close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

265

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Воронежский государственный аграрный университет
имени императора Петра I»
И.Б. Журавец
А.В. Ворохобин
С.З. Манойлина
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Учебно-методическое пособие
для выполнения лабораторно-практических работ
по дисциплине «Термодинамика и теплопередача»
для студентов 2 курса агроинженерного факультета
обучающихся по специальности
190109 – «Наземные транспортно-технологические средства»
Воронеж
2015
УДК 621.1.016.7 (075)
ББК 31.31
Ж 91
Рецензенты:
профессор кафедры «Электротехники, теплотехники и гидравлики» ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», д.т.н.,
В.М. Попов
профессор кафедры «Механизации животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет», д.т.н.,
В.В. Труфанов
Ж 91 Теплотехнические устройства наземных транспортнотехнологических средств: учебно - методическое пособие /
И.Б. Журавец, А.В. Ворохобин, С.З. Манойлина. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2015. – 86 с.
Учебное пособие соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования по
направлению подготовки «Наземные транспортно - технологические средства».
Изложены принципы работы, правила эксплуатации современных теплотехнических устройств наземных транспортно - технологических, значительное внимание уделено теплотехническим устройствам для поддержания микроклимата и улучшению условий
труда оператора.
Табл. 2. Ил. 42. Библиогр.: 25 назв.
© Журавец И.Б., Ворохобин А.В., Манойлина С.З., 2015
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», 2015
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
4
Предисловие
6
Введение
1. Устройства для облегчения запуска энергетических устано- 7
вок наземных транспортно-технологических средств
1.1. Свечи накаливания
8
1.2. Свечи подогрева воздуха во впускном коллекторе
9
1.3. Электрофакельные подогреватели воздуха
10
1.4. Устройство для подачи пусковой жидкости
12
1.5. Электрические подогреватели
14
1.6. Предпусковые подогреватели
15
18
2. Теплообменные устройства энергетических установок
наземных транспортно-технологических средств
2.1. Охладители надувочного воздуха
18
2.2. Радиаторы системы охлаждения и смазочной системы
20
3. Теплотехнические устройства для поддержания микроклимата и улучшения условий труда в наземных транспортнотехнологических средствах.
24
3.1. Подогревающие печи
24
3.2. Автомобильный кондиционер
25
3.3. Подогрев омывающей жидкости и сидений
36
3.4. Автономные отопители
37
39
4. Регулирование параметров микроклимата
4.1. Ручное регулирование
41
4.2. Автоматическое регулирование
42
5. Средства снижения солнечной радиации и водоиспаритель49
ное охлаждение
5.1. Инсоляция как основной источник тепловых нагрузок на
кабину НТТС
49
5.2. Анализ теплопоступлений и тепловойбаланс кабины
транспортного средства
53
5.3. Технические средства солнечной защиты. Перспективный анализ
63
67
Заключение
70
Глоссарий
84
Список литературы
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пособие базируется на устоявшихся традициях отечественной школы теплотехники и термодинамики.
Совершенствование специализированных устройств, необходимая квалификация в области основ термодинамики, путей ее
дальнейшего развития являются одним из главных требований к
современному специалисту в области эксплуатации наземных
транспортно-технологических средств (НТТС).
Учебное пособие создано как компонент учебнометодического комплекса «Термодинамика и теплопередача», в
который входят компьютерные лекции, лабораторный практикум
и система контроля качества усвоения учебного материала.
Данное пособие направлено на формирование компетенций:
- развития у студента информации по теплотехническому
обеспечению НТТС в плане снижения эргономических нагрузок
на оператора, повышения производительности труда, снижения
термической напряженности и уменьшения профессиональных
заболеваний;
- в области устройств термодинамического принципа действия, конструктивного оформления средств нормализации микроклимата – парокомпрессорных холодильных установок, термоэлектрических устройств, водоиспарительных воздухоохладителей;
- на ориентацию перспективного развития наиболее необходимых теплотехнических средств для кабин НТТС, благодаря чему
специалист способен выбрать эффективное теплотехническое оборудование для существующего арсенала НТТС.
Учитывая последние разработки в области теплотехнического обеспечения, авторы сосредоточили основное внимание
лишь на специализированных разделах технической термодинамики и теплопередачи.
Данное пособие является дополнением для последующего
изучения конструкций и эксплуатации НТТС по специальностям
направления
специальности
«Наземные
транспортнотехнологические средства».
Отдельные главы пособия написаны: И.Б. Журавцом – предисловие, введение, главы 1, 2, 3; совместно с С.З. Манойлиной –
4
главы 4; совместно с А.В. Ворохобиным – глава 5 и заключение.
Авторы выражают благодарность за ценные советы рецензентам: д-ру техн. наук, проф. В.М. Попову и д-ру техн. наук,
проф. В.В. Труфанову.
Авторы будут признательны за все замечания и предложения по улучшению содержания данного пособия, которые можно
направлять по адресу:
Российская Федерация, 394087, Воронеж, ул. Тимирязева,
д.13, кафедра «Тракторы и автомобили».
Тел.: (473) 253-79-00.
Е-mail: car 205 @agroeng.vsau.ru.
5
ВВЕДЕНИЕ
Одной из самых распространенных тепловой машиной на
земном шаре является двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Именно благодаря его изобретению был совершен революционный скачок в технологиях и в образе жизни миллионов людей.
Использование ДВС позволило создавать быстрые и маневренные транспортные средства, приводимые в движение за счет тепловой энергии, выделяющейся при сгорании органического топлива.
Современные наземные транспортно-технологические средства (НТТС) представляют собой средства, приводимые в движение двигателем внутреннего сгорания, электрическими двигателями, комбинированными энергосиловыми установками и т.п.
Все современные НТТС оснащаются большим количеством различных теплотехнических устройств, в числе которых в качестве
примера можно назвать предпусковые подогреватели, кондиционеры, газовые генераторы и холодильные установки. История одних из этих устройств может превышать век (двигатели внутреннего сгорания, холодильники), других – исчисляться многими десятилетиями (кондиционеры, предпусковые подогреватели), третьих (генераторы водорода, подогреватели сидений) – насчитывать лишь несколько десятилетий. Работа каждого из этих устройств основана на различных принципах, а конструкции характеризуются диктуемыми их назначением особенностями. К тому
же каждое из подобных устройств может реализоваться в самых
различных модификациях. Тем не менее, используя соответствующее оборудование необходимо представлять себе принципы
его работы, устройство и правила эксплуатации. И это, прежде
всего, связано с тем, что эффективная эксплуатация НТТС (прежде всего с позиции производительности и экономичности) в существенной степени зависит от совершенства используемых на
нем теплотехнических устройств.
6
1. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПУСКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
В условиях низких температур запуск двигателя становится
серьезной проблемой. Это относится к любым поршневым ДВС –
как к дизелям, так и к двигателям с искровым зажиганием и объясняется рядом факторов. Так, в связи с увеличением вязкости
смазочного масла растет момент сопротивления проворачиванию
коленчатого вала, что имеет следствием уменьшение частоты его
вращения и увеличение перетекания сжимаемого заряда через
кольца. В свою очередь, это обстоятельство приводит к уменьшению давления и температуры в конце процесса сжатия, что не
может не сказаться на условиях воспламенения топливовоздушной смеси.
В условиях пуска двигателя при отрицательных температурах смазочное масло к наиболее удаленным от масляного насоса
точкам поступает лишь по истечении нескольких минут. Это вызывает усиленный износ поверхностей, работающих в условиях
сухого трения, вплоть до момента поступления смазки, что предопределяет существенное сокращение моторесурса двигателя.
Ко всему прочему, конденсирующееся на холодной верхней части зеркала цилиндра топливо смывает с нее масляную пленку,
увеличивая тем самым износ и разжижая смазочное масло.
При холодном пуске двигателя, когда частота вращения
прокручиваемого стартером коленчатого вала не превышает 100
мин-1, при низких температурах условия для смесеобразования
оказываются особенно неблагоприятными, что объясняется
уменьшением испаряемости топлива с понижением температуры.
В результате для получения воспламеняемой смеси, состоящей из
воздуха и одних лишь легкокипящих фракций топлива, необходима подача больших количеств топлива – требуется обогащение
смеси. В этом случае в зоне искрового разряда свечи оказывается
способная к воспламенению смесь воздуха и паров легких углеводородов. Но более тяжелые неиспаренные фракции топлива
частично смешиваются со смазочным маслом, а частично – выбрасываются в выпускной трубопровод. Это имеет следствием
повышение расхода топлива и выбросов в атмосферу несгорев7
ших углеводородов, а также приводит к увеличению износа двигателя вследствие более интенсивного смывания масляной пленки с поверхностей цилиндров. Известно также, что в дизелях при
низких температурах часто происходит забивание топливного
фильтра, приводящее к прекращению подачи топлива к форсункам.
Дополнительные проблемы зимой возникают в связи с
уменьшением емкости аккумуляторных батарей. При температурах около –20оС их емкость снижается приблизительно на 60%,
что также затрудняет пуск.
Перечисленные проблемы давно и хорошо известны, однако
их решение еще недавно осуществлялось за счет больших потерь
топлива, времени и снижения моторесурса двигателя.
Для улучшения пусковых характеристик двигателей используют различные подогревательные устройства, позволяющие подогревать как отдельные узлы, так и двигатель в целом.
1.1. Свечи накаливания
Свеча накаливания с открытым нагревательным элементом
(рис. 1.1, а) устанавливается в камере сгорания двигателя таким
образом, чтобы раскаленная спираль 3 находилась на некотором
расстоянии, от границы струи распыливаемого топлива. Если
струя топлива задевает спираль, процесс воспламенения улучшается, но сокращается срок службы свечи. Спираль накаливания 3
(рис. 1.1, б) штифтовой свечи находится в закрытом кожухе 5, заполненном изоляционном материалом с высокой теплопроводностью. Кожух свечи изготавливают из железо-никель-хромового
сплава «инконель». Штифтовую свечу в камеру сгорания устанавливают так, чтобы конус струи распыливаемого топлива касался раскаленного конца ее кожуха.
Чаще используют однополюсные штифтовые свечи, потребляющие токи силой 5 и 10А при напряжениях соответственно 24
и 12В. Двухполюсные свечи для двухпроводные схем потребляют
токи силой до 50А при напряжении 1,7В. Время прогрева штифтовой свечи составляет 1…2 мин. Вследствие большой тепловой
инерции таких свечей нет необходимости устанавливать в их
цепь питания дополнительный резистор. Преимущество штифтовых свечей по сравнению со свечами открытого типа является
8
большая механическая прочность, и больший срок службы вследствие отсутствия окисления спирали кислородом воздуха. Штифтовые свечи могут быть установлены в дизелях с однополостными камерами сгорания.
Рис. 1.1. Свеча накаливания:
а – с открытым нагревательным элементом; б – штифтовая;
1 – центральный электрод;
2 – корпус;
3 – спираль;
4 – вывод;
5 – кожух спирали
Эффективность применения свечей накаливания при пуске
дизелей зависит от рабочей температуры открытой спирали или
кожуха штифтовой свечи, которая определяется силой проходящего по спирали тока. Пуск дизелей при использовании свечей
накаливания обеспечивается до температур -10...-15°С при частоте вращения коленчатого вала 60…80 мин-1[12].
1.2. Свечи подогрева воздуха во впускном коллекторе
На дизелях с неразделенные камерами сгорания применяют
электрические свечи и электрофакельные подогреватели для нагрева воздуха, поступающего в цилиндры двигателя при такте
впуска. Целью подогрева воздуха является повышение температуры в конце такта сжатиями, тем самым, улучшение условий образования, воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси.
Свеча СН-150 подогрева воздуха во впускном трубопроводе
(рис. 1.2, a) мощностью 400 Вт рассчитана на потребление тока
силой 45…47 А. Спираль 1 свечи нагревается до температуры
9
900…950°С через 40…60 с после подключения к аккумуляторной
батарее. В цепи питания свечей СН-150 предусмотрен контрольный элемент СЭ-52 и дополнительный резистор МД-51. Свечи
подогрева устанавливают в начале впускного коллектора или в
местах разводки по каналам цилиндров.
Рис. 1.2. Свеча подогрева воздуха
во впускном коллекторе:
а – СН-150-А;
б – фланцевая свеча;
1 – спираль накаливания;
2 – стержень;
3 – уплотнительная шайба;
4 – корпус;
5 – изоляционная шайба;
6 – контактная гайка;
7 – изоляционная втулка
Лучший теплоотвод от спирали 1 (рис. 1.2, б) впускному
воздуху обеспечивается при использовании фланцевых свечей.
Фланцевые свечи устанавливают в разъемах впускного трубопровода, что приводит к большому разнообразию их конструкций, но
усложняет конструкцию трубопровода.
Вследствие подогрева воздуха во впускном трубопроводе
свечой СН-150 на 20…35°С увеличивается температура в цилиндре в конце сжатия, в результате чего на 5…10°С снижается минимальная температура пуска двигателя. Из-за потери теплоты
при большой длине трубопровода снижается эффективность работы свечей подогрева в условиях низких температур. Поэтому
их используют на дизелях с малыми рабочими объёмами, пуск
которых должен обеспечиваться до температур -12…-17°С.
1.3. Электрофакельные подогреватели воздуха
На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели
воздуха во впускном трубопроводе, что в сочетании с маловязким
10
моторным маслом позволяет снизить минимальную температуру
пуска холодного дизеля на 10…15°С. В электрофакельные подогревателях через электрическую спираль проходит ток небольшой
силы, так как она служит только для подогрева, испарения и зажигания топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты сгорания топливо-воздушной смеси.
Электрофакельные устройство cоcтоит из двухфакельных
штифтовых свечей (рис. 1.3, а), электромагнитного топливного
клапана (рис. 1.3, б), добавочного резистора с термореле (рис. 1.3,
в), кнопочного выключателя, реле электрофакельного устройства,
реле отключения обмотки возбуждения генератора, контрольной
лампы и топливопроводов.
Рис. 1.3. Электрофакельные подогреватели воздуха:
а – факельная штифтовая свеча; б – электромагнитный топливный клапан;
в – добавочный терморезистор в термореле;
1 – защитный экран; 2 – испарительная сетка; 3,7,8 – гайки; 4 – испаритель;
5 – фильтр; 6 – топливный жиклер; 9 – изоляционная шайба; 10 – изоляционная втулка; 11 – нагреватель; 12 – корпус свечи; 13 – основание клапана;
14 – гильза; 15 – якорь; 16 – катушка; 17 – сердечник; 18 – штекер; 19,23 –
выводы; 20 – защитный кожух; 21 – спираль добавочного резистора; 22 –
биметаллическая пластина с подвижным контактом; 24 – изолятор; 25 –
неподвижный контакт
11
Дозирование топлива, его испарение, смешивание с воздухом, воспламенение и сгорание происходят в факельной штифтовой свече. Топливо, подаваемое к свече, очищается фильтром 5
(см. рис. 1.3, а), дозируется жиклером 6, проходит по кольцевой
полости между кольцевой вставкой и нагревателем 11. Объемная
испарительная сетка 2 в нижней части факельной свечи имеет
большую поверхность и облегчает испарение топлива. Сетка окружена защитным экраном 1 с отверстиями для прохода воздуха.
Экран предотвращает затухание пламени при увеличении скорости воздушного потока во впускном трубопроводе после пуска
двигателя.
Электромагнитный топливный клапан открывает подачу топлива к факельным штифтовым свечам при подключении катушки 16 (см. рис. 1.3, б) к аккумуляторной батарее. При отключении, электромагнитный клапан закрывается под действием пружины. Топливо к электромагнитному клапану подводится из системы питания дизеля.
Термореле имеет контакты и биметаллическую пластину 22
(рис. 1.3, в), расположенные внутри спирали 21 добавочного резистора. По мере прогрева за счет теплоты, выделяемой добавочным резистором, биметаллическая пластина деформируется и замыкает контакты реле. Добавочный резистор уменьшает силу тока во время предварительного нагрева штифта факельной свечи и
замыкается накоротко в момент включения стартера[12].
1.4. Устройство для подачи пусковой жидкости
Широкое распространение при пуске получил способ использования легковоспламеняющихся жидкостей, которые содержат компоненты с низкой температурой самовоспламенения и
отличаются большим разнообразием составов. Пусковая жидкость «Арктика» состоит из диэтилового эфира (45…60 %) с температурой самовоспламенения 180…205°С, газового бензина
(35…55 %), изопропилнитрата (1…1,5 %), различных промежуточных продуктов окисления (до 10 %) и противоизносных, противозадирных и антиокислительных присадок (около 2,5 %). В
состав пусковой жидкости «Холод Д - 40» входят диэтиловый
эфир (58…62 %), изопропилнитрат (13…17 %) и масло для судовых газовых турбин (8…12 %).
12
Пусковая жидкость подается непосредственно в цилиндры
двигателя вместе с основным топливом или с помощью специальных приспособлений во впускной трубопровод. Второй способ удобнее и экономичнее. Работа устройств для подачи пусковой жидкости во впускной трубопровод основана на пневматическом или механическом распыливании жидкости и ее дальнейшем испарении. Использование пусковой жидкости и маловязкого загущенного масла, позволяет обеспечивать пуск двигателя до
температуры -30°С при вращении коленчатого вала с частотой
40…55 мин-1.
Автоматическое управление подачей пусковой жидкости
возможно в устройствах, основанных на аэрозольном распыливании. Аэрозольное пусковое приспособление с электромагнитным
приводом приведено на рис.1.4. Пусковая жидкость находится
под давлением в аэрозольном баллоне 13 с клапанным устройством. В качестве вытесняющего газа применяют пропан, бутан и
другие газы, давление которых незначительно зависит от температуры и которые сами являются топливом. Аэрозольное пусковое устройство устанавливают с помощью кронштейна 5 в отсеке двигателя в легкодоступном для смены баллона месте.
Рис. 1.4. Аэрозольное пусковое устройство с
электромагнитным приводом:
1 – регулировочный винт; 2 – нажимной
подпятник;
3 – складывающиеся дужки;
4 – ось дужек;
5 – кронштейн крепления;
6 – эмульсионная трубка;
7 – электромагнит;
8 – сердечник;
9 – пластинчатый клапан;
10 – коллектор;
11 – форсунка;
12 – резиновый уплотнитель;
13 – аэрозольный баллон
13
Управление приспособлением дистанционное из кабины водителя. При включении электромагнита якорь перемещается
вниз, нажимает эмульсионной трубкой на шток клапана аэрозольного баллона и одновременно открывает проход для аэрозоли
в трубопровод 10 через пластинчатый клапан 9. К форсунке 11
распылителя, расположенной во впускном трубопроводе двигателя, аэрозоль поступает через эмульсионную трубку 6 и внутреннюю полость якоря электромагнита 7.
Один аэрозольный баллон может обеспечить 8-10 пусков
двигателя при температуре -30°С. При установке в приспособление верхнюю часть нового баллона совмещают с корпусом и
прижимают к нему опорной пятой, перемещающейся по дужкам
3, с помощью регулировочного винта 1. Уплотнение в стыке баллона с корпусом обеспечивается резиновым уплотнителем 12.
1.5. Электрические подогреватели
Электрические подогреватели используются для подогрева
жидкости в системе охлаждения двигателя, масла в картере, топлива в топливной системе и электролита аккумуляторной батареи. По
способу превращения электрической энергий в тепловую их подразделяют на нагреватели, индукционные, полупроводниковые,
электродные, сопротивлений, инфракрасные, излучатели и т.д.
Наибольшее распространение получили нагреватели сопротивлений, однако все большее, внимание уделяется полупроводниковым
подогревателем.
Требованиям электробезопасности на транспортных средствах в наибольшей степени удовлетворяют герметичные, трубчатые электронагревателе (ТЭНы). ТЭН представляет собой металлическую оболочку в виде трубки из жаропрочного материала и
любой формы, внутри которой запрессована спираль из нихромовой проволоки, изолированная от оболочки наполнителем с высокой теплопроводностью (периглаз). На двигателе установка
ТЭНов не всегда возможна, поэтому их часто размещают в теплообменнике (котле). Такие теплообменники можно устанавливать вместо индивидуальных предпусковых подогревателей, работающих на жидком топливе. Для уменьшения потерь теплоты и
расхода электроэнергии поверхность котла теплоизолируется.
Разработано множество различных конструкций теплооб14
менников и схем подогрева охлаждающей жидкости и масла.
Перспективна схема, в которой нагретая жидкость из котла электрическим насосом подается в водораспределительные каналы
блока цилиндров и одновременно в теплообменник, расположенный в картере. Подогрев топлива осуществляется непосредственно электроподогревателями или с помощью промежуточного теплоносителя.
Электроподогреватели компактны, надежны в работе, обладают достаточным быстродействием, требуют минимальных затрат
на обслуживание. При использовании ТЭНов возможна автоматизация процесса подогрева. Электроподогреватели можно применять не только как средство предпускового подогрева двигателя, но
и в течение всего периода стоянки транспортного средства. Конструкции электронагревателей моторного масла, охлаждающей жидкости и общий вид универсального электроподогревателя приведены на рис.1.5 [12].
Рис. 1.5. Электрические подогреватели:
а – электроподогреватель моторного масла; б – электроподогреватель охлаждающей жидкости; в – универсальный электроподогреватель;
1 – изолятор с клеммой; 2 – стержень; 3 – нихромовая спираль; 4 – корпус;
5 – распорное кольцо; 6 – наружный электрод; 7 – внутренний электрод;
8 – изолятор; 9 – выводы; 10 – патрубки; 11 – прокладка; 12 – изолятор;
13 – нагревательный элемент; 14 - теплообменник
1.6. Предпусковые подогреватели
Современные отечественные и зарубежные грузовые автомобили оснащаются предпусковыми подогревателями. Подогрев
15
картерного масла, блока цилиндров и подшипников коленчатого
вала перед пуском позволяет уменьшить вязкость моторного масла, облегчить его прокачиваемость по смазочной системе и тем
самым уменьшить момент сопротивления. С другой стороны, подогрев головки и стенок блока цилиндров и впускного трубопровода улучшает условия смесеобразования и воспламенения топлива и способствует снижению минимальной пусковой частоты
вращения.
Индивидуальные предпусковые подогреватели отличаются
по типу теплоносителя, обеспечивающего передачу теплоты двигателю, потребляемому топливу и степени автоматизации рабочего процесса.
На рис. 1.6. показана схема предпускового подогревателя.
Рис. 1.6. Предпусковой подогреватель:
1 – заливная горловина; 2 – пробка заливной горловины; 3 – топливная
трубка от бачка подогревателя к насосному агрегату; 4 – топливный бачок;
5 – проходной кран; 6 – трубка от жидкостного насоса; 7 – искровая свеча;
8 – кожух масляного картера; 9 – газонаправляющий патрубок; 10 - электронагреватель топлива; 11 – электромагнитный клапан; 12 – котел подогревателя; 13, 15 – сливные краны; 14 – шланг воздухопровода электровентилятора; 16 – топливная трубка от насосного агрегата к котлу; 17 – насосный агрегат
Съемная горелка крепится к котлу 12 болтами. На горелке
установлена свеча 7 и электромагнитный клапан 11 в сборе с
16
форсункой и электронагревателем 10 топлива. Электромагнитный клапан включает и отключает подачу топлива к горелке.
Форсунка обеспечивает распыливание топлива. Электронагреватель нагревает порцию топлива перед пуском подогревателя.
При работе топливный насос забирает топливо из бачка подогревателя и под давлением при открытом электромагнитном
клапане впрыскивает его через форсунку в горелку, где распыленное топливо смешивается с воздухом, воспламеняется и сгорает, нагревая в котле жидкость.
Под действием насоса жидкость циркулирует по трубопроводам и блоку в направлении, показанном стрелками. Продукты
сгорания через газонаправляющий патрубок котла направляются
под масляный картер двигателя и подогревают в нем масло.
17
2. ТЕПЛООБМЕННЫЕ УСТРОЙСТВА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
2.1 Охладители надувочного воздуха
На сегодняшний день турбонадув представляет собой самую
эффективную систему увеличения мощности двигателя, не увеличивающей при этом частоту вращения коленчатого вала и объема
цилиндров. Смысл действия турбонадува заключается в том, что
подача воздуха в цилиндры осуществляется под давлением, возникающим при использовании энергии отработанных газов. Кроме
увеличения мощности, благодаря турбонадуву обеспечивается экономия расхода топлива из расчета на единицу мощности и снижается токсичность отработанных газов из-за максимального сгорания топлива.
В двигателях, оборудованных турбонаддувом, всасываемый
воздух сжимается с увеличением плотности. Вместе с тем, термодинамический эффект от сжатия воздуха приводит к увеличению температуры до 200°С. Этому способствует и сам турбокомпрессор, нагреваемый отработавшими газами. При нагреве плотность воздуха снижается и соответственно снижается давление
наддува. В бензиновых двигателях, кроме этого, горячий воздух
увеличивает вероятность наступления детонации, а в отработавших газах в большом количестве образуются оксиды азота.
Для охлаждения, поступающего от турбокомпрессора воздуха, применяется интеркулер (intercooler, дословно – промежуточный охладитель, другое название – охладитель наддувочного
воздуха). Интеркулер обеспечивает охлаждение воздуха до
50…60°С, чем достигается лучшее наполнение цилиндров и соответственно увеличивается мощность двигателя.
Как показывает практика, снижение температуры наддувочного воздуха на 10°С дает около 3% прироста мощности. При
этом горение топливно-воздушной смеси становится более эффективным, повышается топливная экономичность и снижение
вредных выбросов. В целом эффект от использования интеркулера составляет порядка 20% повышения мощности двигателя.
По принципу охлаждения наддувочного воздуха различают
два типа охладителей: воздушного охлаждения и водяного охла18
ждения. Благодаря своей простоте наибольшее распространение
получили промежуточные охладители воздушного типа. Интеркулер устанавливается между компрессором и впускным коллектором. Конструктивно охладитель представляет собой теплообменник, состоящий из системы труб и находящихся между ними
пластин.
Трубы изменяют свое направление по длине, чем достигается увеличение общей длины теплообменника и лучшее охлаждение воздуха. С другой стороны каждый изгиб трубы представляет
собой препятствие для воздуха и приводит к снижению давления
наддува. Пластины увеличивают площадь поверхности интеркулера и обеспечивают лучшую теплоотдачу. В качестве материала
для труб и пластин используется алюминий, обладающей высокой теплопроводностью. Реже применяется медь.
Интеркулер водяного типа имеет ряд неоспоримых преимуществ, в сравнении с воздушным собратом. Благодаря своей компактности водяной охладитель может быть установлен в любом
свободном месте в подкапотном пространстве. Вода (охлаждающая жидкость) отводит тепло более интенсивно, поэтому эффективность водяного интеркулера значительно выше. Правда, при
нагреве жидкости нужно больше времени для остывания.
За все преимущества приходится расплачиваться достаточно
сложной конструкцией интеркулера, которая помимо водяного
теплообменника включает воздушный радиатор, водяной насос,
систему патрубков, электронный блок управления. Вместе с системой охлаждения двигателя они образуют двухконтурную систему охлаждения.
По причине сложности конструкции система охлаждения
наддувочного воздуха водяного типа применяется достаточно
редко, в случаях, когда воздушный охладитель применить невозможно. Например, водяной охладитель наддувочного воздуха
применяется на некоторых двигателях TSI (двигатели с двойным
наддувом).
Схема системы турбонаддува с охладителем надувочного
воздуха приведена на рис. 2.1 [6].
19
Рис. 2.1. Схема системы турбонаддува с охладителем надувочного воздуха
2.2. Радиаторы системы охлаждения и смазочной системы
Самым распространенным видом теплообменных аппаратов
являются радиаторы систем охлаждения и смазки.
Радиатор системы охлаждения предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство.
Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут
устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в смазочной системе.
Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов
азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Для изготовления теплообменников применяют различные
медные сплавы, которые обладают высокими механическими и
технологическими свойствами, например, сплав меди с цинком.
Наиболее легким и перспективным материалом является
алюминий высокой степени чистоты; сплав алюминия с марганцем (типа АМц); сплав алюминия с магнием (типа АМг). Однако
у алюминия и сплавов на его основе недостаточная стойкость к
эрозии и коррозии по сравнению с медью и ее сплавами. Поэтому
монометаллическим алюминиевым материалам предпочитают
20
биметаллические, у которых поверхность, соприкасающуюся с
агрессивной средой, изготовляют из материала, стойкого к эрозии
и коррозии, а наружную сторону – из алюминиевого сплава.
В настоящее время наибольшее распространение получили
водяные радиаторы с поверхностями охлаждения трубчатопластинчатого типа с коридорным или шахматным расположением труб (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Решетки радиаторов:
а – трубчато-пластинчатая; б – трубчато-ленточная; в – пластинчатая; г –
сотовая
Низкая механическая прочность (внутреннее давление до
0,05 МПа) пока препятствует широкому распространению водяных радиаторов с пластинчато-ленточным типом поверхности
охлаждения, хотя они имеют высокую компактность и тепловую
эффективность. В трубчато-пластинчатых и трубчато-ленточных
радиаторах применяют тонкостенные трубы плоскоовального се21
чения. В трубчато-пластинчатых радиаторах применяют также и
круглые трубы. Толщина стенки трубы в зависимости от материала (сталь, латунь, медь, алюминий) колеблется от 0,1 до 1 мм.
В данных радиаторах рациональные значения шага труб находятся в пределах 10…18 мм - по фронту и 21…24 мм - по глубине.
Эти размеры обеспечивают лучшее использование массы и объема радиатора. Шаг пластин оребрения в конструкциях радиаторов
составляет 3…6 мм. Водяные радиаторы имеют по глубине тришесть рядов труб. Вследствие увеличения степени турбулентности воздушного потока при движении его через первые ряды труб
в многорядном радиаторе коэффициент теплоотдачи во втором и
третьем рядах возрастает по сравнению с первым рядом, а затем
стабилизируется.
В радиаторах элементарные каналы, по которым движется охлаждающий воздух, имеют различную форму поперечного сечения:
прямоугольную, квадратную, треугольную, полукруглую и т.д.
Для легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности глубина радиатора составляет 60…90 мм. Расчетные скорости воздуха перед фронтом радиатора определяются подачей
вентилятора и для тракторных двигателей могут составлять 6…15
м/с. Для автомобильных двигателей учитывается и скорость движения транспортного средства на низшей передаче. Эта добавка
составляет 3…5 м/с. Скорость воды в каналах влияет на теплопередачу в радиаторе в меньшей степени, чем скорость воздуха. Более того, при достижении определенного значения скорости воды
в каналах (1,4 м/с) теплоотдача на внутренней стороне поверхности охлаждения уже совершенно не лимитирует процесс теплопередачи в радиаторе. Дальнейшее увеличение скорости воды ведет только к чрезмерному увеличению перепада давления в радиаторе, а следовательно, и мощности, затрачиваемой на привод
водяного насоса. Рациональное значение скорости воды находится в пределах 0,4…0,8 м/с. Температура воды на входе в радиатор
составляет 355…365 К. Перепад температуры воды в радиаторе
равен 5…8 К. Для предотвращения образования паровых пробок
в топливоподающей магистрали бензиновых двигателей и обеспечения максимальности средней логарифмической разности
температур подогрев воздуха в радиаторе не должен превышать
10…15 К. Но при эксплуатации в результате влияния влажности
22
воздуха подогрев воздуха в радиаторе может доходить до 40 К.
Радиатор, имеющий верхний и нижний бачки, соединенные
сердцевиной радиатора. В верхний бачок впаяны наливная горловина, закрываемая пробкой, и патрубок для подсоединения гибкого шланга подводящего охлаждающую жидкость к радиатору.
Сбоку наливная горловина имеет отверстие для пароотводной
трубки. В нижний бачок впаян патрубок отводящего гибкого
шланга.
К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки,
соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и
пластина образуют каркас радиатора. Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патрубками и гибкими шлангами,
которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутиками. Такое
соединение допускает относительное смещение двигателя и радиатора. Перед радиатором установлены жалюзи для регулирования количества воздуха, проходящего между трубками радиатора. При перемещении рукоятки, укрепленной в кронштейне, вперед до отказа створки полностью открываются, и воздух свободно проходит между трубками радиатора [12].
23
3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ПОДДЕРЖАНИЯ МИКРОКЛИМАТА И УЛУЧШЕНИЯ
УСЛОВИЙ ТРУДА В НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
Важнейшими устройствами, обеспечивающими комфортные
условия и условия эксплуатации МЭС, являются подогревающие
устройства для облегчения запуска двигателя, предпусковые подогреватели аккумуляторов элементов трансмиссии, кондиционеры,
отопители-обогреватели с элементами управления и регулирования
их важнейших агрегатов, общая система регулирования температуры и влажности в салоне автомобиля (в кабине НТТС), устройства
для подогрева руля, сиденья, вентиляционного воздуха, стекол переднего и заднего вида. Кроме того, в эти устройства входят различные датчики температур, давления и влажности, применяются различные технические жидкости и теплоносители.
3.1. Подогревающие печи
Подогревающие печи предназначены для сжигания жидкого
топлива в камере сгорания и организации теплообмена между
подогреваемым воздухом и продуктами сгорания. В большинстве
случаев основными агрегатами такой печи являются топливный
насос, форсунка, вентиляторы (один или два для подачи воздуха
в камеру сгорания), вентиляторы для подачи воздуха, свечи искрового или калийного зажигания топливной смеси в камере сгорания и элементы электропитания их. Воздух подается в салон
автомобиля (кабину транспортного средства), во всасывающий
коллектор двигателя, в подкапотное пространство, на обогрев
трансмиссионного силового агрегата. Схема подогревающей печи
представлена на рис. 3.1.
Камера сгорания представляет собой замкнутую систему
небольшого объема, выполненную из огнеупорных материалов
(жаропрочные стали, керамика и т. д.), в которые вводятся резьбовым соединением распыляющая топливная форсунка, воздушный патрубок с завихрителем, изоляторы и свечи зажигания. В
некоторых случаях камеры сгорания делаются разъемными для
удобства монтажа и очистки от нагарно-коксовых отложений.
Камеры сгорания, как правило, снабжают внешней тепловой изо24
ляцией, преимущественно из металлокерамических пористых покрытий.
Важнейшим элементом, обеспечивающим надежность и устойчивость камеры сгорания, являются свечи зажигания. В числе
конструкций, имеющих наибольшее распространение, применяются штифтовые свечи накаливания с открытой спиралью.
Рис. 3.1. Схема подогревающей печи:
В1, В2 – вентиляторы, КС – камера сгорания, ТО – теплообменник
3.2. Автомобильный кондиционер
Процесс кондиционирования воздуха в автомобилях – это
формирование и поддержание микроклимата в салоне, т.е. регуляция температуры воздуха, уменьшение его влажности, циркуляция, очищение, устранение запахов. На самом деле, микроклимат значительно влияет на водителя. Оптимальная температура:
18…20°С; влажность: 30…70%; при температуре 10°С тело человека начинает переохлаждаться; при 25°С человека начинает
одолевать излишняя утомляемость; а при 30°С происходит замедление реакции, возможны ошибки при управлении транспортным средством.
Наибольшая эффективность труда оператора транспортного
25
средства достигается однозначно при условии нормальных параметров микроклимата, установленных многочисленными экспериментами, статистическими данными. Комфортность пассажиров в салоне
автомобиля предусматривает еще более жесткие требования к температуре, относительной влажности и скорости движения воздуха. Эти
вопросы тесно связаны с уровнем профессиональных заболеваний,
появлением инвалидности, конъюнктурой коммерческого рынка и т.
д. Поэтому современные рабочие места в кабинах транспортных
средств и салоны автомобилей оборудуются высокоэффективными
кондиционерами, в задачу которых входит поддержание не только
температурно-влажностных параметров, но и обеспечение нормализации газового, ионного и радиационного состава воздуха и т. д. Для
гражданской наземной техники кондиционеры выполняют преимущественно лишь первую задачу, т. е. нормализуют температуру и
влажность воздуха.
Одним из наиболее важных вопросов в определении путей
нормализации микроклимата в салоне автомобиля, кабине транспортного средства является выбор системы кондиционирования,
предназначенной для создания и поддержания в обслуживаемых кабинах заданных кондиций воздушной среды по температуре, относительной влажности, чистоте воздуха от примесей, газовому состоянию, давлению и скорости движения. Обязательным элементом
их являются устройства, осуществляющие требуемый режим обработки воздуха, подаваемого в кондиционируемые объекты. Расчет и
проектирование их основаны на общих закономерностях аэродинамики, теплотехники, термодинамики, теории автоматического регулирования.
При выборе устройств кондиционирования воздуха для целей
нормализации микроклиматических параметров в конкретных условиях необходимо учитывать целый комплекс факторов и ограничений. К ним относятся санитарно-гигиенические требования, климатические особенности и факторы внешней среды. Необходимо
также оценить тепловую нагрузку на объект за счет теплопритоков
различного происхождения. Кроме того, в каждом конкретном случае предъявляются специфические эксплуатационные требования,
а именно: ограничение объемов для оборудования систем кондиционирования воздуха, эстетическая и механическая увязка их элементов с оборудованием кабины, снижение затрат времени на мон26
таж, наладку и эксплуатацию. При выборе систем кондиционирования для кабин транспортных средств необходимо учитывать ограниченность объема, вибрации, наклон, запыленность. Желательна легкость и простота переключения режимов, доступность обслуживания и ремонта.
Экономические требования предполагают эффективность
использования той или иной системы кондиционирования. Важнейшей характеристикой в настоящее время является экологичность установки.
Установки систем кондиционирования воздуха по принципу
производства холода можно разделить на три группы. Работа
первой группы связана с затратой механической энергии (компрессионные, турбодетандерные, вихревые), второй – с затратой
электроэнергии (термоэлектрические) и третьей – с затратой теплоты (абсорбционные, пароэжекторные, испарительные).
Для кабин транспортных средств, салонов автомобилей и
другой наземной техники применяют кондиционеры следующих
типов:
1) парокомпрессорные;
2) абсорбционные;
3) кондиционеры на основе вихревых и адиабатнорасширительных трубок;
4) воздушные турбодетандерные;
5) термоэлектрические полупроводниковые и др.
Доминирующее значение среди этих типов имеют парокомпрессорные кондиционеры.
Устройство такого кондиционера мало чем отличается от
парокомпрессорной холодильной установки. Термодинамически в
основе его действия положен второй закон термодинамики, согласно которому перенос теплоты от горячего тела к холодному
возможен только при осуществлении компенсирующего рабочего
процесса. Техническая сущность данного процесса заключается в
затрате механической энергии, направленной на повышение температуры рабочего тела выше температуры поглощающего источника за счет сжатия. Таким образом, в парокомпрессорном кондиционере основными рабочими процессами являются сжатие хладагента, фреона (преимущество R134а, автомобильный, обезвоженный, глубокоочищенный), охлаждение и конденсация в кон27
денсаторе, в результате чего появляется жидкая составляющая
хладагента, дросселирование, при котором понижаются давление
и температура без совершения механической работы в дроссельном клапане, кипение, доиспарение, расширение в испарителетеплообменнике. В теплообменнике отнимается теплота от охлаждаемого воздуха. Указанные процессы показаны на диаграмме
давление – энергоемкость (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Диаграмма энергоемкости состояния хладагента R 134а в автомобильной климатической установке: 1 – температурная кривая насыщенной
жидкости; 2 – критическая точка (давление/температура); 3 – температурная кривая насыщенного пара
Процесс АВ – сжатие в компрессоре, при этом происходит
повышение давления приблизительно до 1,4 МПа (14 бар) и температуры до 650С; процесс ВС – процесс конденсации в конденсаторе,
давление около 1,4 МПа (14 бар), охлаждение на 100С; СD – расширение фреона R134а, давление – приблизи-тельно от 1,4 МПа (14
бар) до 0,12 МПа (1,2 бар), температура приблизительно от 550С до
– 70С; DA – процесс испарения, давление около 0,12 МПа (1,2 бар),
температура – 70С.
Теплофизические свойства фреона R 134а представлены в
табл.3.1 [6].
28
Таблица 3.1. Теплофизические свойства фреона R 134а
№
Теплофизические свойства
1 Точка кипения
2
3
4
Точка замерзания
Критическая температура
Критическое давление
Значения
–26,50С
–101,60С
100,60С
4,05 МПа (40,5 бар)
Наиболее просты по конструкции термоэлектрические кондиционеры. Они не имеют подвижных элементов, кроме вентиляторов, отличаются малой массой и габаритами, бесшумностью,
экологической чистотой, могут применяться в режиме отопления.
Схема термоэлектрического кондиционера представлена на рис.
3.3 [25].
Рис. 3.3. Схема термоэлектрического кондиционера:
1, 5, 7 – вентиляторы; 2, 3 – термобатареи; 4 – патрубок;
6 – горячие спаи термобатарей
Термоэлектрические системы получают применение на объектах, где придается большое значение объему, занимаемому
оборудованием, а также на объектах, где оборудование подвергается вибрациям и должно работать в различных положениях. К
недостаткам таких систем можно отнести значительный расход
воздуха через радиатор вспомогательного контура при работе в
режиме охлаждения (не менее 1,4 м/с).
Кроме того, капитальные вложения в термоэлектрические
системы примерно в 2 раза превышают капитальные вложения в
обычные системы [8]. Сдерживание внедрения таких систем обу29
словлено высокой стоимостью термобатарей, так как выпуск их
осуществляется ограниченными опытными партиями. Со снижением стоимости термоэлектрических материалов и увеличением
их производства эти системы будут широко применяться для
специализированных установок малой мощности.
Высокие затраты энергии на использование термоэлектрических устройств определили преимущественное развитие парокомпрессорных холодильных машин с фреоновыми хладагентами.
Компрессорные холодильные машины наибольшее распространение в нашей стране получили в стационарных объектах, а
их применение на транспортных средствах связано с большими
трудностями как конструктивного, так и эксплуатационного характера. Наличие легколетучего и вредного для организма человека хладагента требует особой тщательной герметизации всей
системы.
При температуре поверхности машины 40-550С, типичной
для жаркого времени года, давление паров фреона в системе кондиционера может достигать 90 кПа. Герметизация вала компрессора и разъемных соединений представляет достаточно сложную
задачу.
Принцип работы автомобильного кондиционера коротко
можно описать так (рис. 3.4).
Компрессор сжимает газообразный фреон, отчего тот сильно нагревается, и гонит его по трубопроводу в конденсатор. Конденсатор часто называют радиатором кондиционера. В конденсаторе сильно нагретый и сжатый фреон охлаждается. Охладиться
фреону помогает вентилятор. При движении автомобиля конденсатор дополнительно охлаждается набегающим потоком воздуха.
Охладившись, сжатый фреон начинает конденсироваться и
выходит из конденсора уже жидким. После этого жидкий фреон
проходит через ресивер-осушитель. Здесь от него отфильтровываются шлаки (продукты износа компрессора, пыль, грязь и прочее).
Часто на ресивере-осушителе есть смотровое окно, которое
позволяет визуально оценить заполненность системы фреоном.
Если система неполная, то при работе компрессора в глазке будет
видна молочно - белая пена.
30
Рис. 3.4. Принципиальная схема автомобильного кондиционера:
1 – компрессор с электромагнитной муфтой; 2 – конденсатор;
3 – ресивер с осушителем; 4 – манометрический выключатель по
высокому давлению; 5 – сервисный штуцер высокого давления;
6 – расширительный клапан; 7 – испаритель; 8 – сервисный штуцер
низкого давления; 9 – демпфер (не на всех автомобилях)
Очистившись в ресивере - осушителе, жидкий фреон подходит к терморегулирующему вентилю. Терморегулирующий вентиль представляет собой специальное устройство, регулирующее
разницу температур на выходе из испарителя и кипения хладагента – перегрев пара (перегрев), выходящего из испарителя.
Терморегулирующий вентиль устанавливают на трубопроводе,
по которому жидкий фреон поступает в испаритель. Если испаритель полностью заполнен жидким фреоном, то из него выходит
насыщенный пар, температура которого равна температуре кипения, и регулирующий орган терморегулирующего вентиля закрывается.
Если из испарителя выходит пар, перегрев которого превышает установку терморегулирующего вентиля, то его регулирующий орган открывается настолько, чтобы площадь его проходного сечения соответствовала допустимой величине. По сути,
31
терморегулирующий вентиль является автоматически регулируемым дросселем.
Проходя через терморегулирующий вентиль и попадая в испаритель, фреон переходит в газообразное состояние (кипит) и при
этом сильно охлаждается, охлаждая и испаритель, а вентилятор
сдувает с испарителя холод в салон автомобиля. Пройдя через испаритель, все еще достаточно холодный фреон попадает снова в
компрессор. И далее процесс повторяется.
Хладагент представляет собой газ, находящийся в системе. До
недавних пор в его роли выступал фреон R12. Но после обнародования теории о разрушении озонового слоя составляющими этого
газа, его производство резко сократилось.
Сейчас уже все чаще в устройстве автомобильного кондиционера применяется фреон R134a, считающийся «экологически
чистым», однако обладающий меньшей на 10…15% эффективностью. Использование нового хладагента спровоцировало осложнение систем кондиционирования. Отметим также, что новый
хладагент несовместим со старым, а также несовместимы компрессорные масла, которые заправляются вместе с этими хладагентами.
Рис. 3.5. Аксиально-поршневой компрессор с вращающимся наклонным
диском: 1 – передняя сторона; 2 – калиброванное дроссельное устройство;
3 – регулировочный клапан; 4 – вращающий наклонный диск; 5 – направляющая планка; 6 – приводной вал; 7 – приводная ступица; 8 – пружины;
9 – давление в камере; 10 – задняя сторона; 11 – поршень
32
Компрессор (рис. 3.5) – сложнейший и основной агрегат
системы автомобильного кондиционера. Его назначение – сжатие
газообразного хладагента низкой температуры и низкого давления и, таким образом, превращение его в газ высокой температуры и высокого давления.
В настоящее время нашли применение следующие виды
компрессоров:
- аксиально-поршневые;
- роторно-лопастные;
- V-образные.
Привод компрессора производится с помощью клинового
или поли клинового приводного ремня от двигателя через электромагнитную муфту. В момент подачи напряжения на обмотку
муфты ее ведомый диск начинает синхронное вращение вместе
со шкивом, приводя в движение и компрессорный вал [12].
Конденсатор (радиатор кондиционера) (рис. 3.6) изготавливается обычно из алюминия.
Рис. 3.6. Конденсатор
Внутри конденсатора происходит конденсация (переход в
жидкое состояние) хладагента, который нагнетается компрессором
с попутным выделением тепла в атмосферу. Конденсатор оборудован дополнительными электровентиляторами и для обеспечения
33
ему интенсивного обдува устанавливается перед радиатором системы охлаждения.
Испаритель (рис. 3.7) – это теплообменник, обычно алюминиевый. В испарителе происходит преобразование хладагента из
жидкого в газообразное состояние (испарение) с поглощением тепла. Испаритель вместе с радиатором отопителя находится в салоне
авто на линии входящего воздушного потока, что позволяет эффективно снижать его температуру.
Рис. 3.7. Испаритель
Ресивер-осушитель (рис. 3.8) является резервуаром для
жидкого хладагента и устанавливается на выходном трубопроводе конденсатора перед испарителем. Служит для очистки хладагента от примесей и воды.
Рис. 3.8. Ресивер-осушитель
34
Ресивер-осушитель состоит из бачка, фильтрующего элемента (абсорбента), устройства для удаления влаги, заборной
трубки, а также на некоторых моделях имеется смотровое окошко
для контроля за уровнем и состоянием хладагента в системе. На
корпусе ресивера-осушителя могут устанавливаться датчики давления. Адсорбент имеет пористую кристаллическую структуру,
мельчайшие поры соединены узкими каналами, поэтому в полость пор проникают лишь те молекулы, размер которых меньше
диаметра канала. Поэтому вся активная поверхность и объем пор
используются для удержания молекул воды и не засоряются прочими веществами с более крупными молекулами (в частности
фреоном и маслом).
В качестве абсорбентов используются: силикагель, активная
окись алюминия, цеолиты. В системе с хладагентом R-134a в качестве осушителя используют цеолит ХН-9.
На некоторых моделях ресиверов-осушителей может находиться предохранительный клапан с плавкой вставкой. При повышении температуры ресивера до 90…100 градусов вставка
плавится и весь хладагент выпускается в атмосферу
Расширительный клапан (рис. 3.9) обеспечивает регулирование потока хладагента в испаритель.
Рис. 3.9. Расширительный клапан
Поток хладагента он регулирует в зависимости от
температуры хладагента на
выходе из испарителя для
поддержания равномерного холода в испарителе и для предотвращения обмерзания испарителя [12].
35
3.3. Подогрев омывающей жидкости и сидений
В современных НТТС можно получили широкое распространение опции подогрева омывающей жидкости и подогрева
сидений.
В продаже имеются омыватели ветровых стекол с подогревом, рассчитанные на использование обыкновенной воды. Обычно их рекомендуют подключать к цепи обогрева заднего стекла.
Внутри трубок, ведущих от бачка, для прогрева залитой жидкости проложены нихромовые нити. В таких омывателях дополнительно предусмотрен и подогрев распыливающих воду форсунок.
При включении системы температура воды внутри термоо
стойких трубок быстро поднимается до 60…70 С. Однако для того чтобы вода прогревалась, необходимо, чтобы она в эти трубки
поступала, но на прогрев бачка с замерзшей в нем водой может
уйти до 40 мин. Естественно, перед поездкой в бачок можно заливать предварительно прогретую воду. Но и в этом случае при
низких температурах не исключается образование на щетках и
стекле ледяной корки. Причем, чем выше скорость движения автомобиля, тем при более высокой температуре она будет образовываться. Ветровое стекло может покрываться льдом и в том
случае, когда система опрыскивания лобового стекла не используется, а автомобиль просто попал под один из нередких в настоящее время зимних дождей. В известной степени проблема
решается с использованием подогреваемых стекол с интегрированными в них нитями накаливания. Устраняя обледенение ветрового стекла, подобные системы также позволяют избежать запотевания стекол при чрезмерной влажности воздуха (в тумане
или при сильном дожде).
В расчете на зимний период для увеличения комфортности
предлагается большое количество различных подогревателей сидений. Можно утверждать, что современные системы подогрева
сидений безопасны, надежны и экономичны. Они потребляют
электроэнергии не намного больше, чем габаритные огни.
В принципе, существуют два типа систем подогрева сидений: внешние или накидные и встроенные. Внешние системы подогрева выполняются в виде накидок, ковриков или подушек.
При установке они тем или иным образом крепятся к сиденью
36
или его обшивке. В случае их использования приходится мириться с изменением внешнего вида салона и, в определенной степени, эргономики сидений.
Подогреваемые накидки бывают обычными, анатомическими и массажными. Обычные накидки не претендуют ни на что,
кроме подогрева, в то время как анатомические должны улучшать правильную осанку и гарантировать наибольшее удобство.
Массажный подогрев дает возможность расслабиться и в случае
длительного пребывания за рулем избавляет от болевых ощущений и физической усталости.
Подобные внешние системы подогрева обеспечивают прогрев до рабочей температуры 240С за 1… 2 мин.
Использование технологии Carbotex на основе токопроводящей углеродной ткани толщиной 0,5 мм позволяет не изменять
энергометрические показатели сидений. Углеродные ткань и лента могут нарезаться кусками любого размера, что упрощает их
применение для подогрева сидений любых конфигураций и размеров. Управление подогревом осуществляется с компактного
пульта, устанавливаемого, как правило, между сиденьями.
Приобретенные в магазине накидки подогрева сидений подсоединяются к гнезду прикуривателя и не требуют для своей установки обращения к специалисту. Если же необходимо оборудовать встроенную систему подогрева, то тут без помощи специалиста не обойтись, поскольку подсоединение потребует вмешательства в систему электроборудования автомобиля.
В то же время, если автомобиль не имеет подогрева сидений, можно установить и встроенный подогрев. Он состоит из четырех мягких и гибких нагревательных элементов с двумя выключателями. На каждое сиденье устанавливается по два нагревателя. Суммарная мощность подогревателей – всего 45 Вт.
3.4. Автономные отопители
Воздушные автономные отопители предназначены только
для обогрева салона автомобиля и к предпусковому прогреву
двигателя отношения не имеют.
Принцип работы воздушного отопителя состоит в следующем (рис. 3.10): холодный воздух втягивается с одной стороны и,
нагреваясь в системе, выходит с другой стороны уже горячим.
37
Топливо поступает в печку либо из основного топливного бака
машины, либо из отдельного бака, который ставится специально
для нее, подачу обеспечивает топливный насос и система трубок
[12].
Рис. 3.10. Воздушный отопитель салона автомобиля
Конструкция отопителя позволяет удлинять, раздваивать
воздуховоды и направлять поток тепла туда, куда нужно. Система управления отопителем включает регулятор температуры.
Ручка регулятора позволяет выставлять нужную температуру в определенном диапазоне. Система устроена так, что после
этого действия отопитель сам отслеживает температуру в салоне.
При этом аппарат не выключается, а только уменьшает интенсивность работы.
Обычно воздушными отопителями оборудуются кабины
грузовиков, салоны микроавтобусов, фургоны для перевозки грузов, боящихся холода, отсеки яхт, катеров и т.п.
38
4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
Климатическая установка нуждается в строгой координации
и регулировании всех элементов системы (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Регулирование климатической установки:
1 – выключатель климатической установки; 2 – предохранительный клапан
на компрессоре; 3 – вентилятор для охлаждающей жидкости; 4 – манометрический выключатель климатической установки; 5 – датчик температуры
охлаждающей жидкости; 6 – термовыключатель вентилятора радиатора
охлаждающей жидкости; 7 – датчик температуры испарителя; 8 – вентилятор свежего воздуха; 9 – блок управления двигателя; 10 – электромагнитная муфта
Это достигается применением скомпанованных в общую
схему (рис. 4.2) электрических цепей управления тепловым состоянием самого двигателя (F18 термовыключатель вентилятора
радиатора охлаждающей жидкости, датчик температуры охлаждающей жидкости G62, электронно-механическая система Mono39
Motronic впрыскивания топлива, аккумуляторная батарея, аналоговая бортовой ЭВМ), сюда же входят элементы внутренней системы управления и регулирования кондиционером, электромагнитная муфта привода.
Рис. 4.2. Электрическая схема климатической установки:
А – аккумуляторная батарея; Е35 – выключатель климатической установки; F18 – термовыключатель вентилятора радиатора охлаждающей жидкости t1=950C, t2=1030C; F129 – манометрический выключатель Р1=0,2
МПа(2бар)/3,2 МПа (32 бар), Р2=1,6 МПа(16 бар);G62 – датчик температуры охлаждающей жидкости; G153 – датчик температуры испарителя; J32 –
реле для климатической установки; J101 – реле для второй ступени вентилятора для охлаждающей жидкости; J257 – блок управления MonoMotronic; J301 – блок управления климатической установкой; N25 – электромагнитная муфта; V7 – вентилятор для охлаждающей жидкости; S –
предохранитель
Система безопасности поддержания длительной работоспособности кондиционера предусматривает наличие элементов параметров хладагента, а также окружающего воздуха по уровню
температуры и давления. Так, в случае перезагрязненного кондесатора, а также забитого фильтра-осушителя хладагента и по другим причинам неизбежно резкое повышение давления и темпера40
туры в системе кондиционирования, ведущего либо к его разгерметизации, либо к поломке компрессора.
Данные ситуации исключаются срабатыванием манометрического выключателя (на самых новых конструкциях заменяются
датчиками давления). Нерациональна также работа кондиционера
при давлении ниже нормы, например, в случае утечки хладагента
либо при низких температурах окружающей среды. В этом случае компрессор работает «на вакуум», что перегружает его клапанную систему и вызывает поломки [19].
4.1. Ручное регулирование
Конечной целью использования кондиционера вполне определенно является создание комфортных условий, которые осуществляются и поддерживаются существующими оценками водителя
(оператора транспортного средства) и пассажиров. При работе с
самой холодильной машиной (кондиционером) выходящий воздух
по температуре не оптимален, т.к. эта температура значительно
ниже допустимой. Исследованиями установлено (и это ограничено
соответствующими стандартами), что температура в салоне во избежание простудных явлений не должна быть ниже внешней температуры более чем на 100C [21]. Поэтому холодный воздух из
кондиционера должен подмешиваться к теплому потоку, входящему извне, либо пропускаться частично через радиатор отопителя.
Указанная теплотехническая связь обеспечивается водителем (оператором) при изменении вручную положений соответствующих заслонок (рис. 4.3). На схеме стрелками указаны направления распределения потоков выходящего воздуха [19].
Рис. 4.3. Ручное регулирование: 1 – конденсатор; 2 – контур хладагента; 3 – вентилятор; 4 – поток свежего воздуха; 5 – испаритель; 6 – теплообменник; 7 – кондиционированный воздух в салоне
41
4.2 Автоматическое регулирование
Климатические установки с автоматическим регулированием освобождают водителя от ручного перемещения температурной заслонки во избежание перераспределения внимания водителя на управление микроклиматом, что может отвлекать его в особо напряженных транспортных потоках от дороги. Благоприятнейшую функцию выполняет автоматическая система климатконтроль (рис. 4.4). Применяется электронное регулирование
климатических установок:
- цифровое регулирование температуры;
- климатроник;
- климатическая установка с автоматическим регулированием.
Она состоит из блока управления, датчика температуры наружного воздуха (один или два), датчика температуры входящего
в салон воздуха, дополнительных датчиков, например, солнечного излучения, исполнительных механизмов в системе отопления в
виде специальных серводвигателей, управляющих заслонками.
Место нахождения датчиков показано на рис. 4.5.
Рис. 4.4. Автоматическое регулирование:
1 – датчик температуры наружного воздуха; 2 – датчик температуры В канале всасываемого воздуха; 3 – датчик солнечного излучения; 4 – термодатчик в передней панели; 5 – блок управления; 6 – термодатчик в дефлекторе подачи воздуха в зону ног.
В центре системы находится цифровой интегрирующий
блок управления. Он производит предварительную обработку
42
всех входящих сигналов от сенсоров (датчиков информации),
обеспечивает защиту от помех и передает сигналы встроенному
микрокомпьютеру.
Рис. 4.5. Схема устройств регулирования климатической
установки с электронным регулированием (эксплиацию см. в табл. 4.1)
43
Таблица 4.1. Перечень устройств регулирования
климатической установки с электронным регулированием
Номер
ОбознапозиНазвание
чение
ции на
в Аudi
рис. 4.5
1
Фотосенсор солнечного излучения
G107
2
Термодатчик в передней панели
G56
Вентилятор
V42
3
Датчик температуры наружного воздуха
G17
4
Термодатчик в канале всасывания свежего воздуха
G89
5
Термодатчик в дефлекторе подачи воздуха в зону ног
G192
6
Манометрический выключатель климатической устаF129
новки
7
Дополнительные сингалы: о скорости движения, о час- V, n, th
тоте вращения двигателя, о времени нахождения автомобиля на стоянке
8
Контрольный выключатель по температуре охлаждаюF14
щей жидкости (при слишком высокой температуре)
9
Термовыключатель для вентилятора системы охлаждеF18
ния
10 Блок управления
J255
Панель управления климатической установки
Е87
11 Серводвигатель для заслонки «зона ног/обогрев лобоV8
вого стекла»
Потенциометрический датчик
G111
12 Серводвигатель для центральной заслонки
V70
Потенциометрический датчик
G112
13 Серводвигатель для температурной заслонки
V68
Потенциометрический датчик
G92
14 Серводвигатель для напорной заслонки и
V71
рециркуляционной заслонки
Потенциометрический датчик
G113
15 Блок управления вентилятором подачи свежего воздуха J126
16 Вентилятор подачи свежего воздуха
V2
17 Блок управления вентилятором системы охлаждения
J293
18 Гнездо диагностики
Т16
Микрокомпьютер рассчитывает выходные сигналы в соответствии с предварительно заданными номинальными величинами: по
схеме «задатчик сигналов – микрокомпьютер». Сигналы рассогла44
сования отрабатываются блоком сравнения и с помощью серводвигателя регулируют переменное сечение соответствующих каналов.
Система прекращает регулирование при доведении до нуля текущих
сигналов рассогласования.
Климатические установки нового поколения связаны с другими блоками управления автомобиля непосредственно или через
шину данных CAN. Таким образом, передаются данные о скорости автомобиля, частоте вращения двигателя и времени нахождения автомобиля на стоянке для использования их в блоке управления климатической установки. На рис. 4.5 и в табл. 4.1 представлены устройства регулирования климатической установки с
электронным регулированием для автомобиля Аudi [19].
В центре системы находится цифровой интегрирующий
блок управления. Он производит предварительную обработку
всех входящих сигналов от сенсоров (датчиков информации),
обеспечивает защиту от помех и передает сигналы встроенному
микрокомпьютеру.
Микрокомпьютер рассчитывает выходные сигналы в соответствии с предварительно заданными номинальными величинами: по
схеме «задатчик сигналов – микрокомпьютер». Сигналы рассогласования отрабатываются блоком сравнения и с помощью серводвигателя регулируют переменное сечение соответствующих каналов.
Система прекращает регулирование при доведении до нуля текущих
сигналов рассогласования.
Климатические установки нового поколения связаны с другими блоками управления автомобиля непосредственно или через
шину данных CAN. Таким образом, передаются данные о скорости автомобиля, частоте вращения двигателя и времени нахождения автомобиля на стоянке для использования их в блоке управления климатической установки. На рис. 4.5 и в табл. 4.1 представлены устройства регулирования климатической установки с
электронным регулированием для автомобиля Аudi [19].
От блока управления (позиция 17) сигнал распределяется на
электромагнитную муфту (N25), основной вентилятор (V7) и дополнительный вентилятор (V35), представленные на рис. 4.6.
45
Рис. 4.6. Устройство муфты и вентиляторов:
1 – электромагнитная муфта (N25),
2 – основной вентилятор (V7) и дополнительный вентилятор (V35)
Автоматическая система предлагает различные комбинации
теплового взаимодействия потоков свежего, охлажденного и подогретого воздуха. Данное тепловое взаимодействие обеспечивается с помощью испарителя, кондиционера, теплообменникаотопителя, вентилятора позиционного включения (1, 2-е положение) заслонок и распределительных каналов. Так, в случае высокой температуры на улице, например, +350С, работают на полную
мощность испаритель, вентилятор подачи свежего воздуха, а заслонка на теплообменник полностью перекрыта (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Схема неразделенного
потока воздуха в отопителе /
кондиционере в режиме сильного
охлаждения: 1, 13 – сопло подачи
воздуха в зону ног; 2, 12 – обогрев лобового стекла; , 14 – сопло
в передней панели; 4 – напорная
заслонка; 5, 8 – заслонка «подача
свежего воздуха/ рециркуляция»;
6, 9 – вентилятор подачи свежего
воздуха; 7 – напорная заслонка;
10 – испаритель; 11 – теплообменник
В случае холодной внешней среды обеспечивается полный подогрев и заслонка теплообменника открыта (рис. 4.8); для средней
46
температуры наружного воздуха, примерно +150С, устанавливается
промежуточное положение заслонки теплообменника, (рис. 4.9).
Климатическая установка выключена. отопление включено
Рис. 4.8. Схема неразделенного потока воздуха в отопителе/ охладителе в
режиме сильного подогрева: 1 – теплообменник; 2 – температурная заслонка; 3 – испаритель
Рис. 4.9. Схема неразделенного потока воздуха в отопителе/ охладителе в смешанном режиме
47
В случае если имеются экстремальные условия (min или
max значения температуры внешней среды или наличие в этой
среде вредных примесей), обеспечивается полная рециркуляция
на короткий период времени (15 минут), при котором соответственно режимам открывается либо заслонка полного подогрева, а
охлаждение выключено, либо, наоборот, в случае максимального
охлаждения – закрывается задвижка теплообменника и полностью открывается рециркулирующая задвижка при полной закрытой
напорной задвижки (рис. 4.10).
Окончание режима работы установки «рециркуляция» может обеспечиваться вручную либо автоматически с помощью датчиков относительной влажности воздуха или
конденсации выделяемых людьми
паров, либо на стеклах салона автомобиля, либо при увеличении концентрации вредных газов, улавливаемых бортовым анализатором СО,
NOX, C7H16 и др. [19].
Рис. 4.10. Кондиционирование воздуха в режиме рециркуляция – электропривод: 1 – серводвигатель; 2 – напорная заслонка;3 – заслонка «подача
свежего воздуха/рециркуляция»
48
5. СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
И ВОДОИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
5.1. Инсоляция как основной источник тепловых нагрузок
на кабину НТТС
Инсоляция – это проникновение солнца внутрь светопрозрачного локального ограниченного объема, воспринимаемое как
суммарный тепловой эффект в целом от лучей Солнца и тепличного эффекта.
Аргументация достаточно глубокого изучения влияния инсоляции на кабину транспортного средства и находящихся в них
операторов и пассажиров объясняется вполне весомо исследованиями, показывающими большие величины, соответствующих
потоков энергии от Солнца.
Вследствие различных взаимодействий в атмосфере до
земной поверхности доходит лишь часть потока солнечного излучения.
Значения высоты Солнца 900, 300, 200 и 120 при безоблачной атмосфере соответствуют интенсивности прямого излучения
на кабину транспортного средства обращенной непосредственно
к Солнцу, около 900, 750, 600 и 400 Вт/м2. Для ориентировочных
расчетов абсолютные значения рассеянной составляющей интенсивности излучения на горизонтальную поверхность для тех же
высот Солнца принимают равными соответственно около 110, 90,
70 и 50 Вт/м2. В облачную погоду интенсивность рассеянного излучения может быть выше и ниже указанных величин в зависимости от времени суток, состава и плотности облачности.
Спектральное распределение энергии и плотность потока
при прохождении солнечного излучения через атмосферу изменяются. Поглощается озоновым слоем или преобразуется ультрафиолетовое излучение и часть видимого спектра, поглощается
молекулами водяного пара и углекислого газа значительная часть
инфракрасного излучения, рассеивается в атмосфере или отражается от туч и облаков видимая часть спектра.
Важнейшей чертой прохождения лучистой энергии в условиях атмосферы является ее молекулярное и аэрозольное рассеивание и образование потока диффузного (рассеянного) излучения. Но, по-видимому, основным фактором, определяющим ин49
тенсивность солнечного излучения в той или иной точке земной
поверхности, является пройденный им путь в атмосфере, задаваемый высотой Солнца над горизонтом. Потери на этом пути
связаны с рассеянием, поглощением, отражением излучения, зависящим от времени суток, сезона и географического местоположения. При этом, чем ниже высота Солнца, тем протяженнее
путь лучей в атмосфере и тем больше эти величины.
При безоблачном небе приход прямого излучения на горизонтальную поверхность увеличивается с высотой Солнца и
улучшением прозрачности атмосферы. Процесс возрастания рассеянного излучения идет с меньшей быстротой, чем возрастание
прямого излучения.
Основная часть Российской Федерации расположена в зоне
умеренного поступления солнечного излучения. Это обусловлено, главным образом, широтой местности земледельческих районов, а также преобладанием облачной погоды на европейской
территории страны. Высота Солнца в полуденные часы для основных сельскохозяйственных зон России может достигать в июне 49-720 (с севера на юг), а в декабре – всего 2-250 (с севера на
юг) [22].
Практическая оценка потока излучения должна проводиться с учетом расположения относительно Солнца кабины транспортного средства по схеме, показанной на рис. 5.1.
В зависимости от времени суток и состояния облачности
величина энергии, падающей на крышу автомобиля, будет различной и собственной для данного случая. Величина энергии на
кабину транспортного средства может быть представлена в виде
таблиц или графиков, например, для ЦЧР на рис. 5.2 представлен
график влияния степени облачности на инсоляцию; на рис. 5.3 –
график изменения притока солнечной радиации в течение суток;
на рис. 5.4 – гистограмма, характеризующая интенсивность прямого и рассеянного излучения по месяцам года [22].
50
Рис. 5.1. Координаты Солнца относительно кабины транспортного средства: сферические координаты Солнца (r, θ, φ): r – расстояние от Солнца до
начала координат, θ – зенитный угол, φ – азимутальный угол; углы падения лучей на кабину: α – угол падения лучей на боковое остекление кабины, β – угол падения лучей на заднее (переднее) остекление кабины, θ –
угол падения лучей на крышу кабины
Рис. 5.2. График влияния степени облачности на инсоляцию
51
Рис. 5.3. График изменения притока солнечной радиации
в течение суток
Рис. 5.4. Гистограмма, характеризующая интенсивность прямого
и рассеянного излучения по месяцам года
Различные исследования тепловой нагрузки [4, 11, 16, 20]
оценивают технические решения и выбирают наиболее рациональные с точки зрения уменьшения теплопритоков и снижения
экономических и энергетических затрат на кондиционирование
воздуха в кабине транспортного средства.
Теплопоступления для районов с жарким климатом (в рай52
оне Ташкента) по результатам исследований принимаются около
840 Вт на кабину трактора Т-28Х4М4 [2].
Были рассчитаны удельные тепловые поступления в кабину трактора, работающего в летний период (июль) в районе
Харькова при средней температуре наружного воздуха 32,50С и
при максимальной температуре 390С. Получена средняя величина суммарных теплопоступлений в размере 523 Вт/м3, максимальная величина теплопоступлений равна 950 Вт/м3. К этим
значениям необходимо добавить теплопоступления от человека,
двигателя и трансмиссии [13].
В работе [17] считается, что лучистая энергия падающей
солнечной радиации поглощается наружной поверхностью окна,
а выходящая из кабины – внутренней. Проведенные испытания
показали, что в жаркий месяц года в 13 ч. в средней полосе России эти величины соответственно равны 1672 Вт и 279 Вт. Таким
образом, тепловой поток в кабину составил 1393 Вт.
В результате экспериментов, проведенных в районе г.
Ташкента, теплопоступления в кабину трактора Т-25А равны 920
Вт. Применение теплозащитных стекол уменьшало эти теплопритоки на 15%.
5.2. Анализ теплопоступлений и тепловой баланс кабины
транспортного средства
Наиболее приемлемый метод определения теплопоступлений в кабины транспортного средства предложен А.И. Гавриченко [3]. Он основан на очевидном факте, что в стационарном режиме общие теплопритоки в кабину равны ее суммарным теплопотерям. Теплопотери от низкопотенциального источника по
сравнению с теплопоступлениями, обусловленными инсоляцией,
рассеянной и отраженной радиацией, более однородны по природе и дают возможность обоснованно представлять явления эквивалентными зависимостями.
Для анализа теплопотерь кабины транспортного средства
вводится понятие эквивалентного коэффициента теплопередачи
КЭ, Вт/м2·К. С учетом этого коэффициента уравнение, характеризующее суммарные теплопотери (равные теплопоступлениям),
будет иметь вид
Q = КЭ·F Δτ1,
(4.1)
53
где F – площадь поверхности кабины, м;
Δτ1 – разность температур внутреннего и наружного воздуха,
0
С.
Включение в кабине дополнительного источника тепла
мощности N за счет изменения разности температур Δτ2 увеличиваются и теплопотери кабины:
Q+N= КЭ·F Δτ2.
(4.2)
Изменение температуры воздуха на несколько градусов при
этом не изменяет значения КЭ. Разделив левые и правые части
полученных уравнений и выполнив необходимые преобразования, получим:

.
(4.3)
QN
  
Из этого уравнения следует, что для определения суммарных
теплопоступлений в кабину транспортного средства необходимо в
закрытую кабину с оператором при работающем двигателе поставить
нагреватель известной мощности N. При выключенном нагревателе
зафиксировать разницу температур внутреннего и наружного воздуха
Δτ1. Затем включить нагреватель и зафиксировать новую разницу
температур воздуха Δτ2. После этого суммарные теплопоступления
определяются по уравнению (4.3). Единственным требованием при
этом является относительное постоянство наружных условий. Максимально приемлемые отклонения: интенсивность радиации
+10Вт/м2; температура воздуха – +0,50С; скорость ветра –+1м/с.
Вопросы баланса тепла в ограниченных объемах применительно к кабинам транспортного средства, взаимодействие ограждающих
конструкций с окружающей средой, тепловой баланс оператора машин наиболее подробно рассмотрены в книгах М.В. Михайлова и
С.В. Гусевой [16, 17], В.П. Хохрякова [23] и О.Я. Кокорина [9], являющихся наиболее фундаментальными работами по нормализации
микроклимата.
Суммарное тепловое воздействие на оператора транспортного
средства представляется в виде следующего баланса:
QбМЕТ +QММЕТ +QИНС +QРАД +QКОНД+QКОНВ +QИСП = 0, (4.4)
где QбМЕТ +QММЕТ = QМЕТ – суммарное значение биологического и
мышечного метаболизма;
1
2
54
1
QбМЕТ – биологическая естественно выделяемая человеком
теплота;
QММЕТ – дополнительная теплота, которая выделяется при работе оператора МЭС, водителя автомобиля;
QИНС +QРАД =Q – сумма инсоляции через светопрозрачные
проемы и взаимное облучение тела оператора и ограждающих
поверхностей (солнечная радиация);
QИНС – прямой поток солнечной радиации, инсоляция;
QРАД – количество теплоты, определяемое по закону Стефана-Больцмана, лучистое воздействие всей оболочки кабины,
фрагментов сидений, металлической оболочки, потолка, пола,
дверей;
QКОНД+QКОНВ – сумма кондуктивных и конвективных составляющих теплообмена,
QКОНД – теплота, поступающая к телу оператора вследствие
теплопроводности одежды и пограничного слоя воздуха;
QИСП – теплота терморегуляции человека за счет выделения
влаги.
Для того чтобы сбалансировать все количество теплоты,
подводимой и отводимой к оператору транспортного средства,
требуется методический подход, в котором учитывается тот факт,
что может охлаждаться не весь объем кабины, а лишь местный
локальный участок, в котором находится водитель, оператор,
пассажир. При этом учитываются, например, в зимний период
эксплуатации, подача охлажденного воздуха в зону дыхания, в
зону конвективного теплообмена, кондукционная теплота, т. е.
теплота, которая уходит от оператора в кресло, при тепловом
воздействии, и т. д. [1, 5].
Среди указанных составляющих для моментов времени,
близких к середине дня, самая существенная солнечная радиация
Q при соответствующей погоде. В ясный солнечный день регулярные теплопоступления в кабину МТЗ-100 в период 11,5…13,5
ч только через остекленные проемы составляют 1200…1300 Вт
(рис. 5.5). Кроме того, теплопередача через крышу при этом (на
широте г. Воронежа) составляет еще около 300 Вт, что переводит
режим работы оператора из допустимого во вредный 3-й или экстремальный 4-й класс условий труда.
55
Время суток, ч
Рис. 5.5. Изменение теплового воздействия на оператора через остекление
кабины: 1 – через боковые проемы; 2 – спереди и сзади; 3 – суммарный поток
В целом оператор подвержен воздействию прямой инсоляции в виде лучистого потока через стекла, инфракрасному облучению с нагретых поверхностей и конвективному потоку от перемещаемого воздуха. Конвекция, обеспечиваемая вентилятором
охладителя, должна уравновешивать все теплопоступления на
уровне допустимых, для чего тело оператора должно омываться
охлаждающими струями со всех сторон с достаточной скоростью.
Круглые струи штатной системы вентиляции (например, кабины МТЗ-100 (рис. 5.6) при сосредоточенной подаче воздуха
имеют пятно теплообменного контакта площадью около 0,6 м2 и
при разнице температур входа и выхода +200С уменьшают тепловое
воздействие на оператора примерно
на 120…150 Вт. Это в целом недостаточно для средней стабилизации
температуры тела, на которое падает
не менее 200 Вт, и в то же время
может создать локальное переохлаждение в зоне груди, приводящее к
простуде.
Рис. 5.6. Подача воздуха на оператора струями круглой формы
56
Энергия взаимодействия обеих струй, кроме непосредственного воздействия как охладителя, вызывает образование вихревых
конвективных токов, картина которых для одного из случаев получена с применением программного обеспечения (рис 5.7).
Рис. 5.7. Вихревая модель при
типовой подаче воздуха
Основной недостаток избыточных вихревых конвективных токов заключается в интенсификации теплообмена на нагретых поверхностях и перекачивании теплоты от стенок внутрь. С этой точки
зрения «лобовые струи» весьма нерациональны. Как показывают
расчеты тепловых нагрузок (в первую очередь солнечной радиации),
в час пик по СНиП и ГОСТ рекомендуется душирование работающего при суммарной падающей нагрузке более 350 Вт/м2.
Системы распределения воздушного потока в кабину МЭС не
ограничиваются точечным локальным способом, но возможно использование распределения потоков кольцевой струей.
Для снижения указанных недостатков предложено устройство
распределителя потока воздуха [18], состоящее из двух подвижных
конусов, обеспечивающих регламентируемую по ГОСТ 12.2.1202005 подачу в зону дыхания (через малый конус) и организующую
остальной поток подаваемого воздуха в виде настилающей кольцевой формы струи (рис. 5.8).
57
Рис. 5.8. Распределение потоков кольцевой струей
Предлагаемое техническое решение обеспечивает своеобразное душирование тела оператора, нейтрализует вихревые турбулентные конвективные токи и увеличивает площадь эффективного
пятна контакта, чем интенсифицирует тепломассообмен оператора
в кабине транспортного средства: настилающая струя кольцевой
формы, обтекая тело оператора, омывает всю его поверхность,
включая ноги и сиденье.
При сохранении среднего коэффициента теплоотдачи на
уровне 6,5 Вт/м2 и скорости выхода воздуха 1 м/с общий теплосъем увеличивается примерно в 2,4 раза.
Таким образом, существующие штатные системы охлаждения и вентиляции имеют целый ряд значительных недостатков,
которые могут быть в определенной мере нейтрализованы предлагаемой системой распределения вентиляционно-охлаждающего
воздуха, интенсифицирующей тепломассообмен без местного переохлаждения отдельных участков тела оператора [5].
Анализ теплового баланса кабины трактора ТТ-4М показал,
что при температуре наружного воздуха 250С теплопритоки в кабину составляют 1140 Вт [13].
Водоиспарительное охлаждение получило импульс развития в
значительной мере в начале второй декады текущего столетия [7,
14]. К настоящему моменту уже имеют известное распространение
58
разработки фирмы Conditioners / Evaporative Cooling System S & S
Manufacturing – Mesa. Arizona USA, фирмы SAMA (Франция) электрической мощностью до 50 Вт для бортового напряжения 12 и 220
В. Вполне эффективны и отечественные разработки МАМИ и МАДИ, ВГАУ и др.
Основную часть охлаждения такого типа составляет насадка
регулярной структуры из пластин мипласта, принципиальное
устройство которой и схема формирования в ней воздушного канала представлены на рис. 5.9.
Насадка представляет собой пакет пластин толщиной δ,
снабженных вертикальными и горизонтальными выступами высотой hВ, при наложении которых друг на друга вершинами образуется воздушный канал шириной bP. Поток орошающей воды
сверху сосредоточен в районе фронтальной части насадки, но при
взаимодействии с поперечным воздушным потоком достигает
гигроскопичных пластин из мипласта по всей длине насадки.
Рис. 5.9. Формирование насадки регулярной структуры из пластин мипласта: а) общая схема; б) структура воздушного канала; 1 – поток
воздуха; 2 и 3 – вертикальные и горизонтальные выступы пластины;
4 – воздушный канал; 5 – поток орошающей воды
59
В последние годы в нашей стране и за рубежом в качестве
холодопроизводящего элемента начали использовать воздухоохладители испарительного типа. Испарительные агрегаты наименее энергоемки и сравнительно дешевы. Хладагент в таких установках – вода, что, безусловно, является положительным показателем экологичности. Кондиционеры водоиспарительного типа
просты по конструкции, для их изготовления не нужны дефицитные материалы, они саморегулируемы по эффективности охлаждения в зависимости от температурно-влажностных составляющих охлаждаемого воздуха, надежны в эксплуатации. Обслуживание и ремонт таких кондиционеров может осуществляться силами рядовых механиков. Весьма важным является и то обстоятельство, что для работы водоиспарительных кондиционеров
требуется сравнительно маленький расход водопроводной воды,
затрачиваемой на испарение. Это особенно существенно для районов с малыми водными ресурсами. Недостатками выпускаемых
кондиционеров является переувлажнение воздуха, создающее
дискомфортные условия в зонах с повышенной относительной
влажностью.
В сравнении с фреоновыми и турбодетандерными кондиционерами испарительный имеет наименьшие приведенные затраты.
Оценка энергетической эффективности получения холода
проводится по безразмерному показателю – коэффициенту использования энергии. Он вычисляется как отношение выработанного холода к затраченной энергии на работу аппаратов в составе
холодопроизводящих установок.
Энергетическая эффективность получения холода в парокомпрессионных холодильных машинах составляет 2,5-3,2, что
определяет широкое их применение во многих отраслях народного хозяйства. В абсорбционных холодильных машинах КИЭ может достигать 1,65. Энергетическая эффективность получения
холода в воздушных холодильных машинах значительно ниже,
что является одной из причин их ограниченного применения.
При работе термоэлектрических охладителей на существующих полупроводниковых материалах в обычных режимах
кондиционирования достигается коэффициент использования
энергии 0,45-0,5.
60
В условиях жаркого и сухого климата в аппаратах прямого
испарительного охлаждения этот коэффициент достаточно высок
(15-25). В климатических условиях средней полосы косвенное
испарительное охлаждение имеет показатель 5-8. Экономичность
кондиционеров этого типа подтверждается расчетами других авторов [7, 8].
Последний факт и прочие достоинства испарительных охладителей говорят в пользу широкого их применения, особенно при
создании кондиционеров для кабин транспортных средств.
Основным блоком воздухоохладителей водоиспарительного
типа является испарительная насадка, которая представляет собой
пакет капиллярно-пористых пластин, образующих каналы воздуховодного тракта. Поверхность пластин смачивается водой либо верхним орошением, либо снизу. Во втором случае, который является
наиболее типичным, пакет пластин помещен в поддон с водой, которая с помощью капиллярного эффекта поднимается по микропорам пластин вверх и смачивает их поверхность. В случае прямого
охлаждения вода с поверхности пластин испаряется в поток воздуха,
принудительно продувающийся по каналам испарительной насадки.
При этом энтальпия воздуха не изменяется, так как его охлаждение
сопровождается насыщением парами испарившейся воды, и процесс
обработки воздуха происходит по адиабатическому закону. Схема
прямого испарения изображена на рис. 5.10.
Рис. 5.10. Принципиальная схема прямого испарительного охладителя:
1 – капиллярнопористая стенка; 2 – вентилятор;
Lобщ – общий поток воздуха
Одной из характеристик воздухоохладителя является глубина охлаждения воздуха, представляющая собой разность между
температурами воздуха на входе и выходе. Максимальной глубиной охлаждения в случае прямого испарения является разность
между температурой входного воздуха и его температурой по
61
«мокрому» термометру. Оценку относительной глубины охлаждения воздуха кондиционером получают с помощью температурного коэффициента эффективности, представляющего собой отношение достигнутой разности температуры воздуха на входе и
выходе из охладителя к предельной «адиабатной» разности. Предельная «адиабатная» разность температур определяется между
величиной ее на входе и температурой «мокрого» термометра.
Дальнейшим развитием охладителей водоиспарительного
типа явились установки косвенного охлаждения. Схема косвенного охлаждения показана на рис. 5.11.
Каналы испарительной насадки при косвенном охлаждении
делятся на две качественно разные группы. К первой группе относятся «мокрые» каналы, по которым проходит вспомогательный поток воздуха температурой tin, контактирующий с влажными поверхностями капиллярно - пористых пластин. Этот поток
насыщается парами испарившейся воды и затем выбрасывается
за границы охлаждаемого объема, имея температуру tаυвых. Вторая
группа – «сухие» каналы, по которым проходит основной поток
воздуха температурой tас. Эти каналы защищены от капиллярнопористых пластин водонепроницаемой пленкой (на рис. 5.11 показана темной линией) и не контактируют с водой. Основной поток воздуха проходит по каналам, не меняя своего влагосодержания, и направляется в охлаждаемый объем, имея температуру
tаυвых.
Рис. 5.11. Принципиальная (прямоточная) схема косвенного охладителя:
1 – капиллярно-пористая стенка; 2 – гидроизоляция; 3 – «сухой» канал;
4 – «мокрый» канал; 5 – вентилятор; Lосн, Lвсп – основной и вспомогательный потоки воздуха
62
Охлаждение основного потока происходит за счет испарения
влаги во вспомогательный поток воздуха и теплопередачи через
тонкостенную поверхность пластин, образующих испарительную
насадку. В отличие от прямого испарения в этом случае начинают
играть роль не только капиллярные свойства материала пластин, но
и их поперечное термосопротивление, зависящее от толщины пластины и теплопроводности материала.
Температурный коэффициент эффективности достигает своего
максимального значения Е=1 в том случае, если температура основного потока воздуха на выходе из воздухоохладителя совпадает с
температурой вспомогательного потока, который, в свою очередь,
достигает на выходе состояния насыщения. Это можно достичь путем оптимизации геометрических параметров насадки, а также применением пористых высокотеплопроводных материалов в качестве
пластин испарительной насадки [24].
На сегодняшний день в вопросах конструирования воздухоохладителей водоиспарительного типа прослеживаются два основных взаимосвязанных направления:
- разработка конструктивных решений элементов и средств,
усиливающих процесс охлаждения при испарении;
- интенсификация функциональных характеристик и возможностей устройств, как общего, так и узконаправленного действия.
5.3. Технические средства солнечной защиты.
Перспективный анализ
Основная доля лучистой энергии, падающей от Солнца, в
моменты, когда зенитный угол его, достаточно близок к максимуму лучистого потока, падает на поверхности кабины транспортных средств и салонов автомобилей, имеющие горизонтальное или близкое к нему расположение (крыши, капота и т. д.).
Теплонапряженность от падающего потока усугубляется тем, что
альбедо (отражающая способность) чаще всего не оптимизировано с точки зрения тепловых перегрузок. Из практики известно,
что подобные металлические и другие поверхности нагреваются
до t=700C и выше.
В каждом конкретном случае величина солнечной нагрузки
определяется характеристиками объекта (геометрия, альбедо, углы
63
наклона солнечных лучей, запыленность и т. д.). Исследованиями
установлено [5, 15], что тепловая мощность излучения, падающего на крышу МТЗ-100 во время суток (получена на графике, рис.
5.12), может быть рассчитана и представляет весьма внушительную величину – 1300 Вт на всю площадь. Естественно, термоизоляция крыши в термическом плане не столь совершенна, чтобы
сдерживать такие мощные потоки, из которых около 70% падающей энергии усваивается и пропускается внутрь кабины.
Рис. 5.12. Поток радиации, падающий на крышу
транспортного средства, Вт:
– поток радиации, падающий на кабину сверху, Вт;
– среднее значение радиации, падающей на крышу, Вт
В этой обстановке весьма актуальными средствами является
устройства, отражающие потоки, рассасывающие и изолирующие
их свойства.
Средства солнечной защиты могут быть классифицированы
по локальным объектам защиты: крыши, боковые поверхности,
лобовые стекла; по типу использованных препятствий для прохождения лучей: специальные устройства, жалюзи, полотна,
шторки, козырьки, непрозрачные стекла, клеевые пленки; по физико-химическим, оптическим, термическим свойствам применяемых материалов; по средам наполнения прослоек между
двойными и многослойными светопрозрачными проемами.
64
В общем и целом, солнцезащита может быть трансформирована в достаточно емкую в теоретическом и практическом отношении прикладную науку, необходимость использования которой предельно очевидна. В перспективе возможны технические
решения, реализующие достаточно сложные в организации оптические и термические эффекты. Например, размещение локальных светотехнических генераторов (солнечных батарей) на различных поверхностях транспортного средства, автомобилей (рис
5.13) и др. Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%. Пока же их КПД всего
10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей
1,5-2 кВт соответствовали автомобилям с двигателями в 100 раз
мощнее, необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы, эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и
других наук.
Рис. 5.13. Размещение локальных солнечных батарей
на поверхности автомобиля
Многочисленную группу солнцезащитных средств представляют собой жалюзи. Жалюзийные системы имеют набор пластин, обладающих специфическими свойствами, кроме обычных
свойств отражения солнечных потоков. Так, пластины-жалюзи
65
могут иметь разную длину, перекрывающую с целью наибольшего эффекта рядом стоящие пластины (рис. 5.14) [18]. На рис. 5.14,
(а) показана линия взгляда оператора транспортного средства через жалюзи, (б) – i-я створка жалюзи с геометрическими параметрами. Угол при вершине А – это угол φi, образующийся между
остеклением кабины транспортного средства и линией взгляда
водителя; угол при вершине В – это угол  , образующийся между остеклением водителя и солнечным лучом; li – длина i-й
створки жалюзи.
а
б
Рис. 5.14. Применение жалюзи:
а – линия взгляда оператора транспортного средства через жалюзи;
б – i-я створка
жалюзи с геометрическими параметрами; 1 – солнечный луч;
2 – остекление кабины; 3 – кабина транспортного средства;
4 – линия взгляда оператора транспортного средства; 5 – жалюзи
66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Современные НТТС оснащаются большим числом специальных теплотехнических устройств, предназначенных для удобства и надежности пребывания человека в них и минимизации эргономических затрат при выполнении эксплуатационных технологических процессов. Без устройств нормализации микроклимата в кабинах транспортных средств успешная и активная эксплуатация этих средств практически невозможна. Наиболее квалифицированные устройства обеспечения температуры, влажности и скорости движения воздуха достигают практически уровня
комфортности в первом приближении.
Перспективными системами климатконтроля остаются усовершенствованные парокомпрессорные кондиционеры, имеющие
возможность работать как в холодильном, так и в тепловом режиме. Однако их энергоемкость и экологичность до сих пор
весьма несовершенны. Так, при работающем кондиционере в
летних условиях для широкого серийного малолитражного легкового автомобиля расход бензина сразу повышается на 1,2…1,5
л на 100 км пробега. Сожженное углеводородное топливо на привод такого устройства добавляет 15…20% к токсичности выхлопа
двигателя. Практически такой же энергоемкостью и низкой экологичностью обладают воздухоохладители термоэлектрического типа,
вихревые трубки, детандерные охладители.
Существенно меньшей энергоемкостью и большей экологичностью обладают водоиспарительные охладители. При благоприятных условиях изменение температуры на 8…110С при прокачивании воздуха через такой охладитель оказывается вполне
достаточно для выполнения санитарно-гигиени-ческих норм и
правил.
В конструкциях водоиспарительного охлаждения в настоящее время используются многочисленные оригинальные схемы, в
которых в самых необычных сочетаниях формируются взаимные
перемещения воды, потока воздуха и паровоздушной смеси. Рационально применение комбинированных двух- и трехступенчатых систем охлаждения и сочетание парокомпрессорных холодильных машин и водоиспарительного охлаждения.
Весьма перспективно применение водоиспарительного устрой67
ства для охлаждения наддувочного воздуха,- как при использовании
промежуточного сжатия, так и в качестве конечного интеркулера. К
текущему моменту малоизвестно об использовании водоиспарительного охлаждения с промежуточной или конечной осушкой воздуха.
Такие системы могли бы получить рациональное применение даже
на ж. д. транспорте.
Применительно к тепловому анализу кабины транспортного
средства следует считать основной составляющей тепловой нагрузки инсоляцию. Эта составляющая заключает в себя прямой
проходящий солнечный поток, рассеянную радиацию и внутренний тепличный эффект из-за поглощенной энергии. Нейтрализация лучистых потоков обеспечивается в основном охлаждением
всего объема воздуха и локальным способом объемного охлаждения. Этот процесс является энергозатратным и дорогим в исполнении самих агрегатов. Локальное охлаждение вполне перспективно, но при условии строгого балансирования конвективной, кондуктивной составляющих, а также нейтрализующих тепловыделения мышечного метаболизма. В этом плане локальное
охлаждение должно быть выверено в строгом соответствии с санитарно-медицинской гигиеной во избежание простудных и аллергических явлений. Кроме того, при водоиспарительном охлаждении следует обращать внимание на возможность появления
«болезни легионера», поэтому водоиспарительные системы целесообразно снабжать профилактирующими элементами типа ультрафиолетового облучателя, водой специальной обработки и т. д.
В последнее время достаточно интересным направлением
является использование различных материалов для светопрозрачных покрытий (карбонаты, полиметилфторопласты и др.).
Известны многослойные пакеты с промежутками, заполненными
жидкокристаллическими растворами, меняющие оптические
свойства (прозрачность, светопоглощение, теплопоглощение и
др.) в зависимости от управляющего электрического сигнала.
В ближайшем будущем следует ожидать полностью автоматизированных устройств, работающих от индивидуального бортового компьютера с устанавливаемой программой.
Для специалистов по автомобильному и наземному транспорту весьма интересны задачи как по разработке теплообменных
68
и других устройств, так и систем автоматического управления и
регулирования.
Постоянно актуальной является задача термодинамического
анализа цикла тепловых машин и их совершенствования.
69
ГЛОССАРИЙ
Абсорбция – (от латинского «поглощать») объемное поглощение,
растворение газов жидкостями. Часто в процессе абсорбции происходит не
только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное
увеличение его объема (набухание), а также изменение его физических характеристик – вплоть до агрегатного состояния. На практике абсорбция
чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ,
имеющих различную способность к поглощению.
Адиабатно расширительные трубки – капиллярные трубки, называемые также дроссельными устройствами, являются наиболее простыми
устройствами для снижения давления и преобразования хладагента из
жидкой фазы в газообразную, без отвода, подвода теплоты. Они используются главным образом в холодильных машинах небольшой производительности (до 5-7 кВт) с герметичными компрессорами.
Адиабатный расширитель, тоже что и адиабатно расширительные
трубки.
Аккумулятор тепла – устройство для накопления, сбора тепла.
Актинометрия (от актино греч. metreo измерять) – совокупность
методов измерения энергии теплового излучения; применяется, например,
в гигиене и медицинской климатологии.
Антропометрический показатель (от греческого «человек» и «мерить») – один из методов исследования, который заключается в измерении
тела человека и его частей с целью установления возрастных, половых и
других особенностей физического строения, позволяющий дать количественную характеристику их изменчивости.
Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением
биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием
трех видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются
продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид – бактерии гидролизные, второй – кислотообразующие, третий – метанообразующие.
Биото́пливо – топливо из растительного или животного сырья, из
продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего
сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твердое биотопливо
(дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга), газообразное
(синтез-газ, био-газ, водород).
Бортовой анализатор (анализатор от др.-греч ἀνάλυσις– analysis – разложение, расчленение) – прибор, расположенный в салоне автомобиля для
наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Винтовые завихрители – устройства, предназначенные для образования вихрей в жидкости или газе при обтекании тел или при встрече двух
70
потоков, выполнены в форме сквозной винтовой щели.
Воздухораспределитель – пневматический или частично пневматический аппарат, предназначенный для переключения потоков сжатого воздуха. Работа воздухораспределителя характеризуется темпом снижения
давления в тормозной магистрали. В положении отпуска и зарядки воздухораспределителя допускает снижение давления темпом 0,02–0,04
МПа/мин.
Воздушный заряд – заряд на обкладках воздушного конденсатора.
Всасывающий коллектор – деталь ДВС для первоначального отбора выхлопов из цилиндров в выхлопную трубу. Он осуществляет выход
отработанных газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания после
рабочего хода поршня. Всасывающий коллектор необходимо размещать
как можно ближе к компрессору.
Вытеснитель – вытеснительный поршень, который заставляет перемещаться газ в одну из двух полостей цилиндра, одна из которых находится при постоянно низкой, а другая при постоянно высокой температуре;
при движении вытеснителя вверх газ по каналам нагревателя и холодильника перемещается из горячей полости в холодную. Стирлинг использовал
вытеснитель для периодического изменения температуры газа.
Выхлопной трак – это глушитель и резонатор с выхлопной трубой.
Галетно-пластинчатый модуль – устройство косвенноиспарительного воздухоохладителя, в котором для удержания охлаждающей жидкости на поверхности ребер шероховатости (галет) предлагается применять
различные пористые материалы, обеспечивающие устойчивость пленки
орошающей воды.
Гидрораспределитель – устройство, которое применяется для изменения направления или пуска и остановки рабочей жидкости в некоторых
гидравлических системах. Среди таких систем: стационарные машины,
станки, прессы, гидросистемы автокранов, экскаваторы с рабочим давлением до 32 МПа. Гидрораспределители служат для изменения распределения потока жидкости к силовым элементам гидропривода в направлении
от насосной станции, а также от силовых элементов к сливной магистрали.
Двухшпоночная муфта – устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу и свободно сидящих на них деталей.
Муфта служит для передачи крутящего момента с помощью двух шпонок
и передает механическую энергию без изменения ее величины.
Демпфер (нем. Dämpfer – глушитель, амортизатор от dämpfen – заглушать) – устройство для гашения (демпфирования) или предотвращения
колебаний, возникающих в машинах, приборах, системах или сооружениях
при их работе.
Детандер (от франц. Détendre – ослаблять) – устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, со-
71
вершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов,
таких как воздух и гелий. Наиболее распространены поршневые детандеры и
турбодетандеры. Основное применение турбодетандеры нашли в технологических процессах получения жидкого водорода, кислорода, воздуха, азота
и других криогенных газов.
Детермальное остекление – остекление обеспечивает мало меняющуюся, постоянную температуру внутри салона автомобиля.
Детонационное горение, детонация (от фр. détoner – «взрываться» и
лат. detonare – «греметь») – это режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения, в
свою очередь, поддерживающие движение ударной волны за счет выделяющегося в экзотермических реакциях тепла.
Дефлектор (от лат. deflecto – отклонять) – аэродинамическое устройство, устанавливаемое над вентиляционным каналом, дымоходом, в
системе охлаждения поршневого мотора и др. Применяется для усиления
тяги в канале за счет эффекта Бернулли: чем больше скорость движения
потока воздуха при изменении поперечного сечения канала, тем меньше
статическое давление в этом сечении. Дефлекторы увеличивают тягу в канале и повышают эффективность систем вентиляции.
Дискомфорт психологический (от анг. comfort - удобство) – совокупность неудобств, неблагоприятных для нормальной жизнедеятельности
человека, нарушение или отсутствие комфорта. Дискомфорт порождает
неприятное, преимущественно отрицательное эмоциональное состояние.
Это бывает в непривычной обстановке, при нарушении режима питания,
сна, отдыха, при выполнении задач в плохую погоду, при недостатке информации. Дискомфорт затрагивает различные психические функции и
стороны личности. Степень переживания (дискомфорт) зависит не только
от объективных условий, но и от индивидуальных особенностей человека,
его темперамента, мотивов поведения, волевых качеств, умения управлять
собой и регулировать свое психическое состояние.
Дискомфорт физиологический возникает при несоответствии условий деятельности характеру деятельности или физиологическим потребностям (например, при наличии шума, холода или жары, при плохой организации рабочего места, при несоответствии темпа деятельности и т. п.)
Дренаж (фр. drainage) – естественное либо искусственное удаление
воды с поверхности земли либо подземных вод.
Дренажные трубопроводы – гофрированные трубы, которые обеспечивают постоянное заполнение корпуса гидромотора рабочей жидкостью при
давлении, не превышающем 0,5 кгс/см2. Дренажные трубопроводы применяют
для удаления масел в аммиачных холодильных машин, их размещают ниже
жидкостных и других аммиачных магистралей. В абсорбционных холодильных установках дренажные трубопроводы предназначены для удаления воды.
Мелкие дренажные трубопроводы разработаны в проектах промышленных
72
турбоустановок.
Дросселирование газов и паров – необратимый процесс протекания
газа (пара) через местное сопротивление, в результате которого понижается давление газа без совершения им механической работы. Процесс дросселирования является необратимым процессом и протекает с увеличением
энтропии. При дросселировании идеального газа энтальпия не меняется
h2=h1.
Душирование – это подача с помощью специальных душирующих
патрубков воздуха на фиксированные рабочие места с целью создания на
небольшом участке воздушной среды, отличающейся от микроклимата в
основном помещении. Воздушное душирование – одно из эффективных
мер борьбы с лучистым теплом, а также с токсическими газами и парами,
выделяющимися при работе. Подаваемый сверху через специальные устройства подогретый (зимой) и охлажденный (летом) воздух снабжает рабочего свежим увлажненным воздухом, а регулировкой скорости движения воздуха можно добиться и частичного понижения температуры воздуха у рабочего места.
Жалюзи – набор пластин, обладающих специфическими свойствами,
кроме обычных свойств отражения солнечных потоков, например, повышают обзорность при вертикальных перемещениях водителя с сиденьем
при движении транспортного средства, улучшают боковую обзорность.
Завальцование пор – закрытие пор.
Завихритель – динамический вентилятор (завихритель воздушного потока), предназначенный для завихрения воздуха во впускном тракте, что приводит к увеличению скорости воздушного потока. Завихренный поток воздуха
проходит через дроссельную заслонку с меньшим сопротивлением. Завихритель – устройство в виде сквозной винтовой щели.
Закон аддитивности (от лат. additivus – прибавляемый) – закон сложения, когда величина чего-то равна сумме величин составных частей. Например, аддитивность объема означает, что объем целого тела равен сумме
объемов составляющих его частей.
Закон Стефана-Больцмана – закон излучения абсолютно черного
тела, определяет зависимость мощности излучения абсолютно черного тела от температуры. «Энергия излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуре»:
E0   0 T 4 ,
(1)
 Вт 
.
2
4
 м  К 
где постоянная Планка:  0  5 ,67  10 8

Заширмленные седла – заширмленные клапаны используются для
улучшения процесса вихреобразования, турбулентности, для ускорения
использования топлива, создания гомогенной смеси.
Зона помпажа (от фр. рompage – срывной режим) – зона, в которой
73
происходит нарушение газодинамической устойчивости работы турбореактивного двигателя, сопровождающееся хлопками в воздухозаборнике изза противотока газов, задымлением выхлопа двигателя, резким падением
тяги и мощной вибрацией, которая способна разрушить двигатель. Воздушный поток, обтекающий лопатки рабочего колеса, резко меняет направление, и внутри турбины возникают турбулентные завихрения, а давление на входе компрессора становится равным или бо́льшим, чем на его
выходе.
В зависимости от типа компрессора помпаж может возникать вследствие мощных срывов потоков воздуха с передних кромок лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора.
Индукционный генератор (от лат. generator «производитель») –
устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую. Автомобильный индукционный генератор используется для зарядки автомобильного аккумулятора, а также для питания электропотребителей, таких как
система зажигания, автомобильная светотехника, бортовой компьютер,
система диагностики и др. К автомобильным генераторам предъявляют
высокие требования по надежности, так как генератор обеспечивает бесперебойную работу большинства компонентов современного автомобиля.
Инерционный наддув – наддув, при котором основным фактором
создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе.
Инсоляция – это проникновение солнца внутрь светопрозрачного
локального ограниченного объема, воспринимаемое как суммарный тепловой эффект в целом от лучей Солнца и тепличного эффекта.
Интегральная излучательная способность – энергия, которую излучает каждое нагретое тело по некоторому закону r(ω, Т). Излучательная
способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени
абсолютной температуры Т.
Интеркулер – промежуточный охладитель, радиатор с активным дополнительным воздушным или жидкостным охлаждением.
Интерполяция – в вычислительной математике способ нахождения
промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору
известных значений.
Интерфейс (англ. interface – сопряжение, поверхность раздела, перегородка) – совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем, устройств или программ для обмена информацией между ними, определенная их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п., например: руль, педали газа и тормоза, ручка
коробки передач – интерфейс управления автомобиля или же интерфейс
системы «водитель – автомобиль».
Инфильтрация воздуха (от лат. in – «в» и filtratio, «процеживание»)
74
– просачивание через поверхность, пропитывание ткани каким-либо веществом. Перемещение воздуха (пропускание) через ограждающие конструкции из окружающей среды в помещения за счет ветрового и теплового напоров, формируемых разностью температур и перепадом давления воздуха
снаружи и внутри помещений.
Калорифер – прибор для нагревания воздуха в помещении, состоящий из труб, по которым циркулирует горячая вода, пар или горячий воздух. Калорифер – прибор для нагревания проходящего через него воздуха
в системах воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и в сушилках.
Капиллярный транспорт влаги – количество влаги, приходящейся
в единицу времени на единицу площади.
Картер-коллектор – деталь ДВС, содержащая многоканальную систему распределения масла, представляет собой коробку, состоящую из
двух частей: верхней и нижней. Верхняя часть отливается заодно с блоком
цилиндров (блок-картер). Нижняя часть картера (поддон) штампуется из
листовой стали; она служит только резервуаром для масла. В теплообменных аппаратах картер-коллектор применяется для развития поверхности
теплообмена.
Клапанный механизм работает по следующему принципу: воздух и
топливо входят в камеру сгорания, отработавшие газы выходят через устройство клапанов. Клапаны, расположенные в камере сгорания, открываются и закрываются, позволяя обеспечивать прохождение воздушнотопливной смеси отработавших газов или герметизировать камеру сгорания. Для правильной работы двигателя клапаны должны открываться и закрываться в правильные моменты времени. Фазы газораспределения (моменты открывания или закрывания клапанов) задаются распределительным валом, воздействующим на клапанный механизм.
Климатроник – название климатической установки.
Коловратно-шиберный компрессор – лопастной компрессор, который имеют корпус и эксцентрично расположенный в нем ротор с фрезерованными каналами.
Компрессия – это максимальное давление, создаваемое в цилиндре
при прокручивании коленчатого вала стартером или при работе двигателя
на режиме холостого хода.
Косвенное водоиспарительное охлаждение – процесс обеспечения
охлаждения воздуха без насыщения его влагой.
Крыльчатка – импеллер, колесо, вращающаяся часть различных
механизмов, часто имеющая лопасти.
Кубатура – число кубических единиц в объеме данного тела (или
помещения).
Лисхольм Альфред – создатель нагнетателей, которые носят его
имя. Винтовые объемные компрессоры типа Элиот Лисхольм компрессор,
75
установлены на автомобили Мазда Хедос.
Метаболизм биологический – обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений
выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в
результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и
процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается
энергия.
Метаболизм мышечный – это процесс, с помощью которого организм добывает и расходует энергию (калории) на свою жизнедеятельность
(работу мышц).
Мипласт – материал, который применяется в качестве перегородок
(сепараторов) в сернокислотных и других аккумуляторах, градирнях; представляет собой пористую полиэтилен-полистирольную структуру из мелких шариков, нагретых до температуры начала плавления и спрессованных
до тонкого листового профиля.
Мипор представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, не
имеющую запаха, предназначенную для защиты строительных конструкций: защиты древесины, бетона, кирпича от любых биоповреждений плесневыми, дереворазрушающими, окрашивающими грибами и т. д. Мипор
имеет высший класс биостойкости. Состав не изменяет внешний вид защищаемой поверхности, не воспламеняется, не содержит тяжелых металлов, экологически безопасен.
Многофакторный регрессионный анализ – статистический метод
исследования влияния нескольких независимых переменных X1, X2,…Xn на
зависимую переменную . Независимые переменные иначе называют регрессорами, а зависимые переменные – критериальными переменными.
Модуль изменения мощности – полупроводниковые модули регулятора мощности предназначены для регулирования мощности. Это внешнее устройство, которое помогает штатной системе автомобиля выполнять
ряд операций при повышении нагрузки на двигатель, в особенности при
пиковых нагрузках. Модуль изменения мощности дополняет серийные
бортовые системы автомобиля, обеспечивая высокую скорость обработки
данных, и формирует корректирующий сигнал, поступающий в бортовой
компьютер и проходящий через штатную систему защиты двигателя. Он
позволяет увеличить мощность, сохранить моторесурс двигателя и сервисные гарантии изготовителя транспортного средства.
Моторесурс двигателя (от мото... и франц. ressources - запасы) –
наработка машины с двигателем внутреннего сгорания (или самого двигателя) до состояния, исключающего дальнейшую эксплуатацию по техническим или др. причинам. Выражается в км пробега (для транспортных машин), в часах работы - моточасах (для двигателей и нетранспортных машин, например, тракторов), в условных га обработанной площади (для
76
сельскохозяйственных агрегатов).
Нагарно-коксовые отложения – покрытия, которые образуются на
тарелках, гнездах и направляющих клапанов, в поршневых канавках, на
днищах поршней, соплах форсунок. Нагарно-коксовые отложения в зависимости от температуры делятся на три вида: смолы и лаки, собственно
нагары и кокс, температура примерно до 1500С; среднетемпературные отложения – температура до 3500С и высокотемпературные отложения –
температура свыше 3500С. Нагары содержат меньшее количество кислорода, но больше углерода. Лаки и смолы обладают высокой эластичностью и
липкостью, бывают от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Кокс –
наиболее высокотемпературные отложения, содержащие почти чистый
структуризованный углерод, карбенокарболиды и другие вещества, иногда
металлорганические соединения. Кокс удаляется с деталей ДВС либо чисто механическими приемами (обдувом, мягкими абразивными материалами и прочее), отлагается на деталях, имеющих температуру свыше 3500С.
При температуре около 8000С кокс выгорает, например, на электродах свечей зажигания.
Нагнетатель – компрессор для предварительного сжатия воздуха
или смеси воздуха с топливом, поступающего в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, и увеличения массового заряда горючей смеси. В итоге
из-за более высокой суммарной калорийности, поступающей в цилиндры
топливо-воздушной смеси, повышается мощность двигателя. С помощью
механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50%
несмотря на то, что часть мощности двигателя затрачивается на привод нагнетателя. Одно из основных преимуществ механических нагнетателей –
отсутствие провала мощности на переходных режимах при увеличении
оборотов.
Наддув – процесс повышение удельной мощности двигателя (отнесенной к единице рабочего объема цилиндров, массы, габаритов) за счет
увеличения подачи топлива и соответственно требуемой для его сгорания
массы воздуха. Наддув является эффективным средством влияния на мощность, крутящий момент, удельный и часовой расход топлива, тяговые характеристики автомобиля и трактора.
Надежность двигателя – свойство двигателя выполнять заданные
функции, сохраняя во времени установленные значения эксплуатационных
показателей (мощность, экономичность, готовность к работе, безопасность
и др.) в требуемых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и
транспортирования.
Низкопотенциальная теплота – теплота, получаемая от источников
вторичных энергетических ресурсов и от так называемых возобновляемых
источников теплоты – недр Земли (геотермальной энергии), Солнца и окружающей среды. Вторичные энергетические ресурсы – это тепловые отходы
77
технологических производств промышленных предприятий, коммунальных, бытовых, жилых и других объектов. К этой категории можно также
отнести самоизливающиеся геотермальные воды, горячие минеральные
источники, сжигаемый попутный газ при нефтедобыче, добываемую горячую нефть, слабоминерализованные геотермальные воды и др.
Нихромовая нить – нить, состоящая из сплава: 55 - 78% никеля, 15 23% хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.
Осушитель влаги – прибор, предназначенный для снижения влажности воздуха. Остужающая вода или пароводяной состав вводится путем
впрыскивания ее в охладитель в поток пара, который исчезает благодаря
теплу, отнимаемому от пара, и остужает пароводяной состав до назначенной температуры.
Охладители впрыскивания воды – устройство для впрыскивания
воды с целью снижения температуры конца сжатия в процессе детонации и
перегрева.
Парниковый эффект – подъем температуры на поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за
нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту
на Земле, – это водяные пары и углекислый газ.
Патрубок – небольшой отрезок трубы, присоединенный (вальцованный, приклепанный, приваренный) к трубопроводу, резервуару и др. конструкциям, служащий для подключения к ним трубопроводов и арматуры
в целях отвода по нему газа, пара или жидкости. В зависимости от принятого вида соединения свободный конец патрубка снабжают фланцем, резьбой или раструбом. Патрубок называется переходным, когда он имеет неодинаковые по размеру и форме концы. Патрубок – также соединительные
трубопроводы, служащие для транспортировки рабочих тел под действием
разности давлений.
Плотность потока (или интенсивность излучения) – поток лучистой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности.
Полигласс – многослойное стекло, применяемое для оснащения
элементов кабины, салона автомобиля.
Поликарбонаты – группа термопластов, сложные полиэфиры угольной
кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (-O-R-O-CO-)n.
Полиметилфторопласт – сложное химическое соединение, полученное методом низкотемпературной полимеризации в гомогенной системе в к-гептане при – 78°С полипропилена с применением ацетил-ацетоната
ванадия или комплекса четыреххлористого ванадия.
Прецизионно подогнанные детали – детали, обладающие высокой
точностью обработки или созданные с соблюдением высокой точности параметров.
Промежуточный охладитель представляет собой теплообменник
классического исполнения, который состоит из цилиндра двигателя, ком-
78
прессора, входного и сливного масляных каналов, турбины, охладителя
наддувочного воздуха, клапана ограничения наддува.
Пропускная способность солнечного излучения – метрическая характеристика, показывающая соотношение предельного количества солнечного излучения, проходящего в единицу времени через единицу площади.
Противодавление – избыточное аэродинамическое сопротивлений
на компрессоре.
Процесс самовоспламенения – резкое самоускорение экзотермических химических реакций, начальная стадия горения. Происходит при определенных (критических) условиях (температура, размеры реакционного
сосуда и другие) из-за того, что тепловыделение в ходе реакции больше
теплоотвода в окружающую среду.
Путевые потери – гидравлические потери давления на трение.
Радиатор системы охлаждения (новолат. radiātor – «излучатель») –
устройство для рассеивания тепла в воздухе (излучением и конвекцией),
воздушный теплообменник. Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха; для увеличения теплоотдачи
радиатор имеет специальное трубчатое устройство.
Радиационные функции – величины, показывающие интенсивность
солнечного излучения в зависимости от различных параметров: азимутального угла, широты местности, времени сезона и т. д., применяются для
расчета солнечной инсоляции.
Расширительные машины предназначены для внутреннего охлаждения рабочего тела установки при его расширении с отдачей внешней работы.
Расширительные машины выполняются как поршневого типа – поршневые
детандеры, так и центробежные – турбодетандеры.
Расширительный клапан – устройство, осуществляющее сброс
давления хладагента после конденсатора, пропускающее его количество в
зависимости от разности давлений на нагнетательной и всасывающих сторонах.
Редуктор понижающий – устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу,
повышая при этом вращающий момент. Редуктор, который преобразует
низкую угловую скорость в более высокую, обычно называют мультипликатором. Редуктор, который преобразует высокую угловую скорость в более
низкую, обычно называют демультипликатором. Редуктор со ступенчатым
изменением передаточного отношения называется коробкой передач, с бесступенчатым – вариатор. Основные характеристики редуктора – КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней.
Рекуператор (от лат. recuperator – получающий обратно, возвра-
79
щающий) – теплообменник поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенератора трассы потоков теплоносителей в рекуператоре не меняются.
Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей – противоточные, прямоточные и др.; по конструкции – трубчатые,
пластинчатые, ребристые, оребренные пластинчатые рекуператоры типа
ОПТ и др.; по назначению – подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и т. д.
Ресивер-коллектор – демпфирующий резервуар, сборник для хладагента и холодильного масла, используется как защита для компрессора. В
климатической установке ресивер-коллектор с дросселем расположен в зоне низкого давления.
Ресивер-осушитель – элемент, который обеспечивает очистку, удаление влаги и накопление хладагента. Кроме того, служит резервуаром для сбора
хладагента, поступившего из конденсатора, устанавливается на линии высокого давления, между выпускным патрубком конденсатора и впускным патрубком терморасширительного вентиля, применяется в системах кондиционирования воздуха с расширительным клапаном.
Рециркуляция воздуха – режим, при котором при необходимости
понижения температуры в салоне воздух забирается не из наружного пространства, а непосредственно из салона. При этом воздух проходит через
климатическую установку, охлаждается в ней и затем распределяется по
соплам. В режиме рециркуляции понижение температуры воздуха в салоне
осуществляется более быстро. Это достигается путем многократного прохождения через климатическую установку внутреннего воздуха, температура которого ниже, чем наружного. При необходимости повышения температуры в салоне путем рециркуляции достигается, наоборот, самое быстрое нагревание внутреннего пространства автомобиля. Дополнительный
положительный эффект: в режиме охлаждения воздуха необходимая производительность испарителя, затраты мощности на привод компрессора
при рециркуляции вдвое меньше, чем при заборе наружного воздуха.
Рутс – братья Рутс разработали еще в 1859 г. роторно-шестеренчатые
компрессоры (объемные нагнетатели), которые так и называются – компрессоры типа «Roots».
Свежий заряд – горючая смесь, поступающая при впуске в цилиндр
двигателя с внешним смесеобразованием; воздух, поступающий при впуске в цилиндр двигателя с внутренним смесеобразованием.
Сенсорная трубка (от англ. sensor) – трубка с датчиком, первичным
преобразователем, элементом измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующим контролируемую величину в удобный для использования сигнал.
Сепаратор-каплеуловитель – сепаратор, выполненный в виде пакета
80
изогнутых горизонтальных пластин тонких листов алюминия, предназначен
для уменьшения количества капель влаги, уносимых в потоке.
Сервисный штуцер (от нем. stutzen – обрезать коротко) – патрубок с
резьбой для соединения трубопровода, емкостей, вентилей и других деталей. Специальный сервисный штуцер предназначен для обслуживания системы охлаждения автомобилей, грузовиков, используется при замене антифриза в системе охлаждения автомобиля. Штуцерами называют также
патрубки для выпуска газа или жидкости из системы.
Серводвигатель – привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения двигателя.
Сильфон (от англ. фирменного названия sylphon) – упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка из металлических, неметаллических и композиционных материалов, сохраняющая прочность и
плотность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения, изгиба и
их комбинаций под воздействием внутреннего или внешнего давления,
температуры и механических нагружений.
Солнечное излучение (солнечная радиация) состоит из корпускулярной и электромагнитной составляющей. Корпускулярная составляющая
представляет, в основном, поток протонов, движущихся с высокой скоростью – 500…1500км/с, и плотностью от ~100 ион/см3 у Земли до 105
ион/см3 при повышении солнечной активности. Корпускулярная составляющая обеспечивает поток по убыли массы Солнца 1033 протон в секунду. Электромагнитная составляющая охватывает в основном лучистый поток с длинами волн от 200 до 4000 Нм (нанометр – 10-9метр).
Солнечная постоянная – количество энергии, которое приносят
солнечные лучи за 1 мин на площадку в 1 см2, поставленную вне земной
атмосферы перпендикулярно к солнечным лучам на среднем расстоянии
Земли от Солнца.
Стартер – в двигателе внутреннего сгорания устройство, раскручивающее коленчатый вал для запуска двигателя.
Тахоспидометр – совмещенный прибор для показания частоты вращения деталей механизмов и скорости движения, например, показывает
число оборотов коленчатого вала двигателя и скорость передвижения автомобиля.
Тепловые аккумуляторы – емкости с низкозамерзающей жидкостью, объединенные системой охлаждения ДВС и нагреваемые в процессе
его работы.
Теплообменник, теплообменный аппарат – устройство, предназначенное для передачи теплоты от одной среды к другой.
«Термодинамическая яма» – отрицательный процесс, при котором
увеличивается сопротивление на выхлопе газа и снижается подача при
снижении частоты вращения двигателя.
81
Термостат – прибор для поддержания постоянной температуры.
Поддержание температуры обеспечивается либо за счет использования
терморегуляторов, либо осуществлением фазового перехода (например,
таяние льда). Для уменьшения потерь тепла или холода термостаты, как
правило, теплоизолируют. Но не всегда. Широко известны автомобильные
моторы, где летом нет никакой теплоизоляции и за счет действия восковых
термостатов поддерживается постоянная температура. Другим примером
термостата является холодильник.
Топливная распыляющая форсунка, инжектор – механический
распылитель жидкости или газа, используется для распыления топлива
(мазута, дизельного топлива, бензина), например, в инжекторных системах
подачи топлива осуществляют распыление за счет высокого давления топлива (несколько атмосфер для бензина и сотни – тысячи атмосфер для дизельного двигателя).
Трансмиссия (силовая передача) – в машиностроении совокупность
сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими
колесами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка, а
также системы, обеспечивающие работу трансмиссии. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колесам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления
движения. В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач)
входит в состав силового агрегата.
Турбодетандер – смотри детандер.
Турбокомпрессор является термодинамическим преобразователем
энергии выхлопа в механическую работу газовой турбины, затрачиваемой
на привод нагнетающего компрессора.
Фланцевые свечи – устройство для подогрева воздуха во впускном
трубопроводе мощностью 400 Вт, рассчитано на потребление тока силой
45 - 47 А. Спираль свечи нагревается до температуры 900 - 950°С через 40
- 60 с и подключается к аккумуляторной батарее.
Фреон R-134a, хладон 134а – тетрафторэтан, CF3CFH2, за счет малого размера молекулы вероятность утечки значительна, нетоксичен и не
воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Фреон R134a нашел широкое применение в различных областях и отраслях, от промышленности до бытовых холодильников и кондиционеров.
Штифтовые свечи накаливания – устройство для предпускового
подогрева обеспечивает надежный запуск дизельного двигателя. Штифтовые свечи накаливания разогревают воздух в зоне впрыска топлива до
температуры 850…1000°С за 3…4 с., что позволяет значительно улучшить
условия запуска и после запуска в течение нескольких минут подогревать
поступающий воздух при прогреве охлаждающей жидкости до 75°С.
Эжектор (фр. éjecteur, от éjecter выбрасывать от лат. ejicio) – устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной сре-
82
ды, движущейся с большей скоростью, к другой. Эжектор, работая по закону Бернулли, создает в сужающемся сечении пониженное давление одной среды, что вызывает подсос в поток другой среды, которая затем переносится и удаляется от места всасывания энергией первой среды.
Эргономические свойства автомобиля – это оптимальное согласование
человеческого и машинного факторов в системе человек – машина; для рабочего места водителя – это соответствие сиденья и органов управления автомобиля
антропометрическим параметрам человека.
Эргономический заряд – оценочный критерий, характеризующий
человеческие затраты, направленные на управление и эксплуатацию автомобиля, устройства, аппарата.
Эффективность наддува – отношение эффективной мощности при
наддуве к мощности без наддува:
N наддув
ψ нд 

N безнаддува
83
(2)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Басыров, Р.Р. Выбор конструктивных элементов легкового автомобиля особо малого класса по критерию комфортности
воздушной среды в салоне: дис. … канд. техн. наук: 05.05.03 /
Р.Р. Басыров ; Камский гос. политех. инс-т; науч. рук. Х. А. Фасхиев. – Набережные Челны, 2005. – 157 с.
2. Воздухоохладители для кабин хлопководческих тракторов / В.А. Михайлов [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. – 1990.
– № 7. – С. 10-12.
3. Гавриченко, А.И. Новые показатели и методы оценки
теплозащитных свойств кабин операторов / А.И. Гавриченко //
Науч. тр. ВНИИОТСХ. Охрана труда и здоровья работников агропромышленного производства России. – М., 1993. – С. 47-55.
4. Галкин, Е.А. Применение водоиспарительных охладителей для улучшения температурно-влажностных параметров в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин: дис. … канд.
техн. наук:05.20.01 / Е. А. Галкин; Воронеж. гос. аграр. ун-т; науч. рук. В. П. Гребнев – Воронеж, 1995. – 214 с.
5. Снижение теплового воздействия на оператора мобильных
энергетических средств / И.Б. Журавец, Ю.В. Цуцких, Е.А. Галкин,
Н.А.Попов // Механизация и электрификация сельского хозяйства.
– 2010. – № 1. – С. 18-20.
6. Журавец, И.Б. Термодинамика и теплотехнические устройства: учебное пособие / И.Б. Журавец, А.В. Ворохобин, С.З.
Манойлина. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2015. –
307 с.
7. Журавец, И.Б. Экологичные системы микроклимата в
кабинах мобильных энергетических средств: монография / И.Б.
Журавец, М.А. Журавец, С.З. Манойлина. – Воронеж: ФГБОУ
ВПО Воронежский ГАУ, 2015. – 273 c.
8. Журавец, М.А. Разработка экологически безопасной системы охлаждения воздуха в кабинах лесных машин: дис. … канд.
техн. наук: 05.21.01 /М. А. Журавец; Воронежская гос. лесотехн.
академия; науч. рук. В. М. Попов. – Воронеж, 2004. – 156 с.
9. Кокорин, О.Я. Установки кондиционирования воздуха /
О. Я. Кокорин. – М.: Машиностроение, 1978. – 264 с.
84
10. Крейт, Ф. Основы теплопередачи: пер. с англ. / Ф.
Крейт, У. Блэк. – М.: Мир, 1983. – 512 с., ил.
11. Маляренко, Л.Г. О расчетных параметрах транспортного кондиционера / Л. Г. Маляренко // Тракторы и сельхозмашины.
– 1975. – № 1. – С. 14-16.
12. Матюхин, Л.М. Теплотехнические устройства автомобилей: учеб. пособие/ Л. М. Матюхин. – М.: МАДИ, 2009. – 89 с.
13. Минченко, М.Е. Микроклимат в кабине трелеровочного
трактора / М. Е. Минченко, М.А. Зацепин, В.А. Гебель // Тракторы
и сельхозмашины. – 1983. – № 6. – С. 14-15.
14. Михайлов, В.А. Выбор производительности и оценка
эффективности работы испарительных воздухоохладителей кабин тракторов и комбайнов / В. А. Михайлов // Тракторы и сельхозмашины. – 1981. – № 12. – С. 8-10.
15. Михайлов, В.А. Орошаемая насадка регулярной структуры для локального воздухоохладителя кабин / В. А. Михайлов,
С. В. Гусева // Тракторы и сельхозмашины. – 2008. – № 7. – С. 3335.
16. Михайлов, М.В. Микроклимат в кабинах мобильных
машин. / М. В. Михайлов, С. В.Гусева // М.: Машиностроение.
1977. – 230 с.
17. Михайлов, М.В. Системы отопления, вентиляции и
кондиционирования воздуха в кабине: усовершенствованный метод расчета характеристик / М. В. Михайлов // Тракторы и сельхозмашины. – 1991. – № 6. – С. 28-32.
18. Пат. 91695 РФ, МПК В 60 Н. Распределитель потоков воздуха
/ И.Б. Журавец, Ю.В. Цуцких. (Россия). – № 2009113691/8; заявл.
24.08.2009; опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6. – 3 с.
19. Программа самообучения 208 Audi. Автомобильные климатические установки. Устройство и принцип действия. – Изд-во
ООО «Фольксваген ФОЛЬКСВАГЕН Груп Рус»,2010 г. – 75 с.
20. Расчетный анализ тепловых потоков в кабины тракторов
и сельхозмашин / В. И. Деревянко [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. – 1972. – № 2. – С. 8-10.
21. СанПиН 4616-88 Санитарные правила по гигиене труда
водителей автомобилей / утв. постановлением санит. врача СССР
от 05.05. 1988, № 4616-88. – Сборник важнейших официальных
85
материалов по санитарным и противоэпидемическим вопросам.
Т.1, ч.2.– М., 1991.
22. Стребков, Д.С. Использование энергии Солнца / Д. С.
Стребков, А. Т. Беленов, В. П. Муругов; – М.: Нива России, 1992.
– 48 с.
23. Хохряков, В.П. Тепловой расчет системы кондиционер –
кабина / В. П. Хохряков, М. А. Крамаренко, В. В. Козырев // Тракторы и сельхозмашины. – 1991. – № 2. – С. 18-21.
24. Циммерман, А.Б. Косвенно-испарительный охладитель нового типа / А. Б. Циммерман, В. С. Майсоренко, Н. М. Пе-черская //
Холодильная техника. – 1976. – № 3. – С. 18-21.
25. Шуклин, И.К. Нормализация температурно - влажностных параметров в кабине мобильных с/х энергетических средств
применением водоиспарительного охлаждения: дис. канд. техн.
наук: 05.20.01 / И. К. Шуклин; Воронеж. гос. аграр. ун-т. – Воронеж, 2000. – 202 с.
86
87
Учебное издание
Журавец Игорь Борисович
Ворохобин Андрей Викторович
Манойлина Светлана Зиновьевна
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА НАЗЕМНЫХ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Учебное пособие
Издается в авторской редакции.
Подписано в печать 25.08.2015 г. Формат 60х841/16
Бумага кн.-журн. П.л. 5,37. Гарнитура Таймс.
Тираж 35 экз. Заказ №12465
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»
Типография ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1
Информационная поддержка: http://tipograf.vsau.ru
Отпечатано с оригинал-макета заказчика. Ответственность за содержание
предоставленного оригинал-макета типография не несет.
Требования и пожелания направлять авторам данного издания.
88
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
121
Размер файла
9 464 Кб
Теги
265
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа