Библиографическое описание:

Карасёв Ю. В., Ивашкин А. А. Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха в тепловозостроении // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 144-147.



Авторы статьи рассматривают возможные принципы охлаждения наддуовчного воздуха и перспективы развития данного направления.

Ключевые слова: дизель, наддув, воздух

Температура наддувочного воздуха дизеля оказывает большое влияние на его экономичность и надежность в работе. Охлаждение наддувочного воздуха широко применяют для повышения литровой мощности дизелей тепловозов (при сохранении тепловой напряженности деталей на допустимом уровне) или для снижения тепловой напряженности деталей и улучшения топливной экономичности (при неизменной мощности дизеля).

Распространённым и перспективным способом повышения мощности силовых установок тепловозов, является повышение количества воздуха подаваемого в цилиндр, что впоследствии обеспечивает возможность увеличения цикловой подачи топлива и повышения, таким образом мощности двигателя.

Плотность воздушного заряда поступающего в цилиндры двигателя внутреннего сгорания выражается:

, кг/м3(1)

где - давление наддува, МПа; - температура воздуха на впуск, К; - универсальная газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг∙К).

Из выражения (1) следует, что необходимое значение плотности воздушного заряда можно не только воздействую на величину давления воздуха, но и воздействуя на температуру воздушного заряда, поступающего в цилиндры.

Охлаждение наддувочного воздуха еще было предложено Рудольфом Дизелем, с целью увеличения мощности. Цикл комбинированного двигателя внутреннего сгорания с охлаждением наддувочного воздуха можно представить в виде графиков:

Рис. 1. Цикл комбинированного ДВС с ОХНВ

Понижение температуры заряда к началу сжатия в цилиндре ДВС помогает подвести дополнительное количество теплоты при постоянных значениях давления и температуры цикла, увеличить работу цикла и площадь диаграммы.

Термодинамический КПД в таком цикле будет ниже, т. к. происходит дополнительный отвод теплоты Q2. Данный факт можно рассмотреть, на примере двух идеализированных циклов с охлаждением наддувочного воздуха и без него при одинаковом количестве подведенной теплоты [3].

Рис. 2. Идеализированный цикл ДВС с охлаждением наддувочного воздуха и без охлаждения наддувочного воздуха

В настоящее время существуют различные системы охлаждения наддувочного воздуха, которые можно классифицировать по следующим признакам:

  1. По принципу действия:

– рекуперативные охладители;

– водо-контактные охладители;

– испарительные охладители;

– комбинированные системы;

  1. По типу теплоносителя:

– водяные;

– воздушные;

  1. По способу контакта теплоносителя с наддувочным воздухом:

– контакт через разделительную стенку;

– с непосредственным контактом;

  1. По количеству ступеней:

– одноступенчатые;

– двухступенчатые.

В настоящее время на тепловозах наибольшее распространение имеют системы охлаждения наддувочного воздуха водой. Однако все большее распространение получают системы охлаждения наддувочного воздуха атмосферным воздухом. Такие системы имеют ряд преимуществ:

– нет необходимости создания циркуляции промежуточного теплоносителя (охлаждающей воды);

– появляется возможность уменьшения размеров массы, затрат энергии и стоимости системы охлаждения;

– повышается надежность работы системы (исключается попадание воды в цилиндры двигателя и др.).

– появляется возможность регулировать температуру наддувочного воздуха.

Одноступенчатая схема наддува системы воздухоснабжения тепловозных дизелей представлена на рис. 1.

F:\работа\учеба\ОХНВ.jpg

Рис. 3. Одноступенчатая схема наддува тепловозных дизелей

Основными недостатками воздухо-воздушной системы охлаждения являются трудности в подогреве наддувочного воздуха при работе дизелей на малых нагрузках и без нагрузки при эксплуатации тепловозов в холодный период года.

На сегодняшний день, известно применение воздухо-воздушных охладителей на опытных тепловозах (ТЭП75, ТЭП80, ТЭ136), автомобильных и авиационных двигателях. Объясняется это тем, что вода на тепловозе и автомобиле, используемая для охлаждения наддувочного воздуха, имеет сравнительно высокую температуру, так как, в свою очередь, охлаждается атмосферным воздухом.

Замена воды, как охладителя, воздухом несколько упрощает систему воздухоснабжеиня двигателя. Из системы исключается водяной насос и его привод. Вместо двух охладителей (двигателя и второго для охлаждения воды воздухом) остается только один воздухо-воздушный охладитель. При использовании воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха, система охлаждения работает в собственном закрытом контуре. Тем самым можно регулировать температуру наддувочного воздуха подаваемого в впускной коллектор для разных режимов работы тепловозных дизелей. Располагаемый температурный напор между охлаждаемым и охлаждающим воздухом используется полностью только в одном теплообменнике. Такой охладитель, например, был разработан для двигателя 6ЧН 31,8/33 (2Д50) тепловоза ТЭ-2. Атмосферный воздух, протекающий в охладителе и охлаждающий снаружи плоско трубчатую поверхность теплообмена, подается эжектором, использующим энергию выпускных газов.

Известны и другие попытки применения воздухо-воздушных охладителей. Так, для двигателя типа ДН 20,7/2 X 25,6 (6Д100) была создана установка, состоящая из двух пластинчатых воздухо-воздушных охладителей, размещаемых по бокам приводного компрессора второй ступени наддува. Сжатый в компрессоре воздух поступает в охладители и затем в цилиндры поршневой части. Атмосферный воздух подается в охладители осевым вентилятором.

Несмотря на сравнительную простоту воздухо-воздушных охладителей, они пока мало распространены. Объясняется это, по-видимому, невысокой эффективностью использованных теплообменных поверхностей и слабо изученностью возможных путей их улучшения. Относится это в первую очередь к вопросу применения пластинчатых охлаждающих поверхностей, имеющих больший коэффициент компактности.

Литература:

  1. Д. А. Дехович. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания/ Д. А. Дехович, Г. И. Иванов, М. Г. Кругов, П. С. Моргулис, В. Г. Перфилов — М.: Машиностроение, 1973. — 296 с.
  2. Смирнов С. В. Улучшение эксплуатационных показателей автотракторных дизелей путем совершенствования параметров системы наддува: дис. кандидат технических наук. Тверская государственная сельскохозяйственная академия, Тверь, 2007 г.
  3. Б. Н. Давыдков, В. Н. Каминский. Системы и агрегаты наддува транспортных двигателей. Москва 2011 г. — 126 с.
  4. Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры. Применения, теория, расчет. Пер. с нем. Б. С. Флорова и Б. Д. Захарова, М. Машгиз, 1961, 228 с.
  5. Малинов М. С., Куликов Ю. А., Черток Е. Б. Охлаждающее устройство тепловозов. М., Машгиз, 1962 год, 260 с.
  6. Маргулис П. С. Расширение полей возможных режимов комбинированных двигателей. — В кн.: «Проблемы развития комбинированных двигателей внутреннего сгорания». М., «Машиностроение» 1968 г.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle