ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАБОТЫ ТУРБУЛИЗАТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Попов К.С.¹, Никишин В.Н.²

¹ORCID: 0000-0002-1825-0023, Аспирант, ²ORCID: 0000-0002-1825-0097, Доктор технических наук, Казанский приволжский федеральный университет в г. Набережные Челны

ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ  РАБОТЫ  ТУРБУЛИЗАТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Аннотация

Статья посвящена изучению вопросов проблемы охлаждения жидкостно-масляного теплообменника (ЖМТ) дизельного двигателя.  Также предложена усовершенствованная конструкция ЖМТ. При работе двигателя  система охлаждения  обеспечивает оптимальный температурный режим. Неисправности системы охлаждения приводят к нарушению температурного режима. Возникающие неисправности системы охлаждения могут послужить причинами более серьезных неисправностей. Изложены результаты теоретических и лабораторных исследований параметров турбулизаторов. С помощью турбулизаторов в данной работе были достигнуты положительные результаты, которые используются на практике.

Ключевые слова: теплоотдача, турбулизатор, гидравлическое сопротивление.

Popov K.S. ¹, Nikishin V.N. ²

¹ORCID: 0000-0002-1825-0023, Postgraduate student, ²ORCID: 0000-0002-1825-0097, PhD in Engineering, Kazan Federal University in Naberezhnye chelny

INVESTIGATION AND ANALYSIS OF THE WORK BAFFLES ENGINE COOLING SYSTEM

Abstract

The paper studies the issues of cooling problems of liquid-oil heat exchanger (LMC) of the diesel engine. LMC improved design is also offered.  When the engine cooling system ensures optimum temperature. Cooling system faults lead to a violation of temperature conditions. The resulting failure of the cooling system can cause more serious problems. The results of theoretical and laboratory parameters of turbulence. With the vortex generators in that positive results were obtained , which are used in practice.

Keywords: heat , energizer, hydraulic resistance.

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 5×70 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 ºС;

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

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

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 º С и 100  ºС представлены   в таблице 1.

 

Таблица 1 - Сводные характеристики турбулизаторов

№ п/п	Обозначение	Комплектация	G ж , л /мин	G м , л /мин	∆Р ж , кПа	∆Р м , кПа	Q 80100 , кВт
1	740.90-1013200	Без турбулизатора	120	90	14	80	18,3
		Ленточный L=300 мм			16	80	20
		Пружинный L=330 мм			16	80	21,7
		Пружинный L=130 мм			16	80	21
		Пластмассовый 2106-1303036 L=130 мм			17	80	21,2
2	740.90-1013200	Без турбулизатора	120	90	14	65	18,8

Из анализа результатов испытаний cледует:

- 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 ºС и температуре масла 100 ºС 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 ºС должно быть не более 20 кПа;

- Гидравлическое сопротивление по маслу при его расходе 90 л/мин и температуре 100 ºС 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.

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.

References

1. Orlin A.S., Alekseev V.P., Kostygov N.I., Kruglov M.G., Krylov A.N., Leonov O.B., Mizernjuk G.N., Ivin V.I., Chajnov N.D. Ustrojstvo i rabota porshnevyh i kombinirovannyh dvigatelej [Design and operation of piston and combined engines. 2-nd red. / Edited by Orlin A.S. A textbook for university students]. - M.: Mashinostroenie, 1970. - 384 P. [in Russian]
2. Orlin A.S., Vyrubov D.N., Ivin V.I., Kruglov M.G., Leonov O.B., Mizernjuk G.N. Dvigateli vnutrennego sgoranija. Teorija rabochih processov porshnevyh i kombinirovannyh dvigatelej, izd. 3-e. pererabotannoe i dopolnennoe. / Pod red. A.S. Orlina. Uchebnik dlja studentov vuzov special'nosti “Dvigateli vnutrennego sgoranija” [Internal combustion engines. The theory of working processes of piston and combined engines, ed. 3rd. revised and enlarged. / Edited by Orlin A.S. Textbook for students specialty "Internal Combustion Engines"]. - M.: Mashinostroenie, 1971. - 400 P. [in Russian]