Принципиальная схема системы охлаждения ДВС

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90 °.Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Воздушное охлаждение

Рубашка цилиндра свободно обдувается воздухом, который отбирает большую часть тепла двигателя. Является самой простой, так как не требует сложных деталей и систем управления. Недостаток системы заключается в маленькой теплоёмкости воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

Жидкостное охлаждение

Цилиндры двигателя охлаждаются жидкостью, после чего она возвращается в расширительный бачок. Является очень старым типом системы охлаждения, в настоящее время этот тип в автомобилестроении не используется, так как жидкость не успевает охладиться, поэтому двигатели, оснащённые этой системой охлаждения, не могут работать в течение длительного времени.

Гибридный тип

Сейчас гибридную систему называют жидкостной. Фактически она всё же гибридная, так как там тоже участвует воздух.

Гибридный тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего она, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки блока цилиндров, одного или нескольких радиаторов, вентилятора принудительного охлаждения радиатора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка, соединительных патрубков и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения двигателя, забирая от нее тепло, а затем охлаждается сама в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости — большой и малый. Большой круг составляют рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе — отопителя салона), термостат. В малый круг входит рубашка охлаждения двигателя, водяной насос, термостат (иногда радиатор отопителя салона входит именно в малый круг). Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости осуществляется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. При этом охлаждающая жидкость фактически не охлаждается, так как не проходит через радиатор. Как только она нагреется до оптимальной температуры, термостат открывается, и охлаждающая жидкость начинает циркулировать также и через радиатор, где непосредственно и охлаждается набегающим потоком воздуха (а в случае длительной стоянки - принудительно вентилятором). При этом, чем сильнее нагревается охлаждающая жидкость, тем сильнее открывается термостат, и тем сильнее жидкость охлаждается в радиаторе. Это и есть принцип поддержания оптимальной температуры двигателя 85-90 °C.

Очень опасным явлением является перегрев двигателя (кипение двигателя). При этом охлаждающая жидкость в прямом смысле вскипает в рубашке охлаждения, что очень часто приводит к серьёзным последствиям и дорогостоящему ремонту. Для предупреждения перегрева двигателя логично применять жидкости с высокой температурой кипения, однако проще всего оказалось держать всю систему под некоторым избыточным давлением (около 1,1 атм), при котором повышается температура кипения охлаждающей жидкости (около 110 °C и 120 °C для воды и антифриза соответственно). Кроме того, при превышении температуры охлаждающей жидкости более 105 °C, включается принудительный обдув радиатора вентилятором.

 

 

Система гибридного типа охлаждения обычно включает следующие элементы:

• двойные стенки цилиндров, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью (например, водой или антифризом);

• теплообменник или радиатор, состоящий из трубок и полостей;

• термостат, поддерживающий оптимальную температуру двигателя;

• вентилятор, состоящий из ступицы и лопастей, при вращении которого обеспечивается принудительная прокачка воздуха между трубками радиатора;

• насос центробежного типа для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в системе;

• трубопроводы, связывающие между собой элементы системы охлаждения.

Двухконтурная система охлаждения

двухконтурная система охлаждения (напр. дизеля — Тепловоз ТЭП150). В одном контуре охлаждается вода дизеля, а в другом вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух (в тепло­обмен­ных аппаратах). Охлаждение воды обоих контуров осуществляется воздухом в полуторных радиаторных секциях холодильной камеры, имеющей три мотор-вентилятора. В контуре охлаждения воды дизеля используются радиаторные секции половинной глубины, а в контуре охлаждения воды второго контура используются радиаторные секции полной глубины. Мотор-вентиляторы холодильной камеры оборудованы системой плавного регулирования их производительности.

Двигатель внутреннего сгорания: Система охлаждения двигателя

В современных двигателях только 25-45 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, превращается в полезную работу. Остальная теплота уносится с выхлопными газами, охлаждающей жидкостью, воздухом, обтекающим двигатель, затрачивается на преодоление сил трения в двигателе и т.д.

Сгорание топлива в двигателе происходит при очень высокой температуре – 1800-2800 К, и без принудительного охлаждения практически все детали двигателя работать не могут. Так, например, алюминиевый поршень расплавился бы уже при температуре около 600 градусов С, а смазывающее масло вспыхивает при температуре порядка 200-250 градусов.

Поэтому для поддержания нормальной температуры деталей и смазки поверхности деталей нужно интенсивно охлаждать. Охлаждение должно быть строго дозированным, так как нельзя допускать недоохлаждения, так и переохлаждения двигателя. В первом случае происходит закоксовывание масла с отложением нагара, ухудшается работа карбюратора, свечей зажигания, во втором – плохое испарение топлива, повышение вязкости масла, сопровождающееся увеличением затрат на трение и т. д.

Установлено, что оптимальная температура деталей двигателя лежит в пределах 85-95 градусов С и должна поддерживаться в этом диапазоне независимо от режима работы двигателя и температуры окружающей среды. Для обеспечения данного условия служит система охлаждения.

Системы охлаждения разделяют на два класса:
* воздушные,
* жидкостные.

Воздушные системы
В воздушных системах все поверхности двигателя стараются снабдить рёбрами, то есть увеличить поверхность отвода теплоты, и устанавливают мощные вентиляторы для обдува. К достоинствам таких систем следует отнести их простоту, высокую надёжность работы, к недостаткам – большую мощность, затрачиваемую на привод вентилятора, быстрое остывание двигателя в холодную погоду и затруднённый при этом повторный пуск, невозможность прогрева двигателя за счёт подачи в него горячей охлаждающей жидкости.

Жидкостные системы
В жидкостных системах в двигателе создаются полости, через которые с помощью насоса прокачивается охлаждающая жидкость, которая отдаёт теплоту во внешнюю среду с помощью радиатора, имеющего большую поверхность. К преимуществам таких систем следует отнести их высокую инерционность, позволяющую длительное время поддерживать нормальную температуру двигателя в выключенном состоянии, возможность подогрева двигателя в холодное время года. Недостатки – сложность системы, её высокая стоимость, возможность размораживания двигателя и его порчи при ошибках в эксплуатации в холодное время года.

Охлаждающие жидкости
В качестве рабочих охлаждающих жидкостей применяют обычную (желательно дистиллированную)воду и смесь воды с этиленгликолем. Применяют 40 и 65-процентную смеси. Процент содержания этиленгликоля соответствует минимальной отрицательной температурезамерзания смеси. Но даже при замерзании этой смеси превращаются не в лёд, а в густую массу, которая не вызывает разрыва блока цилиндров или радиатора.

 

Принцип работы системы
Принципиальная схема системы жидкостного охлаждения
1.Радиатор печки.
2.Кран печки.
3.Насос.
4.Термостат.
5.Блок цилиндров.
6.Головка блока.
7.Радиатор.
8.Пробка радиатора.
9.Расширительный бачок.
10.Вентилятор.
11.Сливной кран.
12.Датчик температуры управления приводом электрического вентилятора (при наличии его).
13.Датчик температуры охлаждающей жидкости.
14.Кран слива жидкости из блока цилиндров.

Принципиальная схема системы жидкостного охлаждения
1.Радиатор печки.
2.Кран печки.
3.Насос.
4.Термостат.
5.Блок цилиндров.
6.Головка блока.
7.Радиатор.
8.Пробка радиатора.
9.Расширительный бачок.
10.Вентилятор.
11.Сливной кран.
12.Датчик температуры управления приводом электрического вентилятора (при наличии его).
13.Датчик температуры охлаждающей жидкости.
14.Кран слива жидкости из блока цилиндров.

Привод насоса (3) всегда осуществляется через ременную передачу от коленчатого вала двигателя, а привод вентилятора (10) – от коленчатого вала двигателя или отдельного электродвигателя.

Система работает следующим образом
При запуске холодного двигателя температура охлаждающей жидкости и соответственно термостата – низкая. В этом случае термостат за счёт положения своих исполнительных элементов перекрывает патрубки, соединяющие его с радиатором (7), и насос (3) перекачивает жидкость по так называемому малому кругу. То есть жидкость подаётся только в блок цилиндров, головку блока и радиатор печки. При прогреве жидкости от теплоты двигателя на определённую величину, т. е. около 70-95 градусов С, исполнительные элементы термостата перемещаются, и жидкость начинает циркулировать по так называемому большому кругу. То есть из головки блока она сначала попадает в верхнюю часть радиатора, проходит через него, охлаждается, а затем поступает к насосу.

Требования МАРПОЛ 78 к очистке сточно-фекальных вод.

3.1. Общие положения.

3.1.1. При обслуживании системы хозяйственно-фекальных

сточных вод должны выполняться требования и указания инструкции

завода - строителя судна, а также настоящего раздела Наставления.

3.1.2. Механизмы, оборудование, арматура, трубопроводы,

средства управления и контроля должны постоянно находиться в

рабочем состоянии.

3.1.3. расположение патрубков для слива сточных вод на

береговые приемные сооружения должно обеспечивать удобную

шланговку при отшвратовке судна к причалу любым бортом.

3.1.4. Слив с судна сточных вод на приемные сооружения должен

производиться по специально предназначенным для этой цели

трубопроводу и шлангам. Использовать для этой цели трубопроводы,

предназначенные для перекачки других жидкостей, запрещается.

3.2. Обслуживание систем со сборными цистернами.

3.2.1. При плавании судна в районах моря, где сброс запрещен,

сточные воды должны собираться в сборные цистерны.

3.2.2. Средства автоматического запуска и остановки насосов,

предназначенных для опорожнения сборных цистерн, должны быть

переведены на ручное управление.

3.2.3. Запорная арматура трубопроводов сброса сточных вод за

борт должна быть опломбирована (порядок пломбирования см. раздел 8

части I).

3.2.4. Опорожнение сборных цистерн должно производиться

судовыми откачивающими средствами на плавучие сборщики или в

береговые коллекторы.

3.2.5. При необходимости опорожнения сборной цистерны капитан

судна должен запросить администрацию порта о предоставлении ему

плавучего сборщика сточных вод или возможности отшвартовки к

причалу, оборудованному коллектором для приема сточных вод.

3.2.6. Перед сливом сточных вод содержимое сборной цистерны

следует подвергнуть предварительному перемещению (взбучиванию).

Это необходимо для исключения накопления в цистерне

неоткачиваемого остатка и обычно предусматривается инструкцией по

обслуживанию системы.

3.2.7. Перед сливом сточных вод с судна на приемные

сооружения лицо, ответственное за эксплуатацию системы или за

проведение операции по сливу, обязано проверить правильность

положения запорной арматуры, состояние шлангов, исправность

дистанционных средств остановки откачивающих насосов с места

наблюдения за сливом.

Такие дистанционные средства должны располагаться вблизи

патрубков, к которым присоединяется сливной шланг.

В темное время суток ответственное за слив лицо должно

позаботится об обеспечении достаточного освещения района

проведения операций.

Особое внимание должно быть обращено на состояние шлангов.

Неплотность шланговых соединений и негерметичность шлангов - одна

из причин разливов. результаты проверки должны быть зафиксированы

в машинном журнале.

3.2.8. Обеспечение надежности стоянки судна у причала,

отшвартовки к судну плавучего сборщика, надежности крепления

сливных шлангов, их ограждения от повреждения и тому подобные меры

по предотвращению загрязнения с судна сточными водами необходимо

выполнять по аналогии с мерами, принимаемыми при грузовых

операциях танкеров и бункеровочных операциях (см. подразделы 1.5 и

2.2 части II Наставления).

3.2.9. После окончания слива сточных вод сборная цистерна,

сливные трубопроводы и шланги должны быть промыты забортной водой

со сливом ее в береговой коллектор или плавучий сборщик. Коней

сливного шланга (во избежание разлива остатков) перед снятием с

судна должен быть заглушен.

3.2.10. О произведенном сливе сточных вод на приемные

сооружения ответственное за слив лицо должно своевременно сделать

запись в Журнале операций со сточными водами и мусором.

3.2.11. Шланги, предназначенные для работы со сточными

водами, должны храниться с заглушенными фланцами.

3.3. Обслуживание систем и установок для обработки

хозяйственно-фекальных сточных вод.

3.3.1. До входа судна в район, где сброс необработанных

сточных вод запрещен, необходимо ввести в работу систему и

установку для обработки хозяйственно-фекальных сточных вод.

3.3.2. запорную арматуру на трубопроводе сброса

необработанных хозяйственно-фекальных сточных вод за борт при

подходе к району, где сброс хозяйственно-фекальных сточных вод

запрещен, необходимо закрыть, обжать и опломбировать, факт

пломбирования необходимо зафиксировать в судовом журнале.

3.3.3. При плавании судна в районе, где сброс необработанных

хозяйственно-фекальных сточных вод разрешен, запорная арматура на

трубопроводе слива за борт может быть установлена в положение, при

котором сточные воды сбрасываются за борт минуя сборную цистерну

или установку для обработки. Если на судне установлена система

биологической очистки хозяйственно-фекальных сточных вод, то

выводить ее из работы не следует, так как прекращение подачи

сточных вод в такую установку приведет к гибели микроорганизмов, а

ввод установки на рабочий режим требует длительного времени (до 30

сут). Обеззараживание хозяйственно-фекальных сточных вод следует

производить лишь при плавании судна в районе моря, где требуется

их обработка.

3.3.4. Обслуживание установок для обработки

хозяйственно-фекальных сточных вод должно производиться в

соответствии с инструкцией завода-изготовителя.

3.3.5. Запуск установки для обработки хозяйственно-фекальных

сточных вод после вывода ее из действия следует производить с

расчетом, чтобы при входе судна в район, где сброс необработанных

сточных вод запрещен, установка была выведена на оптимальный режим

работы, обеспечивающий необходимое качество обработки

хозяйственно-фекальных сточных вод.

3.3.6. На судне всегда должно иметься достаточное количество

химических веществ, применяемых в установке, а также запасных

частей, необходимых для обеспечения надежной работы установки

(электроды, ножи измельчителей и другие быстроизнашивающиеся

детали).

3.3.7. Для обеспечения процесса обработки

хозяйственно-фекальных сточных вод в большинстве установок

применяются сильно действующие химические вещества. При хранении и

работе с ними следует строго руководствоваться инструкциями

поставщиков и правилами техники безопасности.

Инсинераторы - установки для термического уничтожения отходов (сжигания).

Судовые инсинераторы служат для сжигания твердых бытовых отходов, а также для сжигания шлама (sludge) - отходов жизнедеятельности машинного отделения.

Особенно актуально применение инсинераторов на судах, совершающих длительные рейсы и не имеющих возможности регулярно сдавать отходы соответствующим портовым службам.