СЕКЦИЯ РАДИАТОРА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Полочная модель относится к теплообменным устройствам, а именно к устройствам охлаждения силовых установок и предназначена для использования в составе различных транспортных средств, а также может быть применена для стационарных тепловых установок.
Известен радиатор [1], содержащий коробки верхнего и нижнего коллекторов, выполненные составными из основных коробок с отверстиями и углублениями и проставочных профильных втулок, вход для подвода и выход для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя, пластины оребрения, закрепленные на трубках. Трубки выполнены плоскоовальными с расширяющимися наружу концами овальной формы, соединенные с проставочными профильными втулками пайкой. Недостатком данного устройства является сравнительно низкая тепловая эффективность секции, ограниченная прочность и эксплуатационный ресурс.
Известен радиатор [2], содержащий коробки верхнего и нижнего коллекторов, выполненные с доньями для закрепления концов трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя и расположенных в шахматном порядке в два ряда в пластинах оребрения и зафиксированы посредством дорнования их полостей. Пластины оребрения расположены с шагом 1,2-1,5 мм и выполнены методом листовой штамповки из алюминиевой фольги толщиной 0,06-0,09 мм с образованием отбортовки. Коробки верхнего и нижнего коллекторов снабжены входом для подвода и выходом для отвода охлаждаемого теплоносителя. Недостатком известного устройства является неоптимальный выбор геометрии и конструктивных материалов радиатора, что приводит к недостаточно эффективному охлаждению теплоносителя.
Известен радиатор [3], содержащий коробки верхнего и нижнего коллекторов, вход для подвода и выход для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя, пластины оребрения. Пластины оребрения выполнены с отбортовками и жестко связаны с трубками при помощи механической операции дорнования полостей трубок с увеличением их диаметра, обеспечивающим соединение материалов трубок и пластин оребрения. Недостатком такого устройства является использование сложного процесса дорнования трубок, неоптимальный выбор геометрии теплообменных элементов, что в совокупности не обеспечивает должной эффективности охлаждения теплоносителя.
Известен также радиатор [4], содержащий коробки верхнего и нижнего коллекторов, вход для подвода и выход для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя, выполненных согнутыми в виде полуколец и закрепленными в коробках верхнего и нижнего коллекторов. Недостатком такого радиатора является сложность технологии изготовления, связанная с тем, что каждая трубка имеет свой радиус гиба, а также неравномерность распределения жидкости по трубкам из-за разной длины трубок, и соответственно, различного их гидравлического сопротивления.
Наиболее близким аналогом к заявляемой секции радиатора является секция радиатора системы охлаждения силовой установки теплоэнергетического устройства с улучшенной тепловой эффективностью при сохранении габаритных и установочных размеров [5], содержащая коробки верхнего и нижнего коллекторов, вход для подвода и выход для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя, причем коробка одного из коллекторов выполнена с перегородкой, образующей две полости данной коробки коллектора, при этом указанные полости коробки коллектора выполнены соединенными по потоку теплоносителя последовательно.
Недостатком известной секции радиатора является то, что, за счет двойного прохода теплоносителя возникает заметная разница температур половин секций по которым теплоноситель протекает в противоположных направлениях. Эта разница температур вызывает неравномерное тепловое расширение элементов конструкции секции, что, в свою очередь, вызывает скручивающие деформации секции радиатора. При использовании традиционных приемов жесткого крепления секций радиатора, например [6], эти деформации провоцируют разрушение конструктивных элементов секции радиатора или элементов крепления.
Задачей заявляемой секции радиатора системы охлаждения силовой установки является расширение арсенала технических средств и повышение надежности конструкции секции радиатора за счет устранения влияния теплового расширения.
Поставленная задача в секции радиатора системы охлаждения силовой установки теплоэнергетического устройства, содержащей коробки верхнего и нижнего коллекторов, вход для подвода и выход для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок, соединяющих коробки верхнего и нижнего коллекторов для пропускания потока теплоносителя, причем коробка одного из коллекторов выполнена с перегородкой, образующей две полости данной коробки коллектора, при этом указанные полости коробки коллектора выполнены соединенными по потоку теплоносителя последовательно, решена за счет того, что секция снабжена хотя бы двумя элементами крепления, выполненными на наружной поверхности одной из коробок коллекторов.
С перегородкой может быть выполнена коробка верхнего коллектора, причем одна полость коробки верхнего коллектора соединена со входом для подвода охлаждаемого теплоносителя, а другая полость коробки верхнего коллектора соединена с выходом для отвода охлаждаемого теплоносителя.
Альтернативно, с перегородкой может быть выполнена коробка нижнего коллектора, причем одна полость коробки нижнего коллектора соединена со входом для подвода охлаждаемого теплоносителя, а другая полость коробки нижнего коллектора соединена с выходом для отвода охлаждаемого теплоносителя.
Указанные элементы крепления могут быть выполнены как на наружной поверхности коробки верхнего коллектора, так и на наружной поверхности коробки нижнего коллектора.
Силовая установка может представлять собой как двигатель внутреннего сгорания транспортного средства, так и двигатель внутреннего сгорания для стационарной системы охлаждения.
Заявленная полезная модель представлена в виде примеров реализации на неограничивающих чертежах, на которых:
Фиг. 1. Схематическое изображение первого примера реализации заявленной секции радиатора с обозначением прохождения теплоносителя.
Фиг. 2. Схематическое изображение первого примера реализации заявленной секции радиатора, вид А.
Фиг. 3. Схематическое изображение второго примера реализации заявленной секции радиатора с обозначением прохождения теплоносителя.
Фиг. 4. Схематическое изображение второго примера реализации заявленной секции радиатора, вид А.
Фиг. 5. Схематическое изображение третьего примера реализации заявленной секции радиатора с обозначением прохождения теплоносителя.
Фиг. 6. Схематическое изображение третьего примера реализации заявленной секции радиатора, вид Л.
Фиг. 7. Схематическое изображение четвертого примера реализации заявленной секции радиатора с обозначением прохождения теплоносителя.
Фиг. 8. Схематическое изображение четвертого примера реализации заявленной секции радиатора, вид Л.
Заявляемая секция радиатора системы охлаждения (фиг. 1-8) содержит коробки 1 верхнего и 2 нижнего коллекторов, вход 3 для подвода и выход 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя, пучок трубок (на чертежах не показаны), соединяющих коробки 1 верхнего и нижнего 2 коллекторов для пропускания потока теплоносителя.
В первом варианте реализации секции радиатора (см. фиг. 1, 2) коробка 1 верхнего коллектора выполнена с перегородкой 5 с образованием двух полостей 6 и 7, причем полость 6 коробки 1 верхнего коллектора соединена со входом 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя, а полость 7 коробки 1 верхнего коллектора соединена с выходом 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя. Перегородка 5 выполнена из стали зацело с коробкой 1 верхнего коллектора, Полости 6, 7 выполнены сообщающимися между собой посредством последовательного соединения полости 6 с полостью 8 коробки 2 нижнего коллектора и полости 8-е полостью 7 по потоку теплоносителя. На наружной поверхности коробки 1 верхнего коллектора установлены два верхних элемента 9 крепления.
Во втором примере реализации секции радиатора (см. фиг. 3, 4) коробка 1 верхнего коллектора выполнена с перегородкой 5 с образованием двух полостей 6 и 7, причем полость 6 коробки 1 верхнего коллектора соединена со входом 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя, а полость 7 коробки 1 верхнего коллектора соединена с выходом 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя. Перегородка 5 выполнена из стали зацело с коробкой 1 верхнего коллектора, Полости 6, 7 выполнены сообщающимися между собой посредством последовательного соединения полости 6 с полостью 8 коробки 2 нижнего коллектора и полости 8 - с полостью 7 по потоку теплоносителя. На наружной поверхности коробки 2 нижнего коллектора выполнены два нижних элемента 10 крепления
В третьем примере реализации секции радиатора (см. фиг. 5, 6) коробка 2 нижнего коллектора выполнена с перегородкой 11 с образованием двух полостей 12 и 13, причем полость 12 коробки 2 нижнего коллектора соединена со входом 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя, а полость 13 коробки 2 нижнего коллектора соединена с выходом 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя. Перегородка 11 выполнена из стали зацело с коробкой 2 нижнего коллектора, Полости 12, 13 выполнены сообщающимися между собой посредством последовательного соединения полости 12 с полостью 14 коробки 1 верхнего коллектора и полости 14 - с полостью 13 по потоку теплоносителя. На наружной поверхности коробки 1 верхнего коллектора выполнены два верхних элемента 9 крепления
В четвертом примере реализации секции радиатора (см. фиг. 7, 8) коробка 2 нижнего коллектора выполнена с перегородкой 11 с образованием двух полостей 12 и 13, причем полость 12 коробки 2 нижнего коллектора соединена со входом 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя, а полость 13 коробки 2 нижнего коллектора соединена с выходом 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя. Перегородка 11 выполнена из стали зацело с коробкой 2 нижнего коллектора, Полости 12, 13 выполнены сообщающимися между собой посредством последовательного соединения полости 12 с полостью 14 коробки 1 верхнего коллектора и полости 14 - с полостью 13 по потоку теплоносителя. На наружной поверхности коробки 2 нижнего коллектора выполнены два нижних элемента 10 крепления
Заявленное устройство работает следующим образом.
В первом и втором примерах реализации подлежащий охлаждению теплоноситель через вход 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя поступает в полость 6 коробки 1 верхнего коллектора, разделенную перегородкой 5, прокачивается через трубки (на чертежах не показаны) в полость 8 коробки 2 нижнего коллектора и далее через трубки (на чертежах не показаны) попадает в полость 7 коробки 1 верхнего коллектора, после через выход 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя выводится из радиатора.
Теплоноситель охлаждается, передавая тепло через стенки трубок и пластины оребрения (на чертежах не показаны) воздушному потоку, циркулирующему между ними.
Благодаря конструктивному выполнению секции радиатора увеличивается как траектория и время прохождения теплоносителя по трубкам и полостям коробки верхнего коллекторов, так и эффективность использования воздуха по всей поверхности радиатора, что приводит к увеличению площади интенсивного теплообмена и качественно улучшает процесс передачи тепла проходящего через радиатор воздуха.
При этом через вход 3 в полость 6 коробки 1 верхнего коллектора поступает теплоноситель с наиболее высокой температурой, а из полости 7 той же коробки 1 верхнего коллектора через выход 4 выводится остывший теплоноситель с наиболее низкой температурой. Следовательно, та часть секции радиатора, по которой в процессе теплообмена протекает горячий теплоноситель, подвергается наиболее интенсивному тепловому расширению, а та часть секции радиатора, по которой протекает остывший теплоноситель - наименьшему тепловому расширению. Это вызывает неравномерные, скручивающие деформации секции радиатора. Поскольку секция закреплена только верхними элементами 9 крепления (за коробку 1 верхнего коллектора), остальная ее масса расположена в пространстве свободно и возможные деформации не приводят к повреждениям элементов конструкции секции радиатора.
При работе радиатора по третьему и четвертому примеру реализации теплоноситель через вход 3 для подвода охлаждаемого теплоносителя поступает в полость 12 коробки 2 нижнего коллектора, разделенную перегородкой 11, прокачивается через трубки (на чертежах не показаны) в полость 14 коробки 1 верхнего коллектора и далее через трубки (на чертежах не показаны) попадает в полость 13 коробки 2 нижнего коллектора, после через выход 4 для отвода охлаждаемого теплоносителя выводится из радиатора.
Теплоноситель охлаждается, передавая тепло через стенки трубок и пластины оребрения (на чертежах не показаны) воздушному потоку, циркулирующему между ними.
Благодаря конструктивному выполнению секции радиатора увеличивается как траектория и время прохождения теплоносителя по трубкам и полостям коробки верхнего коллекторов, так и эффективность использования воздуха по всей поверхности радиатора, что приводит к увеличению площади интенсивного теплообмена и качественно улучшает процесс передачи тепла проходящего через радиатор воздуха.
При этом через вход 3 в полость 12 коробки 2 нижнего коллектора поступает теплоноситель с наиболее высокой температурой, а из полости 13 той же коробки 2 нижнего коллектора через выход 4 выводится остывший теплоноситель с наиболее низкой температурой. Следовательно, та часть секции радиатора, по которой в процессе теплообмена протекает горячий теплоноситель, подвергается наиболее интенсивному тепловому расширению, а та часть секции радиатора, по которой протекает остывший теплоноситель - наименьшему тепловому расширению. Это вызывает неравномерные, скручивающие деформации секции радиатора. Поскольку секция закреплена только нижними элементами 10 крепления (за коробку 2 нижнего коллектора), остальная ее масса расположена в пространстве свободно и возможные деформации не приводят к повреждениям элементов конструкции секции радиатора.
Источники информации:
1. RU №2280831, опубл. 27.07.2006.
2. RU №2576728, опубл. 10.03.2016.
3. RU №112376 U, опубл. 10.01.2012.
4. Бурков В.Н., Индейкин А.И., Автотракторные радиаторы. - Справочное пособие. - Л: Машиностр., 1978 с. 10.
5. BY 12299, опубл. 30.06.2020 (прототип).
6. RU 123373U, опубл.27.12.2012.