Загрузка...
Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение — метод охлаждения деталей, узлов и механизмов, подвергающихся нагреву (таких как ДВС, ТЭД, полупроводниковые приборы и т. д.), потоком воздуха.
Содержание
Основная информация [ править | править код ]
Воздушное охлаждение — это способ рассеивания тепла. Он работает за счет расширения площади поверхности или увеличения потока воздуха над охлаждаемым объектом, или и того, и другого. Примером первого является добавление ребер охлаждения к поверхности объекта, либо путем их объединения, либо путем их плотного крепления к поверхности объекта (для обеспечения эффективной передачи тепла) прижатием или через термоинтерфейс. В последнем случае эффект достигается либо при помощи радиатора либо в паре с вентилятором (кулером), вдувающем воздух на объект, который нужно охладить. Добавление ребер к радиатору увеличивает его общую площадь поверхности, что приводит к повышению эффективности охлаждения. В воздушном охлаждении используются два типа охлаждающих прокладок: одна-медовая расческа (гребень), а другая — excelsior.
В любом случае воздух должен быть холоднее, чем объект или поверхность, с которой ожидается отвод тепла. Это связано со вторым законом термодинамики, который гласит, что тепло будет самопроизвольно перемещаться только из горячего резервуара (теплоотвода) в холодный резервуар (воздух).
Преимущества [ править | править код ]
- Воздушное охлаждение не требует присутствия охлаждающей жидкости, что позволяет облегчить вес конструкции и сэкономить воду, которую, порой, используют для жидкостного охлаждения.
- Воздушное охлаждение позволяет охлаждать объекты не нарушая их структурной целостности.
- Дешевле в установке требует меньше обслуживания, чем жидкостное охлаждение.
Недостатки [ править | править код ]
- Маленькая теплоёмкость воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.
- Более высокий шум под нагрузкой по сравнению с жидкостным охлаждением.
Примеры использования воздушного охлаждения [ править | править код ]
Воздушное охлаждение применяют, например, в огнестрельном оружии. Примеры оружия с воздушным охлаждением — это Браунинг М1919, ППШ-41, MP-18, ППД, MG 34, Sterling L2, STEN, Suomi M/31 и так далее.
Данный метод охлаждения также используют в двигателях. Один из подобных двигателей — это Pratt & Whitney R-4360. Воздушное охлаждение двигателя внутреннего сгорания представляет собой свободно обдуваемую воздухом рубашку цилиндра. Это позволяет отводить и рассеивать большую часть тепла двигателя по типу радиатора. Используется в авиа- и автомобилестроении.
В быту наиболее частым применением для воздушного охлаждения является терморегуляция персональных компьютеров (процессор, видеокарта, оперативная память, дроссели мат. плат и т. п.). Также применяется для теплоотвода от компонентов силовых цепей и уменьшения градиента температур внутри блоков.
Удалитель накипи и антифриз для лодочных моторов
Система охлаждения судового двигателя одна из наиважнейших систем обеспечивающая бесперебойную и надежную работу силовой установки. Система охлаждения не требует частого обслуживания, а ее работа на первый взгляд не заметна.
Существенно увеличить срок эксплуатации системы и максимально улучшить ее эффективность позволяют специальные средства для эксплуатации и ухода.
Компания LIQUI MOLY, разработала и выпустила, на рынок, новые продукты специально для двигателей судов.
Особенностью систем охлаждения судовых двигателей является наличие двухконтурных систем охлаждения, где с одной стороны в качестве теплоносителя используется антифриз (внутренний контур), а с другой стороны забортная вода (внешний контур).
В процессе эксплуатации внешний контур охлаждения постепенно загрязняется отложениями известкового типа. Известковый налет в системе охлаждения снижает эффективность ее работы. В случае критических загрязнений охлаждающая способность постепенно снижается, что может вызвать критический перегрев двигателя. Сам процесс образования известкового происходит очень медленно, что часто остается незамеченным. В то же время возрастает риск того, что система охлаждения внезапно вызовет проблемы или полностью выйдет из строя. Чтобы избежать проблем с системой охлаждения компания Liqui Moly предлагает владельцам судов специальное средство Marine Antikalk, лодочный удалитель известкового налета. Формула средства разработана на основе неорганической кислоты. Это позволяет мягко и эффективно удалять известковые отложения по всему внешнему контуру.
Простое применение средства осуществляется через впускную зону внешнего контура охлаждения. Краситель красного цвета в составе средства является индикатором благодаря которому его легко увидеть, когда он выходит из выпуска, это указывает на то что вся система заполнена. Процедура промывки длиться от 30 до 60 минут в зависимости от степени загрязнений. После чего средство, сливается вместе с растворенными отложениями, и система промывается водой. В случае сильных средство можно использовать в неразбавленном виде. Удалитель известкового налета рекомендуется применять для профилактики. В случае проведения профилактических работ рекомендуется использовать следующую дозировку: один литр состава на десять литров воды. Удалитель известкового налета Marine Antikalk применяется для судов эксплуатируемых на пресных и морских водоемах.
Зимой если судно встает на зимовку в сухой неотапливаемый док, возникает высокая вероятность повреждения внешнего контура из-за промерзания остатков воды в системе.
Для предотвращения проблем такого рода компания LIQUI MOLY предлагает использовать специальный антифриз для судовых двигателей Marine Antifreeze. Методика его применения аналогична удалителю известкового налета. Он также добавляется через впускную систему внешнего контура охлаждения. Синий цвет антифриза, является прекрасным индикатором, позволяет визуально контролировать процесс заполнения всего объема внешнего контура охлаждения.
В неразбавленном виде антифриз обеспечивает защиту до температуры минус 32 °C. Также антифриз для судовых двигателей, защищает систему охлаждения от коррозии, совместим с большинством материалов, которые могут быть, использованы в системе охлаждения. Специалисты компании LIQUI MOLY учли особенности применения антифриза, поэтому антифриз абсолютно безопасен для экологии, является биоразлагаемым продуктом.
Применение специальных продуктов LIQUI MOLY для обслуживания системы охлаждения судового двигателя позволяют значительно увеличить надежность работы данной системы. Система охлаждения без известкового налета, без скрытых повреждений и, без коррозии обеспечивает высокую эксплуатационную надежность и более эффективную, экологичную работу двигателя.
Оценка технического состояния функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки
Михеев, В. А. Оценка технического состояния функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки / В. А. Михеев. — Текст : непосредственный // Актуальные вопросы технических наук : материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь : Зебра, 2015. — С. 122-125. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/125/7298/ (дата обращения: 30.11.2021).
Система охлаждения дизельной энергетической установки предназначена для охлаждения надувочного воздуха и масла дизеля. Эффективность и надежность работы системы охлаждения дизельной энергетической установки во многом определяет технико-экономические показатели и безотказную работу тепловоза [1]. Поэтому в процессе эксплуатации тепловоза возникает задача оценки качества функционирования системы охлаждения. Принятая к рассмотрению принципиальная схема теплообменных процессов в системы охлаждения дизельной энергетической установки тепловоза представлена на рис. 1 [2].
Рис. 1. Принципиальная схема системы охлаждения дизельной энергетической установки:
1 — дизель; 2 — водяной насос горячего контура; 3 — турбокомпрессор; 4 — охладитель надувочного воздуха; 5 — масляный насос; 6 — водомасляный теплообменник; 7 — водяной насос холодного контура; 8 — охлаждающие секции горячего контура; 9, 10 — мотор-вентиляторы; 11 — охлаждающие секции холодного контура
На основании выражений теплового баланса и теплопередачи для принятой схемы теплообменных процессов по разработанной математической модели определяются коэффициенты теплопередачи функциональных элементов — теплообменных аппаратов: водомасляного теплообменника (ВМТ), охладитель надувочного воздуха (ОХНВ) и водовоздушных радиаторных секций охлаждающего устройства (ОС).
Сущность оценки технического состояния функциональных элементов системы охлаждения заключается в реализации разработанного алгоритма расчета (рис. 2), предусматривающего определение: теплового потока, переданного от горячего теплоносителя к холодному; коэффициентов теплоотдачи; среднелогарифмического и среднеарифметического температурного напоров; расходов рабочих сред; приращения и снижения температур теплоносителей.
Рис. 2. Алгоритм оценки технического состояния функциональных элементов системы охлаждения
Учесть многочисленные факторы, влияющие на протекание теплообменных процессов, затруднительно, поэтому при разработке математической модели был принят ряд допущений, перечень которых соответствует инженерной практике расчетов [3–7]. В частности принято, что коэффициент производительности водяных и масляного насосов остается постоянным, а производительность насосов изменяется прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала дизеля. Теплообменные процессы и теплопотери в окружающую среду в трубопроводах систем не рассматриваются.
Расчетная схема ВМТ представлена ни рис. 3.
Рис. 3. Расчетная схема ВМТ
Расчетная схема ОХНВ представлена ни рис. 4.
Рис. 4. Расчетная схема ОХНВ
Расчетная схема ОС представлена ни рис. 5.
Рис. 5. Расчетная схема ОС
Cистема уравнений теплового баланса и теплопередачи для функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки [3–7]:
; (1)
; (2)
, (3)
где 
, 
— расход горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента;
, 
— средние удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента при постоянном давлении;
, 
, 
, 
— температура горячего и холодного теплоносителей i-го функционального элемента;
Fi — поверхность теплообмена i-го функционального элемента;
Δti — среднелогарифмический напор при противотоке.
Для удобства инженерных расчетов при определении теплофизических характеристик теплоносителей при определенной температуре можно использовать аналитические зависимости, представленными в виде многочлена [3]:
, (4)
где a, b, c, d — коэффициенты многочлена.
Теплофизические свойства газа и воздуха выбираются при средней температуре соответствующих теплоносителей.
Сформированный алгоритм определения коэффициентов теплопередачи теплообменных аппаратов позволит по результатам обработки параметрической информации оценить техническое состояние системы охлаждения дизельной энергетической установки и ее функциональных элементов в процессе эксплуатации и проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту тепловозов.
1. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов / Под ред. А. И. Володина. — М.: ООО «Желдориздат», 2007. — 264 с.
2. Моделирование системы охлаждения тепловозов с целью оптимизации количества параметров контроля / Е. И. Сковородников, В. А. Михеев // Вестник СибАДИ. — 2009. — № 1 (11). — С. 61–66.
3. Володин А. И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. — М.: Транспорт, 1985. — 216 с.
4. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.: Энергия, 1977. — 344 с.
5. Бажан П. И., Каневец Г. Е., Селиверстов В. М. Справочник по теплообменным аппаратам. — М.: Машиностроение, 1989. — 200 с.
6. Бажан П. И. Расчет и конструирование охладителей дизелей. — М.: Машиностроение, 1981. — 168 с.
7. Куликов Ю. А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов. — М.: Машиностроение, 1988. — 280 с.
Похожие статьи
Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов.
Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов масляной системы дизельной энергетической установки. Автор: Михеев Владислав Александрович. Рубрика: Технические науки.
Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры
Конвективные системы — системы, в которых теплоноситель протекает через нагреватель только за счет тепловой конвекции, а циркуляционные системы — системы, в которых для перемещения
Рис. 2.3. Общая схема помповой системы жидкостного охлаждения.
Нормирование расхода топлива автомобилей при работе.
Оценка технического состояния функциональных элементов.
Cистема уравнений теплового баланса и теплопередачи для функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки [3–7].
Бортовая установка для прогрева тепловозных дизелей от.
Расчетная производительность водяного центробежного насоса принимается на 20–30 % большей и составляет Gц.н. = 6,12 м3/ч [12].
Оценка эффективности работы элементов системы охлаждения.
Оценка эффективности работы элементов системы охлаждения.
Методика, разработанная на кафедре «Локомотивы» [1], позволяет определить реальный расход теплоносителя, необходимый при выполнении теплового расчета системы охлаждения тепловоза.
– температура окружающего воздуха, оС
Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ.
Главным вопросом энергоснабжения потребителей, которые отдалены от энергетической системы, остаётся транспортировка дизельного топлива и обусловленность его поставок для дизельных электростанций
— число и расчётную производительность солнечных модулей
Аккумуляторы тепловой энергии и их применение
Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом.
Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы.
Определение технических характеристик термоэлектрического.
Примеры конструкции термоэлектрического генератора, предназначенного для утилизации тепловой энергии системы охлаждения
Рис. 4. Расчетная модель термоэлектрического радиатора. В общем случае, мощности тепловых потоков можно определить исходя из.
Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении.
Общая расчетная схема, «овощехранилище-гелиотеплица» показана на рис. 1.
Установки для трансформации тепла и охлаждения: Учеб пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 200 с.
Похожие статьи
Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов.
Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов масляной системы дизельной энергетической установки. Автор: Михеев Владислав Александрович. Рубрика: Технические науки.
Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры
Конвективные системы — системы, в которых теплоноситель протекает через нагреватель только за счет тепловой конвекции, а циркуляционные системы — системы, в которых для перемещения
Рис. 2.3. Общая схема помповой системы жидкостного охлаждения.
Нормирование расхода топлива автомобилей при работе.
Оценка технического состояния функциональных элементов.
Cистема уравнений теплового баланса и теплопередачи для функциональных элементов системы охлаждения дизельной энергетической установки [3–7].
Бортовая установка для прогрева тепловозных дизелей от.
Расчетная производительность водяного центробежного насоса принимается на 20–30 % большей и составляет Gц.н. = 6,12 м3/ч [12].
Оценка эффективности работы элементов системы охлаждения.
Оценка эффективности работы элементов системы охлаждения.
Методика, разработанная на кафедре «Локомотивы» [1], позволяет определить реальный расход теплоносителя, необходимый при выполнении теплового расчета системы охлаждения тепловоза.
– температура окружающего воздуха, оС
Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ.
Главным вопросом энергоснабжения потребителей, которые отдалены от энергетической системы, остаётся транспортировка дизельного топлива и обусловленность его поставок для дизельных электростанций
— число и расчётную производительность солнечных модулей
Аккумуляторы тепловой энергии и их применение
Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом.
Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы.
Определение технических характеристик термоэлектрического.
Примеры конструкции термоэлектрического генератора, предназначенного для утилизации тепловой энергии системы охлаждения
Рис. 4. Расчетная модель термоэлектрического радиатора. В общем случае, мощности тепловых потоков можно определить исходя из.
Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении.
Общая расчетная схема, «овощехранилище-гелиотеплица» показана на рис. 1.
Установки для трансформации тепла и охлаждения: Учеб пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 200 с.
«TDM-TS» – система управления охлаждением мощных силовых трансформаторов
Современная универсальная микропроцессорная система управления марки «TDM-TS» предназначена для эффективной работы с вентиляторами и маслонасосами, входящими в состав систем охлаждения мощных силовых трансформаторов с рабочим напряжением 220 ÷ 500 кВ.
В системе «TDM-TS» реализован полный и универсальный набор функций контроля и управления, обеспечивающий оптимальные температурные параметры силового трансформатора во всех режимах его работы, включая переходные режимы включения и отключения.
Конструктивно система управления охлаждением марки «TDM-TS» состоит из четырех основных элементов:
- набора первичных датчиков контроля параметров трансформатора;
- микропроцессорного прибора (контроллера) для измерения и обработки первичных параметров для формирования сигналов управления;
- силовой панели управления с контакторами включения электродвигателей насосов и вентиляторов;
- монтажного шкафа системы, устанавливаемого рядом с трансформатором.
Основные функции управления:
- Включение элементов системы охлаждения при вводе трансформатора в работу. Алгоритм работы контроллера зависит от типа системы охлаждения и начальной температуры масла.
- Включение и отключение электродвигателей насосов и вентиляторов системы охлаждения для поддержания заданной температуры бака трансформатора.
- Оперативное включение дополнительных элементов системы охлаждения при повышении нагрузки трансформатора. Данная функция позволяет избежать перегревов обмоток трансформатора.
- Опережающее включение элементов системы охлаждения в соответствии с планируемым графиком нагрузки трансформатора — функция «прекулинг». Данная функция позволяет эффективно уменьшить температуру наиболее нагретой точки обмотки.
- Программируемый график отключения маслонасосов и вентиляторов системы охлаждения при выводе трансформатора из работы.
Для оптимальной реализации этих функций управления все маслонасосы и вентиляторы системы охлаждения трансформатора делятся на группы, имеющие разный технологический статус:
- Оборудование, имеющее «первый» статус, всегда находящееся в работе, пока включен трансформатор. Это базовый уровень работы системы охлаждения.
- Оборудование, имеющее «второй» и последующие статусы, которое последовательно включается в работу при повышении нагрузки и температуры.
- Оборудование, находящееся в ремонте или обслуживании, и которое не может быть включено в работу в данный момент времени, имеет «последний статус».
Функции контроля и оперативной диагностики
При помощи дополнительных датчиков и специальных алгоритмов обработки информации при помощи контроллера «TDM-TS» осуществляется постоянный контроль технического состояния основных элементов системы охлаждения — вентиляторов и маслонасосов.
Также производится оценка дополнительных параметров состояния трансформатора – контроль качества прессовки обмоток и сердечника, косвенный контроль уровня масла в баке трансформатора.
Благодаря наличию такого набора дополнительных функций мониторинга и диагностики контролируемого оборудования система «TDM-TS» является уникальным решением для устройств управления охлаждением силовых трансформаторов.
При помощи функций системы «TDM-TS» решаются следующие важные вопросы:
- Осуществление непрерывной диагностики состояния подшипников электродвигателей маслонасосов и вентиляторов.
- Проведение регистрации и анализ скачкообразных изменений нагрузки контролируемых электродвигателей, длительных перегрузок, выявление дефектных состояний оборудования.
- Реализация диагностического контроля технического состояния лопаточного диска маслонасосов, проводимого на основании анализа спектров потребляемых токов и мощностей электродвигателей.
- Обеспечение контроля уровня масла в баке при помощи дифференциального анализа показаний датчиков давления вверху и внизу бака.
- Оценка технического состояния конструкции трансформатора, прессовки обмоток и сердечника на основании измерения и анализа вибрации бака.
- Контроль напряжения основного и резервного фидеров питания, обеспечение автоматического перехода на резервное питание.
Интерфейсы связи и управление «TDM-TS»
Система управления «TDM-TS» работает полностью в автоматическом режиме в соответствии с внутренней программой и заданными локальными настройками. Информация о текущем режиме работы системы охлаждения и расчетных параметрах трансформатора постоянно отображается на панели прибора светодиодами. Полная информация о состоянии и режиме работы системы охлаждения передается на компьютер АСУ-ТП по оптоволоконной линии, или медной паре, по стандартному протоколу МЭК 61850.
Оперативное управление и перенастройка всех параметров системы управления охлаждением трансформатора осуществляется с использованием сетевого компьютера АСУ-ТП.
При необходимости система «TDM-TS» может быть перенастроена оператором «на месте». Для этого в поставку контроллера управления может быть включен цветной экран и многофункциональная кнопка управления. Информация о текущем состоянии элементов системы охлаждения трансформатора в такой конфигурации также отображается на экране.
Конструктивное исполнение «TDM-TS»
Система управления марки «TDM-TS» поставляется в металлическом шкафу наружного защищенного исполнения, оснащенном автоматической системой подогрева. Все элементы системы управления охлаждением «TDM-TS» рассчитаны на работу при температуре до -40 градусов, поэтому, благодаря наличию подогрева, система сохраняет работоспособность при наружной температуре и до -50 градусов.
В верхней части внутренней панели шкафа предусмотрено место для установки системы диагностического мониторинга марки «TDM», что позволяет комплексно, и с минимальными затратами, решать вопросы управления, мониторинга и диагностики силовых трансформаторов.
Для силового трансформатора, имеющего однобаковое исполнение, обычно используется один прибор управления охлаждением. Для группы мощных однофазных трансформаторов, имеющих развитую систему охлаждения, часто приходится использовать прибор с платами расширения «TDM-TS-2,3».
Если общее количество всех электродвигателей системы охлаждения мощного силового трансформатора превышает 12 (количество реле управления в системе «TDM-TS»), то можно использовать расширенную версию системы управления «TDM-TS-2», или даже «TDM-TS-3». Такая система позволяет комплексно управлять сразу 24 и даже 36 электродвигателями маслонасосов и вентиляторов, входящих в состав системы охлаждения одного трансформатора.
Входные и выходные интерфейсы «TDM-TS»
| Датчик | Шт. | Примечание |
| Температура бака трансформатора, температура охладителей * | 12 | |
| Токи электродвигателей маслонасосов и вентиляторов * | 12 | |
| Токи нагрузки фаз трансформатора | 4 | |
| Давление масла (дифференциальное) в баке трансформатора | 3 | 4-20mA |
| Вибрация на поверхности бака трансформатора | 3 | 4-20mA |
| Датчики температуры и влажности воздуха | 1 | |
| Дополнительные цифровые изолированные входы | 4 | |
| Датчик напряжение электродвигателей маслонасосов и вентиляторов | 1 | |
| Датчик напряжения питающих фидеров системы охлаждения | 2 | |
| Приемник сигналов точного времени GPS | 1 | |
| Реле включения электродвигателей * | 12 | |
| Реле сигнализации | 3 |
(*) При поставке расширенной версии количество датчиков и реле управления увеличивается в два (система «TDM-TS-2») или в три (система «TDM-TS-3») раза
