Охладители наддувочного воздуха

Для охлаждения наддувочного воздуха применяют как га­зовые, так и газожидкостные рекуперативные теплообменники, однако по разным причинам наиболее широкое распростране­ние получили газожидкостные теплообменники с трубчатыми геплопередающими поверхностями. Основные преимущества последних - простота конструкции и высокая надежность в ра­боте. Теплообменники с пластинчатыми охладительными по­верхностями компактны, но на транспортных силовых установ­ках недостаточно надежны в эксплуатации вследствие возник­новения трещин в местах соединения листовых элементов. При нарушении герметичности газожидкостного охладителя охла­ждающая жидкость может попасть в воздушную полость, а за­тем в цилиндры двигателя, и в результате гидравлического удара двигатель будет выведен из строя. С точки зрения ком­поновки в охладителях наддувочного воздуха применяют, как правило, перекрестный ток теплоносителей. По направлению движения воздуха охладители выполняют одноходовыми, а ох­лаждающей воды - одноходовыми или двухходовыми, так как применение большого числа ходов по направлению движения воды усложняет конструкцию и затрудняет компоновку охла­дителя на двигателе.

В газовых или воздухо-воздушных охладителях отсутствует промежуточный теплоноситель и наддувочный воздух охла­ждается непосредственно воздухом, поступающим из окружаю­щей среды. Атмосферный воздух может подаваться в воздухо-воздушный охладитель либо вентиляторами системы охлажде­ния двигателя, либо специальными вентиляторами (рис. 265). В настоящее время такие охладители применяют только на те­пловозных и автотракторных двигателях.

Замена воды, как охлаждающего агента, воздухом несколь­ко упрощает систему воздухоснабжения двигателя. Из системы исключаются водяной насос и его привод, вместо двух охлади­телей остается только один-воздухо-воздушный. Несмотря на сравнительную простоту воздухо-воздушных охладителей, они пока имеют небольшое распространение, в основном на авто­тракторных двигателях. Это объясняется невысокой эффектив­ностью их теплопередающих поверхностей, в результате чего эти охладители имеют низкие значения удельных массовых и объемных показателей. Однако разработка новых высокоэф­фективных и компактных пластинчатых теплообменных поверхностей будет способствовать широкому применению воз­духо-воздушных охладителей наддувочного воздуха.

Рисунок 265. Воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха с автономным вентилятором:

I=вход наддувочного воздуха; II-выход наддувочного воздуха; III – атмосферный воздух.

Для интенсификации теплопередачи следует увеличить пло­щадь поверхности с той стороны, где коэффициент теплоотдачи меньше. Наиболее просто это осуществить в межтрубном пространстве. Поэтому в газожидкостных охладителях надду­вочного воздуха воду направляют в трубы, а воздух-в меж­трубное пространство. В круглотрубчатых охладителях надду­вочного воздуха интенсификация теплообмена достигается в результате оребрения наружной поверхности трубок прово­лочными петлями (см. рис. 262,6). Недостатком такого типа оребрения является невысокая надежность крепления проволоч­ной спирали и склонность к загрязнению, так как в местах при­пайки проволочных петель концентрируются грязь и масляные отложения. Кроме того, проволочные петли имеют высокое аэ­родинамическое сопротивление. Следует отметить, что при продольном обтекании таких труб теплоотдача выше, чем при поперечном. Интенсивность теплоотдачи находится в прямой пропорциональной зависимости от числа петель проволоки z_np в одном витке спирали и в обратной пропорциональной зави­симости от диаметра труб, несущих проволочное оребрение.

Наибольшей надежностью обладают поверхности охлаждения, образуемые круглыми трубами с ребрами, изготовленны­ми накаткой (см. рис. 259, а). Сравнительно невысокие тепло­технические показатели таких труб компенсируются простотой изготовления ребер накаткой, компоновки пучка высокой ви­бростойкостью.

Преимуществом плоских труб, оребренных коллективными пластинами (см. рис. 259, в), является низкое аэродинамическое сопротивление, а недостатком - возможность ухудшения или отсутствие контакта в местах паяных соединений труб с ребра­ми, что вызывает снижение теплоотвода на 15-20%. Гофриро­ванные коллективные пластины (см. рис. 263) увеличивают те­плоотдачу на 10-15%. Такой тип теплопередающей поверхно­сти имеет очень высокий коэффициент компактности, но недостаточную надежность вследствие частых поломок тонко­стенных (8 = 0,5 мм) плоских труб.

Для обеспечения нормального протекания рабочего процес­са в двигателе, т.е. соответствия параметров процесса рас­четным, температура наддувочного воздуха на выходе из охла­дителя должна быть не ниже 323-333 К. Перепад температуры наддувочного воздуха в охладителе в выполненных конструк­циях в среднем равен 40-70 К. Температура охлаждающей жидкости на входе в охладитель наддувочного воздуха соста­вляет для двигателей наземного транспорта 318-338 К. При использовании в качестве охлаждающей жидкости забортной во­ды ее температуру на входе в охладитель надувочного воздуха принимают равной 303-305 К. Причем в этом случае максимальная температура забортной воды на выходе из охла­дителя не должна превышать 318 К. Перепад температуры ох­лаждающей жидкости в охладителе наддувочного воздуха со­ставляет 3-12 К.

При расчете охладителя наддувочного воздуха в состав ис­ходных данных включают: расход наддувочного воздуха G_B (в кг/с); давление наддува pk (в МПа); температуры теплоносите­лей T₁', T₁'', T₂', T₂''и окружающей среды Т₀(в К); допустимые потери давления при движении теплоносителей Δр₁и Δр₂.Кро­ме того, задаются рядом параметров: допускаемыми скоростями движения теплоносителей w₁ и w₂; геометрическими размерами элементов теплопередающей поверхности (диаметрами и длиной труб, размерами оребрения, толщинами пластин, шагами разбивки трубной доски и т.д.); характеристиками материала теплообменных поверхностей при рабочей температуре.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: