СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
COOLING SYSTEM FOR AGRICULTURAL VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству охлаждения для сельскохозяйственного транспортного средства в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.
Уровень техники
Сельскохозяйственные транспортные средства в своем большинстве оснащены системой для охлаждения одного или более рабочих агрегатов. Если основным двигателем транспортного средства является двигатель внутреннего сгорания, система охлаждения используется, например, для охлаждения охлаждающей среды, текущей через блок двигателя, и для отвода тепла за счет этого от блока двигателя. Современные высокие требования по повышению мощности двигателей делают практически неизбежным наличие такой системы охлаждения.
Помимо этого в сельскохозяйственных транспортных средствах в зависимости от типа транспортного средства существует требование охлаждения множества других рабочих агрегатов, таких как коробка передач, гидравлические системы, установка кондиционирования воздуха, а также охлаждения для других целей (охлаждение воздуха наддува, топлива, смазочного масла), что может обеспечиваться общей системой охлаждения.
Важным узлом системы охлаждения является устройство охлаждения, которое в основном состоит из теплообменника и вентилятора в качестве основных компонентов. Они расположены по отношению друг к другу таким образом, что вентилятор направляет воздушный поток вдоль поверхности теплообмена теплообменника или через эту поверхность (в данном случае проницаемую), чтобы вызвать теплообмен между воздушным потоком и теплообменником.
По мере того как теплообменная поверхность теплообменника нагревается охлаждающей средой, которая течет через теплообменник и перед этим нагревается каким-либо рабочим агрегатом транспортного средства, эта теплообменная поверхность излучает тепло в создаваемый вентилятором воздушный поток, а следовательно, и в окружающую среду. Таким путем осуществляется охлаждение рабочего агрегата транспортного средства.
Рост требований к мощности сельскохозяйственных транспортных средств вызывает необходимость увеличения мощности используемых двигателей внутреннего сгорания и, следовательно, повышения охлаждающей способности устройств охлаждения. Кроме того, охлаждающая способность должна повышаться вследствие того, что в связи с увеличением мощности двигателя и/или повышением комфорта транспортных средств охлаждаются также другие рабочие агрегаты транспортных средств (например, установка кондиционирования воздуха, дополнительные устройства и т.д.), а также рабочие и вспомогательные ресурсы (топливо, воздух наддува, смазочные материалы, гидравлическое масло и т.п.).
При проектировании устройств охлаждения повышенной охлаждающей способности для сельскохозяйственных транспортных средств существуют ограничения, в частности, в отношении габаритов и шума, производимого устройством охлаждения.
Из решения уровня техники, например, по патентному документу DE 4009726 А1, известно устройство охлаждения, в котором вентилятор направляет охлаждающий воздушный поток, по меньшей мере, на два теплообменника. Теплообменники служат для раздельного охлаждения каждый своей среды, при этом, например, один из теплообменников охлаждает двигатель внутреннего сгорания, а другой - рабочую среду вспомогательного агрегата. Для уменьшения требуемого пространства и для совместного использования воздушного потока теплообменники расположены в одной плоскости рядом друг с другом выше по потоку от осевого вентилятора. Кроме того, предложено расположить дополнительный теплообменник выше по потоку от теплообменников, установленных рядом друг с другом.
Такое расположение позволяет уменьшить пространство для размещения. Однако на практике было установлено, что это расположение создает интенсивные шумы потока, особенно при высокой охлаждающей способности и высоких объемах воздушных потоков. Причиной этого считается конструктивно обусловленная турбулентность воздуха.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание устройства охлаждения с высокой охлаждающей способностью, которое может работать с пониженным шумом.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в устройстве охлаждения по пункту 1 формулы изобретения. Согласно этому пункту в устройстве охлаждения, определенном в ограничительной части пункта 1, вентилятор выполнен в виде радиального вентилятора, выше которого по отношению к воздушному потоку расположен, по меньшей мере, один теплообменник и ниже которого по отношению к воздушному потоку расположен, по меньшей мере, один теплообменник.
Было признано, что при использовании осевого вентилятора, как в решении по патентному документу DE 4009726 А1, высокая охлаждающая способность может достигаться только при работе вентилятора на высоких скоростях, что, в свою очередь, приводит к интенсивному шуму вследствие большого объема воздушных потоков. Ступица лопастного колеса вентилятора лежит на пути потока, что вызывает турбулентность воздушного потока и способствует созданию шума.
Согласно изобретению для устранения этих недостатков используется радиальный вентилятор. Радиальный вентилятор работает с более высоким сжатием всасываемого воздуха (чем осевой вентилятор), так что более высокая охлаждающая способность может достигаться при относительно небольших габаритах. Благодаря сниженному объемному потоку за счет более высокого сжатия и более свободному пути потока радиальный вентилятор создает меньше шума от потока.
Другая причина снижения шума при высокой общей охлаждающей способности устройства охлаждения заключается в расположении теплообменников по отношению к вентилятору. Согласно изобретению, по меньшей мере, один из теплообменников расположен выше вентилятора по отношению к воздушному потоку и, по меньшей мере, один из теплообменников расположен ниже вентилятора по отношению к воздушному потоку. Это расположение дополнительно способствует снижению турбулентности и, соответственно, шума от потока.
Теплообменники могут выгодным образом подвергаться воздействию воздушных потоков различной скорости и/или степени сжатия. В области всасывания радиального вентилятора воздушный поток может быть значительно медленнее, чем в области выпуска ниже по потоку. Соответственно, один теплообменник может целесообразно использоваться при его расположении по потоку выше радиального вентилятора и работать с медленным воздушным потоком. Обратное применимо к другому теплообменнику, расположенному по потоку ниже радиального вентилятора.
В простейшем случае один теплообменник расположен по потоку выше радиального вентилятора и один теплообменник ниже него. Согласно предпочтительному решению по дальнейшему совершенствованию изобретения теплообменник, расположенный по потоку выше вентилятора, относится к первой группе, содержащей, по меньшей мере, еще один теплообменник, расположенный по потоку выше вентилятора. То есть несколько теплообменников расположены выше вентилятора по отношению к воздушному потоку.
Альтернативно или дополнительно теплообменник, расположенный по потоку ниже вентилятора, относится ко второй группе, содержащей, по меньшей мере, еще один теплообменник, расположенный по потоку ниже вентилятора. То есть несколько теплообменников расположены ниже вентилятора по отношению к воздушному потоку.
В целом за счет расположения нескольких теплообменников по потоку выше вентилятора или ниже него могут использоваться выгодные места установки для удовлетворения различных требований, например, с точки зрения требуемой охлаждающей способности или габаритов. Здесь возможны различные схемы размещения теплообменников. Так, например, несколько теплообменников, относящихся к одной группе, могут быть расположены рядом друг с другом относительно направления воздушного потока. В этом случае воздушный поток распределяется между теплообменниками. Одно из преимуществ такой установки заключается в том, что набегающий воздух не является уже нагретым находящимся рядом теплообменником.
Дополнительно несколько теплообменников, относящихся к одной группе, могут быть расположены друг за другом в направлении воздушного потока. При этом достигается особенно компактное размещение и может быть предусмотрено, что воздушный поток воздействует на все расположенные друг за другом теплообменники полностью или только частично, например, при меньшей потребной охлаждающей способности. Возможны любые желаемые комбинации расположения.
Предпочтительно через теплообменник, относящийся к первой группе, протекает среда, отличная от среды, которая протекает через теплообменник, относящийся ко второй группе. Соответственно, теплообменники двух групп служат для различных целей охлаждения.
В принципе теплообменники могут служить для охлаждения любой среды. Так, например, среда, протекающая, по меньшей мере, через один из теплообменников, является рабочим и/или вспомогательным ресурсом для транспортного средства. Эта среда может быть, например, топливом, воздухом для наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, охлаждающей водой для двигателя, хладагентом установки кондиционирования воздуха, гидравлическим маслом, трансмиссионным маслом или подобной средой.
Предпочтительно через различные теплообменники устройства охлаждения проходят различные упомянутые среды.
Теплообменники могут быть расположены и ориентированы различным образом относительно транспортного средства. В предпочтительном примере осуществления поверхность расположенного по потоку выше вентилятора теплообменника, через которую протекает воздух, расположена примерно поперек продольной оси транспортного средства. При таком расположении встречный ветер, набегающий на транспортное средство спереди, может попадать в расположенный спереди теплообменник с меньшим отклонением.
Дополнительно может быть предусмотрено, что поверхность теплообменника, расположенного по потоку ниже вентилятора, через которую протекает воздух, расположена примерно параллельно продольной оси транспортного средства. В особенно благоприятном варианте предусмотрено, что воздушный поток отходит от теплообменника, расположенного по потоку ниже вентилятора, в направлении вверх.
Согласно следующему предпочтительному решению по дальнейшему совершенствованию изобретения вентилятор содержит лопастное колесо, ось вращения которого ориентирована примерно параллельно продольной оси транспортного средства. В этом случае приводное устройство вентилятора может быть выгодным образом расположено перед вентилятором или за ним (относительно продольного направления транспортного средства), так что устройство охлаждения может быть компактно размещено, например, под удлиненным капотом трактора.
Для надежного достижения необходимой производительности вентилятор содержит корпус, в котором размещено лопастное колесо, установленное с возможностью привода во вращение. Расположенные выше и ниже по потоку теплообменники предпочтительно выполнены с возможностью соответствующего монтажа на корпусе, так что обеспечивается замкнутая траектория потока.
Предпочтительно корпус окружает лопастное колесо по окружности, причем в круглой области корпуса предусмотрен радиальный выпуск для воздуха. Кроме того, корпус предпочтительно имеет осевой вход для воздуха.
Устройство охлаждения по изобретению может использоваться для различных сельскохозяйственных транспортных средств. В особенности целесообразно его использование для сельскохозяйственных транспортных средств, в которых помимо охлаждения основной приводной установки, такой как двигатель внутреннего сгорания, имеются другие потребности охлаждения. Это относится, например, к трактору. Устройство охлаждения может использоваться также в других сельскохозяйственных транспортных средствах, таких как самоходные уборочные машины (комбайны для уборки кормовых культур, зерноуборочные комбайны и т.д.).
Краткий перечень чертежей
Далее изобретение будет подробно описано на примере выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Из описания будут также ясны другие особенности и преимущества изобретения. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает в разрезе вентилятор устройства охлаждения в соответствии с изобретением,
фиг.2 схематично изображает в разрезе устройство охлаждения в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вентилятор 2 устройства охлаждения по изобретению. Вентилятор 2 выполнен в виде радиального (центробежного) вентилятора. Он имеет спиральный корпус 4, в котором установлено лопастное колесо 5 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси 3 вращения. Лопастное колесо 5 приводится приводным устройством (не показано) и при работе вращается вокруг оси 3 вращения.
Лопастное колесо 5 содержится в радиальном вентиляторе, который при работе всасывает воздух в осевом направлении (параллельно оси 3 вращения), как это показано тремя стрелками. При вращении лопастное колесо отклоняет втянутый воздух на 90° и выдувает его в радиальном направлении. На фиг.1 для этой цели на лопастном колесе 5 показаны восемь лопастей. Число лопастей может быть различным по желанию. Лопасти могут иметь различную форму и расстановку, как это само по себе известно.
В общем случае лопастное колесо 5 может содержаться в радиальном вентиляторе, который всасывает воздух (по оси) либо на одной стороне, либо с двух сторон. Предпочтительно используется радиальный вентилятор с односторонним всасыванием, поскольку при этом путь воздушного потока не нарушается приводным устройством.
Корпус 4 вентилятора 2 имеет выпуск 6 для воздуха в окружной области слева на фиг.1. Воздух выходит радиально от лопастного колеса 5 и истекает из корпуса 4 через выпуск 6 для воздуха, как это показано двумя широкими стрелками.
На фиг.2 показано устройство 1 охлаждения по изобретению, содержащее вентилятор 2, который по конструкции может соответствовать вентилятору по фиг.1. Устройство 1 охлаждения помимо вентилятора 2 содержит четыре теплообменника 11, 12, 21, 22. Они служат для охлаждения различных охлаждающих сред сельскохозяйственного транспортного средства (не показано), например трактора, в котором может быть встроено устройство 1 охлаждения. Для этой цели теплообменники 11, 12, 21, 22 предпочтительно встроены в различные охлаждающие контуры. Так, например, они могут быть предназначены для охлаждения топлива, воздуха наддува для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, охлаждающей воды для двигателя, хладагента установки кондиционирования воздуха, гидравлического масла, трансмиссионного масла или подобных сред. Возможно включение в устройство и других теплообменников.
Согласно изобретению, по меньшей мере, один из теплообменников 11, 12 расположен выше вентилятора 2 относительно направления воздушного потока, показанного стрелками, и, по меньшей мере, один из теплообменников 21, 22 расположен ниже вентилятора 2 относительно направления воздушного потока, показанного стрелками. Верхние по потоку теплообменники 11, 12 отнесены к первой группе 10, а нижние по потоку теплообменники 21, 22 отнесены к первой группе 20.
Теплообменники первой группы 10 предпочтительно служат для охлаждения охлаждающей воды, хладагента кондиционера воздуха, топлива. Теплообменники второй группы 20 предпочтительно служат для охлаждения воздуха наддува двигателя, трансмиссионного масла.
Как показано на фиг.2 с помощью стрелок воздушного потока, через все теплообменники 11, 12, 21, 22 проходит воздушный поток, создаваемый вентилятором 2. Вентилятор 2, который по конструкции соответствует вентилятору 2 по фиг.1, показан на фиг.2 на виде, в котором ось 3 вращения лопастного колеса 5 (не показанного на фиг.2) лежит в плоскости чертежа. Соответственно, видно, что воздух, протекающий через верхние по потоку теплообменники 11, 12 первой группы 10, входит в вентилятор 2 в осевом направлении (относительно оси 3 вращения).
Предпочтительно ось 3 вращения ориентирована примерно параллельно продольной оси транспортного средства, в котором используется устройство охлаждения. Предпочтительно направление всасывания воздуха в вентилятор 2 соответствует встречному ветру для транспортного средства, для чего первая группа 10 расположена перед вентилятором по направлению движения транспортного средства.
Как видно на фиг.2, выпуск 6 для воздуха вентилятора 2 расположен над осью 3 вращения и открыт вверх. Поэтому выходящий из вентилятора 2 воздух истекает наружу, как это показано направленной вверх стрелкой, и проходит через теплообменники второй группы 20.
Теплообменники 11, 12, 21, 22 в принципе могут иметь другую конструкцию или быть расположенными по-другому. В частности, в отличие от схематичного изображения на фиг.2, они могут быть выполнены таким образом, что воздух не проходит через них, а протекает мимо них. Для этого они также могут быть ориентированы параллельно воздушному потоку.
Предпочтительно теплообменники 11, 12, 21, 22 выполнены в соответствии с фиг.2 и содержат поверхность, через которую проходит воздух. Теплообмен происходит внутри теплообменников, где возможна более быстрая передача тепла.
Как показано на фиг.2, поверхности теплообменников 11, 12 предпочтительно расположены примерно поперек продольной оси транспортного средства, которая примерно параллельна оси 3 вращения. В отличие от этого поверхности теплообменников 21, 22 предпочтительно проходят примерно параллельно продольной оси транспортного средства.
Устройство 1 позволяет достигать высокой охлаждающей способности с относительно низким шумом. В частности было установлено, что благодаря расположению теплообменников как выше по потоку от радиального вентилятора, так и ниже радиального вентилятора может быть снижена турбулентность воздушного потока. В то время как в области всасывания радиального вентилятора превалируют относительно низкие скорости воздушного потока, в выпускной области они могут быть относительно высокими. Это может использоваться выгодным образом при использовании теплообменников, соответствующих месту их расположения, и/или в аспекте охлаждающей способности. Можно также оптимизировать путь воздушного потока в аспекте механики текучих сред.
Перечень позиций
1
Устройство охлаждения
10
Первая группа теплообменников
2
Вентилятор
11
Теплообменник
3
Продольная ось
12
Теплообменник
4
Корпус
5
Лопастное колесо
20
Вторая группа теплообменников
6
Выпуск для воздуха
21
Теплообменник
22
Теплообменник