Исследование и анализ работы турбулизаторов системы охлаждения двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАБОТЫ ТУРБУЛИЗАТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Попов К.С.,

Никишин В.Н.

Система охлаждения служит для поддерживания определенного режима работы двигателя внутреннего сгорания. Если в ней обнаруживается неполадки, то двигатель может выйти из строя. Когда двигатель в процессе работы начинает нагреваться, то вместе с его деталями, создающими трение, начинает нагреваться и масло. С увеличением температуры масла начинают снижаться его показатели качества. Для того чтобы этого не происходило в двигателях внутреннего сгорания начали использовать такие агрегаты как жидкостно-масляный теплообменник. ЖМТ можно расположить в любом места подкапотного пространства, также его можно запозиционировать на самом двигателе, что дает преимущество в том, что не нужно использовать длинные трубопроводы, шланги и соединения, что в свою очередь исключает течи. ЖМТ служит для того, чтобы охлаждать масло за счет пробегающего потока охлаждающей жидкости. ЖМТ состоит из корпуса, трубок, в которых протекает масло и пластинок. Теплоотдача от масла происходит через пластинки. Тепло рассеивается в потоке охлаждающей жидкости, тем самым понижая температуру масла. Схема работы такого агрегата проста. Масло через насос попадает из поддона в фильтра двигателя внутреннего сгорания. В фильтре масло очищается и попадает в главные масляные магистрали, через которое оно подводится к трущимся деталям, которые работают в паре.Параллельно масло через каналы в блоке цилиндров подводится к самому теплообменнику. И часть потока масла начинает проходить через масляный теплообменник. Который в свою очередь начинает отдавать тепло от масла в поток охлаждающей жидкости. В системе присутствуют термоклапаны и датчики, по которым отслеживается температура масла. Чтобы исключить различные проблемы с теплообменником, необходимо соблюдать герметичность соединений, уплотнителей. Это исключает течи и сбои в работе агрегата.

Турбулизаторы представляют собой дополнительные элементы, устанавливаемые внутри теплообменников. Они превращают поток газа или жидкости из ламинарного в вихревой; их наличие замедляет поток, улучшает скорость передачи тепла и делает нагрев теплообменника равномерным.[1]

Обоснованием актуальности проекта послужило изготовление ЖМТ с предложенной конструкцией, так как имеется проблема охлаждения в работе двигателя на номинальных оборотах.

Целью испытаний являлось определение теплогидравлических характеристик опытных образцов масляных теплообменников и уточнение теплотехнических показателей.[2]

В практической части исследований можно отметить следующее:

Сердцевина опытного теплообменника изготовлена по типу сердцевины теплообменников для двигателей ЯМЗ из медных трубок с наружным диаметром 8 мм и толщиной стенок 0, 5 мм, количество охлаждающих трубок - 45 шт., количество охлаждающих пластин у теплообменников 257…260 шт. Пластинчатый теплообменник состоит из корпуса, пластин и трубок. Тепло от трубок масла отдается через пластины в поток охлаждающей жидкости.

С целью интенсификации теплообмена теплообменник комплектовался различными вариантами турбулизаторов:

- ленточным турбулизатором скрученным по винтовой линии конструкции ООО ПКФ «ПОЛЮС», длина турбулизатора 300 мм;

- пружинным турбулизатором изготовленным из медной проволоки диаметром 1, 2 мм, длина турбулизатора 330 мм;

- пружинным турбулизатором изготовленным из медной проволоки диаметром 1, 2 мм, длина турбулизатора 130 мм;

- пластмассовым турбулизатором 2106 -1303036.

Рис.1 - Внешний вид турбулизаторов использованных при испытаниях

1 - пружинный турбулизатор, L=330 мм;

2 - ленточный турбулизатор, L=300 мм;

3 - пластмассовый турбулизатор 2106-1303036, L=130 мм;

4 - пружинный турбулизатор, L=130 мм.

Опытный образец масляного теплообменника 740.90-1013200 с целью интенсификации масляного потока и снижения его сопротивления был доработан:

- дефлектор 740.90 -1013258, со стороны выходного патрубка выполнен паз 5Ч70 мм;

- пластина охлаждающая 740.90 -1013265, уменьшен наружный диаметр до 99 мм путём срезки секторов на радиусах R7 мм, пуклёвки в количестве 15 шт. выполнены в один ряд;

- пластина промежуточная 740.90 -1013267, уменьшен наружный диаметр до 99 мм путём срезки секторов на радиусах R7 мм.

Рис.2 - Внешний вид сердцевин теплообменника 740.90-1013200

При испытаниях теплообменников определяется:

- герметичность масляной полости при давлении 0, 5 МПа;

- герметичность водяной полости при давлении 0, 2 МПа.

4.2 В процессе теплотехнических испытаний определяется:

- гидравлическое сопротивление водяного тракта при расходе воды 120 л/мин и температуре воды 80 єС;

- гидравлическое сопротивление масляного тракта при расходе масла 90 л/мин и температуре 100 єС;

- теплоотдача при расходах воды 120 л/мин, масла 90 л/мин и температурах теплоносителей соответственно 80 єС и 100 єС.

Результаты испытаний:

- Масляный тракт теплообменников герметичен при давлении 0, 5 МПа.

- Водяной тракт теплообменников герметичен при давлении 0, 2 МПа.

- Гидравлические сопротивления по воде и маслу, а также теплоотдача при расходах воды120 л/мин и масла 90 л/мин, температурах воды и масла соответственно 80 є С и 100 єС представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сводные характеристики турбулизаторов

Из анализа результатов испытаний следует:

- При незначительном увеличении гидравлического сопротивления теплообменника 740.90-1013200 по воде теплоотдача по сравнению с теплообменником без турбулизаторов повысилась:

- у теплообменника с ленточным турбулизатором, L=300 мм - на 9, 3 % и составила 20 кВт;

- у теплообменника с пружинным турбулизатором, L=330 мм - на 18, 6 % и составила 21, 7 кВт;

- у теплообменника с пружинным турбулизатором, L=130 мм - на 14, 75% и составила 21 кВт;

- у теплообменника с пластмассовым турбулизатором 2106-1303036, L=130 мм - на 15, 8% и составила 21, 2 кВт.

Гидравлическое сопротивление по маслу у доработанного теплообменника 740.90-1013200 снизилось на 19% (при незначительном увеличении теплоотдачи на 2, 7 %) по сравнению с теплообменником 740.90-1013200 без турбулизатора и составила 65 кПа.

Выводы:

- Комплектация опытного образца теплообменника 740.90 -1013200 различными вариантами турбулизаторов повышает его эффективность по теплоотдаче на 9, 3…18, 6 %.

- Гидравлическое сопротивление доработанного образца теплообменника 740.90-1013200 по маслу снизилось на 19 %.

- Для контроля теплотехнических показателей теплообменника 740.90-1013200 в КД ввести следующие контрольные параметры:

- Теплоотдача, приведённая к температуре воды 80 єС и температуре масла 100 єС при расходе воды 120 л/мин и расходе масла 90 л/мин должна быть не менее 18 кВт;

- Гидравлическое сопротивление по воде при её расходе 120 л/мин и температуре 80 єС должно быть не более 20 кПа;

- Гидравлическое сопротивление по маслу при его расходе 90 л/мин и температуре 100 єС должно быть не более 90 кПа.

Для принятия решения о возможности применения теплообменников 740.90 -1013200 на перспективных двигателях автомобилей необходимо провести параметрические испытания на стенде с беговыми барабанами, прочностные и эксплуатационные испытания.

жидкостный масляный теплообменник двигатель

Литература

1. Орлин А.С., Алексеев В.П., Костыгов Н.И., Круглов М.Г., Крылов А.Н., Леонов О.Б., Мизернюк Г.Н., Ивин В.И., Чайнов Н.Д. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Изд.2-е. / Под ред. Орлина А.С. Учебник для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 1970. - 384 с.

2. Орлин А.С., Вырубов Д.Н., Ивин В.И., Круглов М.Г., Леонов О.Б., Мизернюк Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей, изд. 3-е. переработанное и дополненное. / Под ред. А.С. Орлина. Учебник для студентов вузов специальности “Двигатели внутреннего сгорания”. - М.: Машиностроение, 1971. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru