Повышение эффективности системы охлаждения автотракторной техники

Эксплуатация техники в условиях низких температур окружающей среды сопровождается значительным снижением температуры в системах двигателя, и агрегатах трансмиссии вследствие интенсивного теплообмена с окружающей средой. Снижение температурывлечет за собой изменение физических свойств технических жидкостей и смазочных материалов применяемых в системах автомобилей и тракторов, обусловливающих существенный рост непроизводительных затрат энергии. Кроме того высокий коэффициент полезного действия современных двигателей, в сочетании с существующей системой отопления приводит к тому, что расходуется значительное количество тепловой энергии, а температура теплоносителя (охлаждающей жидкости) в системе охлаждения двигателя в условиях эксплуатации при низких температурах становится ниже оптимального значения. Между тем значительная часть теплоты, выделившаяся при сгорании топлива, уходит с отработавшими газами [1, 2].

Наиболее целесообразно на наш взгляд для более эффективного использования тепла полученного при сгорании топлива использовать тепловую энергию отработавших газов за счет установки испарительно-конденсационных устройств или тепловых трубок (ТТ).

Тепловая труба – это замкнутое испарительно-конденсационное устройство, предназначенное для охлаждения, нагрева, или терморегулирования объектов. Впервые термин "тепловая труба" был предложен Гровером Г.М. и использован в описании к патенту США 3 229 759 (02.12.1963г.) и в его статье "Устройство, обладающее очень высокой теплопроводностью". Перенос тепла в ТТ осуществляется путем переноса массы теплоносителя, сопровождающегося изменением его фазового состояния (обычно испарение рабочей жидкости и ее последующая конденсация). Первые термосифоны применялись для выпечки хлеба. Нижний конец трубы подогревался в топке, а верхний конец был соединен с камерой, в которой выпекался хлеб. Благодаря тому, что ТТ и термосифоны обладают термостабилизирующими свойствами, хлеб никогда не пригорал. [3]

В октябре 1973г в Штутгарте прошла первая международная конференция по тепловым трубам, после которой они получили общее признание.

В зависимости от интервала температур (указана температура охлаждаемого тела) могут быть использованы самые различные вещества приведенные к жидкой фазе – от сжиженных газов до металлов: гелий (–271 ... –269^oC), аммиак (–60 ... +100^oC), фреон-11 (–40 ... +120^oC), ацетон (0 ... +120^oC), вода (25 ... 200^oC), ртуть (250 ... 650°C), натрий (600 ... 1200°C) и т.д.

Для оценки возможности использования ТТ в системах охлаждения автомобилей и тракторов изготовлен её опытный экземпляр и лабораторная установка для её испытания. В результате тестовых испытаний получена зависимость изменения температуры нагреваемой жидкости от времени.Анализ полученной в результате испытания зависимости показывает, что за 20 минут температура воды поднялась на 65 ⁰С (с 30 до 95 ⁰С)Количество теплоты переданное от газовой горелке воде (без учета потерь теплоты) составило около 77 кДж, а тепловая мощность более 150 Вт[3].

Для повышения эффективность опытного образца тепловой трубки необходимо выполнит её тепловую изоляцию, и оптимизировать площадь зоны испарения и конденсации.

Таким образом повышение эффективности системы охлаждения становится возможным без дополнительных затрат энергии путем использования теплоты отработавших газов при помощииспарительно-конденсационныхтеплопередающие устройств. Работает предлагаемаясхема (рис.1) следующим образом.

Рис. 1. Система охлаждения силового агрегата

Во время работы двигателя в теплообменнике-утилизаторетепловой энергии26, расположенном на выхлопной трубе двигателя, происходит нагрев тепловых трубок 21, по которым тепловая энергия переносится в теплообменник 19.В контуре подогрева ДВС 1 охлаждающая жидкость движется по жидкостному тракту через теплообменник 19, в котором она нагревается. Далее поток охлаждающей жидкости поступает в тепловой аккумулятор 22, где отдает часть своей тепловой энергии тем самым заряжая его.В случае повышения температуры охлаждающей жидкости в ДВС выше оптимальной, открывается штатный клапан-термостат 13, и теплота отводится радиатором 8 в окружающую среду.

В результате даровое тепло, которое раньше улетучивалось в окружающую среду используется для обеспечения требуемого уровня ускоренной тепловой подготовки силового агрегата автомобиля или трактора.

Результатами исследований установлено:

1. При предпусковой тепловой подготовке двигателей в условиях отрицательной температуры окружающей среды оптимальным является использование даровой теплоты отработавших газов.

2. В качестве теплопередающего устройства возможно использовать тепловые трубки обладающие термостабилизирующими свойствами, что позволяет исключить затраты на регулятор и насос и их эксплуатацию.

3. Предложенные технические решения обеспечивают сокращение продолжительности прогрева и поддержание температуры охлаждающей жидкости в оптимальном диапазоне за счет более полного использования тепловой энергии отработавших газов ДВС при низких отрицательных температурах окружающего воздуха.

Список литературы:

1. Кузнецов, А.В. Система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания // Кузнецов А.В., Селиванов Н.И., Кайзер Ю.Ф., Турсунов А.А., Лысянников А.В., Мерко М.А., Колотов А.В., Меснянкин М.В. Вестник Таджикского технического университета. 2014. Т. 1. С. 89-91

2. Тепловые трубки своими руками [Электронный ресурс]: https://overclockers.ru/lab/show/15521/Teplovye_trubki_svoimi_rukami. (Дата обращения: 04.04.2019).

3. Будьков, Э.А., Бузецкий Е.О., Коробкин А.С.Оценка возможности использования тепловых трубок в системах охлаждения тракторов и автомобилей //Инновационные тенденции развития российской науки: материалы XII-Международной научно-практическая конференции молодых ученых (7.04.2019 г.) / Краснояр.гос.аграр. ун-т. – Красноярск, 2019. с. 226-229