logo1

logoT

 

Охладитель наддувочного воздуха


Охладитель наддувочного воздуха - это... Что такое Охладитель наддувочного воздуха?

Интеркулер — промежуточный охладитель наддувочного воздуха, представляющий собой теплообменник (воздухо-воздушный, водовоздушный), чаще радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. В основом используется в двигателях с системой турбонаддува.

Фронтальный интеркулер

Применение

В процессе сжатия воздуха в системе наддува, повышается его температура.

(Твход нагнетателя)/ (Твых нагнетателя) = (Рвход/Рвых)в степени (n-1)/n.

В реальной ситуации при Т на входе нагнетателя 20 градусов:

Рвхода/Рвых = 1,5 -> разность температур около 45 градусов => Твых после сжатия = 65 град;

Рвхода/Рвых = 2 -> разность температур около 84 градусов => Твых после сжатия = 104 град.

Согласно расчётам, каждое изменение температуры воздуха на 10 градусов приводит к изменению его плотности на 3 процента.

Поэтому, если не охлаждать воздух после нагнетателя, эффект наддува может быть значительно ослаблен.

Пример: при отношении Рвхода/Рвых = 1,5 плотность воздуха после сжатия (а значит и мощность) падает на 14 проц.; при отношении Рвхода/Рвых = 2 плотность воздуха после сжатия (а значит и мощность) падает на 25 проц.

Поэтому в двигателе внутреннего сгорания с наддувом воздух, который подается в цилиндры, разумно дополнительно охлаждать, повышая его плотность, что в свою очередь повышает эффективность наддува, а также снижает детонационный порог. Для дизельных двигателей промежуточное охлаждение наддувочного воздуха целесообразно лишь при двух и более ступенчатом наддуве (применении двух и более компрессоров).

Одним из видом тюнинга ДВС является установка интеркулера большего объема.

Способы крепления

Радиатор интеркулера обычно крепится перпендикулярно продольной оси автомобиля (фронтальный интеркулер) перед радиатором либо под крылом, пример - Mitsubishi Lancer Evolution. Другой способ крепления - горизонтально над двигателем (например, Subaru Impreza WRX). В таком случае в капоте автомобиля обычно имеется воздухозаборник для подвода потока воздуха к интеркулеру.

Водовоздушный интеркулер

На тепловозах для обеспечения компактности воздушного тракта применяется водовоздушный интеркулер (причём там он называется холодильник наддувочного воздуха), в контуре которого циркулирует вода, охлаждаемая в отдельном радиаторе. На судах применяется водовоздушый интеркулер в котором циркулирует забортная вода.

Реже водовоздушный интеркулер применяется и в автоспорте, пример тому - Toyota Celica GT-Four (Alltrac). Также в автоспорте применяется орошение интеркулера водой при помощи специальных форсунок, и даже емкости со льдом для лучшего теплообмена при работе двигателя на экстримальном давлении наддува (например, в дрэг-рейсинге).

Ссылки

How an intercooler works

Wikimedia Foundation. 2010.

Охлаждение наддувочного воздуха

Возрастание температуры воздуха или заряда в компрессоре зависит от степени повышения давления, КПД компрессора и теплообмена со стенками, т. е. от конструкции компрессора. Повышение температуры на впуске в двигатель имеет следующие отрицательные стороны.

Для наполнения цилиндра определяющей является плотность заряда. Однако при определённых условиях степень повышения плотности заряда от р1 на входе в компрессор до р2 на его выходе при его сжатии от давления р1 до давления р2 может быть ниже, чем степень повышения давления. В случае изоэнтропийного сжатия при n=1 степень повышения плотности заряда (отношение плотностей) равна степени повышения давления (отношению давлений). Иначе говоря, увеличение температуры заряда при сжатии его в компрессоре ведёт к потере возможного повышения его плотности, а следовательно, массового наполнения цилиндра.

Кроме того, с повышением температуры заряда возрастает термическая напряжённость двигателя.

Приблизительно можно сказать, что применение наддува в 0,5 бар над уровнем окружающей среды приводит к росту температуры на впуске в двигатель на 30°. А при наддуве 0,7 — 1 бар (избыточных) — уже на 120°.

На двигателях с наддувом охлаждение наддувочного воздуха, предложенное ещё Рудольфом Дизелем, является важнейшим и простейшим средством повышения мощности, причём, оно тем эффективнее, чем выше степень повышения давления в компрессоре. Предварительное охлаждение заряда снижает суммарные потери теплоты в двигателе, повышает механический КПД благодаря более высокой мощности без повышения давлений, а также снижает удельный расход топлива.

Применение охлаждения заряда целесообразно уже от степени повышения давления порядка 1,5:1,0, а при степени повышения давления выше 2:1, учитывая термическую напряжённость двигателя и связанную с ней эксплуатационную надёжность, применение промежуточного охлаждения (промохлаждения) необходимо.

Охлаждение воздуха может осуществляться водой или воздухом. При применении воды температура воздуха после охладителя лишь на несколько градусов превышает температуру воды на входе. При применении в качестве охладителя воздуха температура заряда после охлаждения примерно на 15° превышает температуру окружающей среды. При использовании новых технологий обработки лёгких металлов автомобильные системы охлаждения типа «воздух/воздух» получают преимущества по сравнению с системами «вода/воздух».

Ориентировочно можно сказать, что при равном давлении наддува и понижении температуры наддувочного воздуха на 10° увеличение плотности воздуха составляет около 3%. Следовательно, при одинаковом коэффициенте избытка воздуха и одинаковом удельном расходе топлива повышение мощности составит 3%. Кроме того, при снижении температуры заряда на 10° примерно на 0,5% возрастает экономичность.

Следовательно, повышение мощности может составить 3,5%. Если же говорить об ограничении мощности по предельной температуре поршня, то на 10° снижения температуры наддувочного воздуха можно повысить мощность на 5% (при равной температуре поршня). Связано это с тем, что отвод теплоты через стенки цилиндра можно уменьшать на величину, примерно равную отводу теплоты от наддувочного воздуха. Следует добавить, что охлаждение наддувочного воздуха приводит также к снижению содержания вредных компонентов в отработавших газах.

Охладитель наддувочного воздуха

Для повышения плотности и тем самым улучшения наполнения цилиндров воздух после выхода из компрессора охлаждается в теплообменном аппарате, который называется охладителем наддувочного воздуха. На дизелях 8ЧН 26/26, 12ЧН 26/26 и 16ЧН 26/26 применяются водовоздушные трубчатые охладители рекуперативного типа. Воздух охлаждается водой холодного контура водяной системы дизеля. Охладитель (рис. 58) установлен на кронштейне 8 и крепится к нему шпильками 7. Кронштейн прикреплен к блоку цилиндров болтами 9. Сварной корпус 12 охладителя наддувочного воздуха с патрубком 13 закрыт верхней 2 и нижней 6 крышками. Внутри корпуса расположена охлаждающая секция, состоящая из верхней 4 и нижней 11 трубных досок. В каждой из трубных досок имеются отверстия, в которых закреплены оре-бренные медные трубки 5. Охлаждающая вода циркулирует внутри трубок. В межтрубном пространстве проходит охлаждаемый воздух.

По водяному тракту охладитель выполнен двухпоточным. Вода поступает в патрубок Е нижней крышки, перегородка Д которой делит водяную полость секции охладителя пополам. Пройдя по трубкам одной половины секции, вода выходит в патрубок, образованный крышкой 2, а затем поворачивает на 180° и через вторую половину секции выходит в патрубок С. Разделение водяной полости на две половины способствует увеличению скорости потока и, следовательно, росту коэффициента теплопередачи. К верхней крышке 2 подходит трубка 1, через которую отводятся пары из водяной полости. Наддувочный воздух поступает к охладителю по патрубку 13 и затем проходит межтрубное пространство в направлении, пррпендикулярном движению воды. Таким образом, охладитель представляет собой рекуперативный теплообменный аппарат с перекрестным током Из межтрубного пространства воздух поступает в канал Ж кронштейна, откуда проходит в ресивер блока дизеля. Стык кронштейна с блоком уплотнен резиновым кольцом 10.

На дизелях 26ДГ и 1А-9ДГ применены одинаковые охладители наддувочного воздуха. Отличаются они только конструкцией патрубка, соединяющего воздушную улитку компрессора с корпусом охладителя.

На двигателях ЗА-6Д49 и других модификациях 8ЧН 26/26 применен охладитель, аналогичный по конструкции, но имеющий меньшие размеры и поверхность теплообмена Двигатели ЗАЭ-6Д49 охладителя воздуха не имеют.

Рис. 58. Охладитель наддувочного воздуха: 1 - трубка отвода пара; 2 - крышка верхняя; 3 - трубки; 4 - доска трубиая верхняя; 5 - трубка; 6 - крышка нижняя; 7 - шпилька; 8 - кронштейн; 9 - болт; 10 - кольцо резиновое; 11 - доеха трубная нижняя; І2 - корпус; )3 - патрубок; 14 - заглушка; Б - фланец; Д - перегородка; Е, С - патрубки; Ж, И - каналы Воздух в системе воздухоснабжения двигателя 20ДГ охлаждается в воздуховоздушных охладителях, входящих в централизованную воздушную систему тепловоза ТЭП75.

⇐ | Турбокомпрессоры | | Тепловозные дизели типа Д49 | | Выпускные коллекторы | ⇒

Система газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха

СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА И ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

СИСТЕМА обеспечивает за счет использования части энергии отработавших газов подачу предварительно сжатого и охлажденного воздуха в цилиндры двигателя. Это позволяет увеличить плотность заряда воздуха, поступающего в цилиндры, и в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива, т.е. повысить литровую мощность двигателя. Применение наддува на двигателе расширяет эксплуатационные возможности транспортного средства при движении в горных условиях.

Система газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха двигателя (рисунок 24) состоит из двух взаимозаменяемых турбокомпрессоров (ТКР) 5 и 6, выпускных и впускных коллекторов и патрубков, теплообменника охлаждения наддувочного воздуха (ТОНВ) 1 типа «воздух-воздух», подводящих и отводящих трубопроводов. На некоторых комплектациях двигателей может устанавливаться один ТКР.

Выпускные коллекторы и патрубки системы изготовлены из высокопрочного чугуна. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины ТКР, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках системы подлежат замене. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплотняется прокладкой из асбостального листа, окантованного лентой из жаростойкой стали.

Выпускные коллекторы крепятся к головкам цилиндров болтами. Для компенсации угловых перемещений, возникающих при нагреве, под головки болтов крепления выпускного коллектора устанавливаются специальные сферические шайбы.

Система гурбонаддува и охлаждения наддувочного воздуха двигателя должна быть герметична. Из-за утечки отработавших газов или воздуха снижается производительность ТКР, что приводит к снижению мощности двигателя. Кроме этого, при негерметичности впускного тракта чистого воздуха в ТКР и цилиндры двигателя попадает пыль, что приводит к «пылевому» износу лопаток колеса компрессора и деталей цилиндропоршневой группы и, а в итоге, к преждевременному выходу двигателя из строя.

Смазка подшипников ТКР осуществляется из системы смазки двигателя через фторопластовые трубки с металлической оплеткой. Слив масла из турбокомпрессоров осуществляется по стальным трубкам сильфонной конструкции в картер двигателя.

На двигателях устанавливаются ТКР модели ТКР 7С-6 или ТКР S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWamer Turbo Systems».

Рисунок 24 - Схема системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха:

1 - теплообменник ОНВ; 2 - радиатор системы охлаждения; 3 - вентилятор; 4 - двигатель;5, 6 - турбокомпрессоры.

ТУРБОКОМПРЕССОР (рисунок 25) состоит из центростремительной турбины и центробежного компрессора, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом преобразовывает энергию выхлопных газов в кинетическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, которая затем в компрессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха.

Рисунок 25 - Турбокомпрессор:

1 - корпус компрессора; 2 - крышка; 3 - корпус подшипников; 4 - подшипник упорный; 5 - подшипник; 6 - кольцо стопорное; 7 - корпус турбины; 8 - кольцо уплотнительное; 9 - колесо турбины; 10 - вал ротора; 11 - экран турбины; 12, 17 - планки; 13, 18 - болты; 14 - маслосбрасывающий экран; 15 - втулка; 16 - маслоотражатель; 19 - гайка; 20 - колесо компрессора; 22 - диффузор; 21, 23 - кольцо уплотнительное (резиновое); 24 - переходник; 25 - прокладка.

Ротор и колесо компрессора динамически балансируются с высокой точностью на специальных балансировочных станках.

Втулка, маслоотражатель, колесо компрессора устанавливаются на вал ротора и затягиваются гайкой крутящим моментом 7,8...9,8 Н-м (0,8...1,0 кгс-м). После сборки ротор с колесом компрессора дополнительно не балансируется, лишь проверяется радиальное биение цапф вала.

Для устранения утечек воздуха в соединении «корпус компрессора - корпус подшипников» устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 21.

Корпусы турбины и компрессора крепятся к корпусу подшипников с помощью болтов 13, 18 и планок 12, 17. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигателе.

ТУРБОКОМПРЕССОРЫ S2B/7624TAE/0,76D9 правый и левый (обозначение левого турбокомпрессора 1274 970 0003, правого - 1274 970 0004) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.

Турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWamer Turbo Systems» и ТКР 7С-6 имеют аналогичную конструкцию и по установочным и присоединительным размерам унифицированы.

ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА И ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

На своевременно и качественно обслуживаемом двигателе ТКР может безотказно работать в течение долгих лет.

Часто ТКР снимают с двигателей, когда в этом нет необходимости. Убедитесь в отсутствии неисправностей двигателя и только после этого демонтируйте ТКР. В большинстве случаев это позволяет избежать бесполезной замены ТКР.

Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанные с ТКР:

-    двигатель не развивает полную мощность;

-    черный дым из выхлопной трубы;

-    синий дым из выхлопной трубы;

-    повышенный расход масла двигателем;

-    шумная работа ТКР.

Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.

Оба дефекта являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель из-за засоренности воздушного фильтра либо утечек воздуха или отработавших газов из соединений в системе, либо неисправности ТКР.

Для устранения дефекта проверьте состояние воздушного фильтра и герметичность соединений в системе. При необходимости очистите или замените фильтрующий элемент, устраните негерметичность.

Проверьте легкость вращения ротора ТКР. Обычно ротор имеет небольшой осевой и радиальный люфты, но если при вращении рукой ротор задевает колесом турбины или компрессора о корпус, то налицо явный износ подшипников ТКР - замените ТКР.

Если после проверки всех элементов неисправности не обнаружены, значит, падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Определите неисправность в самом двигателе.

Синий дым из выхлопной трубы, повышенный расход масла.

Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка из ТКР, либо неисправности в двигателе.

Прежде всего проверьте засоренность воздушного фильтра, поскольку повышенное разряжение на входе в ТКР вызывает засасывание масла из корпуса подшипников в компрессор.

На следующем этапе проверьте свободное вращения ротора и отсутствие задевания

колесами турбины и компрессора о корпусы - в случае задевания снимите и замените ТКР.

Иногда утечка масла происходит через турбину ТКР несмотря на ее исправность. Такое возможно при засорении сливного маслопровода или повышенном давлении в масляном картере двигателя.

Повышенная шумностъ работы ТКР.

При постороннем шуме в ТКР проверьте герметичность всех трубопроводов и соединений системы. При необходимости подтяните болты, гайки и хомуты, замените уплотнительные прокладки.

Проверьте легкость вращения ротора и отсутствие задевания колесами турбины и компрессора о корпусы и повреждения их посторонними предметами, при необходимости замените ТКР.

Повреждения ТКР происходят, в основном, по трем главным причинам:

-    недостаток масла;

-    загрязненное масло;

-    попадание посторонних предметов.

В первую очередь от недостатка и загрязнённости масла выходят из строя подшипники ТКР, после чего могут последовать задевание колёсами турбины и компрессора о корпусы, износ уплотнительных колец. В дальнейшем разрушается вал ротора. Поэтому необходимыми условиями нормальной работы подшипникового узла являются своевременная замена масла и фильтрующих элементов масляного фильтра двигателя, а также применение рекомендованных заводом - изготовителем двигателей марок масел.

Следует обратить внимание на правильность запуска и останова двигателя. Если заглушить работающий на высоких оборотах двигатель, ротор ТКР продолжит вращаться без смазки, поскольку давление моторного масла при этом почти равно нулю - произойдет повреждение подшипников и уплотнительных колец ТКР. Поэтому перед остановкой двигателя после работы под нагрузкой необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3 минут. По тем же причинам очень важно перед нагружением дать двигателю поработать на холостых оборотах в течение 2.. .5 минут.

Все вышеперечисленные неисправности можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.

Регулярно проверяйте герметичность системы.

При ТО-2 рекомендуется проводить контроль герметичности системы газотурбинного наддува и охлаждения надувочного воздуха двигателя с помощью приспособления И 801.49.000 дымом со сжатым воздухом. Во избежание срыва и раздутия шлангов, давление подаваемого во впускной тракт воздуха не должно превышать 20 кПа (0,7 кгс/см2). Места неплотностей определять по выходящему дыму. Если дым не выходит в течение 3 минут, то воздушный тракт герметичен.

Легкость вращения роторов ТКР проверяется при снятом приемном патрубке системы выпуска отработавших газов рукой в его крайних осевых и радиальных положениях. Ротор должен вращаться легко, без заеданий и касаний о неподвижные детали ТКР. Осевой люфт ротора нового ТКР должен быть в пределах 0,06...0,15 мм, диаметральный люфт -0,45.. .0,65 мм. Допустимое значение осевого люфта в эксплуатации - до 0,3 мм, диаметрального люфта - до 0,9 мм.

Один раз в два года ТКР рекомендуется снять с двигателя для очистки центробежного компрессора, общей диагностики и технического обслуживания.

ТКР рекомендуется снимать вместе с выпускным коллектором, а затем отсоединить его от коллектора.

Очистку центробежного компрессора необходимо выполнить в следующей последовательности:

1. На торцовые поверхности корпуса компрессора и крышки нанести совмещенные риски. Отвернугь болты крепления корпуса компрессора. Легкими ударами молотка по бобышкам снять корпус компрессора. Осмотреть резиновое уплотнительное кольцо в пазе крышки. При обнаружении дефектов (надрезы, потеря упругости) уплотнительное кольцо заменить на новое.

2.    Осмотреть лопатки колеса компрессора. При обнаружении следов контакта с корпусом компрессора, деформации лопаток или их разрушения ТКР подлежит ремонту на специализированном предприятии или замене.

3.    Промыть внутреннюю полость корпуса компрессора, поверхность крышки ветошью смоченной в дизельном топливе. При чистке колеса компрессора межлопаточные поверхности рекомендуется прочистить волосяной щеткой с использованием дизельного топлива;

4.    Проверить легкость вращения ротора, заедание ротора не допускается.

5.    Перед сборкой необходимо смазать уплотнительное кольцо моторным маслом, совместить риски, установить корпус компрессора на диск крышки, затянуть болты динамометрическим ключом.

Еще раз проверить легкость вращения ротора. В крайних осевых и радиальных положениях колеса ротора не должны контактировать с корпусными деталями.

Ввиду того, что ротор турбокомпрессора балансируется с высокой точностью, полная разборка, ремонт и обслуживание агрегатов наддува должны осуществляться на специализированных предприятиях, имеющих необходимое оборудование, инструменты, приспособления, приборы и обученный персонал.

При сезонном техническом обслуживании необходимо слить накопившийся в ТОНВ конденсат для чего перевернуть ТОНВ в вертикальной плоскости патрубками вниз и дать стечь остаткам возможного конденсата и масла.

Продуть по фронту матрицы каждый ряд теплообменных пластин между трубками с каждой стороны струей сжатого воздуха, не допуская их деформации.

В случае сильного загрязнения теплообменных пластин матрицу ТОНВ промыть под струей горячей воды с использованием волосяной щетки или способом окунания в ванне с горячей водой.

После мойки матрицу по фронту продуть сжатым воздухом, не допуская деформации поверхностей теплообменных пластин. Сушка осуществляется струей горячего воздуха.


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf