Носов Н.А. - Расчёт и конструирование гусеничных машин, страница 9

Выбор конструкции эжектора производится на основе сравнительного анализа расчетных и экспериментальных данных, получаемых в зависимости от сопротивления воздушной трассы, параметров двигателя, геометрических размеров эжектора, системы выхлопа и величины противодавления на выхлопе. Последнее снижает мощность двигателя и зависит в основном от проходного а сечения сопел и способа их объединения. Как показывает практика, повышение противодавления на 4 кПа г (400 мм вод. ст.) приблизительно соответствует потере 1 % эффективной мощности двигателя. Основной характеристикой эжектора (рис. 1.26, прямая 1) является зависимость разрежения Лр в приемной камере от расхода т, эжектируемого воздуха: Ьр = 1 (т,).

Точки пересечения характеристики эжектора с осями координат соответствуют: Рис. 1.26. К определению расхода воздуха при зжехнионном а — наибольшему разрежению в приохлаждении двигатели емной камере, когда расход эжекти- руемого воздуха т, = 0 (закрыты жалюзи); Ь вЂ” наибольшему расходу эжектируемого воздуха, когда сопротивление воздушного тракта Лр = О. В той же системе координат (кривая 2) может быть построена аэродинамическая характеристика воздушного тракта Нх = (1',). Точка пересечения А характеристик эжектора и воздушного тракта определяет действительные значения сопротивления Лрл и расхода воздуха тгь Характеристика эжектора построена в предположении, что двигатель работает на установившемся режиме и параметры эжектирующего газа и воздуха постоянны; изменение значений т, и Лр соответствует изменению суммарного коэффициента аэродинамического сопротивления воздушного тракта ьх (для эжекционной системы ьх = ь, „ + ьр). При изменении режима работы двигателя и постоянном ь все точки характеристики эжектора смещаются: при увеличении мощности, развиваемой двигателем, — направо вверх; при уменьшении — налево вниз.

В связи с этим более показательной является безразмерная характеристика эжектора в координатах и = — ' (коэффициент эжекции) т, и — л. Безразмерная характеристика эжектора имеет тот же Лз ' вид, что и прямая 1 на рис, 1. 26. 42 Высокотемпературное охлаждение Высокотемпературное охлаждение двигателя является одним из весьма действенных путей повышения эффективности жидкостной системы охлаждения. При высокотемпературном охлаждении температура воды на выходе из рубашки двигателя может достигать 120' С и более, а избыточное давление в водяной системе— более 100 кПа (1 косм'). Эти обстоятельства должны учитываться при конструировании элементов водяного тракта.

Должны быть обеспечены повышенная прочность и надежность трубопроводов, водяных резервуаров, пайки, соединений и уплотнений. Повышение температуры охлаждающей жидкости приводит к некоторому увеличению как индикаторного, так и механического к. п. д. двигателя. При этом износ двигателя, как правило, не увеличивается. Допустимое значение верхнего предела температуры зависит от типа двигателя, степени его форсирования и других факторов. Существенной причиной ограничения верхнего предела температуры является возможность недопустимого разжижения масла, следствием чего может быть повышенный износ и снижение к. п.

д. двигателя. При высокотемпературном охлаждении увеличивается доля тепла, отводимого отработавшими газами и рассеиваемого деталями моторной установки, в связи с чем доля тепла Я, отводимого жидкостью, уменьшается на 5— 15%. Количество тепла Я, передаваемого радиатором системы охлаждения от жидкости к воздуху, пропорционально температурному напору: Я = АР,Ы„. Если при прочих равных условиях, (той же конструкции системы охлаждения, неизменных расходе воздуха и температурах 1,,„= 45' С и 1,, = 65' С) повысить среднюю температуру жидкости г с 95 до 115' С, то среднелогарифмический температурный напор М, ч, подсчитанный по формуле (1.34), увеличится почти в 1,5 раза (с 39,7 до 59' С).

Однако полная реализация такого повышения эффективности радиаторной установки невозможна без соответствующего увеличения расхода воздуха, а для этого необходимо более чем трехкратное увеличение мощности вентилятора, изменятся коэффициент теплопередачи й и к. п. д. вентилятора, а также потребуются существенные конструктивные переделки всей системы охлаждения. При неизменных параметрах радиаторной установки и повышении 1 с 95 до 115' С (1, „= 45' С) температура воздуха на выходе из радиатора 1,, повысится с 65 до 72,5' С. Это приведет к некоторому снижению температурного напора по сравнению с предыдущим случаем (Лг' = 55' С вместо 59' С).

Однако и здесь эффективность системы охлаждения (количество тепла Я, рассеиваемого радиатором) оказывается повышенной на 37 — 38%. По опытным данным при неизменном количестве рассеиваемого тепла переход на высокотемпературное охлаждение двигателя 43 позволяет в 1,5 — 2 раза уменьшить габариты радиаторной установки и заметно снизить потери мощности на привод вентилятора и водяного насоса.

Повышение теплорассеивающей способности системы охлаждения за счет увеличения поверхности охлаждающей решетки радиатора ге при неизменном температурном напоре Ы приводит к соответствующему увеличению объема радиатора (в основном его габаритов по фронту) и расхода воздуха. При этом мощность, необходимая для привода вентилятора, также увеличивается. Воздушное охлаждение При воздушном охлаждении тепло от цилиндров двигателя передается непосредственно воздуху.

На рис. 1.27 изображен один из возможных вариантов схемы воздушной системы охлаждения Ч-образного многоцилиндрового двигателя с осевым вентилятором, расположенным на стороне выхода воздушного потока. Воздух по- ступает через воздухопритоки 1, а т омывает масляные радиаторы 4, цилиндры двигателя и некоторые другие элементы моторной уста/ нонки, а затем выбрасывается в атмосферу через воздухоотвод 2 при помощи вентилятора 3. Впервые созданные двигатели внутреннего сгорания имели воздушное охлаждение.

Дальнейшее развитие двигателестроения приРнс. П27. Схема воздушной системы вело к использованию водяного охлаждения охлаждения, так как воздушное было недостаточно эффективным. Исключение составляли авиационные и малолитражные двигатели. В настоящее время прогресс, достигнутый в технике воздушного охлаждения, вновь ставит вопрос о его более широком распространении.

В двигателях с жидкостным охлаждением на систему охлаждения приходится до 20% всех неисправностей (течи в радиаторах и местах соединений, образование накипи, трещины в водяной рубашке двигателя, выход из строя уплотнений и т. д.) Воздушная система охлаждения требует значительно меньше ухода, менее подвержена температурным воздействиям, конструктивно проще, находится в постоянной готовности к действию. Двигатели с воздушной системой охлаждения имеют меньший вес и габариты, экономичнее, значительно быстрее прогреваются.

Для их охлаждения требуется на 30еь меньший расход воздуха. Соответственно уменьшаются и затраты мощности. Существенный недостаток ДВС с воздушным охлаждением — повышенная шумность. Основной задачей проектирования воздушной системы охлаждения является обеспечение необходимой теплоотдачи от двигателя к воздуху при возможно меньшем расходе воздуха и минимальном аэродинамическом сопротивлении. Количество тепла, отводимого воздухом в двигателях с воздушным охлаждением, на 15 — 18% меньше, чем отвод тепла в воду в двигателях с жидкостным охлаждением.

Это вызвано повышенным теплоотво- а) 41 в) дом в масло и с отработавшими газами. Температура стенок цилиндров ( двигателя может находиться в пределах от 120 †1 до 200— 230' С, а на кратковременных форсированных режимах — до 260' С. Наибольшее количество тепла от- Д водится головкой цилиндра (до 65 — 75%). Поэтому стремятся увеличить поверхность охлаждения верхней части цилиндра путем увеличения высоты ребер до 50 — 60 мм. В нижней части цилиндра высота ребер 15 — 20 мм.

Толщина ребер Рис. 1.28. Схемы до(нвеитиРоввннн цилиндров в зависимости от места их расположения, высоты и материала равна 0,8 — 3 мм, межреберный промежуток — 2,5 — 5 мм. Коэффициент теплоотдачи а (в Вт!мв К) может быть определен по полуэмпирической зависимости (1в50) а = 4,92 + 0,0369 М„„ ввц вв. цвх — вв. вх 1н вц вв, вх вц в.вмх где М„„— среднелогарифмическая разность средней температуры стенок цилиндра (ц — — 150 —;180' С и температуры воздуха (Г,,,„— на входе; х,, — на выходе); п, и р, — скорость в м!с и плотность в кг)мв воздуха; Вц — диаметр цилиндра у основания ребер в м.

Рассчитанные по формуле (1.50) значения а получаются завышеиными на 10 — 15%. На практике а = 175 —:230 Вт/(мв ° К) (150— 200 ккал/мв ч 'С). Повышению а способствуют: наклон ребер на угол до 45' по отношению к набегающему на них потоку воздуха; увеличение скорости воздуха (до 30 — 40 м/с); обдуванне отдельных частей цилиндра раздельными самостоятельными потоками (рис. !.28, г и д).

48 Организация воздушных потоков, омывающих цилиндры двигателя, осуществляется прн помощи дефлекторов, изготавливаемых из листовой стали. Среди изображенных на рис. 1.28 схем дефлектнрования цилиндров схема а характерна большим подогревом воздуха (1,, — 1, „ = 50 †:70' С), значительной неравномерностью температур по окружности цилиндра (до 50' С) н повышенным аэродинамическим сопротивлением.