов, штока 5. Цилиндр изготовлен из латуни и заполнен водным раствором спирта.

При температуре охлаждающей жидкости ниже 65-75°С гофрированный цилиндр сжат, главный клапан перекрывает доступ жидкости в радиатор, а через окна вспомогательного клапана и корпуса она перепускается к насосу. Нагревающаяся в рубашке охлаждения жидкость не поступает в радиатор, а циркулирует по так называемому малому кругу и интенсивно нагревается. При температуре охлаждающей жидкости в пределах 70°С наполнитель гофрированного цилиндра начинает интенсивно испаряться, значительно увеличивая свой объем. Цилиндр растягивается, главный клапан открывается, при этом одновременно закрывается вспомогательный клапан. Часть жидкости начинает циркулировать через радиатор, остальная перепускается к насосу. При температуре жидкости 80-90°С главный клапан полностью открыт, а вспомогательный закрыт. Жидкость циркулирует по большому кругу и охлаждается в радиаторе. В таком состоянии система охлаждения максимально обеспечивает отвод теплоты от дизеля.

При снижении температуры охлаждающей жидкости пары спирта в цилиндре конденсируются, давление уменьшается, и главный клапан прикрывает доступ жидкости к радиатору. При этом открывается вспомогательный клапан, увеличивая поток жидкости к насосу.

У термостата с твердым наполнителем на цилиндре 4 находятся основной 5 и два перепускных 3 клапана, а внутри - эластичная вставка 6. Нижний конец вставки завальцован в цилиндре, пространство вокруг нее заполнено активной смесью.

Термосиловой элемент надет на стержень 1, который закреплен гайкой в скобе 10, припаянной к корпусу 2 термостата. Пружина 7, надавливая на опорную шайбу, надетую на термосиловой элемент, удерживает его в. нижнем положении (как показано на рисунке). При этом основной клапан закрывает горловину корпуса 2 и, таким образом, перекрывает проход жидкости к радиатору. Через боковые окна корпуса жидкость направляется к насосу.

В процессе прогревания активная смесь расширяется, сдавливает вставку 6 и, когда температура охлаждающей жидкости достигнет 78.. .82°С, она станет сползать вверх по конусному концу стержня, увлекая за собой термосиловой элемент вместе с клаке папами. При температуре в пределах 95°С основной клапан полностью открыт, а боковые закрыты.

Радиатор состоит из верхнего 14 и нижнего З бачков, сердцевины 12 и деталей крепления.

Обычно применяют трубчатые сердцевины, представляющие собой несколько рядов вертикально расположенных круглых или овальных латунных трубок.

Для увеличения поверхности охлаждения и повышения жесткости на трубки надеты и припаяны к ним тонкие латунные пластины.

Верхний и нижний баки изготовлены из чугуна или латуни. В верхнем баке расположена заливная горловина с пробкой 16 и пароотводящей трубкой 18.

Для регулирования интенсивности обдува трубок радиатора воздухом спереди него располагается шторка 5 или жалюзи.

Жидкость из рубашки охлаждения поступает в верхний бак радиатора, оттуда, по трубкам сердцевины, перетекает в нижний.

В крышке заливной горловины радиатора системы охлаждения закрытого типа есть паровоздушный клапан. Он изолирует систему охлаждения от атмосферы и поддерживает в ней избыточное давление, что повышает температуру кипения, снижает парообразование и расход охлаждающей жидкости.

При надетой на горловину 2 крышке 5 радиатора паровой канал 4 через резиновую прокладку прижат пружиной 7 к уступу горловины и изолирует полость верхнего бачка радиатора от атмосферы.

В центре парового клапана расположен воздушный клапан 1.

Когда давление в системе становится на 0.05.. .0,07 МПа выше атмосферного (вследствие парообразования), паровой канал 4, преодолевая сопротивление пружины 7, перемещается по штоку б вверх. Пар из верхнего бачка радиатора проходит через образовавшуюся щель и трубкой 8 выводится в атмосферу.

В случае образования разрежения в системе охлаждения (при охлаждении горячего двигателя, утечки жидкости и т.д.) до 0,001...0,01 МПа через воздушный канал подсасывается воздух, что исключает деформацию латунных трубок сердцевины радиатора.

У тракторов семейства ЮМЗ сердцевина 1 радиатора системы охлаждения состоит из четырех рядов вертикальных плоских трубок, на которые надеты горизонтально расположенные пластины (все из латуни).

Концы трубок припаяны к крайним пластинам радиатора, к которым прикреплены болтами верхний 3 и нижний 9 баки (для уплотнения установлены прокладки). Баки соединяются стойками 2 и 6 по обеим сторонам сердцевины. В верхней части верхнего бака припаяна заливная горловина 4 с пробкой 5 (внутри ее - клапаны). Для спуска охлажденной жидкости в соединительный патрубок нижнего бака ввернут краник.

Радиатор прикреплен к переднему брусу трактора на двух опорах 8 с помощью гаек через пружины и резиновые шайбы. С задней стороны к стойкам радиатора системы охлаждения прикреплены кожух 7 вентилятора, который направляет поток воздуха на дизель и предотвращает попадание на лопасти вентилятора каких-либо предметов.

Один конец шторки 2 установленной впереди радиаторов систем охлаждения в смазки, соединен с планкой 1, укрепленной в нижней части радиатора, второй закреплен на барабане З. С помощью барабана перемещают закрепленную ось в вертикальной плоскости. При перемещении оси шторка наматывается на барабан или сматывается с него. Наматывается шторка (движение барабана вниз) под действием пружины 4. При перемещении оси вверх барабан, вращаясь, закрывает пружину.

Управляют шторкой с помощью блока 6, расположенного в кабине. Для опускания шторки нужно - нажать на рукоятку блока. При этом выступы стопорной шайбы в планки выйдут из зацепления и дадут возможность повернуть рукоятку и установить шторку в нужное положение. Возвращается рукоятка в исходное положение под действием пружины.

2. Расчет системы охлаждения

Расчет радиатора

1. Количество теплоты , отводимой через систему охлаждения двигателя при его работе на режиме номинальной мощности:

,

Где - относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость.

В большинстве случаев относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость в дизелях составляет 0,16...0,36 от теплоты сгорания топлива.

Для учета уменьшения коэффициента теплоотдачи вследствие засорения наружной поверхности решетки и отложений накипи на внутренних поверхностях трубок радиатора (что наблюдается уже через 50...60 ч работы двигателя), а также отклонения расчетных данных от действительных условий к расчетному количеству теплоты введем поправочный коэффициент:

2. Количество теплоты, отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью (), принимается равным количеству теплоты, передаваемой охлаждающему воздуху ():



.

3. Расход воздуха, проходящего через радиатор:

,

где - средняя удельная теплоемкость воздуха: кДж/(кг•°С);

- плотность воздуха при температуре 40°С: кг/м³.

С увеличением температуры плотность воздуха уменьшается, и для конкретного значения при неизменном давлении может быть определена по зависимости:

,

где - температурный перепад в решетке радиатора: . Для расчета принимаем .

4. Циркуляционный расход охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор:

,

где - удельная теплоемкость жидкости: для воды = 3,84 кДж/(кг°С); - плотность охлаждающей жидкости = 1,085 т/м³;

- температурный перепад охлаждающей жидкости в радиаторе:



Оптимальное значение температуры , характеризующей температурный режим жидкостного охлаждения, принимается в интервале 80...95 °С. Для дальнейших расчетов принимаем = 90⁰С.

5. Средняя температура жидкости в радиаторе:

6. Средняя температура воздуха, проходящего через радиатор:

,

где - температура воздуха на входе в радиатор, принимаем

7. Необходимая площадь поверхности охлаждения радиатора:

где - коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к охлаждающему телу, Вт/(м²•°С).

,

где - коэффициент теплоотдачи от охлаждающей жидкости (вода, масло) в стенки радиатора, Вт/(м²•°С).

- толщина стенки, м;

- коэффициент теплопроводности материала радиаторных трубок, Вт/(м²•°С). - коэффициент оребрения радиатора; - коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к охладителю, Вт/(м²•°С).

Значение зависит в основном от скорости движения жидкости в трубках радиатора. Для прямых гладких трубок при скоростях течения жидкости, характерных для радиаторов систем охлаждения автотракторных двигателей, = 2500...4100 Вт/(м²•°С).

Коэффициент оребрения для радиаторов трубчато-пластинчатого и трубчато-ленточного типов можно принимать равным 3,5...6.

Значения коэффициента теплоотдачи от стенок радиатора к воздуху = 70...140 Вт/(м²•°С).к воде -- = 2300…4000Вт/(м²•°С).

В результате экспериментальных исследований найдено, что для радиаторов грузовых автомобилей и тракторов - 80... 100 Вт/(м²•°С).

.

8. Площадь фронтовой поверхности радиатора:

,

где - скорость воздуха перед фронтом радиатора (6... 18 м/с) без учета скорости движения машины

9. Глубина сердцевины радиатора:



где - коэффициент объемной компактности: для современных радиаторов =0,6...1,8 мм^-1.

Глубина сердцевины автомобильных радиаторов - 60...150 мм, тракторных - 80...135 мм. Трубки радиаторов изготовим из латуни Л62; охлаждающие пластины -- из алюминиевого сплава. Толщина стенок трубок - 0,3, толщина пластин - 0,2.

Расчет вентилятора.

1. Окружная скорость лопасти вентилятора на ее наружном диаметре

,

где - коэффициент, зависящий от формы лопастей: = 2,2...2,9 - криволинейные лопасти,

- давление воздуха, создаваемое вентилятором: = 600...1000 П По соображениям акустического характера принимается м/с.

2. Диаметр (м) вентилятора:

,

где - подача вентилятора, определяемая ранее;

- расчетная скорость воздуха в рабочем колесе. В воздушных трактах жидкостной системы охлаждения эта скорость зависит от отношения площади «живого сечения» круга, описываемого крыльчаткой вентилятора, к фронтовой поверхности радиатора;

Полученное значение D_B округляется до ближайшего в размерном ряду по ГОСТ 10616--73 (...0,25; 0,265; 0,280; 0,300; 0,315; 0,335; 0,355; 0,375; 0,400; 0,425; 0,450; 0,475; 0,500; 0,530; 0,560; 0,600; 0,630; 0,670...). В двигателях существующих конструкций используются вентиляторы диаметром 0,25...0,67 м.

3. Частота вращения вала вентилятора:

.

Обычно отношение частоты вращения коленчатого вала к частоте вращения вала вентилятора составляет 0,7...1.

4. Мощность (кВт), потребная для привода вентилятора:

,

где -- КПД вентилятора, для литых -- = 0,6...0,7.

Для существующих двигателей отношение N_в/N_e не должно превышать 0,05...0,08.

Расчет водяного насоса.

1. Расчетная подача водяного насоса:

,



где -- коэффициент подачи, учитывающий возможность утечки жидкости из напорной полости во всасывающую: = 0,8...0,9.

2. Радиус входного отверстия крыльчатки:

,

где - радиус ступицы крыльчатки, м (изменяется от 12 мм у малолитражных двигателей до 30 мм у дизелей большого литража).

3. Окружная скорость схода жидкости:

,

где , -- угол между направлениями скоростей соответственно и , и (рисунок 6.23);

-- давление жидкости, создаваемое насосом, = (5...10) 10⁴Па;

-- гидравлический КПД насоса, = 0,6...0,7..

С увеличением угла возрастает давление жидкости, создаваемое насосом, поэтому достаточно часто этот угол доводят до 90° (радиальные лопасти). Однако с увеличением КПД насоса снижается.

4. Радиус крыльчатки на выходе:

,



где - частота вращения крыльчатки, мин^-1 (как правило, она равна частоте вращения вентилятора).

5. Окружная скорость потока жидкости на входе находится из соотношения

, откуда:

.

6. Угол определяется исходя из того, что угол между векторами скоростей и равен 90°:

Обычно = 40...55°, но может быть и меньше.

На основании полученных данных производим профилирование лопасти. В существующих конструкциях Как правило, лопасти профилируются по дуге окружности. Для этого, проводя внешнюю окружность крыльчатки радиусом , а внутреннюю -- радиусом в произвольной точке на внешней окружности строим угол . От радиуса строится угол ( + ). Через точки и проводится линия , которая продолжается до пересечения с окружностью входа (точка ). Из середины отрезка (точка L) проводится перпендикуляр, к линии (точка ), а из точки -- дуга, являющаяся искомым очертанием лопасти.

7. Радиальная скорость схода охлаждающей жидкости:



.

8. Ширина лопастей на входе и выходе :

, .

где -- число лопастей на крыльчатке

-- толщина лопасти, мм

9. Мощность (кВт), потребляемая водяным насосом:

,

где -- механический КПД водяного насоса: = 0,7... 0,9,

Вместимость систем жидкостного охлаждения ориентировочно определяется по следующему соотношению: для тракторов -- (0,5...1,7).

Размещено на Allbest.ru

...