в каком водяном контуре установлен воздухоохладитель
В Поездку
Все для локомотивной бригады
Назначение, устройство и принцип действия систем охлаждения.
Служит для отвода и рассеивания в атмосферу тепла от дизеля для обеспечения нормальной работы в течении длительного времени, независимо от нагрузки.
Установленный на тепловозах дизель имеет водяное охлаждение, необходимость которого обусловлена высоким нагревом отдельных его частей, соприкасающихся с горячими газами.
Уже в конце такта сжатия температура воздуха в цилиндрах повышается до 500 — 700 °С, а при сгорании топлива она достигает 2000 °С. Даже отработавшие газы на выхлопе имеют температуру 430 — 480 °С.
Такой высокий нагрев деталей мог бы вызвать значительную их деформацию, разрушение, пригорание масла и, как следствие, заклинивание поршней в цилиндрах.
Сильный нагрев деталей дизеля требует интенсивного охлаждения их водой, температура которой должна быть достаточно высокой во избежание появления трещин в блоке, цилиндровых втулках, крышках цилиндров и корпусе турбонагнетателя.
Нагретая вода охлаждается в секциях радиатора, а часть тепла, отводимого от дизеля водой, используется для вспомогательных целей (подогрева топлива в баке и воздуха в кабине машиниста в холодное время года).
На тепловозах ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ и ЧМЭЗЭ вода используется также для охлаждения дизельного масла в водомасляном теплообменнике и наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры дизеля. Так как охлаждение масла и наддувочного воздуха должно осуществляться водой с более низкой температурой по сравнению с водой, охлаждающей дизель, то водяная система имеет два самостоятельных контура циркуляции воды.
Системы охлаждения подразделяют на:
В открытых системах вода через водяной бак связана с атмосферой воздуха, что ограничивает избыточное давление в трубопроводах и рабочую температуру воды в пределах 75–85С
В закрытых системах вода не связана с атмосферой, т.е. она циркулирует в герметическом трубопроводе, что позволяет поднять давление выше атмосферного и температуру кипения выше 100 0С.
Закрытые высокотемпературные при температуре 120 и выше. Она должна иметь повышенное давление, исключающее кипение и образования паровых пробок. Уменьшаются потери тепла в воду.
Закрытые системы с низкотемпературным охлаждением имеют температуру воды в пределах 105 °С,
Все отечественные тепловозы с закрытыми водяными системами имеют низкотемпературное охлаждение (2ТЭ116, 2ТЭ121 и т.д.).
Для повышения температуры кипения воды необходимо создать в водяной системе избыточное давление. Это можно осуществить тремя способами:
На отечественных тепловозах избыточное давление создается за счет герметизации водяного бака, что позволяет повышать температуру воды до 105 С без её кипения.
Температура кипения зависит от величины избыточного давления в системе.
Из зависимости видно, что чем выше давление, тем выше температура кипения воды.
Повышение давления ограничено возможностью нарушения уплотнений цилиндровых гильз дизеля и прочностью трубок радиаторов. Испытание серийных радиаторов под давлением 0,4 МПа в течение 400 ч не вызвало их повреждения.
На тепловозе применяют два самостоятельных контура состоящих из водяного насоса и охлаждающих секций.
Каждый контур имеет систему открытого типа с принудительной циркуляцией воды.
Контуром называется замкнутый трубопровод, имеющий в своем составе водяной насос.
Основной контур служит для охлаждения воды выходящей из дизеля, подвода горячей воды в топливоподогреватель и к калориферу для обогрева кабины и подогрева подножки.
Дополнительный контур служит для охлаждения масла в водомасляном теплообменнике и для охлаждения надувочного воздуха.
Температура на выходе из дизеля:
В систему охлаждения входят:
Для охлаждения воды:
Оба контура объединены расширительным баком, укрепленным над шахтой холодильника.
В процессе работы дизеля разность температур воды на выходе и входе дизеля не должна превышать более 10 градусов.
Маневровые локомотивы
Водяная система
Водяная система дизеля (рис. 68) закрытого типа с принудительной циркуляцией воды имеет два самостоятельных контура охлаждения (горячий контур, холодный контур), каждый из которых имеет свой трубопровод, водяной насос, секции холодильника и общий вентилятор охлаждения.
Система предназначена для отвода тепла, выделяющегося при работе дизеля, для обогрева кабины машиниста и осуществления прогрева дизеля перед запуском от постороннего источника тепла.
Горячий (основной) контур предназначен для охлаждения выхлопных коллекторов, корпуса турбокомпрессора, втулок и крышек цилиндров дизеля. В холодное время года вода горячего контура используется для подогрева топлива в топливоподогре-вателе, обогрева кабины машиниста.
Водяным насосом 46, левым по ходу тепловоза, вода нагнетается в охлаждающие полости дизеля 42 и турбокомпрессор. Нагретая вода отводится от дизеля в секции 53 холодильника тепловоза и далее во всасывающую полость водяного насоса 46. В холодное время часть воды из водяной полости левого выхлопного коллектора дизеля отводится на обогрев в топливоподогреватель 29, калорифер 32, обогреватели пола кабины машиниста 34 и 65.
Холодный контур предназначен для отвода тепла от охладителя наддувочного воздуха и охладителей масла дизеля.
Водяным насосом 63, правым по ходу тепловоза, вода нагнетается в маслоохладитель 22 дизеля, секции 3 холодильника. Охлажденная вода далее прокачивается через маслоохладитель 59, холодильник наддувочного воздуха 64 и поступает во всасывающий патрубок водяного насоса 63.
Терморегуляторы 66 (в горячем и холодном контурах) автоматически управляют частотой вращения вентилятора холодильника, поддерживая температуру воды в оптимальных пределах.
Для периодических замеров температуры воды в горячем и холодном контурах установлены грибки под ртутные термометры. Для периодических замеров давления воды в системе установлены грибки под манометры и грибки под мановакуум-метры.
Отвод пара и воздуха осуществляется с помощью паровоздушных трубок в расширительный бак 12, который соединен подпиточными трубами с всасывающими патрубками водяных насосов 46 и 63.
Водомерное стекло 13 предназначено для контроля уровня воды в расширительном баке. На боковой поверхности бака нанесены две черты с надписями В.У.- верхний уровень воды и Н.У.- нижний уровень воды. Уровень воды в баке должен находиться между этими отметками. Заливная горловина 9, расположенная в верхней части бака, закрывается крышкой, в которой вмонтирован паровоздушный клапан 8. Для сообщения бака с атмосферой при заправке снизу тепловоза нли перед снятием крышки с паровоздушным клапаном 8 имеется вестовая труба с краном 6.
Положение вентилей, краников и соединительных головок при работе дизеля, включении обогрева, прогреве топлива, прогреве дизеля от внешнего источника, при заполнении системы водой и сливе воды из системы указано в таблице на рисунке.
На подпиточных и паровоздушных трубах установлены вентили 11, 18, 19 и краник 7 с целью отсоединения водяного бака от системы при опрессовке водяных полостей дизеля.
Рис 69. Бак водяной расширительный: 1- паровоздушный клапан; 2- датчик-реле уровня, 3- бак водяной, 4-труба 13-гайка нажимная; 14-кольцо уплотннтельное; 15. 32-кольца; 16-шланг, уровня воды; 5-кран; в-труба; 7-головка соединительная, 8-залнвиая гор- 17, 19. 20. 22. 25, 27-резьбовые соединения; 18, 21, 26. 28, 31-прокладки, 23- ловниа, 9-угольник, 10-стекло водомерное, 11- кран нижний, 12-воронка, упор; 24-скоба, 29-обечайка; 30, 33-уплотнения, 34-насос водяной системы «Родник», 35-краиик водопускной
Расширительный бак (рис. 69) предназначен для компенсации объемного расширения воды при нагревании, пополнения системы водой, сбора пара и создания напора на всасывании водяных насосов.
Уплотнение заливочной горловины в месте прохода через крышку кузова осуществляется кольцевой прокладкой 31.
Клапан паровоздушный (рис. 70) предназначен для выравнивания давления в водяном баке, обеспечивая выпуск пара из бака при повышении давления в нем до 0,05-0,075 МПа (0,5-0,75 кгс/см2) и впуск
Рис. 70. Клапан паровоздушный: 1- корпус клапана, 2-колпак; 3-прокладка большая. 4-кольцо прижимное; 5-грибок, б-тарелка верхняя; 7, 10-прокладки малые; в-шток; 9-пружина обратного действия; 11- тарелка нижняя; 12- втулка; 13-изолятор; 14-пружина прямого действия; /5-шайба нижняя; 16-шайба контровочная, 17-гайка; 18-шайба опорная
Рнс 71. Датчик-реле уровня воды: 1, 5-кольца уплотннтельные, 2-винт стопорный; 3-микропереключатель, 4, 14-крышки, 6-болт регулировочный, 7-кронштейн, 8-корпус, 9-фланец; 10-рычаг; 11-сильной, 12-поплавок; 13, 17- прокладки, 15-кольцо пружинное, 16-штепсельный разъем; 18-вннт заземления
воздуха в бак при разрежении в нем 0,004-0,008 МПа (0,04-0,08 кгс/ см2).
При повышении давления в баке грибок 5 поднимается, преодолевая усилие пружины 14, и пар выходит в атмосферу через отверстия в колпаке 2. При возникновении разрежения в баке атмосферный воздух, преодолевая усилие затяжки пружины обратного действия 9, отжимает резиновую прокладку 7 вместе с тарелкой 6 от посадочных мест вокруг отверстий грибка 5 и входит в бак через эти отверстия.
Регулировки давления клапана осуществляются гайками 17, которые стопорятся шайбами 16. После регулировки торцы штока 8 и гаек 17 закрашивают красной эмалью ПФ-115.
Датчик-реле уровня воды (рис. 71) типа ДРУ-1 устанавливается в расширительном баке водяной системы тепловоза для контроля нижнего допустимого уровня воды в баке и выдачи сигнала на пульт управления о понижении уровня воды ниже допустимого. Принцип его работы основан на изменении положения поплавка 12 под воздействием выталкивающей силы воды. Поплавок при своем перемещении рычагом 10 воздействует иа микропереключатель 3, включенный в электрическую цепь сигнализации. Сильфон /7 служит разделителем между водой в баке и окружающей средой.
Настройку прибора на срабатывание производят болтом 6, ввернутым в рычаг 10.
На двух приливах корпуса размещены штепсельный разъем 16 и детали стопорного устройства. К фланцу 9 приварен разделительный сильфон 11. Корпус закрывается крышками 4 и 14. Уплотнение корпуса с крышками 4, 14 и фланцем 9 произведено прокладкой 13 и уплот-нительными кольцами 1, 5. Колодка разъема уплотнена прокладкой 17. Винт 18 для заземления на тепловозе не используется.
Типы воздухоохладителей: от бытового до промышленного
Назначение и устройство
Как правило, все промышленные охладители используют в качестве хладагента воду. Это является их основным отличием от других серий устройств охлаждения, поэтому их называют промышленными водяными воздухоохладителями.
Теплообменник промышленного водяного охладителя состоит из целого набора оребренных труб, заключенных в торцевые плиты, которые закрываются герметичными крышками. Корпус устройства оснащен патрубками входа и выхода хладоносителя (воды, водного раствора гликоля), и фланцами, для крепления устройства к трубопроводу. Каждая модель теплообменника, оснащена пробками для быстрого стравливания воздуха слива воды, а также монтажными приспособлениями.
Корпус аппарата может быть выполнен из углеродистой или нержавеющей стали. Используемый материал для труб теплообменника зависит от качества охлаждающей воды и условий работы установки. Наиболее часто, в качестве материала для труб используется нержавеющая сталь, латунь. В некоторых моделях применяются мельхиоровые трубы. Оребрение труб зависит от способа его изготовления, но чаще всего, для изготовления теплоприемных ребер используется сплав алюминия.
Промышленные водяные воздухоохладители различаются между собой производительностью, диаметром и оребрением труб, количеством циклов прохождения охлаждающей жидкости и конструктивному исполнению, среди которого можно выделить:
Что собой представляет охладитель для холодильной камеры
Воздухоохладитель для холодильной камеры представляет собой устройство, схема работы которого выглядит так: вентилятор подает напор воздуха на теплообменник с кипящим хладагентом или промежуточным теплоносителем. Отдав тепло хладоносителю, охлажденный воздушный поток, поступает в холодильную камеру. Теплообменник охладителя, как правило, изготавливают из оребренных труб, что значительно увеличивает площадь теплообмена по сравнению с гладкотрубными теплообменниками, а соответственно и эффективность устройства.
Теплообменники различают по типу оребрения:
По конструктивным особенностям, охладители воздуха холодильных камер делятся на:
В конструкцию охладителя для промышленных холодильников с контактным теплообменником (кроме гравитационных) входят осевые или центробежные вентиляторы. Эти устройства создают направленный поток воздуха, который и охлаждает помещение.
Наиболее востребованным оборудованием для охлаждения и заморозки продукции являются устройства с сухим принципом теплообмена. В качестве хладагента в таких аппаратах используется фреон. Полный комплект такого оборудования включает в себя: холодильный агрегат, воздухоохладитель, внешний или внутренний пульт управления, соединительные кабели и автоматику.
Как устроен охладитель
Испарительный воздухоохладитель представляет собой устройство, состоящее из вентилятора, водяного насоса и системы фильтров, заключенных в пластиковый или металлический корпус. Вентилятор всасывает воздух через отверстия в корпусе и проводит его через фильтр, который постоянно смачивается водой. Тепло воздуха способствует испарению воды и последующему охлаждению воздуха.
Фильтры, входящие в состав охладителя, очищают воздух от вредных примесей и частиц, размером более 10 мк, а также неприятных запахов. В ряде случаев возможна ароматизация воздуха выбранным запахом, например, эвкалипта.
Важно отметить, что воздух должен проходить через охладитель только один раз, иначе охлаждающий эффект устройства снизится.
Главное правила испарительного охлаждения гласит: сколько воздуха было подано в помещение через воздухоохладитель, столько же должно быть выведено из помещения через открытые проемы (окна или двери), а если их недостаточно, то с помощью вытяжной вентиляции. Нарушение этого правила может привести к тому, что влажность воздуха сильно повысится, сделав нахождение в помещении некомфортным как для людей, так и для животных и растений.
Охладитель может работать как в режиме охлаждения воздуха, так и в режиме вентилятора. Переключение на вентиляцию необходимо в тех случаях, когда условия среды не позволяют охлаждать воздух, например, при минусовой температуре, когда вода в устройстве может замерзнуть.
Водоснабжение
Стационарные охладители подключаются к сети водоснабжения с помощью металлических или резиновых трубок, и дополнительно могут быть снабжены устройством для очистки воды, что позволяет продлить сроки эксплуатации фильтров охладителя. В бытовые охладители вода заливается в специальный резервуар вручную.
Расход воды зависит от относительной влажности и температуры наружного воздуха, а также от скорости вращения вентилятора. В жаркий день стационарный охладитель, подключенный к сети водоснабжения с постоянной подачей воды, расходует 13-48 л воды в час, бытовые охладители — от 1 л/час. Чем ниже темпераура воздуха, тем меньше требуется воды на его охлаждение.
Энергопотребление
Что касается энергопотребления, то оно зависит от мощности мотора охладителя и для бытовых охладителей составляет примерно 125-220 Вт/ч, а промышленно-коммерческие охладители потребляют от 0,25 до 20 кВт/ч, Это составляет примерно 15-20% от той энергии, которая нужна кондиционерам для охлаждения такого же объема воздуха. Для сравнения, бытовой холодильник потребляет примерно 60 Вт/ч, а настольный компьютер с ЖК-монитором — примерно 300 Вт/ч.
Эффективность воздухоохладителя
Почему воздухоохладитель настоль эффективен? Ответ прост: эффективность воздухоохладителя заключается в его действии, то есть на теплопередаче между охлаждающей и охлаждаемой средами, которые разделены твердой стенкой. Не стоит забывать и о технике безопасности, осуществляя подключения воздухоохладителей к электрическим машинам. В частности, при подключении требуется принять меры, которые позволят избежать попадания воды на открытые части электрических машин. В этом случае, необходимо, чтобы при подключении воды к воздухоохладителям соблюдалось правило противотока, то есть вода должна входить со стороны выхода воздуха из воздухоохладителей. При выборе воздухоохладителя стоит руководствоваться основными техническими характеристиками, к которым относятся: расход охлаждающей воды, расход воздуха, температура охлаждающей воды, температура охлажденного воздуха, тепловой поток, масса воздухоохладителя. Воздухоохладитель рассчитан только на определенный интервал отводимых потерь, которые могут регулироваться количеством воды, протекающей через трубки воздухоохладителя. Чтобы не ошибиться техническими параметрами, на практике обычно расчет воздухоохладителя проводиться с запасом, начиная от десяти процентов и более, к их охлаждающей способности, при возможном понижении коэффициента эффективности их работы в периоды проведения очистительных работ. Если руководствоваться имеющимися нормативами, то по ОСТ 16.0.684.001-79, запас рекомендовано принимать в количестве 25 процентов.
Не маловажным фактором при выборе воздухоохладителя является выбор производителя. Так как конструкция воздухоохладителя сплошь металлическая, то стоит рассматривать поставщиков, расположенных в регионах, где профилирующей деятельностью является металлообработка. В связи с тем, что сырьевая база рядом, стоимость изготовления воздухоохладителя значительно снижается.
Классификация воздухоохладителей по принципу действия
Выделяют два основных типа воздухоохладителей – испарительного типа и водяные.
В воздухоохладителях испарительного типа внутри трубок происходит фазовый переход вещества из жидкого состояния в газообразное (кипение хладагента в результате нагрева от более теплого воздуха). Процесс кипения хладагента внутри трубок сопровождается охлаждением теплообменного блока и соответственно перекачиваемого воздуха. Такие аппараты часто называют просто испарителями.
В водяных воздухоохладителях внутри трубок протекает хладоноситель без фазовых преобразований (вода или различные растворы гликолей), который охлаждает теплообменник и соответственно прокачиваемый через него воздух.
Принцип действия водяного охладителя воздуха
Принцип воздухоохладителя заключается в следующем: охлажденная вода поступает в теплообменник, где через оребрение труб снимает излишнюю температуру проходящего сквозь него воздушного потока. Для эффективного охлаждения воздушной среды в электромашинах, работающих в условиях умеренного климата, температура циркулирующей в теплообменнике воды должна быть не выше 30С°. Для аппаратов, установленных в условиях более жаркого климата, температура хладоносителя должна варьироваться в пределах 30-40С°. 
Основные типы устройств для холодильных камер
Рассматривая промышленные системы охлаждения воздуха, стоит выделить водяные модели и устройства с необходимостью подачи фреона. Такие изделия различаются по конструкции и функциональности. Среди популярных видов воздухоохладителей для промышленности преобладают фреоновые типы, которые позволяют охлаждать помещение с максимальной эффективностью.
Основные отличия такой техники:
Водяной воздухоохладитель для холодильной камеры не преобразует рабочую жидкость, а лишь использует ее для охлаждения теплообменника. Вентиляторы выдувают воздух из охлажденной системы в камеру. Такие средства подключаются к чиллерам – блокам остужения нагретого теплоносителя. Эффективность работы чиллеров напрямую зависит от температуры воздуха снаружи. Поэтому в летних условиях такая техника часто теряет эффективность применения.
Чем отличаются комплексы для промышленного использования?
Существуют различные системы для обеспечения нужд каждого предприятия. В одном случае достаточно блока с двумя вентиляторами, в другой ситуации устанавливают несколько комплексов с 3-4 вентиляторами в каждом.
Можно выделить разные классификации воздухоохладителей. Отличается оборудование по площади теплообменника, количеству вентиляторов, массовому расходу воздуха, размерам. Мощность системы повлияет на эффективность использования модели.
Монтажные особенности также учитываются при подборе. Монтировать комплексы можно на стену, потолок или пол холодильной камеры. Выбор зависит от планировки пространства камеры и других особенностей. Основные характеристики вентиляторных блоков просчитываются и указываются при проектировании камеры.
Конструкция воздухоохладителей
Ребристо-трубчатый воздухоохладитель состоит из трубок, трубки соединены специальными U-образными калачами, на трубки с натягом насажены ламели. На входе в теплообменный блок располагается распределитель хладагента, цель которого равномерно распределить поток по всем контурам теплообменника. На выходе из теплообменного блока установлен выходной коллектор для объединения потоков газовой фазы хладагента.
Состав теплообменного блока испарителя:
Технические характеристики воздухоохладителей, особенности выбора и применения
Производительность на выбранном режиме работы зависит от объемного расхода перекачиваемого через теплообменник воздуха, разности температур воздуха на входе и выходе из теплообменника и удельной теплоемкости перекачиваемого воздуха при данных условиях.
Q = G * Cp * (Tвх – Tвых)
Q – производительность, Вт
G – объемный расход воздуха, м3/ч
Cp – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С)
Tвх – температура воздуха на входе в воздухоохладитель, °С
Твых – температура воздуха на выходе из воздухоохладителя, °С
Площадь теплообменной поверхности – это площадь поверхности, через которую происходит теплопередача от теплообменного блока к воздуху. Для увеличения площади теплопередачи на трубки теплообменника с натягом надеты ребра (ламели). Ламели в свою очередь имеют профиль специальной формы для увеличения площади. Чем больше площадь поверхности теплообмена, тем ниже объем влаги, сконденсированной из воздуха в процессе охлаждения. Соответственно чем площадь теплопередачи меньше, тем конденсация влаги на ламелях выше. Это может быть критично при охлаждении неупакованных продуктов питания, т.к. конденсация водяных паров из воздуха приведет к усушке охлаждаемых продуктов и утрате их массы и внешнего вида.
Объемный расход воздуха, перекачиваемого через теплообменный блок. Из формулы расчета производительности видно, что чем мощнее применяемые вентиляторы и выше объемный расход воздуха, тем выше производительность воздухоохладителя.
Промышленное теплообменное оборудование
Воздухоохладители промышленные чаще всего бывают поверхностного или сухого типа. Этот тип устройств используется для охлаждения электротехники, такой как электродвигатели, гидро и турбогенераторы и пр.
Промышленные устройства производятся серий: ВО; ВУП; ВОП; ВБ.
Бытовые устройства для охлаждения воздуха
Бытовые или мобильные воздухоохладители воздуха являются прямыми конкурентами сплит-системам. Такая климатическая техника стала в последнее время особенно популярна среди наших соотечественников, и на это есть ряд причин:
Принцип действия мобильных охладителей, основан на естественном испарении воды в потоке теплого воздуха, созданном вентилятором. Помпа, из емкости в корпусе устройства, подает воду на впитывающий фильтр. Вентилятор, создавая воздушную струю, заставляет воду испаряться, а это явление происходит с понижением температуры. Воздух охлаждается, увлажняется, очищается посредством фильтрующего элемента, после чего попадает в помещение.
Совет: если в помещении повышенная влажность, или есть источник сквозняка, то использовать охладитель описанного выше типа не рекомендуется. Лучше использовать кондиционер или фреоновую теплообменную установку.
Воздухоохладители промышленные чаще всего бывают поверхностного или сухого типа. Этот тип устройств используется для охлаждения электротехники, такой как электродвигатели, гидро и турбогенераторы и пр.
Коммерческие охладители воздушной смеси
Они применяются для понижения температуры воздушных масс в составе приточной вент. системы, для охлаждения и заморозки продуктов питания в холодильных камерах, для снижения температуры воздуха в торговых центрах и супермаркетах.
В коммерческих воздухоохладителях могут применяться аппараты, использующие в качестве хладагента, как водный раствор гликоля, так и фреон. Они производятся в нескольких исполнениях, в зависимости от способа монтажа:
Коммерческие охладители, как правило, обладают производительностью от 30 до 500кВт.