Расчет числа секций охлаждающего устройства

 

Для отвода тепла, выделенного в цилиндрах дизеля при сгорании топлива, применяют охлаждающие устройства. В качестве теплоносителей используют воду и масло. Вода охлаждает цилиндры дизеля, крышки цилиндров и остальной газовыпускной тракт. Масло охлаждает поршни и другие трущиеся детали. В современных дизелях кроме того охлаждают наддувочный воздух. Для охлаждения воды, циркулирующей между дизелем и охлаждающим устройством, применяют водовоздушные радиаторы, а для охлаждения масла и воздуха - водомасляные теплообменники и воздухоохладители. Вода, охлаждающая масло в теплообменнике и воздух в воздухоохладителе, так же охлаждается в водовоздушных радиаторах. Система циркуляции воды, охлаждающей дизель, называется горячим контуром, а система циркуляции воды между теплообменными аппаратами для охлаждения масла и воздуха и водовоздушными радиаторами - холодным контуром.

Необходимые размеры и параметры охлаждающего устройства определяют из уравнений теплового баланса и уравнения теплопередачи.

;

;

,

 

где Q - количество тепла, которое необходимо отвести охлаждающим устройством в единицу времени, кДж;

G_ж - подача насоса (количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени), м³/ч;

G_возд - подача вентилятора (количество воздуха, проходящее через секции в единицу времени), м³/ч;

C_ж,C_р - удельные теплоемкости жидкости и воздуха, кДж/кг × К;

K - коэффициент теплоотдачи, кДж/м² × ч × К;

D t - разность между температурами жидкости до охлаждения и после охлаждения;

Dt - разность между температурами воздуха до поступления в секции радиаторов и после выхода из них;

D t_ср - разность между средней температурой жидкости и средней температурой воздуха;

F - площадь охлаждающей поверхности одной секции радиаторов, см²;

Z - число секций радиаторов.

Решение этих уравнений дает возможность определить число секций радиаторов, необходимых для отвода тепла с водой от дизеля Q_{в ,} с маслом в водомасляном теплообменнике Q_{м ,} с воздухом в водовоздушном охладителе Q_{возд .}

Приближенно необходимое число секций горячего и холодного контуров можно определить по графикам, предложенным проф. Хуторянским Н.М. (рис. 3).

При этом сначала определим количество тепла, вводимого в дизель при сгорании топлива в течение 1 часа

  кДж/ч.

 

Разделив полученное значение тепловой энергии на 3600 (число секунд в 1 часе), получим секундную мощность тепловой энергии дизеля

  кДж/с.

 

Количество тепла, отводимое с охлаждающей водой в секунду для горячего контура

  кДж/с.

 

Количество тепла, отводимое в масло

  кДж/с.

 

Количество тепла, отводимое от дизеля с водой, охлаждающей наддувочный воздух

  кДж/с.

 

Здесь q_в, q_м, q_вв - доли тепла в процентах, отводимые с водой, маслом и воздухом. Их значения приведены в таблице 7.

Рис. 3

Вода - 16 секций

Масло - 9 секций

Воздух - 11 секций

 

Примерная схема двухконтурного охлаждающего устройства приведена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема системы охлаждения тепловоза с однорядным расположением водяных секций, с применением водомасляного теплообменника, двух вентиля - торов и разделенных отсеков холодильной камеры:

- дизель; 2 - водомасляный теплообменник; 3 - воздухоохладитель; 4,5 - насосы