Выбор водяной системы охлаждения дизеля

Водяные системы охлаждения классифицируют по следующим признакам: по количеству контуров – одно-, двух- и трехконтурные; по температуре воды, если она ниже точки кипения, - среднетемпературные, если выше – высокотемпературные; по сообщению воды с атмосферой – открытые и закрытые; по способу циркуляции воды – с естественной (термосифонной) и принудительной циркуляцией.

На тепловозе вода для отвода (подвода) теплоты может использоваться от трех основных элементов: дизеля, водомасляного теплообменника и воздухоохладителя. От способа включения основных элементов в водяную систему зависит количество ее контуров.

В одноконтурных схемах (рис. 11, а) эти элементы включены последовательно. Циркуляция воды осуществляется одним насосом. Эта схема конструктивно проще, однако в ней невозможно обеспечить оптимальные температурные условия работы каждого элемента. К тому же вследствие малых температурных перепадов теплообменник имеет увеличенные габаритные размеры. Такая схема применена на некоторых зарубежных тепловозах, тепловозах ТЭ109 с дизелем 1А-5Д49, а также тепловозах ТЭЗ, ТЭМ1, на которых воздухоохладитель и водомасляный теплообменник отсутствуют.

В двухконтурной системе (рис. 11, б) контур охлаждения дизеля выполнен отдельно от контуров охлаждения масла и наддувочного воздуха. Такую систему используют на тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ10В и ТЭП60. Применение ее позволяет регулировать температуру воды и масла.

В трехконтурной системе контуры охлаждения масла и воздуха разделены. Такая система позволяет подбирать оптимальные температурные режимы для всех трех основных элементов. Однако при наличии трех насосов система становится слишком сложной. Трехконтурная система нашла применение на тепловозах ТЭ10, ТЭП60 первых выпусков.

В системах со среднетемпературным охлаждением температура воды и масла на выходе из дизеля соответственно равна 75 – 90° и 70 – 85 °С. Среднетемпературное охлаждение используют практически на всех отечественных тепловозах. Система с таким типом охлаждения проста в изготовлении и надежна в эксплуатации, однако она недостаточно экономична. Как показали результаты исследования, повышение температуры воды в системах охлаждения дизелей 2Д100 и 10Д100 на 30 °С приводит к снижению часового расхода топлива на 5 – 10 %. При этом приблизительно на такую же величину (до 7 %) уменьшаются потери тепла в воду. Аналогичные закономерности наблюдаются и для систем других дизелей. Уменьшение часового расхода топлива объясняется снижением потерь на трение и некоторым улучшением индикаторного КПД в результате повышения качества процесса сгорания. Кроме улучшения рабочего процесса дизеля на всех режимах работы, повышение температуры воды уменьшает износ трущихся деталей вследствие снижения трения. Поэтому увеличение температуры воды является одним из основных направлений в повышении экономичности и надежности дизелей, что привело к созданию систем высокотемпературного охлаждения с температурой воды до 110 – 120 °С. Наличие таких систем позволяет также существенно снизить размеры холодильника и затраты мощности на привод его вентилятора.

Высокотемпературное охлаждение двигателей широко применяют как в СССР, так и в других странах. Его используют для тепловозов ТГ102 и ТГ16, дизель-поезда ДР1А. При наличии нескольких контуров в системе охлаждения (двух или трех) высокотемпературным является только контур охлаждения цилиндров дизеля, а контуры охлаждения масла дизеля и наддувочного воздуха – среднетемпературные.

Водяную систему со среднетемпературным охлаждением выполняют обычно открытой, сообщающейся с атмосферой. В ней исключено образование паровых пробок, не требуется конструировать трубопроводы и уплотнения повышенной прочности. Водяную систему закрытого типа используют при высокотемпературном охлаждении. Применение ее вызвано тем, что для предотвращения кипения воды в системе повышают давление. Для обеспечения работы водяной системы закрытого типа требуется дополнительное оборудование, усложняющее ее конструкцию и снижающее надежность системы.