Радиатор самоочищающийся с интенсивным конвективным теплообменом
Полезная модель относится к системе охлаждения двигателей, а именно к конструкции радиаторов используемых на транспортных средствах, движущихся по бездорожью, работающих в полевых условиях.
Радиатор самоочищающийся с интенсивным конвективным теплообменом состоит из сердцевины, имеющей наклонный охлаждающий пакет, состоящий из охлаждающих трубок, оребренных охлаждающими пластинами, верхнего и нижнего бачков.
Предлагаемая конструкция радиатора самоочищающегося с интенсивным конвективным теплообменом решает задачу самопроизвольной очистки охлаждающего пакета сердцевины при повышенной теплорассеивающей способности радиатора.
Полезная модель относится к системе охлаждения двигателей, а именно к конструкции радиаторов используемых на транспортных средствах, движущихся по бездорожью, работающих в полевых условиях.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков (прототип) является радиатор, состоящий из сердцевины, имеющей охлаждающий пакет из охлаждающих трубок и пластин, верхнего и нижнего бачков (см. книгу Ю.А.Песков, И.К.Мещеряков, Ю.Н.Ярмашев и др. «Зерноуборочные комбайны «ДОН» г.Москва, Агропромиздат, 1986 г., стр.135).
При такой конструкции радиатора с вертикальным расположением охлаждающего пакета, при движении транспортного средства по бездорожью, при работе в полевых условиях, фронтальная поверхность и воздушные каналы сердцевины радиатора засоряются различными макрочастицами растительного происхождения, пылью, из-за чего ухудшается теплорассеивающая способность радиатора и в итоге, как правило, это приводит к снижению теплоотдачи и как следствие к перегреву двигателя. Поэтому возникает необходимость периодически проводить очистку сердцевины радиатора от засорения, это обстоятельство сокращает количество полезной работы, выполняемой машиной, и снижает ее производительность, с одновременным повышением затрат на ее обслуживание.
Предлагаемая полезная модель решает задачу самопроизвольной очистки охлаждающего пакета сердцевины при повышении теплорассеивающей способности радиатора в неблагоприятных внешних условиях работы, с точки зрения засоряемости, и исключает возможность засорения воздушных каналов сердцевины, т.е. в данном случае, сорная макровзвесь не проникает во внутрь сердцевины, задерживается на фронтальной поверхности, а снижение
теплоотдачи компенсируется естественным усилением конвективного теплообмена на внешней поверхности охлаждения.
Это достигается тем, что в известном радиаторе, состоящем из сердцевины, имеющей охлаждающий пакет из охлаждающих трубок и пластин, верхнего и нижнего бачков, новым является то, что в сердцевине радиатора охлаждающий пакет имеет наклонное расположение в направлении к встречному потоку охлаждающего воздуха, создаваемого вентилятором двигателя.
Охлаждающий пакет сердцевины радиатора имеющий наклонное расположение в направлении к встречному потоку охлаждающего воздуха имеет следующие полезные преимущества:
- первое - способствует более интенсивному конвективному теплообмену от наружной поверхности охлаждающих трубок и оребряющих их охлаждающих пластин к воздуху, вследствие чего увеличивается теплорассеивающая способность радиатора;
- второе - наряду с интенсификацией теплорассеивающей функции охлаждающий пакет выполняет функцию фильтра, задерживающего ингредиенты, засоряющие радиатор, на наклонной фронтальной поверхности сердцевины. Этому способствует более высокая степень оребрения трубок пластинами;
- третье - в процессе работы радиатора, при эксплуатации машины, при смене режимов работы двигателя и динамических воздействий в виде колебаний и вибраций, фронтальная поверхность сердцевины радиатора освобождается от налипшего засорения, то есть самоочищается;
- четвертое - обычную толстую четырех рядную сердцевину можно заменить на более тонкую - двух или трех рядную с меньшей материалоемкостью.
На фиг.1 изображен общий вид радиатора самоочищающегося с интенсивным конвективным теплообменом.
На фиг.2 изображен вид сбоку радиатора самоочищающегося с интенсивным конвективным теплообменом.
Радиатор самоочищающийся с интенсивным конвективным теплообменом состоит из сердцевины, содержащей наклонный охлаждающий пакет, состоящий из охлаждающих трубок 1, имеющих оребрение из охлаждающих пластин 2, верхнего 3 и нижнего 4 бачков.
Верхний бачок 3 имеет заливную горловину 5 и входной патрубок 6,нижний бачок 4 имеет выходной патрубок 7.
Заливная горловина 5 служит для заправки системы охлаждения двигателя охлаждающей жидкостью.
Радиатор работает следующим образом.
При работающем двигателе теплота с поверхности цилиндров двигателя отводится охлаждающей жидкостью циркулирующей в системе охлаждения, которая через, входной патрубок 6 поступает в верхний бачок 3. Затем горячая охлаждающая жидкость по наклонным охлаждающим трубкам 1, оребренным охлаждающими пластинами 2, перемещается из верхнего бачка 3 в нижний бачок 4. В процессе перемещения по наклонным охлаждающим трубкам 1, оребренным охлаждающими пластинами 2, переносимая охлаждающей жидкостью теплота передается на внешнюю поверхность охлаждающих трубок 1 и охлаждающих пластин 2 принудительно омываемую воздухом, подаваемым вентилятором двигателя. Воздух отнимает тепло от внешней поверхности, нагревается и отводится в атмосферу.
Интенсификация конвективного теплообмена в сердцевине с наклонным охлаждающим пакетом осуществляется естественным способом посредством ускорения или более интенсивного переноса тепла в наклонных трубках и наклонных пластинах к тыльной более высокой стороне охлаждающих трубок 1 и охлаждающих пластин 2, при этом направление конвективного переноса тепла совпадает с направлением потока омываемого воздуха, вследствие чего еще более усиливается конвективная теплорассеивающая способность
сердцевины, интенсивность теплоотдачи радиатора увеличивается в значительной мере.
Далее охлажденная в сердцевине охлаждающая жидкость из нижнего бачка 4 через выходной патрубок 7 направляется обратно к двигателю для повторного цикла.
Схема процесса самопроизвольной очистки сердцевины радиатора с интенсивным конвективным теплообменом изображена на фиг.2.
Самопроизвольная очистка сердцевины происходит следующим образом. Фронтальная поверхность А наклонного пакета сердцевины радиатора разделена на две зоны:
- рабочую теплорассеивающую зону a1, охлаждающие трубки 1 в которой имеют более высокую степень оребрения охлаждающими пластинами 2 с максимально допустимым шагом препятствующим проникновению засоряемых макрочастиц, находящихся в потоке воздуха, вовнутрь воздушных каналов сердцевины;
- вентиляционную зону а2, охлаждающие трубки 1 в которой имеют более низкую степень оребрения охлаждающими пластинами 2 с минимально допустимым шагом не препятствующим прохождению засоряемых макрочастиц, находящихся в потоке воздуха проходящего через воздушные каналы сердцевины в зоне а2 .
При эксплуатации радиатора ингредиенты сорных частиц из окружающей среды и находящиеся в потоке воздуха, создаваемого вентилятором Б двигателя, проходящего через решетку сердцевины, задерживаются и накапливаются на наклонной фронтальной поверхности А в рабочей зоне a1, тем самым снижая эффективность охлаждения двигателя.
Самоочистка фронтальной поверхности А сердцевины радиатора с наклонным охлаждающим пакетом происходит периодически в течение рабочего цикла машины (трактора), способом самопроизвольного встряхивания налипшей массы засорения, в благоприятные для этого периоды, в зависимости от изменения режимов работы двигателя и изменения параметров
скорости воздушного потока проходящего через решетку сердцевины радиатора.
Самопроизвольное встряхивание происходит посредством воздействия знакопеременных колебаний и вибраций в основном вертикального направления передаваемых на радиатор через упругие резиновые амортизаторы В, устанавливаемые на опорах радиатора Г, которые возбуждаются от циклически изменяющихся оборотов двигателя до минимальных и обратно до максимальных значений, в зависимости от режимов загрузки двигателя в процессе рабочего цикла трактора и динамических нагрузок вплоть до ударных, возникающих в процессе движения трактора, например, при выполнении сельскохозяйственных работ в зависимости от рельефа поля или рельефа полевых дорог.
Благоприятные условия для самопроизвольного отслоения, встряхивания и удаления накопившейся на поверхности А в рабочей зоне a1 массы засорения возникают при падении оборотов вентилятора, сопровождающихся снижением скорости воздушного потока проходящего через решетку сердцевины радиатора до минимальных значений, при которых сила потока притягивающая налипшую на поверхности А в рабочей зоне a1 массу засорения - минимальна. За время этого цикла налипшая масса засорения под воздействием собственного веса, колебаний и вибраций радиатора, отслаивается от поверхности А рабочей зоны a1 и в результате встряхивания опадает в вентиляционную зону а2, находящуюся в нижней части поверхности А, в которой охлаждающие трубки 1 имеют оребрение охлаждающими пластинами 2 с крупным шагом, образующее воздушные каналы через которые периодически, за время цикла повышения скорости воздушного потока на входе в радиатор в следствии увеличения оборотов вентилятора Б, опавшая в вентиляционную зону аз поверхности А масса засорений засасывается потоком воздуха и беспрепятственно проходит через увеличенные каналы сердцевины и выбрасывается в подмоторное пространство и далее в окружающую среду.
Таким образом, самопроизвольная очистка радиатора в совокупности с интенсивным усилением конвективного теплообмена внешней поверхности при меньшей материалоемкости охлаждающего пакета обеспечивает стабильное функционирование системы охлаждения двигателя при работе в условиях внешней среды с повышенной засоряемостью.
Радиатор самоочищающийся с интенсивным конвективным теплообменом, включающий охлаждающий пакет из охлаждающих трубок и пластин, верхнего и нижнего бачков, отличающийся тем, что в сердцевине радиатора охлаждающий пакет имеет наклонное расположение в направлении к встречному потоку охлаждающего воздуха, создаваемого вентилятором двигателя.
