Меню раздела

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 теплопередающими 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 воздуховоздушный охладитель либо вентиляторами системы охлаждения двигателя, либо специальными вентиляторами. 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.
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 меж-трубное пространство. В кругло-трубчатых 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 2пр 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 увеличивают теплоотдачу на 10-15%. Такой тип теплопередающей поверхности имеет очень высокий коэффициент компактности, но недостаточную надежность вследствие частых поломок тонкостенных (6 = 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 наддувочного 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 Св (в кг/с); давление наддува р(в МПа); температуры теплоносителей Г/, Т, Г2, Т2 и окружающей среды Т0 (в К); допустимые потери давления при движении теплоносителей Арг и Ар2. Кроме того, задаются рядом параметров: допускаемыми скоростями движения теплоносителей и ; 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.