Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технических систем, облегчающих пуск автотракторных двигателей в условиях низких температур окружающего воздуха
1.1. Анализ способов облегчения пуска дизелей при низких температурах окружающего воздуха 5
1.2. Анализ систем предпусковой тепловой подготовки двигателей мобильных машин с низкотемпературным тепловым аккумулятором фазового перехода 35
1.3. Анализ систем предпусковой тепловой подготовки двигателей мобильных машин с высокотемпературным тепловым аккумулятором фазового перехода 44
Цель и задачи исследования 48
ГЛАВА 2. Разработка математической модели аккумулирования теплоты в тепловых аккумуляторах путём применения фазовых переходов
2.1. Расчётно-теоретический анализ теплоаккумулирующих материалов 50
2.2. Разработка математической модели процесса зарядки теплового аккумулятора фазового перехода 68
2.3. Разработка математической модели процесса хранения тепловой энергии в межсменный период 79
2.4. Разработка математической модели процесса разрядки теплового аккумулятора фазового перехода 82
Выводы 94
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований. экспериментальная установка и применяемое оборудование. погрешность измерений .
3.1. Общая методика исследований 95
3.2. Методика зарядки, хранения тепловой энергии и
разрядки теплового аккумулятора фазового перехода 100
3.3. Методика проведения лабораторных испытаний системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей 102
3.4. Методика проведения стендовых испытаний системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей 106
3.5. Методика проведения эксплуатационных испытаний системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля 108
3.6. Экспериментальная установка и применяемое оборудование Ill
3.7. Погрешность измерений 11
Выводы 120
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей
4.1. Результаты лабораторных исследований системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля 121
4.2. Результаты экспериментальных исследований системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля 12-4
4.3. Эксплуатационные испытания системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля 12"
4.4. Экономическая эффективность внедрения системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля 13 о
Общие выводы 142
Список литературы
- Анализ систем предпусковой тепловой подготовки двигателей мобильных машин с низкотемпературным тепловым аккумулятором фазового перехода
- Разработка математической модели процесса зарядки теплового аккумулятора фазового перехода
- Методика проведения лабораторных испытаний системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей
- Результаты экспериментальных исследований системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля
Введение к работе
Актуальность темы. Агропромышленный комплекс (АПК) развивается в различных климатических зонах по всей территории России.
Климатические условия нашей страны очень разнообразны, более 50% ее территории лежит севернее изотермы января (-20С). Зимний период продолжается в северных районах около 200, а в «верхних» широтах до 300 суток.
В северных регионах России эксплуатируется большой парк сельскохозяйственной, строительной и автомобильной техники с дизелями. Около 5% перечисленной техники имеет северное исполнение (исполнение ХЛ). При зимней эксплуатации одной из основных проблем является запуск дизелей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха, т.к. техника работает на значительных расстояниях от гаражного (отапливаемого) хранения.
Процесс запуска дизеля и подготовки машины к работе в целом продолжается в течение 1-3 часов и более. Причём, проблема холодного пуска является не только технической, но и социальной, т.к. дизели многих машин не останавливают на ночное (нерабочее) время. Проблема запуска дизелей мобильных машин в условиях отрицательных температур широко известна и достаточно глубоко изучена. Ею занимались и занимаются многие отечественные и зарубежные ученые. Несмотря на это в настоящее время все технические средства облегчения запуска дизеля далеки от совершенства и обладают рядом существенных недостатков. Проведенный анализ показал, что предпусковая тепловая подготовка дизелей в организациях АПК находится на неудовлетворительном уровне. Аналогичная ситуация сложилась в строительных организациях, лесоперерабатывающем комплексе, нефтегазовой промышленности.
Одним из кардинальных путей решения данной проблемы является утилизация и аккумулирование тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания.
Цель работы. Исследование и разработка системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля в условиях отрицательных температур окружающей среды путём использования аккумулированной энергии.
Объект исследований. Дизель с термосифонной системой охлаждения.
Предмет исследований. Система предпусковой тепловой подготовки дизеля.
Методы исследований и достоверность полученных результатов.
При выполнении исследований применялись как теоретические, так и экспериментальные методы. Достоверность результатов при теоретических исследованиях достигнута выбором обоснованных исходных данных и сопоставлением расчётных и экспериментальных значений, а при экспериментальных исследованиях - выбором современных методов и средств измерений, учётом погрешностей, проверкой и тарировкой приборов, а также соблюдением требований действующих стандартов.
Научная новизна.
- теоретически обосновано использование аккумулированной энергии для осуществления предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей в условиях отрицательных температур окружающей среды;
теоретически обосновано использование бинарных солевых систем в качестве теплоаккумулирующих материалов при аккумулировании тепловой энергии дизелей в условиях отрицательных температур окружающей среды;
научно обоснована структура элементов системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля с применением теплового аккумулятора фазового перехода;
разработаны математические модели функционирования системы подогрева в периоды зарядки теплового аккумулятора, межсменного хранения в нем тепловой энергии и разряда теплового аккумулятора в период тепловой подготовки дизеля;
- получены результаты экспериментальных исследований разработанной си
стемы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля.
Практическая значимость. Разработана система предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля. Ее применение позволяет осуществить надежный пуск дизеля при отрицательных температурах окружающей среды без затрат энергии внешних источников, что повышает эффективность эксплуатации тракторов при безгаражном хранении.
Реализация результатов исследований. Разработанная система предпусковой тепловой подготовки прошла стендовые испытания в Военном инженерно-техническом университете, эксплуатационные испытания в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете и была внедрена в Автопарке № 6 «СПЕЦТРАНС» г. Санкт-Петербург в 2010 г. и в ООО "ППК" - Первая Перерабатывающая Компания г. Санкт - Петербург в 2010г. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ВИТУ и СПбГАУ.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей», Санкт-Петербург, СПбГАУ, 2008-2010 г.г.; научно-техническом семинаре ЗАО «Звезда-Энергетика», СПб, 2009 г.; научно-техническом семинаре «Автономные дизельные энергетические установки - основа энергоснабжения военно-строительных комплексов», Санкт-Петербург, ВИТУ, 2006 - 2009 г.
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 8 статей, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
Математическая модель процесса зарядки теплового аккумулятора фазового перехода.
Математическая модель процесса хранения теплоты в тепловом аккумуляторе фазового перехода.
Математическая модель процесса разрядки теплового аккумулятора фазового перехода.
Методика проведения экспериментальных исследований.
5. Система предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля с применением теплового аккумулятора фазового перехода.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и содержит 159 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 54 рисунка, список литературы из 140 библиографических наименований.
Анализ систем предпусковой тепловой подготовки двигателей мобильных машин с низкотемпературным тепловым аккумулятором фазового перехода
Эти данные убедительно свидетельствуют о правильности сделанных выше выводов.
При исследовании систем предпусковой тепловой подготовки ДВС с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости от насосных агрегатов подогревателей типа ПЖД было установлено [87], что схемы размещения подогревателей этого типа относительно дизеля меньше влияют на процесс разогрева узлов и сред дизеля, чем,у подогревателей с термосифонной циркуляцией жидкости типа ПЖБ. Однако и дляtподогревателей типа ПЖД тоже существуют наиболее рациональные схемы их установки относительно дизеля, обеспечивающие лучший подогрев подшипников его коленчатого вала. Так экспериментально было установлено, что схемы подвода жидкого теплоносителя от подогревателей типа ПЖД к дизелям с однорядным расположением цилиндров не оказывают существенного влияния на интенсивность разогрева основных узлов и сред дизелей, т.к. движение теплоносителя осуществляется принудительно. Совершенно другая картина наблюдалась у дизелей с V-образным расположением цилиндров. Если, подвод горячей жидкости одновременно в оба ряда обеспечивал равномерный разогрев узлов и сред дизеля, то подвод горячего теплоносителя только в один ряд блока цилиндров приводил к тому, что скорость разогрева другого ряда блока цилиндров резко отставала от первого. Таким образом, исследования [12, 35], проведенные в Красноярском филиале ВНИИстройдормаша, позволили сделать следующие выводы:
1. У двигателей с однорядным расположением цилиндров котел подогревателя должен устанавливаться со стороны пускового двигателя; При термосифонной;циркуляции:жидкости обязательно, а при принудительной? желательно котел подогревателя устанавливать ниже водяной рубашки блока двигателя. При этом водоподводящий трубопровод следует подсоединить в нижнюю часть последнего (например, для дизелей Д-108, Д-160 - четвертого) цилиндра; а отводящий-трубопровод соединить с полостью водяного насоса, куда следует подключить трубопровод рубашки охлаждения пускового двигателя.
2. У двигателей с V-образным расположением цилиндров котел подогревателя устанавливается в передней части двигателя, ввод теплоносителя у шестицилиндрового дизеля осуществляется в нижнюю часть третьего и шестого цилиндров каждого ряда блока (соответственно четвертого и восьмого у восьмицилиндрового двигателя), а отвод охлажденной жидкости - из полости водяного насоса или нижней части первого и четвертого цилиндров (первого ипятого у восьмицилиндрового):
3; Трубопроводы для циркуляциижидкого теплоносителя:не должны иметь отрицательных углов наклона во избежание образования паровоздушных пробок и создания больших сопротивлений движению теплоносителя:
4. При термосифонной циркуляции теплоносителя диаметры трубопроводов подвода и отвода и отверстия двигателя, должны быть не менее 28-30 мм.
5. Подогреватель во всех случаях должен быть установлен в непосредственной близости от двигателя и иметь минимально короткие трубопроводы подвода и отвода жидкого теплоносителя. Авторы [64], изучая эффективность индивидуальных систем разогрева дизелей отечественных тракторов, оборудованных подогревателями типов ПЖБ или ПЖД, пришли к несколько другим выводам. Экспериментально они установили, что у дизелей с однорядным расположением цилиндров, как при термосифонной, так и при принудительной циркуляции жидкости горячую жидкость следует подводить в нижнюю часть рубашки блока двигателя со стороны маховика и отводить также из нижней части рубашки блока, но с противоположной его стороны. При V-образном расположении цилиндров горячую жидкость следует подводить, в нижнюю часть рубашки другого ряда блоков.
Однако на отечественных тракторах встречаются различные схемы подвода и отвода теплоносителя. Так, например, у тракторов Т-74, ДТ-75, ТДТ-55, Т-100 [148], имеющих дизель с однорядным расположением цилиндров, охлажденная жидкость отводится из рубашки блока со стороны подвода горячей жидкости, а у тракторов МТЗ-50Л, имеющих дизель такого же типа - с противоположной стороны [83, 92].
Очевидно, расположение в выводах исследователей [65, 83] можно объяснить различием конструкций исследуемых ими дизелей, а именно различным распределением гидравлических сопротивлений зарубашечного пространства, по которому движется теплоноситель.
Авторы работ [32, 76 и др.] исследовали индивидуальные системы предпусковой тепловой подготовки ДВС зарубежных строительных и дорожных машин, имеющих подогреватели. Наибольшее распространение получили подогреватели фирм Вебасто, Эбершпехер, Стеворт, Уорнер, Смит, Авиалекс, Микуни и др. В целом зарубежные системы предпусковой тепловой подготовки двигателей с использованием подогревателей не имеют принципиальных отличий от отечественных систем, однако они имеют свои особенности, связанные с конструкциями подогревателей.
Прежде всего, зарубежные фирмы наряду с жидкостными подогревателями широко применяют на своих машинах воздушные подогреватели. Например, на кранах фирмы «Тадано» применяется воздушный подогреватель «Микуни» 50НК-30. Принцип работы воздушных подогревателей заключается в том, что теплоноситель — горячий воздух — подается во внутри картерное пространство дизеля, а продукты сгорания топлива подогревателя/ - под поддон дизеля. Однако из теории теплообмена известно, что интенсивность теплообмена между жидкостью И твердым телом намного выше, чем при теплообмене между газом и твердым телом. Так, например, ориентировочные значения коэффициента теплоотдачи при теплообмене между воздухом и поверхностью твердого тела находятся, в пределах 1-60 Вт/(м К), а при теплообмене между водой и поверхностью твердого тела может быть. в пределах 230-11500 Вт/(м К), т.е. в сотни раз больше [62]. Поэтому разогрев1 двигателя-от воздушного подогревателя, осуществляется значительно медленнее, чем от жидкостного. Для улучшения пусковых свойств ДВС в этом случае дополнительно применяется» подогрев воздуха различными электронагревателями.
Существуют и отечественные воздушные подогреватели, которые применяются, как правило, для разогрева, двигателей с воздушным, охлаждением.
Кроме того, зарубежные системы предпускового разогрева ДВС с жидкостными подогревателями используют дополнительно, наряду с последними, свечи накаливания. Это позволяет применять на зарубежных машинах подогреватели меньшей теплопроизводительности.
Следует также отметить, что зарубежные системы разогрева ДВС с подогревателями более сложны, значительно1 дороже отечественных и рассчитаны дляработы при температурах не ниже -40 С [117].
Все рассмотренные выше индивидуальные системы предпусковой-тепловой подготовки ДВС работают только в режиме разогрева. В настоящее время широко стали применяться автоматические индивидуальные системы с подогревателями, работающие как в режиме разогрева, так и в режиме подогрева.
Разработка математической модели процесса зарядки теплового аккумулятора фазового перехода
Молекулярно-кинетическое представление процесса плавления аккумулирующей среды описывается в многочисленных работах [25, 30, 109].
Однако не всякие фазовые превращения можно использовать в ТАФП. Существуют фазовые переходы первого и второго рода. Описание этих фазовых переходов осуществляется с помощью основных термодинамических функций [151], одной из которых является энергия Гиббса, называемая также в литературе изобарно-изотермическим потенциалом или термодинамическим потенциалом [27, 124].
С учетом анализа научных работ [8,31, 44, 134, 135], направленных на исследование физических основ аккумулирования теплоты [21] посредством фазовых переходов, нами разработаны следующие требования [50] к применяемым в ТАФП теплоаккумулирующим материалам: - высокие энтальпия плавления и плотность; - удобная из эксплуатационных условий температура плавления; - высокая удельная теплоемкость в твердой и жидкой фазах (если используется и изменение внутренней энергии); - отсутствие тенденции к расслоению, температурная стабильность; - отсутствие возможности значительного переохлаждения при кристаллизации; - незначительное изменение объема при плавлении, т.е. отношение плотности жидкой фазы к плотности твердой фазы должно быть близко к единице. - слабая химическая активность (это позволяет использовать недорогой материал для изготовления металлоконструкций ТАФП); - безопасность, т.е. отсутствие ядовитых паров и опасных реакций с теплообменной средой; - стабильность физико-химических свойств в диапазоне рабочих температур; - низкая стоимость.
Удельная энтальпия плавления АЬПл характеризует ту теплоту, которая запасается единицей массы ТАМ в процессе его плавления. Поэтому, при всех прочих равных условиях наиболее перспективным [43] будет такой, ТАМ, который имеет максимальное значение Дппл Плотность ТАМ в твердой и жидкой фазах ртв, Рж влияет в конечном итоге на габаритные размеры ТАФП и характеризуют степень объемного изменения ТАМ.,
По удельным теплоємкостям твердой и жидкой фаз ств, Сж можног судить о пригодности данного ТАМ для аккумулирования внутренней, энергии.
Коэффициенты теплопроводности ТАМ в твердой и жидкой фазах X тв» ж определяют процесс теплообмена [46]. Однако к выбору теплоакку-мулирующих веществ по значениям коэффициентов теплопроводности -надо подходить с двоякой точки зрения. В процессе-разрядки ТАФП, когда за сравнительно короткое время требуется быстро отдать накопленную энергию, важно иметь хорошую теплопроводность, т.е. значение Хж должно быть как можно выше. С другой стороны, если ТАМ частично использовать как теплоизолятор во время хранения теплоты в ТАФП, то-надо стремиться. к тому, чтобы величина X тв была как можно меньше [70].
По мнению авторов работ [27, 28; 30; 31] для теплового аккумулирования с использованием теплоты фазового перехода наиболее перспективными являются следующие чистые вещества: кристаллогидраты неорганических солей; органические вещества; соли.
В.Н. Данилин в работе [26] показывает, что кристаллогидраты неорганических солей являются перспективными теплоаккумулирующими материалами для температур до 100С.
Из кристаллогидратов солей, признанных перспективными, исследованы в большей степени следующие вещества: октагидрат гидроксида бария, декагидрат сернокислого натрия и декагидрат карбоната натрия, три-гидрат азотнокислого лития и додекагидрат двухзамещенного фосфата натрия. Отмечено, что единственным преимуществом декагидратов сульфата и карбоната натрия, по сравнению с тригидратом нитрата лития, является их низкая стоимость.
Как отмечает в этой работе В.Н. Данилин [25], значительным препят ствием применения кристаллогидратов является склонность их к значитель ным переохлаждениям и непостоянство точек плавления. Уменьшение пе реохлаждения, снимающее это ограничение, может быть достигнуто введе нием инициаторов кристаллизации. В качестве инициатора кристаллизации, снимающего переохлаждение тригидрата нитрата лития, указан гидроокси нитрат цинка, а для додекагидрата двухзамещенного фосфата натрия - про дукт реакции между железом и расплавом фосфата, снимающий переохла ждение последнего до At = 7...8С. Однако незначительные переохла ждения ТАМ в ТАФП, предназначенных для облегчения пуска ДВС в усло виях низких температур окружающего воздуха, практически не влияют на процессы отдачи теплоты во время разрядки ТАФП. Физико-химические свойства кристаллогидратов нитратов, приводимые в работе [25], сведены в табл. 2.1. Характеризуя кристаллогидраты как теплоаккумулирующие ма териалы, следует отметить их низкую стоимость и большую удельную мас совую энтальпию плавления. Плавящиеся без разложения кристаллогидраты наиболее перспективны, так как плавление их происходит при постоянной температуре. Расчет теплоты плавления кристаллогидратов с точностью ±10 кДж/кг достаточен для инженерных расчетов при конструировании ТАФП.
Методика проведения лабораторных испытаний системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей
Целью создания математической модели процесса хранения теплоты в ТАФП является получение зависимостей, позволяющих изучать его функционирование в течение этого процесса [13]. Основной математической зависимостью для рассматриваемого процесса является зависимость [57], позволяющая рассчитывать среднюю по всему теплоаккумулирующему объему температуру ТАМа Тт в каждый момент времени г.
Для построения математической модели введем следующие допущения.
Тепловое состояние ТАМа будем описывать с помощью средней по всему теплоаккумулирующему объему температуры Тт, изменяющейся, во времени.
Весь процесс хранения тепловой энергии условно разделим на два.периода. Первый период - охлаждение ТАМа в жидкой фазе от начальной температуры, . равной г конечной температуре нагрева ТАМа ТТк0н в процессе зарядки ТАФП, доля средней температуры Тт, равной температуре фазового перехода Щ. Второй период; - кристаллизация ТАМа при Тф. Практический; интерес представляет только первый; период. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать процесс хранения теплоты в интервале температур - Тф Тт L Ткон 2. Коэффициенты переноса (коэффициенты теплопроводности, тепло отдачи) и удельные массовые теплоемкости материалов участвующих в про цессе теплопередачи, не зависят, от температуры. Согласно [148]; и с учетом сделанных выше допущений справедливы следующие уравнения в дифференциальной форме: - уравнение теплопередачи от ТАМа к окружающему, воздуху dQ -fco-F -fTTJdr, (2:46) где dQn0m — бесконечно малое количествотешюты,рассеиваемое ТАФП; в окружающую среду в течение времени Эт, Дж; к0- коэффициент теплопередачи от ТАМа к окружающему воздуху, Вт/(м2 К); Fnoe- площадь поверхности ТАФП, излучающей теплоту, м2; Т0 - температура окружающей среды, К; - уравнение теплового баланса для ТАМа SQT = тг с? д 7 , (2.47) где dQT- бесконечно малое изменение энергоемкости ТАФП при изменении температуры ТАМа на д Тт, Дж; гпт- масса ТАМа, кг; с? - удельная массовая теплоемкость ТАМа в жидкой фазе, Дж/(кг К). Так как dQnom = -6QT,, то с учетом (2.46), (2.47) после несложных преобразований получаем следующее линейное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами: jgY + К Fnoe .г _ К -Fnoe То = о . дт mT-Cf -гпт-С? К } Известно, что при г = 0 средняя по теплоаккумулирующему объему температура ТАМа Тт равна конечной температуре его нагрева Тт кон в процессе зарядки ТАФП. Следовательно, начальным условием для решения дифференциального уравнения (2.49) будет являться следующее выражение:
Исследуем общее решение (2.51). Если т = 0, то в соответствии с (2.51) Тт (0) = Тткон, что соответствует начальному условию (2.50). Функция (2.51) позволяет определить время гпот, в течение которого ТАМ охлаждается от Тт - ТТкон ДО Тт = Тф. Действительно, если положим г = Тпот, Тт(тпт) = Тф, то получаем Таким образом, уравнения (2.51) и (2.52) представляют собой искомые математические зависимости, позволяющие изучать функционирование ТАФП в процессе хранения теплоты. В заключение сделаем два замечания. Во-первых, полученное уравнение (2.51) представляет собой экспоненциальную зависимость, что соответствует ходу изменения большинства физических величин, изменяющихся во времени. Во-вторых, в отличие от математической модели процесса зарядки ТАФП, в которой потери учитывались введением КПД зарядки т, в рассматриваемой модели тепловые потери рассчитываются в явной форме, путем вычисления коэффициента теплопередачи к0. Это объясняется тем, что если в процессе зарядки учитывать тепловые потери в явной форме, то получаемые решения были бы слишком громоздкими и неудобными для инженерных расчетов.
Результаты экспериментальных исследований системы предпусковой тепловой подготовки тракторного дизеля
Методика проведения стендовых испытаний системы предпусковой тепловой подготовки дизеля заключается в следующем. Экспериментальная установка на базе дизеля Д-245Т, изображенная на рис. 3.8, заполняется охлаждающей жидкостью. После заполнения полостей рубашки охлаждения, теплового аккумулятора и трубопроводов дизель запускается: Система предпускового подогрева работает в режиме зарядки по схеме рис. 3.1.
Температура ОЖ в расширительном баке радиатора определяется термопарой (рис.3.14), температура окружающего воздуха контролируется ртутным термометром. Массовый расход ОЖ в системе определяется с помощью расходомера, а температура ОЖ на входе и выходе из ТАФП — по показаниям термопар, установленных во входном и выходном патрубках ТАФП (рис.3.9). Все измеряемые показатели отображаются в режиме реального времени на дисплее измерительного комплекса (рис. 3.16). Процесс окончания зарядки наступает тогда, когда температура ОЖ на входе и выходе из ТАФП будут равны. При достижении температуры плавления ТАМа дизель останавливается. Система предпускового подогрева работает в режиме хранения тепловой энергии по схеме рис. 3.2.
Период хранения аккумулированной энергии составлял от 16 ... 24 ч. По истечении времени хранения система заполняется предварительно охлажденной ОЖ. Охлаждение жидкости осуществляется в ультракреостате N-180 (рис. 3.9).
Затем с помощью выпрямителя включается электронасос. Процесс разрядки ТАФП и разогрева двигателя осуществляется по схеме рис. 3.3. При этом контролируется температура ОЖ на входе и выходе из ТАФП (рис. ЗЛО) и в верхнем расширительном бачке радиатора. Процесс окончания разрядки наступает тогда, когда температуры ОЖ на входе и выходе из ТАФП будут равны. После этого осуществляется пробный пуск дизеля с измерением времени пуска, температуры пуска и времени выхода дизеля на нормальный тепловой режим.
Таким образом, изображенная на рис. 3.8 экспериментальная установка позволяет имитировать в стендовых условиях процессы зарядки и разрядки ТАФП.
Целью проведения испытаний является экспериментальная проверка эффективности функционирования разработанной системы предпусковой тепловой подготовки дизеля трактора «Беларус-320» в условиях зимней эксплуатации.
Задачами эксплуатационных испытаний являются монтаж системы, отладка выбранной схемы, оценка работоспособности и эффективности системы тепловой подготовки в условиях эксплуатации, а также отработка техника ческой документации на окончательную установку системы в соответствии с результатами испытаний и техническими требованиями к элементам комплектации системы.
Принципиальная схема системы предпусковой тепловой подготовки дизеля с ТАФП представлена на рис. 3.11.
Принципиальная система предпусковой тепловой подготовки дизеля, испытываемая в условиях эксплуатации трактора: 1 - заливная пробка охлаждающей жидкости; 2 - расширительный бачок; 3 - блок цилиндров; 4 - циркуляционный насос; 5 - датчик температуры; 6 — термостат; 7 - вентилятор; 8 - радиатор; 9 - место подсоединения теплового аккумулятора к внутреннему контуру системы охлаждения; 10 - тепловой аккумулятор.
Система включает в себя (рис. 3.11) блок цилиндров дизеля 3, жидкостный радиатор 8, термостат 6, циркуляционный насос 4 и контур подогрева дизеля, состоящий из ТАФП, электронасоса, трубопроводов, кранов, расширительного бака 1 и термопар, установленных на входе и выходе из ТАФП 10. Система заполнена низкозамерзающей охлаждающей жидкостью.
В качестве электронасоса используется серийный электрический подкачивающий насос штатного теплообменника с функцией пассивного вращения. Максимальная производительность насоса 100 л/ч при давлении 44 ... 56 кПа. Краны позволяют отключать и подключать контур системы подогрева к системе охлаждения. Расширительный бак 1 предназначен для компенсации увеличения объема ОЖ при расширении, а также для предотвращения завоз-душивания системы. Пробка расширительного бака содержит вакуумный и предохранительный клапаны. При этом предохранительный клапан открывается при давлении 7 кПа. Термопары регистрируют температуру ОЖ при работе системы, сигнал от которых поступает на показывающий прибор — цифровой мультиметр (на рис. 3.10). Клапан-термостат 6 начинает открываться при температуре 77 С, максимальный ход при 94 С составляет 7,5 мм. Расход ОЖ при закрытом термостате и клапане 15 литров в час.
Методика проведения эксплуатационных испытаний системы предпусковой тепловой подготовки выполняется в два этапа (подготовительный и основной) и заключается в следующем.
Первый этап испытаний — подготовительный
Проверка соответствия взаимного расположения элементов системы согласно схеме (рис. 3.11), производится визуально, в процессе ее монтажа на трактор «Беларус-320». Оценка работоспособности системы осуществляется в процессе обкатки трактора, при этом выполняются пробные процессы зарядки ТАФП, хранения накопленной теплоты и разрядки ТАФП (подогрева дизеля). Эти процессы контролируются путем наблюдения за показаниями установленных в системе приборов. Особое внимание необходимо обращать на работоспособность ТАФП, автономного электронасоса, шаровых кранов и герметичность соединений. В случае возникновения течи охлаждающей жидкости или отказе отдельных элементов системы трактор возвращается в гараж для устранения причин неисправностей.
Второй этап испытаний — основной
Функционирование системы предпускового подогрева дизеля по назначению осуществляется в соответствии с вышеизложенным описанием. Во время работы системы в режиме зарядки ТАФП испытатель, находящийся в кабине трактора, через равные интервалы времени (5 минут) регистрирует показания термопар. В режиме хранения теплоты фиксируется время межсменной стоянки трактора на открытой площадке при воздействии низких температур окружающей среды. Во время работы системы в режиме разрядки ТАФП (подогрева двигателя) испытатель, находящийся в кабине трактора, через равные промежутки времени (30 с) регистрирует показания термопар. При пуске дизеля оценивается время пуска. При этом контролируется температура окружающей среды с помощью термометра на всех режимах работы системы.
