АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА КАТЕРЕ

Раздел: Техника

Водо-водяные холодильники по конструктивному исполнению могут быть разделены на две группы: внутренние, размещенные внутри корпуса, и забортные, расположенные снаружи, ниже ватерлинии. На  4 представлен конструктивный пример внутреннего холодильника для двигателя мощностью 70—80 л. с. При использовании трубок с внутренним 26 диаметром 4—5 мм поверхность теплообмена выбирается из расчета 45—55 см2 внутренней поверхности трубок на 1 л. с. мощности двигателя.

Корпус холодильника изготовляется из доступных листовых материалов (сталь, медь, латунь, АМГ) сваркой, пайкой твердым припоем ПМД или даже легкоплавким припоем ПОС (ПОССу). Естественно, что корпус может быть выполнен п с помощью литья; трубчатая секция со б Еграе тс я при помощи пайки припоем ПОС. Учитывая, что отверстия и трубки перед сборкой необходимо олудить, диаметр сверления под трубки целесообразно увеличить на 0,1—0,2 мм. В случае изменения числа трубок их следует располагать так, чтобы суммарный боковой зазор В у всех рядов был по возможности одинаковым. Увеличение этого зазора уменьшит скорость протекания воды по внутреннему контуру, что приведет к ухудшению теплообмена.

Для улучшения теплоотдачи трубки следует располагать в шахматном порядке. Отверстия под трубки во фланцах и в дефлекторных ребрах сверлятся совместно, верхний и нижний фланцы, а также концы трубок олуживают припоем ПОС. В качестве флюса служит травленная цинком соляная кислота. При пайке целесообразно пользоваться электрическими паяльниками мощностью 250 Вт. Олуженные трубки вставляют в дефлекторные ребра и фланцы; полученную трубчатую секцию помещают в корпус без прокладки и выравнивают положение нижнего фланпа, который должен выступать на (б + ]) мм (б — толщина прокладки). Далее производят пайку трубок припоем 110С. Учитывая высокую теплопроводность трубок, место пайки дополнительно прогревают пламенем паяльной лампы или газовой горелки.

Место пайки для получения более чистого шва эпизодически смачивают травленой кислотой, удаляя образующуюся темно-коричневую соль. При-» панвают фланцы, вынимают трубчатую секцию и припаивают к трубкам в трех-четырех местах дефлекторные ребра. Затем устанавливают прокладку, крышку и соединяют все болтами. После этого производится подгонка буртика под размер 0,5 мм с притуплением острых кромок, чтобы обеспечивалась надежная герметизация нижнего соединения.

В случаях, когда размеры холодильников изменяются или когда используются готовые теплообменники (авиационные, от автомобильных ото- пителей), при определении требуемой площади охлаждения необходимо иметь в виду, что основное значение для интенсивности теплообмена имеет скорость течения жидкости. Так, если размер В увеличить в два раза (при тех же диаметрах и числе трубок), то интенсивность теплообмена уменьшит* ся на 30%. Если одновременно увеличить в два раза диаметр трубок, ухудшится теплоотдача и со стороны забортной воды.

1,         На глиссирующих катерах забортные холодильники целесообразно выполнять в виде транцевых плит ( 5), способствующих улучшению выхода на глиссирование, особенно с удельной нагрузкой 25—35 кг/(л. е.).

2,         На водоизмещающих катерах забортный холодильник целесообразно выполнять конструктивно совмещенным с пером руля ( 6), имеющим, как правило, достаточно большую площадь. Поскольку скорость воды в струе от винта больше скорости катера, холодильник обеспечивает надежное охлаждение даже при таких режимах, как буксировка пли швартовный.

3. На относительно тихоходных катерах с водометными движителями большого диаметра (280—320 мм) забортный холодильник целесообразно совместить с корпусом спрямляющего аппарата путем наварки на него дополнительной обечайки ( 7). Холодильник, установленный на корпусе водомета глиссирующего катера, будет иметь недостаточную поверхность в связи с малым диаметром ротора.

Трацпевые плиты — забортные холодильники, показанные па  5, предназначены для двигателей мощностью 70—80 л. с. Для улучшения охлаждения в плитах сделаны продольные перегородки. С учетом изменения формы холодильников или мощности двигателя площадь транцевых плит-холодильников выбирают из расчета 45—50 см  иа 1 л. с. (55—65 см2 при коллекторе, охлаждаемом пресной водой). Толщина плит 10—15 мм; перегородки в плитах располагают таким образом, чтобы площадь поперечного сечения полученных каналов удовлетворяла соотношению F = 0,2 N см2.

Транцевые плиты изготовляют из некоррозионных материалов толщиной 0,5—1,5 мм (нержавеющей стали, меди, латуни, алюминиевых сплавов АМГ, АМ.Ц). Соединение отдельных деталей можно выполнять с помощью сварки, пайки припоями ПМЦ, ПОС ИЛИ даже па заклепках; в последнем случае для обеспечения герметичности плиту можно оклеить одипм- двумя слоями тонкой стеклоткани на эпоксидной смоле; тонкий (0,5 мм) слой пластика не оказывает заметного влияния на теплоотдачу.

Обтекаемый руль-холодильник, показанный па  6, предназначен для двигателей мощностью 70— 80 л. с. При расчете площади руля необходимо учитывать, что обе его поверхности участвуют в теплообмене. Руль собирают из силового лонжерона, двух обечаек, внутрь которых предварительно вваривают или впаивают ребра и верхнюю и нижнюю шайбы. Площадь холодильника спрямляющего аппарата пид- счнтывается так же, как для транцевых плит.

Существенное достоинство вихревого насоса состоит в том, что он является самовсасывающим. Если перед запуском двигателя внутреннюю полость насоса заполнить водой, то при вращении рабочего колеса в насосе образуется вращающееся водяное кольцо, которое смещается к центру в районе перемычки. За .счет этого происходит откачивание воздуха из приемного отверстия. После остановки двигателя вода из трубопроводов начнет сливаться за борт до тех пор, пока пузырьки воздуха из напорного отверстия не попадут во всасывающее. Поэтому для увеличения высоты всасывания при последующем запуске двигателя необходимо, чтобы после остановки объем оставшейся воды был максимален. Для этого целесообразно применять насосы с двумя каналами, располагать приемное н выпускное отверстие как можно выше и принимать диаметр рабочего колеса больше расчетного. В новых и хорошо выполненных насосах высота всасывания может достигать 2 м, у изношенного же насоса с одним боковым каналом она уменьшается до 0,15—0,20 м.

Корпус насоса и рабочее колесо изготовляют из материалов, стойких против коррозии; для уменьшения износа желательно, чтобы твердость колеса существенно отличалась от твердости корпуса. Например, удачными можно считать такие сочетания, как латунное колесо и текстолитовый корпус или колесо из капрона и корпус из латуни. В целях упрощения технологии можно первоначально проточить канавку по всей окружности, затем изготовить кольцо по форме канавки, вырезать из него иожовкой сегмент с входным и выходным участками и укрепить его на винте п клею в канавке в районе перемычки.

Иногда для прокачки забортной воды применяют центробежные насосы автомобильных двигателей. Некоторые насосы при этом практически не потребуют переделок (МЗМА-401, ВАЗ, ГАЗ-21), в других придется установить заднюю стенку с приварным нагнетательным патрубком.

Производительность автомобильных насосов, как правило, превышает требуемую, а их иапор невелик, поэтому рекомендуется понижать гидравлическое сопротивление внешнего коитура; для этого иа схеме  3, б водо-водяной и водомасляиый холодильники подключены параллельно. По этой же причиие рекомендуется применять иасосы от двигателей меньшей мощности. Особенностью центробежных насосов является резкое падение напора с уменьшением частоты вращения.

Центробежный насос следует устанавливать так, чтобы он был расположен ниже ватерлинии и, следовательно, всегда был залит водой.

В качестве обратных можио применять резиновые лепестковые клапаны (по типу клапанов, применяемых в переносных ручных насосах или в электронасосе «Кама»), грузовые тарельчатые клапаны (применяемые в насосах БКФ) и грузовые шариковые клапаны (см,  11), которые являются наиболее падежными. Шарик изготовляют из пластмассы (текстолита) с удельной массой 1,3—{,5 г/см2 или из металла (пустотелый). Однако, как бы надежно ни работал обратный клапан, всегда возможна утечка воды из насоса, особенно при больших промежутках между запусками двигателя, Чтобы каждый раз при этом не заливать через штуцер воду, в схеме охлаждения рекомендуется предусмотреть ручной или электрический насос. У центробежных насосов при случайном попадании воды может произойти срыв потока, п нормальная работа восстановится только после остановки двигателя и заливки воды в полость насоса, Для подачи воды в насосы быстроходных катеров можно использовать скоростной напор струи от винта, укрепив водозаборную трубу сразу за БИНТОМ. Это особенно целесообразно для мореходных быстроходных катеров, которые на волнении могут полностью вылетать из воды.

В отличие от центробежных, шестеренные насосы — самовсасывающие и надежно обеспечивают подъем воды в двигатель на самой малой частоте вращения. 38

Поэтому передаточное отношение для шестеренных насосов выбирают исходя из обеспечения заданного расхода па режиме максимальной мощности.

Установка шестеренного насоса большей производительности приводит к увеличению давления в подводящих магистралях, что может повлечь за собой разрыв шлангов; кроме того, мощность, потребляемая насосом, будет излишне велика.

К недостаткам шестеренных насосов следует опге- сти их быстрый износ прп работе в илистой воде и коррозию шестерен, если они выполнены из обычной стали (ведущую шестерню целесообразно выполнять из латуни, а ведомую — из пластмассы пли резины).

насос с резиновым ротором (крыльчаткой) от подвесных моторов («Вихрь» и др.). Такие насосы являются самовсасывающими, обеспечивают стабильную подачу воды на малой частоте вращения, а в случае, если корпус выполнен из нержавеющей стали, обладают большим ресурсом. Однако производительность их невелика (600 л/ч при 5000 об/мин), п использовать их можно лишь в схемах с забортными холодильниками. При условии качественного изготовления ротора большего диаметра (лучший материал для него — неопреновая резина твердостью 60—70 по ТМ-2) такой насос, по-видпмо- му, будет наилучшим для подачи воды внешнего контура.

В некоторых случаях можно обойтись без в a coca забортной воды. При схеме с забортным холодильником на быстроходном катере (скорость не менее 30 км/ч) можно для охлаждения масляного холодильника использовать скоростной напор струн от винта ( 3, схема в). По этой схеме выпускной коллектор охлаждается водой внутреннего контура. Охлаждение масла в холодильнике и реверсредукторе производится начиная со средних ходов катера; на малых ходах, как правило, нет необходимости в охлаждении. У быстроходных водометных катеров для подачи воды можно использовать повышение давления за ротором насоса. В этом случае приемную трубку устанавливают за ротором, причем для увеличения напора ее вваривают под углом.

При выборе схемы водозаборника необходимо предусмотреть возможность очнстки на плаву как фильтра, так и участка трубопровода от заборного отверстия до фнльтра. Для очистки фильтра и внешнего участка трубопровода, показанных на  И, корпус фильтра, выполненный из корпуса фильтра тонкой очнсткн масла, поднимают на 20—30 см, чтобы он оказался выше ватерлинии, после чего разбирают фильтр, вынимают сетку и длинной проволокой прочищают внешний участок трубопровода. Наличие на этом участке трубопровода запорного крана-кингстона облегчило бы прочистку фильтра, но сделало бь| практически невозможным прочистку участка трубопровода от кингстона до приемного отверстия. Здесь же показано другое конструктивное решение этого узг ла. В тех случаях, когда заборная трубка укреплена за винтом, ее целесообразно крепить с внешней части транца, чтобы можно было прочищать как трубку, так и подводящий дюритовый шлаиг. Подводная часть заборной трубы должна иметь обтекаемое сечение.

Трубопроводы, особенно внутреннего контура, еле* дует располагать таким образом, чтобы исключалось образование воздушных мешков. Если это невозможно, то в наиболее высоких точках трубопроводов устанавливают дренажные трубки или пробки, которые необходимо открывать для выпуска воздуха при заливке воды.

При разработке схемы охлаждения следует предусмотреть возможность полного слива воды перед зимним сезоном путем установки в нижних местах спусковых пробок или легкоразъемных соединений.

Обязательным элементом замкнутых систем является расширительный бачок, который размещают выше самой высокой точки внутреннего контура; сюда же выводятся все дренажные трубки. Емкость бачка составляет 15—20% емкости системы; материалы могут быть самые разнообразные. Возможно применение в качестве расширительного бачка полиэтиленовой банки емкостью 2—3 л.

Основные неисправности системы охлаждения — перегрев двигателя и кипение воды в системе.

Признаки перегрева двигателя при нормальной температуре охлаждающей жидкости приведены инже. Причиной перегрева может быть не только толстый слой накипи, но и засорение отверстий в водораспределительной трубке двигателя, в результате чего охлаждение отдельных цилиндров будет нарушено. В этих случаях кроме удаления накипи и промывки блока необходимо при помощи специального крючка вынуть водораспределительную трубку для осмотра и чистки.

Кипение воды во внутреннем контуре может вызываться рядом причин. Так, прн недостаточной производительности насоса забортной воды температура забортной воды на выходе из водо-водяного холодильника будет превышать температуру воды в водоеме более чем иа 40—30°. Увеличить расход воды во внешнем контуре можно изменением передаточного отношения привода насоса (изготовив новый шкив) пли увеличением диаметров трубопроводов с целью уменьшения гидравлических сопротивлений. Производительность насоса может уменьшиться вследствие его износа.

Другой причиной кипения воды является кавитация насоса внутреннего контура из-за повышенного сопротивления линии всасывания (от расширительного бачка до насоса) нли из-за подсоса воздуха в насос через самоуплотняющий сальник насоса (при этом может и не наблюдаться подтекания воды из насоса). При износе (в пределах допустимого) упорной текстолитовой шайбы уменьшается сила поджатия шайбы за счет увеличения длины пружины. При работе насоса перед его входом возникает разрежение, тем большее, чем больше сопротивление линии всасывания. Вследствие этого шайба сжимает пружину и отходит от торца, открыв доступ в насос воздуху. При попадании воздуха производительность насоса резко падает, что приводит к закипанию воды. Характерным следствием подсоса воздуха в насос является выброс воды из горловины расширительного бачка на холодном двигателе. (Аналогичное явление наблюдается при повреждении прокладки блока.) Этн обстоятельства ог- рдиичивают возможность форсирования охлаждения за счет увеличения частоты вращения насоса внутреннего контура.

Чтобы уменьшить сопротивление всасывающей цепи, коллектор целесообразно охлаждать забортной водой, а также увеличивать диаметр и уменьшать длину шлангов. Если же коллектор охлаждается пресной водой, то лучше подключить его после насоса (см.  3,в). В этом случае штатный термостат двигателя удаляется, а для регулирования температуры используется отдельно установленный термостат; в частности, это может быть термостат двигателя ВАЗ. Поскольку при данной схеме образуется новый малый круг охлаждения, перепускной канал в двигателе необходимо заглушить. Еще одним достоинством схемы является то, что при прогреве двигателя коллектор не выключается из циркуляции; это ускоряет прогрев двигателя и предотвращает возможность закипания воды в коллекторе.

Предотвратить кавитацию иасоса можно установкой автомобильной крышки от горловины радиатора, имеющей паровые клапаны, благодаря чему температура кипения воды повышается до 109—110°. Другой вариант — подключение расширительного бачка к входу иасоса (см.  4, г). В этом случае допускаются потери напора в холодильнике до 4—5 м вод. ст., однако эффективность такой схемы снижается за счет утечек воды по дренажной трубке.

Кипение жидкости может также происходить из-за неправильного выбора площади холодильника или установки слишком тяжелого вннта, когда частота вращения двигателя оказывается значительно меньше расчетной, а также из-за причин, характерных для автомобильных двигателей: пробуксовки ремней привода насосов, поломки термостата, тугой сборки двигателя и др.

В двигателях воздушного охлаждения воздух засасывается вентилятором, нагнетается в межреберное пространство и выбрасывается в атмосферу; температура выходящего воздуха достигает 70—90°, поэтому его нельзя выпускать непосредственно в двигательный отсек. Выбрасывается горячий воздух через несколько отверстий. Приходится сооружать систему воздухо- провожав ятя выпуска воздуха за пределы отсека. Площадь этих воздухопроводов, а также площадь отверстия для забора холодного воздуха должна быть в 3—4 раза больше площади для прохода воздуха в штатном вентиляторе. Заборное отверстие следует располагать так, чтобы исключить по возможности попадание в него выбрасываемого горячего воздуха. Через заборное отверстие холодный воздух попадает в моторное отделение, а затем засасывается вентилятором двигателя. Во всех случаях для повышения надежности двигателей масло желательно охлаждать в водомасляном холодильнике.