Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха в тепловозостроении | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (125) ноябрь-1 2016 г.

Дата публикации: 04.11.2016

Статья просмотрена: 366 раз

Библиографическое описание:

Карасёв Ю. В., Ивашкин А. А. Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха в тепловозостроении // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 144-147. — URL https://moluch.ru/archive/125/34856/ (дата обращения: 15.11.2019).



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.
Основные термины (генерируются автоматически): воздух, атмосферный воздух, охладитель, воздушный заряд, система охлаждения, цилиндр двигателя, тепловая напряженность деталей, воздухо-воздушный охладитель, внутреннее сгорание, охлаждение.


Ключевые слова

дизель, наддув, воздух

Похожие статьи

Обзор существующих систем кондиционирования воздушных...

система кондиционирования, система кондиционирования воздуха, воздухо-воздушный теплообменник, кондиционирование воздуха, воздух, температура воздуха, кабина экипажа, пассажирская кабина, воздушная...

К вопросу влияния расхода охлаждающего воздуха на тепловое...

Уровень показателей двигателей воздушного охлаждения (ДВО) в первую очередь зависит от согласованности тепловых потоков в системы охлаждения и смазочную с возможностями теплоотвода от оребренных поверхностей головки...

Формирование теплового режима охладителя наддувочного...

Термостаты системы охлаждения принудительно не блокировались, система охлаждения двигателя заполнялась жидкостью марки ОЖ-40 «Лена». Был рассмотрен блок охлаждения, включающий в себя радиатор и охладитель наддувочного воздуха, выполненный в...

Усовершенствование конструкции привода вентилятора...

Коротко принцип работы системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя.

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

При внутреннем конвективном охлаждении лопаток охлаждающий воздух, протекающий по

В качестве исходных данных была взята рабочая лопатка турбины низкого давления газотурбинного авиационного двигателя и система ее охлаждения, в условиях нарушенной...

Обзор основных агрегатов систем кондиционирования воздуха...

Система кондиционирования воздуха (СКВ) — одна из самых главных систем жизнеобеспечения летательных аппаратов.

Теплообменники бывают нескольких типов: воздухо-воздушные (охлаждение за счет встречного потока воздуха), топливовоздушные...

Снижение токсичности отработавших газов дизелей путем...

На двигателях с турбонаддувом охлаждение сжатого воздуха на впуске (промежуточное охлаждение) представляет эффективный способ

Дизели с турбонаддувом и ПОНВ работают, как правило на границе термической и механической напряженности определенных деталей.

Воздушное отопление помещений | Статья в журнале «Техника.»

Ключевые слова: отопление, воздушное отопление, местные системы воздушного отопления, центральная система воздушного

В системе большой протяженности воздух сильно охлаждается, даже при том, что воздуховоды окутаны тепловой изоляцией.

Обзор системы жизнеобеспечения самолета АН-30

Следовательно охлаждение рабочего воздуха, подаваемого в систему кондиционирования на земле, в воздухо-воздушных радиаторах бортовых

При использовании СКВ горячий воздух от двигателей охлаждается в турбохолодильных установках и подается в кабины.

Похожие статьи

Обзор существующих систем кондиционирования воздушных...

система кондиционирования, система кондиционирования воздуха, воздухо-воздушный теплообменник, кондиционирование воздуха, воздух, температура воздуха, кабина экипажа, пассажирская кабина, воздушная...

К вопросу влияния расхода охлаждающего воздуха на тепловое...

Уровень показателей двигателей воздушного охлаждения (ДВО) в первую очередь зависит от согласованности тепловых потоков в системы охлаждения и смазочную с возможностями теплоотвода от оребренных поверхностей головки...

Формирование теплового режима охладителя наддувочного...

Термостаты системы охлаждения принудительно не блокировались, система охлаждения двигателя заполнялась жидкостью марки ОЖ-40 «Лена». Был рассмотрен блок охлаждения, включающий в себя радиатор и охладитель наддувочного воздуха, выполненный в...

Усовершенствование конструкции привода вентилятора...

Коротко принцип работы системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом. Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя.

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

При внутреннем конвективном охлаждении лопаток охлаждающий воздух, протекающий по

В качестве исходных данных была взята рабочая лопатка турбины низкого давления газотурбинного авиационного двигателя и система ее охлаждения, в условиях нарушенной...

Обзор основных агрегатов систем кондиционирования воздуха...

Система кондиционирования воздуха (СКВ) — одна из самых главных систем жизнеобеспечения летательных аппаратов.

Теплообменники бывают нескольких типов: воздухо-воздушные (охлаждение за счет встречного потока воздуха), топливовоздушные...

Снижение токсичности отработавших газов дизелей путем...

На двигателях с турбонаддувом охлаждение сжатого воздуха на впуске (промежуточное охлаждение) представляет эффективный способ

Дизели с турбонаддувом и ПОНВ работают, как правило на границе термической и механической напряженности определенных деталей.

Воздушное отопление помещений | Статья в журнале «Техника.»

Ключевые слова: отопление, воздушное отопление, местные системы воздушного отопления, центральная система воздушного

В системе большой протяженности воздух сильно охлаждается, даже при том, что воздуховоды окутаны тепловой изоляцией.

Обзор системы жизнеобеспечения самолета АН-30

Следовательно охлаждение рабочего воздуха, подаваемого в систему кондиционирования на земле, в воздухо-воздушных радиаторах бортовых

При использовании СКВ горячий воздух от двигателей охлаждается в турбохолодильных установках и подается в кабины.

Задать вопрос