БЛОК РАДИАТОРОВ

Решение относится к теплообмену, элементам теплообменных устройств, в частности трубчатым, и может быть эффективно использовано при охлаждении машин, прежде всего двигателей, в частности, к жидкостному их охлаждению, и прежде всего, к устройствам для охлаждения наддувочного воздуха.
В двигателе внутреннего сгорания примерно треть энергии топлива превращается в полезную работу. Эффективность такого преобразования во многом зависит от охлаждения рабочего тела, поступающего в цилиндры двигателя. Оно осуществляется двояко: непосредственным охлаждением воздуха и косвенно охлаждением жидкостью. При оснащении двигателя системой наддува эффективность зависит от температуры наддувочного воздуха, величина которой зависит от упомянутых факторов. К настоящему времени разработаны теоретические основы конструирования радиаторов (см., например, Р.Бюссиен Автомобильный справочник, т.2, Машгиз, М., 1959 г., стр.156-163), которые могут быть использованы при расчете устройств охлаждения наддувочного воздуха, при этом рационально использовать известные типы и конструкции радиаторов (см. 163-166).
Отвод тепла радиатором находится в степенной зависимости от объема, продуваемого через него воздуха. В большинстве случаев вентилятор устанавливают в непосредственной близости от радиатора водяного охлаждения. Что касается радиатора наддувочного воздуха, то его расположение относительно двигателя и вентилятора весьма произвольно. Известна система охлаждения турбопоршневого двигателя транспортного средства, состоящая из вентилятора, агрегата наддува с охладителем воздуха, водяного радиатора (см. книгу Двигатели внутреннего сгорания под общей редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова - М., Машиностроение, 1985 г., стр.456). Из-за безвозвратных тепловых потерь в атмосферу эффективность двигателя невысока.
Широко известны системы охлаждения рабочего тела двигателей внутреннего горения, содержащие агрегаты охлаждения жидкостей и теплообменник наддувочного воздуха (Куликов Ю.А. Система охлаждения силовых установок тепловозов М, 1988, стр.7-13). Для повышения эффективности работы двигателя в этих системах регулируют температуру теплоносителей и изменяют поток воздуха на обдув радиаторов.
В системах питания двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом предусмотрены охладители (см., например, US 2388350, 2540916, 2474203, 2477668, 2464548, 2491372, 2433326, 2518660, 2474018, 2487049, 2627370, 2703560, 2877622, 2952958, 3102381, 3103780, 3096615, 3173242, 3143849, 3232042, 3303348 и 3355877; DE 953129, 1003505 и 1220199). Ни в одном из приведенных случаев нет описания конструкции охладителя, что важно, несмотря на то, что рассмотренные случаи, в которых регулирующий орган реагирует на несколько параметров рабочей среды или работы двигателя, в частности, на параметр газообразной рабочей среды двигателя. Следует отметить, что при описании способа турбонаддува по US 3336911 приведена индикаторная диаграмма двигателя и раскрыто влияние охладителя, также как в системе по US 3257797.
В системах наддува по US 2195082, 2306277, 2359615, 2356370, 2355759, 2362493, 2443717, 2428708, 2372467, 2417363 и 3091228 охладитель размещен так, что на него не поступает охлаждающий воздух от вентилятора. Эффективность охлаждения в дефлекторах по DE 1476402, а также UK 1326328 и 1334816 во многом зависит от размещения вентилятора. В двигателях по US 2195082, 2306277 и 2518062 предусмотрено охлаждение наддувочного воздуха оребренным радиатором.
Устройство для охлаждения наддувочного воздуха по SU 297787 содержит выполненный в корпусе вентилятора теплообменник с развитой поверхностью охлаждения. Устройство для охлаждения дизеля по SU 498915 содержит теплообменники, при этом точность регулирования температуры наддувочного воздуха обеспечена установкой термостата и дросселя. Эффективность работы как системы охлаждения по SU 714030, так и устройства охлаждения по SU 798335 зависит от выбора параметров вентилятора, смесительной камеры и каналов. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом по SU 1333796 снабжена дополнительным вентилятором. В двигателе внутреннего сгорания по SU 1483069 и в дизельной установке по SU 1815360 предусмотрен блок управления системы воздухоснабжения, а в двигателе внутреннего сгорания по SU 1539353 - дополнительный теплообменник. Секции охладителя объединены общим сборным коллектором и имеют раздельные раздающие коллекторы у V-образного турбонаддувного двигателя по RU 2083855.
Системы наддува по US 2508311, 4258550, 4317439, 470207, 5408843 и 5544486; DE 2343300, 3200682; UK 1592089; SU 1038507, 1054557, 1153091, 1183697 и 1250678; JP 58-40006, 2-18243, 60-93117, 60-93118, 60-189022; FR 2511080; - ЕР 2J9718, WO 88/282 и 88/6679; RU 2083855, 2136912, 13061 и 14605; более эффективны чем рассмотренные выше. В системах по US 2045816, 2362493, 2417363; 2773348, 2983265 и 3091228 охладители выполнены с развитой площадью охлаждения. Трубчатыми выполнены охладители в устройствах по US 2375006, 2579643 и 2452300; DE 953201. Перекрестное движение охлаждающей и рабочей сред предусмотрено в устройствах по US 2491380, 2544852, 2562890, 2702482, 2918787 и 3142957.
Известны системы охлаждения для двигателей внутреннего сгорания по SU 240157, в которых выходной патрубок турбокомпрессора связан через промежуточный воздухо-воздушный холодильник с впускным коллектором двигателя, а вентилятор холодильника кинематически связан с газовой турбиной. Система охлаждения внутреннего сгорания по US 3854459 содержит вентилятор и жалюзи, регулирующие поступление воздуха, при этом, по крайней мере, часть канала от жалюзи к вентилятору ограничена кожухом, имеющим щель. Такие системы сложны и дороги в изготовлении. Несколько проще система охлаждения по FR 2260690, но управление температурой наддувочного воздуха затруднено. Повышена эффективность работы систем охлаждения по SU 603759 и 732567, а также в устройстве для регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания по SU 1726810.
В транспортных средствах (US 1979191, 2242494, 2058228, 2092040, 2789647 и 4706461; JP 60-156370, 60-254372; SU 1770162 и 1800069) система охлаждения выполнена с учетом их компоновки. Системы охлаждения по US 2117040, 2228345; DE 755632; JP 6029811; SU 1236130, 1761968; RU 17064, 23085 и 23673 имеют два радиатора, размещенные с учетом компоновки транспортного средства. Охлаждающий модуль по DE 19731999 оперт на две стойки, закрепленные на транспортном средстве. Узел радиатора системы охлаждения ДВС по RU 21624 снабжен демпфирующими прокладками, а каждая опорная пластина имеет второе средство крепления. В магистральном грузовом автомобиле по US 4736727 единый кожух вентилятора окружает полость между вентилятором и теплообменниками и направляет воздух, засосанный через оба теплообменника к вентилятору.
В двигателях по US 1958156, 2118484, 2086441, 2084940, 2136605, 2327491, 2498001, 2741234 и 3255740; DE 754272, 908678, 970300, 1089212, 1140018 и 1270885; FR 1258807; SU 1211429, 1280147, 1495464, 1553744, 1657687, 1740717, 1710795, 1772368 и 1826606; RU 2064596 и 49581 есть варианты выполнения радиатора из двух секций. Двигатель внутреннего сгорания по US 1958156 оснащен традиционной системой жидкостного охлаждения и содержит многочисленные патрубки. Система охлаждения двигателя по US 1980811 еще сложнее, а система по US 2498001 выполнена многосекционной, как и охладители по SU 1571282, 1546683, а также RU 2094243. Охладитель цилиндрической формы установлен соосно турбонагнетателю и оснащен спирально размещенными пластинами (см., например US 3257069). Такое выполнение охладителя сложно, а размещение чаще всего невозможно. Рационально размещен охладитель в двигателе по US 3027706, при этом он представляет собой трубчатую конструкцию с пластинами. Охладитель наддувочного воздуха, содержащий пластины остова, к которым прикреплены трубки и ленты, а также бачки с выходами, и средство крепления (см., например US 2451132). Корпус охладителя имеет фланцевое крепление к картеру двигателя. Бачки охладителя выполнены в литом корпусе с многократным креплением болтами к остову и соединены с охлаждающей системой, при этом один из остовов имеет отдельное крепление к переходнику. Конструкция же сложна, при этом большие затраты неизбежны при эксплуатации охладителя. По существу исключено не только использование охладителя применительно к другому двигателю, но также изменение взаимного расположения охладителя и двигателя. Следует отметить, что в этих охладителях использовано жидкая среда, что не всегда рационально.
Блок радиаторов двигателя внутреннего сгорания по RU 36451 содержит радиатор и закрепленный на нем фронтально, либо с тыльной стороны вспомогательный радиатор. В данном случае последовательное размещение радиаторов снижает, по крайней мере, эффективность работы одного из них. Блок радиаторов по RU 45817 включает секции, коллекторные камеры с торцовыми крышками и продольными полками, а также боковины, скрепленные с полками, при этом к бортам крышек с фронтальной и тыльной сторон на полки установлены накладки, а под ними - уголки, скрепленные с полками и между собой, к краям боковин с фронтальной и тыльной сторон присоединены планки, размещенные под уголками и скрепленные с уголками, с полками и с накладками. При таком выполнении блока его секции соседствуют боковинами, а такое их расположение может быть неэффективно для одной из секций.
Хотя упомянутые конструкции охладителей, их узлов и деталей весьма разнообразны, но и их использование не позволит получить эффективно функционирующую конструкцию охладителя наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Блок радиаторов, содержащий опорные пластины остова, трубки и ленты, а также бачки с патрубками, и средство крепления (см., например US 4916902) является наиболее близким аналогом. Пластины остовов секций размещены относительно друг друга со смещением, что усложняет их установку и крепление формы бачков секций сложно, а это приводит к дополнительным затратам в производстве как из-за различия их формы, так и из-за крепления к ним патрубков. Крепление блока конструктивно ненадежно, особенно из-за размещения и привода жалюзи, и это приводит к большим затратам при эксплуатации охладителя наддувочного воздуха. По существу исключено использование такого блока применительно к другому двигателю, а также изменение взаимного расположения его агрегатов.
Задача - упрощение изготовления, установки и эксплуатации блока радиаторов.
Достижение технического результата, а именно, упрощение изготовления, установки и эксплуатации блока радиаторов обеспечено рациональным выполнением размещения и соединением его элементов.
Для этого в блоке радиаторов, соcтоящем из охладителя наддува и радиатора, содержащем остовы с трубками и охлаждающими пластинами, бачки с патрубками, а также средства крепления, остовы каждого из теплообменников расположены между бачками другого.
Остов охладителя надувочного воздуха разделен на полуостовы между которыми размещена стяжка.
Отношение высот охлаждающей пластины и трубки радиатора составляет 2,6-3,7.
Охладитель надувочного воздуха и радиатор соединены болтом и гайкой.
Изображено на:
фиг.1 - блок;
фиг.2 - остов охладителя;
фиг.3 - вид на радиатор;
фиг.4 - полуостов;
фиг.5 - трубка;
фиг.6 - остов радиатора;
фиг.7 - размещение теплообменников;
фиг.8 - пластина и трубка радиатора;
Блок содержит охладитель наддува 1 и радиатор2 (фиг.1) Охладитель 1 содержит остов 3 (фиг.2) и бачки 4 (фиг.1). Остов 3 выполнен из полуостов 5 и стяжки 6. Охладитель 1 имеет патрубки 7, штыри 8 и кронштейн 9 (фиг.1). Радиатор 2 содержит остов 10 (фиг.3), патрубки 11 и кронштейны 12, бачки 13. Полуостов 5 содержит трубки 14, закрепленные к опорным пластинам 15 (фиг.4). Между трубками 14 размещены охлаждающие пластины 16 (фиг.4). В трубках 14 установлены охлаждающие пластины 17 (фиг.5). Остов 10 содержит опорные пластины 18, усилители, усилители 19, охлаждающие пластины 20 и трубки 21 (фиг.6). Тем самым блок радиаторов содержит остовы с трубками и охлаждающими пластинами, а также средства крепления. Остов 3 охладителя 1 размещен между бачками 13 радиатора 2 (фиг.7), а остов 10 радиатора 2 расположен между бачками 4 охладителя 1. Тем самым остовы теплообменников взаимно расположены между бачками друг друга.
Взаимное расположение остовов 3 и 10 теплообменников 1 и 2 между бачками друг друга позволит достичь технического результата, а именно упростить изготовление, установку и эксплуатацию блока радиатора.
Этому результату способствует разделение остова 3 на полуостовы 5 и их соединение стяжкой 6.
Высота охлаждающей пластины 20 hг (фиг.8) к высоте трубки 21 hт составляет 2,6-3,7, что обеспечивает наибольшую теплоотдачу при нижнем значении и оптимальное прохождение воздуха и жидкости при верхнем.
Охладитель 1 и радиатор 2 соединены болтом 22 и гайкой 23, что просто.
При работе двигателя надувочный воздух проходит через входной патрубок 7, затем поступает в бачок 4, что позволяет ему продолжить движение по трубкам 14 и проследовать к выходному патрубку.
Охлаждаемый теплоноситель (тосол) поступает в бачок 13, двигаясь по трубкам 21 выходит в систему охлаждения.
Из-за наличия многочисленных трубок 21 и охлаждающих пластин 20 происходит интенсивная теплоотдача тепла воздуху, подаваемого к элементам блока.