43045

Топливоподающая система автотракторных дизелей

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Параметры и конструкция топливной аппаратуры оказывают существенное влияние на протекание рабочего процесса дизеля. Жесткость процесса, определяемая объемным сгоранием, понижает надежность дизеля, увеличивает его массу...

Русский

2014-03-22

941 KB

9 чел.

Введение

Двигатели внутреннего сгорания широко применяют во всех отраслях народного хозяйства и еще долгое время они будут являться источником энергии для различных энергетических установок.

Несмотря на то, что уже много сделано для повышения индикаторного кпд двигателя, имеются еще резервы, заключающиеся в ускорении процесса прогрева двигателя, организации более быстрого сгорания и в основном в уменьшении потерь теплоты.

Обычно в двигателях внутреннего сгорания до 30% и более теплоты, введенной с топливом, отводится в охлаждающую среду и передается через наружную поверхность. Использование даже части указанной теплоты для совершения полезной работы может существенно улучшить экономичность двигателя.

Для уменьшения механических потерь больше внимания следует уделять совершенствованию конструкции системы смазки двигателя, применения новых видов смазочных материалов и специальных присадок к уже существующим видам моторных масел.

Одним из важнейших направлений, в свете уменьшения разведанных запасов нефти, является расширение ассортимента топлива для двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, необходимо проводить работы по совершенствованию системы подготовки и подачи топлива, для обеспечения работы двигателей тяжелых видах топлив.


СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Топливоподающая система автотракторных дизелей состоит из следующих основных элементов: топливной цистерны, топливоподающего насоса низкого давления (НД); фильтров грубой и тонкой очистки; топливного насоса высокого давления (ВД); привода насоса; форсунок; топливопроводов низкого и высокого давлений.

Параметры и конструкция топливной аппаратуры оказывают существенное влияние на протекание рабочего процесса дизеля. Жесткость процесса, определяемая объемным сгоранием, понижает надежность дизеля, увеличивает его массу, способствует интенсивному образованию наиболее токсических компонентов отработавших газов-окислов азота, повышает уровень шума при работе и в то же время не всегда термодинамически оправдана. Снижение жесткости работы достигают уменьшением периода задержки воспламенения . Ускорение подготовки горючей смеси к сгоранию при ограничении ее объема обеспечивается тонким распыливанием топлива и управлением законом его подачи.

Топливоподающая аппаратура должна обеспечить:

  •  точную дозировку цикловых подач топлива в полном соответствии с заданными режимами работы двигателя;
  •  требуемое давление впрыска топлива;
  •  впрыск цикловой подачи топлива в заданной фазе рабочего процесса за определенный, небольшой, промежуток времени;
  •  возможность изменения моментов опережения впрыска топлива;
  •  равномерное распределение топлива по отдельным цилиндрам;
  •  устойчивую работу при заданных минимальных числах оборотов, например, около 30% (и ниже) от номинального;
  •  оптимальный закон впрыска для заданных условий распыливания, воспламенения и сгорания топлива;
  •  надежную и безотказную работу аппаратуры на всех эксплуатационных режимах;
  •  максимально-возможный срок службы (моторесурс), в особенности для плунжерных форсуночных прецизионных пар.

Рис.1.  Насос-форсунка быстроходных дизелей

Топливные системы, применяемые в современных дизелях, весьма разнообразны как по принципу, так и по конструктивному оформлению. Доминирующей системой является система непосредственного впрыска (действия) с топливной аппаратурой разделенного типа, состоящей из насоса высокого давления (ВД) с механическим приводом плунжера и автоматической форсункой, отделенной от насоса нагнетательным трубопроводом.

Она зарекомендовала себя как наиболее простая, удобная, надежная и полностью обеспечивающая надлежащее распыливание топлива. Основные преимущества системы — относительная простота конструкции, возможность сравнительно быстрого осуществления требуемых параметров впрыска на различных режимах, надежность действия аппаратуры, возможность использования системы для всего диапазона цикловых подач — от минимальных до максимальных.

К недостаткам системы следует отнести имеющиеся при снижении чисел оборотов дизеля уменьшение давления впрыска и соответственное ухудшение процесса распыливания, а также ограничение величины минимально устойчивых чисел оборотов на малых нагрузках.

При объединении насоса и форсунки в единый агрегат — «насос— форсунка» получается видоизмененная система впрыска непосредственного действия с механическим приводом плунжера. В этой системе полностью отсутствует нагнетательный трубопровод, благодаря чему отпадает возможность возникновения нежелательного влияния упругих гидравлических колебаний топлива на протекание процесса впрыска; другими словами, заданный движением плунжера закон впрыска топлива может быть осуществлен с большей точностью.

К недостаткам системы впрыска относятся: сложная и трудоемкая конструкция насос — форсунки; неудобство (при текущих осмотрах) вынужденной одновременной разборки не только форсунки, но и насоса; трудность обеспечения нужной жесткости рычажного привода плунжера, расположенного на крышке и др.

Наконец, для многооборотных и для относительно маломощных дизелей представляет интерес применение вместо насосов обычного типа, имеющих индивидуальные плунжеры на каждый цилиндр, топливных насосов распределительного типа, у которых впрыск единичных подач топлива поочередно во все цилиндры осуществляется одним и тем же плунжером. Эта система упрощает конструкцию насоса и уменьшает его габариты и трудоемкость изготовления. Конструктивное оформление насосов данного типа весьма разнообразно и окончательно не установилось; кроме того, отсутствует еще необходимый эксплуатационный опыт.

Аккумуляторные системы впрыска — особый вид топливных систем, у которых топливо нагнетается не непосредственно в форсунку, а в так называемый аккумулятор (емкость) ВД, из которого топливо направляется в форсунку (в нужный момент и в требуемом количестве) через особый распределительный орган клапанного или золотникового типа. На практике нашли применение аккумуляторы емкости, предназначенные для многократных впрысков и малой емкости для единичных впрысков (т.е. индивидуальные для каждого цилиндра). В аккумуляторах большой емкости топливо пополняется плунжерным насосом ВД, подача которого не связана с моментом впрыска. Так как объем аккумулятора в этом случае значительно превосходит объем единичного впрыска, то последний происходит при почти постоянном давлении. В аккумуляторах малой емкости впрыск происходит при понижающемся давлении в аккумуляторе. Основные недостатки аккумуляторных систем — их относительная сложность по сравнению с системами непосредственного впрыска. Основным преимуществом системы, является возможность обеспечить высококачественное распыливание топлива на более широком диапазоне чисел оборотов и нагрузок.

Компоновка форсунок на дизеле весьма разнообразна и зависит в первую очередь от способа смесеобразования, а также от числа клапанов на цилиндр, особенностей конструкций головки цилиндра, возможности охлаждения сопряженных с форсункой поверхностей, удобства монтажа и т.д.

При размещении форсунки в гнезде головки цилиндров се тщательно центрируют для обеспечения гарантированного малого, но равномерного по периметру зазора между распылителем и соответствующим отверстием в головке.

В дизелях с неразделенными камерами сгорания форсунку часто располагают центрально, что обеспечивает лучшие условия смесеобразования. Однако в головках с двумя клапанами это приводит к уменьшению их диаметра и ухудшению условий охлаждения, поэтому в этом случае форсунку часто смещают от центра. Наклонное расположение форсунки облегчает общую компоновку головки и ее сборку. При этом предусматривают угловую фиксацию форсунки в ее гнезде.

В дизеле с противоположно движущимися поршнями для предотвращения деформации зеркала гильзы цилиндра форсунку устанавливают в специальный адаптер. В вихрекамерных дизелях форсунку размещают в противоположной относительно жаровой вставки стороне вихревой камеры, при этом струя топлива почти перпендикулярна воздушному потоку. В предкамере форсунку располагают центрально или с небольшим смещением на ее дальней от цилиндра стороне. Гнездо под форсунку может быть образовано как обработкой литейной выемки, так и запрессованной втулкой, часто с внешней стороны омываемой охлаждающей водой. Установочные втулки применяются также в головках, отлитых из алюминиевых сплавов.

Нагнетательные трубопроводы (рис 2.) и их соединения должны обеспечивать герметичность при давлениях, превышающих в 1,5 раза рабочие, обладать долговечностью, равной времени работы дизеля до капитального ремонта, иметь минимальный объем внутренней полости и максимальную жесткость.

На дизель должны устанавливаться трубопроводы с объемом и пропускной способностью, отличающейся не более чем на 5%. Трубопроводы изготовляют, используя толстостенные бесшовные трубки из сталей 10, 20, 15Х. Соединение трубопроводов может быть с высаженным, приваренным или припаянным наконечником, с накидной или упорной гайкой. Типы соединений и их размеры стандартизованы. Высаженный наконечник применяют обычно на трубопроводах с наружным диаметром до 10 мм. Для обеспечения надежности соединения крупные трубопроводы иногда изготовляют сверлением из прутка. Для повышения ресурса трубопроводы и наконечники полируют. Положительные результаты дает устранение их вибраций путем схватывания крепежными планками.

К трубопроводам низкого давления предъявляют менее жесткие требования: их изготовляют из меди, латуни и стали, а при мягкой подвеске двигателя используют гибкие шланги. Соединение осуществляют с помощью ниппелей; внутренний диаметр их выбирают из условия обеспечения скоростей топлива 0,5-4 м/с.

Топливные фильтры не связаны с каким-либо приводом, поэтому их устанавливают с учетом общей компоновки двигателя, укорочения линии низкого давления и удобства обслуживания. Фильтры подбирают к дизелю в соответствии с расходом топлива, допустимыми падением давления и временем работы без обслуживания. Современные фильтры обеспечивают полноту отсева примесей 99-99,6% при тонкости фильтрации до 1-5 мкм. Для удобства компоновки и обслуживания фильтры часто сдваивают; при последовательной работе они имеют различную тонкость отсева.

Если ТНВД блочный, секционный или распределительный, подкачивающий насос компонуется вместе с ним и приводится от его вала. Для среднеоборотных двигателей характерен привод от распределительного или коленчатого вала. Автономный электропривод и отдельную от двигателя компоновку применяют в крупных судовых дизелях.

Регулирование количества подаваемого топлива может осуществляться за счет:

а) изменения полезного (активного) хода плунжера;

б) переменного (полного) хода плунжера (например, посредством косой кулачной шайбы);

в) перепуска топлива за время всего хода плунжера (например, при помощи дроссельной иглы);

г) регулирования наполнения насоса (например, с помощью дозирующего устройства) и др.

Способы б, в и г применяются в основном в маломощных дизелях (менее 100 л.с. в цилиндре) с разделенными камерами сгорания.

Регулирование количества подаваемого топлива в зависимости от нагрузки выполняется тремя способами, а именно, изменением:

а) конца подачи,

Рис.3. Способы регулирования

подачи топлива 

б) начала подачи,

в) начала и конца подачи (смешанное регулирование).

Расчет системы питания

I. Расчет ТНВД

Расчет секции топливного насоса заключается в определении диаметра и хода плунжера. Эти основные конструктивные параметры насоса находятся в зависимости от его цикловой подачи на режиме номинальной мощности дизеля.

1. Цикловая подача: , где

– удельный эффективный расход топлива, ;

– эффективная мощность двигателя, ;

– тактность двигателя,

– частота вращения коленчатого вала двигателя, ;

 – плотность топлива,  ГОСТ 10578 - 71;

i – число цилиндров двигателя,

  – коэффициент подачи насоса, =0,75

2. Теоретическая подача секции топливного насоса:

3. Полная производительность секции насоса:

Отношение хода плунжера к диаметру принимаем равным

4. Диаметр плунжера:

5. Полный ход плунжера:

6. Активный ход плунжера:

II. Расчет форсунки

Расчет форсунки сводится к определению диаметра сопловых отверстий.

Продолжительность подачи топлива в градусах поворота к.в. принимаем равной

1. Время истечения топлива:

2. Среднее давление газа в цилиндре в период впрыска:

Среднее давление распыливания принимаем равным

3. Средняя скорость истечения топлива через сопловые отверстия:

Коэффициент расхода топлива принимаем равным

4. Суммарная площадь сопловых отверстий:

 

Число сопловых отверстий принимаем m=4

5. Диаметр соплового отверстия:


СИСТЕМА СМАЗКИ

Исходя из основного назначения смазочных систем – обеспечение работоспособности двигателей – эти системы должны обеспечивать следующее.

  1.  Надежный подвод масла на всех режимах работы двигателей ко всем трущимся деталям двигателя, охлаждаемым маслом поверхностям и устройствам, в которых масло используется в качестве рабочего тела (серводвигатели реверсирующих устройств двигателей, нагнетателей и регуляторов, гидравлические муфты приводов вентиляторов систем охлаждения и др.).
  2.  Работу двигателей и их агрегатов в различных условиях окружающей среды и на всех эксплуатационных режимах.
  3.  Заданную длительность работы двигателя без остановок для заправки маслом, регулировки и устранения недостатков в смазочной системе, очистки от отложений примесей, шлама и нагара на поверхностях деталей двигателей и их агрегатов.
  4.  Длительную работу масла и малый его расход. Кроме того они должны быть компактными, простыми и нетрудоемкими в обслуживании, иметь невысокую стоимость.

Исходя из условий работы двигателей, их типов, назначений степень удовлетворения этим требованиям может быть различной, что определяет сложность, стоимость, компактность смазочных систем и их элементов. Срок службы двигателя в значительной мере зависит от выбора рациональной системы смазки; качества и эффективности применяемых масел и присадок; своевременной и достаточной смазки отдельных конструктивных узлов; охлаждения и качества очистки масла, циркулирующего в системе.

В связи со значительной форсировкой дизелей по наддуву, а также применением сернистых сортов топлива, задача о значительном повышении моторесурса двигателя может быть решена только при выборе оптимальной системы смазки и наиболее эффективных масел и их присадок.

В тронковых дизелях малой и средней мощности для смазки рамовых и шатунных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала, приводных вспомогательных агрегатов и иногда головных подшипников шатуна применяют принудительную циркуляционную систему смазки низкого давления, а для смазки цилиндровой втулки, направляющей поршня, поршневых колец и иногда поршневого пальца – смазку, осуществляемую за счет естественного разбрызгивания масла, вытекающего из зазоров рамовых и шатунных подшипников.

Как исключение, в длинноходных тронковых дизелях повышенной размерности, помимо разбрызгивания, применяют для верхней части цилиндровой втулки принудительную лубрикаторную смазку высокого давления.

Принудительная система смазки низкого давления характеризуется разветвленной циркуляционной системой, подводящей масло к многочисленным точкам двигателя и осуществляющей многократное обращение одного и того же количества масла, очищаемого в фильтрах грубой и тонкой очистки и охлаждаемого в масляных охладителях до нормальной температуры.

Принудительная система смазки высокого давления осуществляет дозированную подачу масла на поверхность цилиндровой втулки при помощи смазчиков (лубрикаторов) плунжерного типа, причем каждой смазываемой точке соответствует свой плунжер. Отработавшее масло частично испаряется и сгорает в цилиндре; уносится с отработавшими газами продувочным воздухом; стекает в маслосборники, предусмотренные в разделительных диафрагмах (между цилиндром и картером).

Смазка разбрызгиванием, а также смазка за счет «масляного тумана», образующегося в картере, обеспечивает с избытком смазку цилиндровой втулки; при этом интенсивность разбрызгивания растет с увеличением числа оборотов двигателя и давления масла в системе.

В зависимости от места расположения основной емкости для циркулирующего масла различают системы смазки с «мокрым» или «сухим» картером.

В системе с мокрым картером (рис. 4, а) основной емкостью масла является поддон или нижняя часть картера (маслосборник), из которой масло забирается односекционным насосом и нагнетается через фильтры и охладитель в главную магистраль смазки двигателя. Эта система применяется в основном у двигателей мало- и среднеоборотных, имеющих относительно большие запасы масла в картере. Регулирование давления в магистрали осуществляется за счет пружины редукционного клапана 6. При повышении давления в магистрали сверх допустимого клапан перепускает часть масла в поддон.

В схеме, кроме того, предусмотрены автоматические предохранительные клапаны 1 для перепуска масла при повышении давления в охладителе или фильтре, а также при холодном масле. Для прокачки масла перед пуском предусмотрены общая всасывающая магистраль 5, ручной насос 11 и вентиль 10.

В системе с сухим картером (рис. 4, б) масло, стекающее в нижнюю часть картера, непрерывно откачивается из него многосекционным насосом в одну или две отдельные емкости – отстойники, находящиеся вне двигателя.

Откачивающие насосы при этом выполняются большей производительности, чем нагнетающий; иногда предусматривают две откачивающие секции, что дает возможность полнее осушить нижний картер, засасывая масло одновременно из кормовой и носовой частей поддона. Иногда все три секции насоса монтируют в одном корпусе. Схемы с сухим картером применяют обычно у судовых дизелей, имеющих при работе значительный продольный уклон.

Для прокачки масла перед пуском двигатели малой и средней мощности снабжают ручными масляными насосами. У мощных дизелей вместо ручных насосов используют резервные масляные насосы, имеющие автономный привод.

Маслосборники. Масло, стекающее со смазываемых поверхностей, собирается в рамах и поддонах, закрывающих картер двигателя, а если картер расположен над цилиндрами в специальных карманах и лотках-маслоуловителях, куда масло попадает при вытекании из зазоров подшипников и полостей поршней.

Мокрые картеры имеют успокоители уровня масла в виде горизонтальных и вертикальных листов и сеток и местные углубления, в которых размещаются маслоприемники масляных насосов. В маслосборниках сухих картеров делают углубления для маслоприемников с сетками, отделяющими пену и предотвращающими попадание в маслоприемники посторонних предметов (инструмент, крепежные детали, обломки металла, обтирочные материалы).

Картерное пространство двигателя для устранения повышенного давления сообщают с атмосферой специальным устройством (сапуном), препятствующим выбрасыванию масляного тумана, или оборудуют устройствами для принудительной вентиляции картера (рис. 5). Отсос из картера газообразных продуктов сгорания и паров попадающего в картер топлива и заполнение картера холодным чистым воздухом способствуют повышению срока службы масла и уменьшают опасность взрыва в картере. В дизелях большой мощности опасность взрыва в картерах особенно велика вследствие их большого объема и длительной непрерывной работы. Крышки смотровых люков картеров таких двигателей снабжают автоматическими предохранительными клапанами, открывающимися при повышении давления в картере на 0,01–0,02 МПа. Это предупреждает разрушения и устраняет опасность для обслуживающего двигатель персонала. После вспышки клапаны автоматически закрываются. Проходные сечения клапанов выбирают из расчета 0,10–0,12 см2 на 1 л объема картера. Маслосборники должны иметь отверстия с пробками для слива масла.

Маслоприемники. Маслоприемники двигателей с сухими картерами, располагаемые по концам картера, представляют собой трубы, соединенные с отсасывающими секциями насосов. Приемные концы труб отгибают в сторону днища маслосборника. В двигателях с мокрыми картерами маслоприемники имеют вид опрокинутых в масло чаш или тарелок с сетками, из-под которых и забирается масло (см. рис. 5), что устраняет засасывание пены и перебои в подаче масла.

В транспортных двигателях широко применяются плавающие маслоприемники, исключающие возможность засасывания со дна поддона отстоявшихся грязи и воды. Для обеспечения плавучести маслоприемника в нем предусматривают воздушную полость, а соединение его с насосом или маслопроводом выполняют подвижным.

Маслопроводы. Наружные и внутренние маслопроводы двигателей изготовляют из стальных и медных труб, закрепляемых на корпусных деталях и в соединяемых элементах смазочной системы. Преимуществами медных труб являются большая теплопроводность и меньшая опасность появления трещин под действием вибраций, однако использование их ограничивается из-за высокой стоимости.

Маслопроводы могут быть выполнены еще двумя способами: сверлением каналов в стенках корпусных деталей или закладкой в литейную форму последних предварительно смонтированной системы маслопроводов из труб. При втором способе выполнения маслопроводов значительно уменьшаются трудоемкость и стоимость изготовления двигателей.

Сечения маслопроводов выбирают по расчетным скоростям течения масла, равным 1—6 м/с (большие скорости для форсированных быстроходных двигателей).

Масляные баки. Баки сваривают из листовой стали, латуни или дюралюминия толщиной 0,8–10 мм в зависимости от размеров бака. Их форма может быть самой разнообразной и определяется условиями размещения баков и производственно-технологическими соображениями. Баки имеют заливные и сливные отверстия, используемые также для их промывки, и устройства для сообщения полости бака с атмосферой. Масляные цистерны судовых двигателей нередко разделяют перегородками на отсеки, оборудованные перепускными и подогревающими устройствами.

Контрольные и другие устройства. В смазочных системах контролируются давления (в главной масляной магистрали или на других участках системы), перепады давления в фильтрах и охладителях, температуры (в основном баке, на выходе из двигателя, иногда до и после охладителей, уровни масла в баках и картерах.

Для измерения температур используют дистанционные термометры. Давления измеряют пружинными и мембранными манометрами с гидравлической или электрической передачей импульса к показывающему прибору; сопротивления фильтров измеряют дифференциальными манометрами.

Для определения уровня масла в мокрых картерах и баках применяют мерные линейки с метками минимального и максимального количества масла, поплавковые устройства, масломерные стекла (в стационарных установках), пневматические или электрические указатели.

Контрольные приборы часто связывают с системами звуковой или световой сигнализации или автоматизированной защиты двигателя, выключающей его при нарушениях нормальной работы смазочной системы.

В смазочных системах широко применяют регуляторы температуры масла, позволяющие поддерживать температуру постоянной независимо от режима работы двигателя. Некоторые узлы двигателя (вентиляторы системы охлаждения, водяные насосы, приводы тахометров), не требующие обильного постоянного смазывания, смазывают консистентным смазочным материалом, для чего их оборудуют колпачковыми и автоматическими масленками.

Для того чтобы при пуске двигателей предупредить возникновение задиров на трущихся поверхностях деталей, а также обеспечить необходимую последовательность операций, в смазочной системе предварительно создают давление. Для этого применяют прокачивающие масляные насосы (шестеренные, винтовые, лопастные) с ручным или электрическим приводом, автоматически отключаемые от двигателя после его пуска.

Для уменьшения крутящего момента при пуске двигателя и обеспечения циркуляции масла при первых числах оборотов коленчатого вала применяют подогрев масла в картерах или баках (электрический, водяной или паровой), для чего смазочные системы оборудуют необходимыми устройствами.


Расчет системы смазки

I. Расчет масляного насоса

Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе.

1. Количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

, где

К=(0,015 … 0,030) – коэффициент, учитывающий долю тепла, отводимого в систему смазки при сгорании топлива, ;

– количество теплоты, выделяемой топливом за 1 с,  где

– низшая теплота сгорания топлива,

2. Циркуляционный расход масла:

где

– плотность масла, ;

– средняя теплоемкость масла, ;

– температура нагрева масла в двигателе,

3. Циркуляционный расход масла с учётом стабилизации давления:

4. Полный циркуляционный расход масла (расчётная производительность насоса):

где

– гидравлический КПД насоса, учитывающий протечки между корпусом и шестерней (объёмный коэф. подачи),

5. Параметры шестеренчатого насоса:

– диаметр начальной окружности зуба колеса,

, где

m – модуль зацепления,  

z – число зубьев шестерни,

h – высота зуба,

– диаметр внешней окружности (выступов) шестерни:

Окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре,

– частота вращения шестерни (насоса),

, где

Длина зуба шестерни:  

6. Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса:

, где

P – рабочее давление масла в системе,

– механический КПД масляного насоса,

II. Расчет масляной центрифуги

Расчет центрифуги заключается в определении необходимого давления масла перед центрифугой и частоты вращения ее ротора. В современных центрифугах подача масла под давлением 0,25 – 0,6 МПа обеспечивает вращение ротора со скоростью 5000 – 8000 об/мин.

Циркуляционный расход масла в системе:

Неполнопоточность центрифуги принимается равной 20%

  1.   Количество масла, проходящего через сопла центрифуги (производит–ть):

  1.   Площадь отверстия сопла:

, где

– диаметр сопла центрифуги

  1.   Частота вращения ротора центрифуги в минуту:

, где

Момент сопротивления в начале вращения ротора:

Скорость нарастания момента сопротивления:

Расстояние от оси сопла до оси вращения ротора:

Коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла:

Плотность масла:

  1.   Давление масла перед центрифугой:

, где

Коэффициент расхода масла через сопло:

Коэффициент гидравлических потерь:

Радиус оси ротора:


СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

Система охлаждения служит для отвода тепла от деталей двигателя, нагревающихся вследствие соприкосновения с горячими газами или от трения, например, стенки цилиндровой втулки, крышки поршня. Основная цель охлаждения деталей дизелей — поддержание в них допустимого уровня температуры, определяемой жаропрочностью использованных материалов (например, днища поршня), термостабильностью смазочных масел (например, смазка втулки), оптимальными условиями протекания рабочего процесса, надежностью работы отдельных узлов и деталей, а также другими факторами.

Теплота, отводимая в охлаждающую жидкость внутреннего контура (воду, ТОСОЛ, антифриз) и смазочное масло, а также теплота, воспринимаемая при охлаждении надувочного воздуха, передается охлаждающему теплоносителю в соответствующих  охладителях. Охлаждающим теплоносителем в судовых установках является забортная вода, а в установках наземного транспорта – атмосферный воздух.

Целесообразность применения того или иного теплоносителя может быть охарактеризована следующими относительными значениями теплоотдачи.

Теплоноситель

Атмосферный воздух

Воздух при

P=0,2 МПа

Смазочное масло

Вода

Относительное значение теплоотдачи

1

3

8-10

100

Количество тепла, отводимого системой охлаждения, составляет от 15 до 35% всего тепла, выделяемого топливом при его сгорании, и зависит от ряда факторов (от типа и конструкции дизеля, его основных размеров, степени быстроходности и форсировки, заданного температурного режима и др.).

В эксплуатации следует поддерживать примерно постоянный температурный режим (близкий к номинальному), независимо от нагрузки и числа оборотов двигателя, во избежание ухудшения условий работы последнего на долевых режимах (увеличения потерь на трение вследствие повышения вязкости масла).

На автомобильных и тракторных двигателях применяют жидкостное или воздушное охлаждение. Наиболее распространенным является жидкостное охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости применяется вода и жидкости с низкой температурой замерзания.

Недостатком воды как охлаждающей жидкости является замерзание ее уже при температуре ниже 0. При замерзании объем воды увеличивается на 10%, что приводит к созданию давления до  и разрушению деталей. Чтобы жидкость в системе охлаждения при низкой температуре не замерзла, применяют антифризы (смесь этиленгликоля и воды) марок 40 и 65 с антикоррозионными присадками. Антифриз марки 40 применяют в районах с умеренным климатом с температурой не ниже , а марки 65 – в более холодном климатическом поясе; его температура замерзания . Применяют также все сезонную жидкость марки ТОСОЛ-А-40 с температурой замерзания не выше .

Температуру охлаждающей жидкости целесообразно поддерживать возможно высокой (80° - 90°), так как при этом уменьшаются потери тепла в охлаждающую воду, а следовательно, снижается и удельный расход топлива; уменьшаются тепловые напряжения в стенках; уменьшается вязкость масла, а следовательно, повышается механический к. п. д.

Особенно большое значение имеет поддержание стабильного температурного режима (задаваемого «Техническими условиями») у многооборотных форсированных дизелей. У малооборотных дизелей, работающих на сернистых тяжелых сортах топлива, необходимо также поддерживать повышенный температурный уровень охлаждающей жидкости (около 75—80° С) во избежание образования серной и сернистой кислот при конденсации воды на холодных стенках цилиндровой втулки.

Температура выходящей из дизеля воды регулируется терморегулятором или вручную (кранами, клапанами); по отдельным цилиндрам температура воды выравнивается регулирующими кранами, установленными на отливных патрубках крышек; разность температур по отдельным цилиндрам не должна превосходить

5° С.

Давление в системе охлаждения определяется гидравлическими сопротивлениями системы и составляет около Р=(0,05…0,35) МПа; снижение давления воды сверх установленного предела в эксплуатации не допускается, так как это может вызвать образование в наиболее нагретых верхних частях охлаждаемых полостей так называемых «паровых мешков» и накипи на стенках.

Перед запуском все охлаждаемые полости двигателя должны быть заполнены водой, так как запуск без воды и последующее поступление холодной воды в нагретые при запуске полости может вызвать появление трещин в крышках и у днища поршней.

У ряда дизелей, обычно многооборотного типа, в эксплуатации наблюдается разъедание стенок цилиндровых втулок, омываемых водой, в результате совместного воздействия электрохимической коррозии и кавитационной эрозии. Последняя является обычно следствием высокочастотных вибраций втулок под воздействием ударов поршня о стенку цилиндра (при перекладке поршня). Основными мерами борьбы с разъеданием втулок, связанных с системой охлаждения, являются:

  •  увеличение проходных сечений охлаждаемых полостей двигателя;
  •  повышение стойкости втулок против разъедания путем хромирования или азотирования ее охлаждаемых поверхностей;
  •  применение в полостях охлаждения крышки вокруг втулок цинковых протекторов (против электрохимической коррозии);
  •  применение добавок к охлаждающей воде (при замкнутой системе охлаждения).

Для охлаждения форсунок применяют масло, воду или топливо. При охлаждении маслом топливо может попасть в циркуляционную масляную систему и снизить его вязкость и температуру вспышки. При охлаждении водой наблюдается коррозия деталей распылителя. Поэтому чаще всего для охлаждения форсунок применяют топливо.

Охлаждение поршней тронковых дизелей всегда осуществляется маслом из-за трудности обеспечения полной герметичности охлаждающего устройства (телескопического или шарнирного). Поршни крейцкопфных дизелей охлаждаются маслом или пресной водой. Так как эффективность отвода тепла водой значительно выше чем у масла, поэтому в современных мощных дизелях с повышенным наддувом наряду с маслом применяют пресную воду.

Система жидкостного охлаждения двигателя автотракторного типа состоит из рубашки охлаждения (полости вокруг цилиндров и камер сгорания), радиатора, водяного насоса, вентилятора, жалюзи и термостата. На двигателях некоторых моделей автомобилей устанавливается пусковой подогреватель.

В системе жидкостного охлаждения циркуляция жидкости осуществляется принудительно под действием водяного насоса. Из радиатора жидкость подается насосом в рубашку охлаждения, нагревается и через головку вновь попадает в радиатор. Более интенсивному охлаждению жидкости способствует вентилятор.

Рубашка охлаждения образуется полостью, находящейся между наружными стенками блока двигателя и цилиндрами и между наружными стенками головки и стенками камеры сгорания. Особенно интенсивному охлаждению должна подвергаться та часть двигателя, где расположены выпускные каналы. Рубашка охлаждения окружает цилиндры до той его части, где расположены кольца при положении поршня в н. м. т.

Рис. 6. Система охлаждения двигателя КаМАЗ

Отвод теплоты от охлаждающей жидкости в современных автотракторных и тепловозных двигателях осуществляют с помощью охладителей типа жидкость-газ (радиаторов).

В настоящее время наибольшее распространение получили водяные радиаторы с поверхностями охлаждения трубчато-пластинчатого типа с коридорным или шахматным расположением труб. Для увеличения охлаждающей поверхности между трубками впаяны изогнутые пластины. Для изготовления теплообменников как правило применяют медь марок М1, М2, М3, содержащих медь (согласно ГОСТ 859-78)  в пределах 99,9—99,5%. Наиболее легким и перспективным материалом является алюминий высокой степени чистоты (типа АД0 или АД1); сплав алюминия с марганцем (типа АМц); сплав алюминия с магнием (типа АМг).

Перепад температуры в радиаторе равен 5 – 8 К.

Для поддержания в радиаторе необходимого давления в его пробке устанавливаются паровой и воздушный клапаны. Паровой клапан предназначен для поддержания избыточного давления в системе охлаждения в пределах 0,28 — 1 кгс/см2, что повышает температуру кипения охлаждающей жидкости до 108—119 °С и снижает потери охлаждающей жидкости от испарения. При дальнейшем повышении давления паровой клапан открывается и через пароотводную трубку пар выходит наружу.

Воздушный клапан сообщает систему охлаждения с атмосферой после охлаждения двигателя для предупреждения смятия радиатора вследствие создавшегося разряжения.

Водяной насос центробежного типа создает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Насос состоит из корпуса, вала с крыльчаткой и самоуплотняющегося сальника. На переднем конце вала установлен фланец с приводным шкивом и вентилятором. Вал в корпусе насоса установлен в двух шариковых подшипниках. Из нижнего патрубка радиатора охлаждающая жидкость попадает к центру насоса и под действием вращающейся крыльчатки центробежной силой отбрасывается к стенкам корпуса. Далее жидкость поступает в рубашку охлаждения через отверстия в корпусе.

Вентилятор служит для увеличения потока воздуха, проходящего через сердцевину радиатора. Он состоит из ступицы, посаженной на валу водяного насоса, приводного шкива и лопастей. Лопасти расположены по окружности неравномерно для уменьшения шума, а концы их могут быть загнуты для лучшего распределения потока воздуха. Для повышения эффективности охлаждения перед вентилятором устанавливается направляющий кожух.

Термостат предназначен для ускорения прогрева двигателя и автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости. Он устанавливается в верхней головке двигателя и представляет собой клапан, регулирующий интенсивность циркуляции жидкости через радиатор. Термостат состоит из корпуса, активного элемента и клапана. Активный элемент может быть выполнен в виде гофрированного цилиндра из тонкой латуни, в котором находится легко испаряющаяся жидкость — водный раствор эфира или этилового спирта, либо медного баллона, заполненного твердым наполнителем — смесью медного порошка с церезином. При температуре охлаждающей жидкости менее  клапан термостата закрыт и охлаждающая жидкость в радиатор не поступает, а циркулирует по малому кругу — насос, рубашка охлаждения, насос. Когда температура охлаждающей жидкости достигнет 70—80° С, клапан термостата открывается под действием паров жидкости или расширения твердого наполнителя и охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор — по большому кругу.


Расчет системы охлаждения

Расчет водяного насоса

Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров водяного насоса, поверхности радиатора и подбору вентилятора.

Расчет основных конструктивных элементов системы охлаждения производится исходя из количества тепла, от двигателя в единицу времени.

1.  – количество теплоты, выделяемой топливом за 1 с,

2. Количество тепла, отводимого системой охлаждения: , где

3. Циркуляционный расход воды в системе охлаждения:

, где

– теплоемкость воды,

– плотность воды,

= 10 К – температурный перепад воды при принудительной циркуляции

4. Расчетная производительность насоса:

Расчетная производительность насоса (м3/с) определяется с учетом утечек жидкости из нагнетательной полости во всасывающую.

, где

– коэффициент подачи насоса,

5. Радиус входного отверстия крыльчатки:

, где

– скорость воды на входе в насос

– радиус ступицы крыльчатки

6. Окружная скорость потока воды на выходе из колеса:

, где

и  – углы между , направлением скоростей , и

– напор, создаваемый насосом

– гидравлический кпд насоса

7. Радиус крыльчатки колеса на выходе:

, где

– частота вращения крыльчатки (насоса)

8. Окружная скорость входа потока,

Угол между скоростями  и  принимается , при этом:

, откуда

9. Ширина лопатки на входе:

, где

– число лопаток на крыльчатке насоса

– толщина лопаток у входа

10. Радиальная скорость потока на выходе из колеса:

11. Ширина лопатки на выходе:

, где

– толщина лопаток на выходе

12. Мощность, потребляемая водяным насосом:

, где

Механический КПД водяного насоса –


Заключение

  В данном курсовом проекте мы рассчитали наиболее подходящие для данного четырёхтактного дизельного двигателя автомобиля КаМАЗ с  системы питания, смазки, охлаждения и схематично построили их.

Список литературы:

  1.  А.И. Колчин, В.П. Демидов, Расчет автомобильных и тракторных двигателей – М: Высшая школа, 2003. – 496 с.
  2.  Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учеб. под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – М: Машиностроение, 1985. – 456 с.


Рис 2. Соединения
нагнетательных

трубопроводов

4

Рис. 5. Схема вентиляции картера двигателя

Рис. 7. Радиатор

Рис .9. Схема построения профиля лопатки водяного насоса


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33090. Філософія України першої половини ХІХ століття 29.14 KB
  Пануючій у дореформений період релігійноідеалістичній філософії в різних її різновидах і течіях починаючи від відверто містичної масонства і закінчуючи тривіальною метафізикою протистояли матеріалістичні вчення. в Європі набувають поширення і популярності ідеї представників німецької класичної філософії: Канта Фіхте Шеллінга Гегеля які поступово проникають і в Україну. Він активно виступав за розвиток науки і просвіти гостро критикував реакціонерів які заперечували читання лекцій з філософії у вузах. Під впливом Канта професор Лодій...
33091. Українська філософська та суспільно-політична думка другої половини XIX - XX століття 55.08 KB
  Пізнання він розумів як відображення зовнішнього світу людини засуджував агностицизм. У працях Що таке прогрес Роздуми про еволюцію в історії людства він намагався простежити розвиток від живої природи від простих частинок живої матерії до людини. Заперечуючи всяку владу людини над людиною він стверджує природне прагнення людини до добра. Це означає що вона розвивається за своїми законами незалежними від людини і людства і тому для її пояснення не потрібно залучати ні містику ні інші вигадки метафізиків та ідеалістів.
33092. Філософія української національної ідеї 31.64 KB
  Ми українець і як такий ми член нації яка не лише пригноблюється в русской державі в Росії й урядом а почасти і суспільністю панівної національності. Поет і прозаїк громадський діяч і політик науковий дослідник проблем історії й теорії літератури етнографії й фольклору політичної й економічної історії філософії досконалий знавець німецької польської російської мов він спрямовував усе своє надбання на народне відродження розвій української нації; збагачення української духовної культури. Франко був переконаний що...
33093. Поняття буття 12.67 KB
  Проблема буття виникла в епоху античності як своєрідна відповідь на її нові потреби. Буття на його думку гарант надійності і незнищенності світу та раз і назавжди заведеного порядку в ньому. Не змінюється лише буття тобто абсолютна думка.
33094. Матерія та її розуміння 15.73 KB
  Досліджуючи фундамент матерії сучасна фізика відкрила всезагальне перетворення матеріальних об'єктів. Простір і час це атрибути тобто суттєві властивості рухомої матерії. Однак філософи ідеалісти заперечують залежність часу і простору від матерії. Кантом простір і час апріорні й абсолютно порожні форми чуттєвого споглядання речей внутрішньо і споконвічно притаманні людській свідомості.
33095. Рух матерії 12.92 KB
  Рух є способом існування матерії. Ніде і ніколи не було і не може бути матерії без руху як і руху без матерії. Рух матерії абсолютний і вічний. Такий стан руху матерії називається спокоєм.
33096. Простір та час як філософські категорії 12.45 KB
  Простір і час це атрибути тобто суттєві властивості рухомої матерії. Однак філософи ідеалісти заперечують залежність часу і простору від матерії. Кантом простір і час апріорні й абсолютно порожні форми чуттєвого споглядання речей внутрішньо і споконвічно притаманні людській свідомості.
33097. Проблема свідомості в філософії 13.7 KB
  Жодна наукова проблема не є предметом таких далеких від науки і таких широких за змістом інтелектуальних спекуляцій як проблема свідомості. Варте уваги те що з кожним кроком уперед у дослідженнях психіки і свідомості людини кількість такого роду спекуляцій не зменшується. Однак слід пам'ятати що лише наукове осягнення природи свідомості може відкрити істину.
33098. Суспільна свідомість 13.6 KB
  Виділяють буденну і теоретичну свідомості. В основу цього членування покладено відношення свідомості до практики ступінь її узагальнення глибина зв'язку з практичними основами життя. У свідомості виділяють два рівні ідеологію і суспільну психологію. Суспільна психологія є частиною буденної свідомості.