СЕКЦИЯ РАДИАТОРА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области теплообменных аппаратов, в частности систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) тепловозов и других транспортных машин.
Низкая тепловая эффективность секций радиаторов и большая затрата цветных металлов побудило к проведению научных исследований направленных на повышение в них интенсивности теплообмена.
Известна секция радиатора системы охлаждения ДВС [1]. Известная секция содержит: пучок плоскоовальных трубок, верхнюю и нижнюю трубные коробки, пластины оребрения, припаянные к плоскоовальным трубкам, стальные коллекторы. Плоскоовальные трубки вставляются и впаиваются в отверстия трубных коробок.
Известная секция радиатора позволяет: повысить эффективность теплоотдачи в окружающую среду, за счет снижения уровня загрязнения трубок, в условиях эксплуатации; обеспечить прочность соединения плоскоовальных трубок с трубными коробками; снизить гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата.
Недостатками секции радиатора является низкая теплоотдача к воздуху за счет плоскоовальной формы поперечного сечения трубки секции радиатора. Это объясняется тем, что движение потока охлаждающего воздуха направленно вдоль основной поверхности теплообмена плоскоовальной трубки (т.е. угол падения потока равен нулю фиг.1), тем самым не оказывает значительного влияния на ламинарный пограничный слой охлаждаемой поверхности, который характеризуется низкой теплопроводностью. Это приводит к
снижению теплоотдачи к воздуху, увеличению поверхности теплообмена и как следствие увеличение затрат цветных металлов на их изготовление.
Кроме того, малое внутренние сечение плоскоовальных трубок секции радиатора (поперечный 1,1 мм) приводит к интенсивному засорению, что снижает эффективность теплопередачи в окружающую среду. Также, в зимних условиях возникает опасность замерзания воды в трубках секции радиатора, особенно первого и второго ряда.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплообменный аппарат, выбранный за прототип [2].
Секция радиатор системы охлаждения содержит впускной и выпускной коллекторы, пучок труб выполненных в форме вытянутой капли, широкая часть поперечного сечения которых представляет собой полукруг диаметром 15 мм, а узкая - заостренный клин (фиг.2) Трубы расположены широкой частью к потоку и приварены к сетчатым пластинам.
Секция работает следующим образом.
Охлаждаемая среда поступает в впускной коллектор, под давлением поступает по трубам и далее в выпускной коллектор. Перед подачей воздуха в межтрубное пространство в струю воздуха нагнетается мелкодисперсный распыл воды, влага испаряется на поверхности секции и понижает температуру стенки. Воздух, проходя через сетчатые платины, забирает тепло охлаждаемой среды, проходящей по трубам.
Недостатками известного теплообменника является низкая теплоотдача от трубок к воздуху и высокие гидравлические потери,
вызванные геометрическим исполнением формы трубки в виде вытянутой капли.
Анализ известных трубок секции в форме вытянутой капли (фиг.2) (распределение полей скоростей теплоносителя воды по сечению трубки) показал, что геометрическое исполнение узкой части трубки в виде заостренного клина приводит к местному снижению скорости потока жидкости по сечению трубки, вследствие трения жидкости о стенки трубки. В условиях эксплуатации этот факт неизбежно приводит к интенсивному загрязнению застойных зон трубки, что ухудшает процесс теплопередачи, и увеличивает гидравлическое сопротивление трубки вследствие уменьшения площади сечения для прохода воды. Кроме того, в зимних условиях наличие застойных зон теплоносителя приводит к образованию льда внутри трубок, что может явиться причиной его полного выхода из строя.
Расположение трубок широкой частью к потоку и выполнение ее в виде полукруга приводит к снижению теплоотдачи к воздуху, вследствие крайне низкого влияния потока на ламинарный пограничный слой, который характеризуется низкой теплопроводностью (фиг.2).
Задачей предлагаемой полезной модели является создание секции радиатора, позволяющей повысить теплоотдачу от трубок к воздуху и уменьшить гидравлические потери за счет изменения формы поперечного сечения и расположение трубок относительно потока воздуха.
Для решения поставленной задачи в известной секции радиатора системы охлаждения содержащей впускной и выпускной коллекторы, пучок трубок каплеобразной формы, широкая часть в поперечном сечении трубок выполнена в виде сегмента, а узкая часть - в виде
полукруга, при этом пучок труб в секции расположен узкой частью к потоку воздуха (фиг.3).
Выполнение трубок в виде каплеобразной формы широкая часть поперечного сечения, которых выполнена в сегмента, а узкая - в виде полукруга и расположение трубок узкой частью к потоку воздуха, отличает заявленное решение от прототипа, следовательно, заявленное решение соответствует критерию охраноспособности «новизна».
Благодаря выполнению поперечного сечения трубки в виде каплеобразной формы, широкая и узкая части которых выполнены соответственно в виде сегмента и полукруга, а также расположение их узкой частью к потоку воздуха приводит к значительному увеличению теплоотдачи к воздуху.
Это обусловлено тем, что воздушный поток нагнетаемого воздуха падает под углом к поверхности трубок и создает давление на ламинарный пограничный слой, характеризующийся низкой теплопроводностью. Под таким воздействием толщина ламинарного пограничного слоя уменьшается, что приводит к увеличению теплоотдачи от трубок к воздуху (фиг.3). Увеличение теплоотдачи от трубок к воздуху приводит к уменьшению поверхности теплообмена и как следствие сокращению расхода цветных металлов на их изготовление. Выполнение сечения широкой части поперечного сечения в виде сегмента позволяет получить максимальную площадь интенсивного теплообмена, что качественно улучшает процесс передачи тепла. Кроме того, выполнение сечения узкой части трубки в виде полукруга позволяет исключить застойные зоны теплоносителя с низкими скоростями по сечению трубок, приводящие к снижению интенсивности засорения трубок и снижению гидравлических потерь.
На фигуре 4 изображены общей вид секции радиатора, на фигуре 5 показан А-А фигуры 4.
Секция радиатора системы двигателей внутреннего сгорания содержит пучок трубок 1, выполненных из цветных металлов, широкая часть поперечного сечения которых имеет форму сегмента, а узкая - форму полукруга, верхнюю трубную коробку 2, нижнюю трубную коробку 3, медные пластины оребрения 4, стальные литые коллекторы 5. Трубки 1 вставлены и впаяны медно-фосфористым припоем в отверстия верхней трубной коробки 2 и нижней трубной коробки 3. Пластины оребрения 4 припаяны к трубкам 1 оловянно-свинцовистым припоем.
Секция радиатора системы охлаждения работает следующим образом охлаждаемая среда поступает в верхний коллектор, затем проходит по трубкам где происходит процесс передачи тепла от жидкости к трубкам, в нижний коллектор. Нагнетаемые поток воздуха, проходя через трубки, охлаждает их стенки и выводится в окружающую среду.
Использование предлагаемой секции радиатора системы охлаждения позволяет увеличить теплоотдачу к воздуху на 15-20%.
Источники, информации принятые во внимание:
3
1. Патент №2280831 РФ, МПК F28F 9/02; F28F 1/02; Секция радиатора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания/ Е.Б.Черток, В.И.Горин, И.Н.Родионов, B.C.Коссов, Ю.Н.Березников, В.П.Панов (РФ); ФГУП ВНИКТИ МПС России (РФ) №2004138584/06; заявлено 29.12.04; опубл. 27.07.06. бюл. №21.
3
2. Патент №2241935 РФ, МПК F28D 9/00; Теплообменный аппарат/ В.В. Киреев; Киреев Владимир Васильевич №2003104050/06; заявлено 2003.02.11; опубл. 2004.12.10.