РАДИАТОР СОТОВОГО ТИПА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛА И ВОДЫ

Изобретение предназначено для применения на транспорте и относится к охлаждающим устройствам работающего оборудования дизельных локомотивов.
При сгорании топлива в цилиндрах дизеля выделяется большое количество тепла, которое нагревает стенки цилиндров, поршни крышки, выпускные коллекторы и т.д. Если бы от этих деталей не отводилось тепло, работа дизеля была бы невозможной - высокая температура не позволила бы подвести масло к трущимся деталям цилиндропоршневой группы, вызвала бы коробление деталей, появление трещин и т.д. Для отвода тепла от дизеля в нем используют в качестве теплоносителя воду и масло. Вода охлаждает цилиндры дизеля, крышки цилиндров и остальной газовыпускной тракт. Масло (вода) охлаждает поршни и другие трущиеся детали. В современных дизелях, кроме того, необходимо охлаждать надувочный воздух, а в гидроприводе - его масло. Заставляя циркулировать воду или масло между нагретыми частями дизеля и охлаждающими устройствами по замкнутому контуру, необходимую долю тепла от нагретых деталей отводят теплоносителями и рассеивают в окружающую воздушную среду.
Принцип отвода тепла в охлаждающих устройствах заключается в следующем. Теплоноситель (вода, а в отдельных случаях и масло) подводится к трубчатым секциям радиаторов системы охлаждения, расположенным фронтом с боков кузова в специальной закрытой камере (шахте). Теплоноситель перетекает по множеству оребренных снаружи трубок секций из одних коллекторов в другие. При этом между трубками секций по всему фронту их расположения проходит подаваемый вентилятором воздух. Воздух, проходя между трубками и их оребрением, забирает тепло от теплоносителя и нагретый выбрасывается из шахты наружу.
Количество тепла, отводимого от жидкости (воды или масла), будет зависеть от времени, количества, температуры воздуха, просасываемого через секции, площади теплорассеивающей поверхности и свойств теплопередающих поверхностей, характеризуемых коэффициентом передачи.
По конструкции тепловозные секции радиаторов одинаковы и различаются в основном длиной рабочей части трубок. Они представляют собой поверхностный трубчатый одноходовой охладитель с перекрестным ходом теплоносителей (жидкость - воздух). Конструктивное оформление секций предусматривает достижение максимально возможной площади поверхности охлаждения в заданном объеме, возможно более высокий коэффициент теплопередачи и минимальное аэродинамическое сопротивление для прохода воздуха.
Наиболее близким решением, а следовательно, прототипом является секция радиатора, используемая на большинстве современных тепловозов (рис.1) [1], состоящая из двух пакетов плоскоовальных трубок 2, оребренных
медными пластинками 5 с определенным шагом оребрения. Пакеты, состоящие из четырех рядов трубок, установленных в шахматном порядке, заключены между коллекторами 1. Пластины оребрения имеют небольшие выштампованные бугорки, способствующие завихрению воздуха и увеличению теплопередачи.
Концы трубок вставлены вертикально в отверстия решеток трубных коробок 3, для усиления которых к ним приклепаны усилительные пластины 4. Концы трубок развальцованы и припаяны к трубной решетке твердым меднофосфористым припоем. Боковые поверхности секций закрыты щитками 7, предохраняющими секцию от повреждений при транспортировке и складировании.
В верхнюю и нижнюю трубные коробки 3 вставлены стальные коллекторы 1 и припаяны к ним медноцинковым припоем или латунью. Отверстия а служат для прохода масла (воды), а отверстия б - для шпилек крепления. Трубки 2 изготовлены из томпака-96 (латуни с содержанием меди 96%). Для улучшения технологии пайки трубные коробки 3 и усилительные пластины изготовлены из меди М3. Пластины оребрения 5 отштампованы из медной ленты, теплопроводность которой в 3-4 раза выше, чем у латуни.
Тепло от горячего масла (воды), протекающего по трубкам, передается сначала путем конвекции внутренним стенкам трубок, затем за счет теплопроводности - наружным стенкам трубок и, наконец, путем конвекции тепло переходит от трубок в охлаждающий воздух.
Для снижения температурных напряжений в крайних рядах трубок, в которых эти напряжения достигают максимального значения, между усилительными пластинами установлено по четыре глухих трубки. Эти трубки воспринимают тепловые деформации и снижают напряжение в местах припайки труб к трубной коробке, предохраняя швы от разрушения.
Радиаторы, используемые в настоящее время на дизельных локомотивах, имеют низкую надежность, особенно это сказывается в зимнее время года. Это связано еще, прежде всего, с тяжелыми условиями работы и морально устаревшей конструкцией. Основные недостатки типовых секций радиаторов:
- при низкой температуре окружающей среды повышается консистенция масла, а так как циркуляция масла производится под давлением, повышаются напряжения у основания медных плоскоовальных трубок из-за малой площади сечения, что приводит к их выламыванию;
- малая площадь охлаждения;
- низкая ремонтопригодность (особенно в случае поломки одной или нескольких трубок), что предусматривает полную замену секции;
- сложная конструкция радиатора, требующая большого расхода цветных металлов.
Предлагается полезная модель - радиатор сотового типа. Охлаждающий
воздух у радиатора сотового типа проходит по трубкам, а масло (вода) протекает между трубками. Предлагаемая конструкция позволит исключить вышерассмотренные недостатки.
Радиатор сотового типа состоит из множества охлаждающих трубок круглого сечения с шестигранными основаниями 9 (что и отличает предлагаемый радиатор от прототипа) для повышения ремонтопригодности и надежности крепления (рис.2). Пакеты охлаждающих трубок установлены между коллекторами 1, в шахматном порядке. Длина трубок зависит от мощности радиатора. Трубки радиатора сотового типа расположены шестигранными отверстиями горизонтально по направлению движения тепловоза (рис.2). Концы трубок вставлены, в специально предусмотренные для новой конструкции, отверстия трубных решеток. Трубки расположены горизонтально параллельно друг другу, расстояние между ними 10 зависит от мощности радиатора, через которые протекает масло (вода), шестигранные концы их спаяны, рис.2.
Технический результат работы предлагаемой модели радиатора сотового типа заключается в следующем:
- сотовый радиатор имеет большую поверхность охлаждения;
- движение масла (воды) осуществляется по большей площади, что снижает сопротивление движению масла, а также напряжения, возникающие в месте их пайки (крепления), так как напряжение от нагнетающегося под давлением масла (воды) действует уже на всю длину периметра трубки и благодаря ее круглому сечению является незначительным. Масло не застаивается, что способствует меньшему загрязнению радиатора;
- преимуществом радиатора сотового типа является также то, что при повреждении трубочки (трубочек) они легко могут заменяться новыми без разборки секции радиатора. Спайка концов труб производится очень легко, так как все соединения расположены с внешней стороны.
Список литературы:
1. Тепловозы: механическое оборудование, устройство и ремонт / А.А.Пойда, Н.М.Хуторянский, В.Е.Кононов. - Москва: Транспорт, 1988. - 480 с.