1. Проектирование системы охлаждения
При проектировании системы охлаждения используется метод последовательного приближения. Сначала выполняется предварительный оценочный расчет отдельных параметров выбранной схемы системы охлаждения и геометрических размеров элементов. Производится компоновка элементов системы охлаждения в моторно-трансмиссионном отделении. После чего осуществляется поверочный расчет скомпонованной системы охлаждения. Задачей расчета ставится определение соответствия эффективности системы охлаждения требованиям технического задания на проектирование. В качестве показателя эффективности служит температура окружающего воздуха, при которой температуры теплоносителей достигают своих максимальных значений. Наиболее часто в техническом задании значение температуры окружающего воздуха устанавливается +400С. Если расчетная температура оказывается выше или ниже требуемой более чем на 50С, в конструкцию системы охлаждения вносятся соответствующие изменения, после которых поверочный расчет повторяется.
Расчет производится применительно к установившемуся тепловому состоянию для определенных техническим заданием режимов работы.
Исходными данными для проектирования системы охлаждения являются следующие параметры:
QЖ - теплоотдача двигателя в охлаждающую жидкость, кВт;
Qмд - теплоотдача двигателя в масло, кВт;
Qмт - теплоотдача трансмиссии в масло, кВт;
tЖmax , tMДmax, tМТmax - допустимые температуры охлаждающей жидкости, масла двигателя и масла трансмиссии, 0С ;
G1 - расход отработавших газов двигателя, кг/с;
t1 - температура отработавших газов двигателя, 0С ;
Pr - допустимое противодавление на выпуске двигателя, Па.
1.1. Предварительный расчет узлов системы охлаждения,
выбор их конструкции и компоновки.
Тип системы охлаждения определяется возможностью компоновки, экономичностью и обеспечением специальных требований. Эжекционная система охлаждения наиболее экономична, проста по конструкции, надежна в эксплуатации, обеспечивает простое решение специальных требований. Вентиляторная система охлаждения обладает большими возможностями по форсированию, допускает применение радиаторов меньшего фронта. Ее применение может быть целесообразным в компоновках, обеспечивающих сравнительно свободный подвод воздуха, когда возможно достижение высоких КПД вентиляторной установки. Для снижения затрат мощности, привод вентилятора выполняется с 2...3-мя ступенями или с термостатическим управлением. Системы охлаждения обеих типов должны выполняться с изолированными воздушными трактами.
Радиатор.
Потребный размер охлаждающей поверхности радиатора
где S - потребный размер охлаждающей поверхности радиатора, м2;
Kt - коэффициент теплопередачи радиатора, Bт/(м2 oK);
t - температурный напор радиатора, 0С.
Для предварительных расчетов принимают
KЖ = 100 Bт/(м2oK) - для водяных радиаторов;
KM = 60 Bт/(м2oK) - для масляных радиаторов.
t = tЖ,М max - t,
t = t0 + t,
где t0 - температура окружающего воздуха, 0С;
t=0 - для радиаторов верхнего ряда;
t=4Z - для радиаторов, расположенных под верхним рядом.
Z - число рядов трубок в радиаторах расположенных выше оцениваемого.
Объем радиатора V, м3
где S - коэффициент компактности радиатора.
Значения S типовых радиаторов приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Размеры трубок и оребрения водяных радиаторов.
N п/п |
1 2 3 4 5 6 |
7 8 |
|||
Распределение трубок |
Шахматное |
Коридорное |
|||
lтр, мм |
17.0 |
19.5 17.0 |
18.0 |
||
bтр, мм |
3.5 |
2.5 2.5 |
1.9 |
||
мм |
0.25 |
0.25 0.25 |
0.25 |
||
S1 мм |
8.5 |
7.5 8.0 |
17.8 |
||
S2 мм |
21.0 |
22.0 20.0 |
21.6 |
||
р мм |
0.15 |
0.15 0.10 |
0.30 0.15 |
||
технология изготовления |
О |
С |
О |
С |
О |
_ S м2/м3 |
656 591 544 |
656 |
711 |
710 |
525 529 |
Sр мм |
3.0 3.5 4.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
4.15 4.14 |
|
11.4 10.5 9.0 |
11.4 |
9.7 |
8.4 |
1.7 1.53 |
Примечание:
технология изготовления O - окунание
C - спекание
- коэффициент гидравлического сопротивления
Площадь фронта радиатора
F = V /l, м2
где l - глубина радиатора, определяемая числом рядов и шагом между трубками по глубине, м.
Выполненные конструкции водяных радиаторов, как правило, содержат 5...6 рядов трубок, а масляных - 2...3 ряда. Длина трубок радиаторов 0,5...0,8 м. Длина трубок каждого из собранных в пакет радиаторов выбирается одинаковой. Конкретное значение длины из рекомендованного диапазона определяется возможностями компоновки пакета. При проектировании необходимо стремиться к равномерности аэродинамического сопротивления по всей площади пакета радиаторов.
Размеры трубок, их расположение и оребрение стандартизированы. Принятые обозначения геометрических размеров трубок радиаторов приведены на рис.1, а их значения в табл. 2.
Таблица 2.
Размеры трубок и оребрения масляных радиаторов.
N п/п |
1 2 3 4 5 |
|
Распределение трубок |
Шахматное |
|
lтр мм |
17.0 |
|
bтр мм |
3.5 |
|
мм |
0.25 |
|
S1 мм |
8.5 |
|
S2 мм |
21.0 |
|
1 мм |
0.15 |
|
Технология изготовления |
Окунание |
|
Вид трубки |
С тепловым ребром |
Простая |
_ S м2/м3 |
656 591 544 |
544 591 |
Sр мм |
3.0 3.5 4.0 |
4.0 3.5 |
|
11.4 10.5 9.0 |
9.0 10.5 |
Массовый расход теплоносителя через радиатор W, кг/с
где
t=100C - для водяных радиаторов,
t=150C - для масляных радиаторов,
c Ж,М - удельная теплоемкость жидкости, масла при tЖ,Мmax .
При предварительных расчетах принимают
сЖ = 4.2 кДж/(кгоК); сМ = 2.1 кДж/(кгоК).
Для определения площади сечения трубок одного захода радиатора f, необходимо задаться скоростью теплоносителя в трубках радиатора w. Ее принимают в пределах w = (0,2...0,5) м/с.
Площадь сечения трубок одного захода радиатора
где Ж,М - плотность жидкости, масла при tЖ,Мmax.
Для предварительных расчетов принимают
Ж = 1000 кг/м3 ; М = 850 кг/м3 .
Количество заходов в радиаторе определяется путем соотнесения общей площади сечения трубок радиатора к площади сечения трубок одного захода f.