5. Система охлаждения

Система охлаждения жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости, с полупрозрачным расширительным бачком. Сис­тема охлаждения состоит из центробежного насоса 13 (рисунок 1), радиатора 5, расширительного бачка 1, термостата 18 и электровентиляторов 6, 7. Для контроля температуры охлаждающей жидкости служит датчик, установленный в головке цилиндров, и указатель температуры в комбинации приборов.

Рисунок 1 – Схема системы охлаждения

Горячая жидкость отводится от головки цилиндров в радиатор или, минуя его (в зависимости от положения клапанов термостата) поступает в насос, из которого направляется в блок цилиндров двигателя.

В систему охлаждения двигателя включены отопитель 14 салона кузова, жидкость в который поступает из головки цилиндров через отводящий патрубок и кран 13 отопителя и отводится к насосу, а также обогрев впускного коллектора, жидкость в который поступает из рубашки впускного трубопровода 16 и отводится к насосу через шланг 17.

Для компенсации изменений объема и давления охлаждающей жидкости имеется расширительный бачок 1, который соединен шлангами с термостатом в зоне входа жидкости от радиатора и с радиатором.

Насос охлаждающей жидкости. Центробежной типа, с приводом от зубчатого ремня двигателя; устанавливается на блок цилиндров 1, (рисунок 2). Валик 5 ставится в корпусе 2 ,на двухрядном шариковом подшипнике 8, который стопорится винтом 1. На валик напрессовываются зубчатый шкив 9 и крыльчатка 4, которая уплотняется сальником 7 и уплотнительным кольцом 6 из графитной композиции.

Рисунок 2 – Водяной насос

Электровентиляторы. Взаимозаменяемы с электровентилятором двигателей ВАЗ-2103. Включение и выключение вентиляторов осуществляются в зависимости от температуры охлаждающей жидкости датчикоми, ввернутыми в правый бачки радиатора.

Радиатор. Сборный, алюминиевый, с пластмассовыми бачками; сердцевина радиатора - с одним рядом горизонтальных трубок. Радиатор устанавливается на резиновых подушках. Левый бачок радиатора соединяется шлангом с расширительным бачком. Расширительный бачок закрыт пробкой с клапанами. Давление начала открытия выпускного клапана не менее 1,2 кгс/см², впускного — 0,03-0,13 кгс/см².

Термостат. Неразборный, с твердым термочувствительным элементом, с основным 9 (рисунок 3) и перепускным 6 клапанами, работающими в интервале температур охлаждающей жидкости 87 – 102 °С.

1 - входной патрубок (от радиатора); 2 - резиновая вставка; 3 - твердый термочувствительный наполнитель; 4 - пружина дополнительного клапона; 5 - входной патрубок (от двигателя); 6 - перепускной клапан; 7 - выходной патрубок (к насосу); 8 - пружина основного клапана; 9 - основной клапан; 10 –патрубок (от расширительного бачка); 11-поршень

Рисунок 3 – Схема термостата

Расчет жидкостной системы охлаждения сводится к определению площади поверхности охлаждения радиатора, основных размеров водяного насоса и подбору вентилятора.

Количество теплоты, отводимой через систему охлаждения двигателя при его работе на режиме максимальной мощности определяется по формуле

(1)

где q_ж – относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость, q_ж = 0,16…0,36. В расчете принимаем qж=0,3 [14].

Количество теплоты отводимой от двигателя охлаждающей жидкостью Q_Ж.Р. принимается равным количеству теплоты, передаваемой окружающему воздуху Q_возд.

Расчетное значение количества теплоты отводимой от двигателя вычисляется по формуле

(2)

Расход воздуха проходящего через радиатор вычисляется по формуле

(3)

где С_возд. – средняя удельная теплоемкость воздуха, ;

_возд – плотность воздуха, ;

t_возд. – температурный перепад в решетке радиатора,

Циркуляционный расход охлаждающей жидкости через радиатор определяется по формуле

(4)

где С_Ж – удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, , [14]

_Ж – плотность охлаждающей жидкости,

t_Ж – температурный перепад охлаждающей жидкости в радиаторе, [14]

Средняя температура жидкости в радиаторе вычисляется по формуле

(5)

где t_ж.вх. – температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор t_ж.вх.= 90С.

Средняя температура воздуха, проходящего через радиатор вычисляется по формуле

(6)

где t_{возд.вх.} – температура воздуха на входе в радиатор, t_{возд.вх.} = 40 С.

Необходимая площадь поверхности охлаждения радиатора вычисляется по формуле

(7)

где k_ж - коэффициент теплоотдачи от охлаждающей жидкости в стенки радиатора, k_ж = 80…100 принимаем 90

Площадь фронтальной поверхности радиатора вычисляется по формуле

(8)

где v_возд. – скорость воздуха перед фронтом радиатора, v_возд.=13 м/с.

Глубина сердцевины радиатора вычисляется по формуле

(9)

где _Р – коэффициент объемной компактности, _Р = 0,14 [14].

Окружная скорость лопасти вентилятора на ее наружном диаметре вычисляется по формуле

(10)

где y – коэффициент, зависящий от формы лопастей, y = 2,2…2,9

p_в – давление воздуха создаваемое вентилятором, p_в=600…1000 МПа.; [14]

 = 1,093 – плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе.

Для расчета принимаем y=2,5, p_в=900 МПа.

Диаметр вентилятора вычисляется по формуле

(11)

где v_возд.- расчетная скорость воздуха в рабочем колесе, v_возд.=25 м/с;

V’_возд.=V_возд./2 – расход воздуха через один вентилятор, в системе охлаждения у нас их два.

По ГОСТ 10616 принимаем

Частота вращения вала вентилятора вычисляется по формуле

(12)

Мощность, потребляемая для привода двух вентиляторов вычисляется по формуле

(13)

где в – КПД вентилятора, в = 0,7.

Расчетная подача водяного насоса вычисляется по формуле

(14)

где _Н – коэффициент подачи, учитывающий возможность утечки жидкости, _Н = 0,85.

Рисунок 4 – Крыльчатка водяного насоса

Радиус входного отверстия крыльчатки вычисляется по формуле

(15)

где С₁-скорость жидкости на входе в насос (1..2,5), С₁ = 1,8 м/с,

r₀ – радиус ступицы крыльчатки, r₀ = 30 мм.

Окружная скорость схода жидкости вычисляется по формуле (16)

где ₂, ₂ – углы между направлениями скоростей, ₂ = 10, ₂ = 45,

р_ж .- давление жидкости, создаваемое насосом, р_ж.= 910⁴МПа,

Г - гидравлический КПД насоса, Г = 0,67.

Радиус крыльчатки на выходе

(17)

Окружная скорость потока жидкости на входе

=15.

Радиальная скорость схода охлаждающей жидкости

(18)

Число лопастей на крыльчатке z = 6,

Толщина лопасти δ = 3 мм;

Толщина лопастей на входе b1 и выходе b2:

(19)

(20)

Мощность, потребляемая водяным насосом:

Водяной насос забирает у двигателя 4,4% мощности.