Меню раздела

Системы охлаждения и требования, предъявляемые к ним


Системы охлаждения в значительной мере определяют конструкцию и эксплуатационные качества двигателей и силовых установок в целом. По виду рабочего тела, охлаждающего головки (крышки) цилиндров и цилиндры, системы охлаждения делят на жидкостные и воздушные.
При выборе жидкостной или воздушной системы охлаждения необходимо учитывать следующие факторы.
1. Эксплуатационные качества. Пуск двигателей с воздушным охлаждением менее затруднен при низких температурах по сравнению с двигателями с жидкостным охлаждением. У двигателей с воздушным охлаждением расход топлива меньше, а расход масла, как правило, больше. Такие двигатели быстрее прогреваются, более надежны, их обслуживание проще, а номенклатура запасных частей и эксплуатационных материалов значительно меньше. При воздушном охлаждении уровень шума, создаваемого двигателем, более высок. В этом случае для двигателей необходимы более качественные масла и топлива.
2. Технология производства. Большое значение имеют наличие технологического оборудования и организация производственного процесса на предприятии, где предполагается производство двигателей. Вследствие различия форм корпусных деталей двигателей с жидкостным и воздушным охлаждением технологические процессы и оборудование, применяемое для их изготовления, различны.
3. Назначение двигателя. Двигатели различного назначения могут иметь как жидкостное, так и воздушное охлаждение. Однако для судовых двигателей целесообразнее жидкостное охлаждение, а для мотоциклетных и стационарных двигателей автоматических энергетических установок малой мощности-воздушное.
4. Рабочий процесс двигателя. Для двигателей с принудительным зажиганием целесообразнее жидкостное охлаждение как более интенсивное и лучше обеспечивающее без-детонационное сгорание. Для дизелей с высоким давлением наддува оно обусловливает меньшую тепловую напряженность основных деталей камеры сгорания. Однако при длительной работе на режимах малых нагрузок и частот вращения рациональнее воздушное охлаждение.
5. Первоначальная стоимость двигателя. Двигатели с жидкостным охлаждением более распространены, лучше освоено их производство, поэтому их стоимость меньше, чем стоимость двигателей с воздушным охлаждением. Однако при массовом производстве двигателей с воздушным охлаждением, особенно при производстве семейства двигателей с различным числом цилиндров, их стоимость оказывается ниже.
6. Габаритные и массовые показатели. Двигатели с воздушным охлаждением средней и большой мощности имеют худшие массовые и габаритные показатели по сравнению с двигателями, имеющими жидкостное охлаждение. Однако в целом у силовых установок с такими двигателями, эти показатели, как правило, лучше, чем у установок с двигателями жидкостного охлаждения.
7. Использование теплоты охлаждающего тела. В системах жидкостного охлаждения можно достаточно просто и эффективно использовать в утилизационных котлах теплоту, отводимую от двигателя, для получения водяного пара, для отопления помещений, подогрева тяжелого топлива, воздуха, всасываемого в цилиндры дизелей на режимах малых нагрузок и частот вращения коленчатого вала. При воздушном охлаждении теплоту нагретого воздуха использовать очень трудно. Поэтому ее используют для обогрева салонов некоторых автомобилей, автобусов и тракторов.
8. Форсирование двигателей. Высокую степень форсирования (ре 1,6 МПа) можно обеспечить только при жидкостном охлаждении двигателя, более интенсивном и лучше обеспечивающем необходимое температурное состояние его деталей.
Любая из выбранных систем должна удовлетворять сложному комплексу требований: быть надежной в работе; возможно меньше увеличивать массу и габаритные размеры двигателя и силовой установки; обеспечивать гибкое регулирование процесса теплоотвода от деталей, допускающее лишь небольшие изменения температур деталей во всем диапазоне эксплуатационных режимов работы двигателей; быть простой в изготовлении и эксплуатации.
Охлаждение двигателя забортной водой целесообразно только в простейших судовых установках с нефорсированными двигателями малой мощности. Охлаждение проточной водой применяют только в стационарных двигателях малой мощности при небольшой продолжительности использования их в течение суток; устройство градирен для охлаждения воды, наоборот, целесообразно в случае длительной работы двигателей большой мощности при значительных нагрузках.
Наиболее широко применяют замкнутые системы охлаждения с циркуляцией относительно небольшого количества жидкости, охлаждаемой в охладителях. При применении в таких системах жидкости с высокой температурой кипения или низкой температурой застывания необходимо иметь в виду их огнеопасность, ядовитость и относительно высокую стоимость, поэтому использовать их следует в особых случаях (недопустимость повышенных давлений для осуществления высокотемпературного охлаждения водой, необходимость постоянной готовности двигателя к пуску, невозможность частых сливов воды и заполнения системы).
При выборе схемы воздушного охлаждения необходимо иметь в виду, что при нагнетании воздуха в двигатель затраты мощности на привод вентилятора меньше, чем при отсосе нагретого воздуха, хотя в последнем случае двигатель охлаждается более равномерно.