Жидкостно-масляный теплообменник: плюсы и минусы

Содержание:
Охлаждение смазочного масла посредством масляных теплообменников является более прогрессивным направлением. Применяются они как на дизельных, так и на бензиновых двигателях (примером может служить двигатели ЗМЗ 409 и ЗМЗ 514). В жидкостно-масляных теплообменниках (ЖМТ) охлаждение масла осуществляется промежуточным теплоносителем — жидкостью, непосредственно из системы охлаждения двигателя. Такие системы охлаждения масла двигателя обладают рядом преимуществ по сравнению с системой охлаждения воздушным радиатором, что и объясняет их широкое применение на зарубежной технике.





Преимущества ЖМТ по сравнению с радиатором

1. Как правило, снижаются габариты и масса смазочной системы;

2. Обеспечивается интенсивный прогрев масла после запуска двигателя;

3. Ввиду малого гидравлического сопротивления теплообменника не требуется клапан для перепуска масла;

4. Благодаря незначительному изменению теплового состояния системы охлаждения обеспечивается стабильная температура масла в двигателе и оно предохраняется от переохлаждения при зимней эксплуатации;

5. В результате быстрого прогрева масла после запуска двигателя, поддержания его стабильной температуры в смазочной системе уменьшается количество низкотемпературных осадков (отложений) в масле, что способствует уменьшению износа деталей двигателя;

6. Исключается применение длинных трубопроводов, поскольку теплообменники расположены на блоке двигателя или встроены в рубашку охлаждения; 

7. Не требуется отключать теплообменник при эксплуатации в зимний период, так как исключается воздействие низких температур окружающей среды;

8. Исключается отрицательное воздействие смазочного масла на радиатор охлаждения двигателя, что имеет место при аварийном истечении масла из масляного радиатора при установке его в воздушном тракте;

9. Упрощается обслуживание системы охлаждения при эксплуатации из-за более свободного доступа для очистки внешних поверхностей радиатора охлаждения двигателя.

10. Не снижается давление в масляной магистрали, как при использовании масляного радиатора.

11. При предпусковом прогреве двигателя зимой с помощью тена встроенного в систему охлаждения, прогревается и масло в масляном фильтре, что хорошо сказывается на первых секундах пуска.





Все это увеличит ресурс мотора и масла, т.к. оно будет работать в более стабильном температурном режиме. Ведь известно, что под нагрузкой масло горячее ОЖ на 20-30 и более градусов, т.к. оно непосредственно разбрызгивается на горячие детали двигателя (поршни, цилиндры) и охлаждает их. А сверх нормы горячее масло становится более жидким и хуже смазывает детали, что грозит их повышенным износом и даже прихватом, и быстро теряет свои свойства (стареет).





Минусы ЖМТ 

1. ЖМТ обладает меньшей эффективностью по сравнению с воздушно-масляным радиатором. Эффективность ЖМТ во многом зависит от температуры охлаждающей жидкости, подаваемой на охлаждение масла, а значит, от разности температур между температурой жидкости и масла. Эта разность при использовании ЖМТ незначительна и составляет 5...7 °С. При таком перепаде температур применение ЖМТ может быть оправдано только в случае его высокой теплоотдачи, иначе необходимая поверхность охлаждения и габариты будут весьма значительными.

2. Нарушение герметичности ЖМТ может привести к проникновению масла в охлаждающую жидкость и замасливанию рубашки охлаждения, а следовательно, к нарушению работоспособности как смазочной системы, так и системы охлаждения и отказу двигателя.

Конструкций ЖМТ 

Трубчатые ЖМТ имеют большее распространение, что объясняется их простой конструкцией, технологичностью изготовления, возможностью ремонта в процессе эксплуатации. В трубчатых ЖМТ, охлаждающая поверхность которых состоит из набора круглого или овального сечения медных или латунных трубок, масло циркулирует внутри или снаружи трубок. При этом для повышения теплопередачи в первом случае внутри трубок могут устанавливаться различного рода смесители, искусственно турбулизирующие поток масла, а во втором — потоку масла может придаваться волнообразный характер движения за счет установки внутри корпуса поперечных сегментных перегородок.

Трубчатый ЖМТ

Сердцевина представляет собой цилиндрический пучок гладких латунных трубок круглого сечения, спаянных с латунными трубными досками среднеплавким припоем. Движение охлаждающей жидкости осуществляется внутри трубок, а масла — снаружи. Установкой сегментных перегородок достигается многократное обтекание трубок маслом при общем характере движения теплоносителей противотоком. Для дизелей этих моделей мощностью 125 - 200 кВт возможно применение сердцевины одного типоразмера, при этом увеличение теплоотдачи от масла в двигателях большей мощности обеспечивается увеличением потока масла и охлаждающей жидкости через ЖМТ.

Кожух разделен на несколько секций (в КАМАЗ таких секций четыре) поперечными пластинами. Корпус теплообменника с одной стороны закрыт подводящим коллектором, с другой стороны — отводящим коллектором (они устанавливаются через прокладки). Непосредственно в корпусе выполнены фланцы для монтажа сборки из масляных фильтров и термосилового клапана (который помещен в корпус с каналами).

Работает такой теплообменник просто. Масло из картера двигателя с помощью насоса нагнетается в фильтры, а из них — в каналы двигателя. При повышении температуры масла до 95-97°C срабатывает термоклапан, и часть потока масла направляется в теплообменник — здесь масло проходит по системе труб, омываемых потоком охлаждающей жидкости, охлаждается до необходимой температуры и поступает в двигатель. При повышении температуры до 110-112°C через ЖМТ проходит уже весь поток масла, поступающий на фильтры. При температуре 115°C наступает перегрев масла, с которым ЖМТ уже не справляется, в этом случае загорается индикаторная лампа, сообщающая о необходимости остановить автомобиль и охладить мотор.



Пластинчатые ЖМТ. Вместе с тем, все более широкое применение получают ЖМТ пластинчатого типа. Их высокая тепловая эффективность, технологичность изготовления и малые габаритные размеры позволили в 4 - 8 раз уменьшить объем, требуемый для их размещения, снизить стоимость изготовления и повысить надежность. В сравнении с кожухотрубными ЖМТ пластинчатые меньше по объему па 50 % и по массе на 40 %.

Пластинчатые ЖМТ

К несомненным достоинствам пластинчатых ЖМТ следует отнести их компактность, отсутствие уплотнений элементов, способность работать при минимальном температурном напоре между теплоносителями, возможность на основе одной секции создавать ряд унифицированных теплообменников. 

Недостатком пластинчатых ЖМТ неразборпой конструкции является невозможность очистки их внутренних полостей со стороны масла. Поэтому такие теплообменники больших габаритов изготовляются и разборными, состоящими из отдельных пластин, установленных в раму.

Для охлаждения масла дизелей тракторов «БЕЛАРУС» используются две схемы. По одной из них масло охлаждается потоком воздуха, проходящим через масляный радиатор. По другой — охлаждение масла дизеля осуществляется в ЖМТ, которая в последующем передает теплоту потоку воздуха. Поток воздуха рассеивает тепло в окружающее пространство. Поток жидкости к ЖМТ направляется после охлаждения ее в радиаторе. 

Основным материалом для изготовления ЖМТ является алюминий, что объясняется его высокой теплопроводностью. Использование алюминиевых сплавов в производстве ЖМТ позволяет экономить дорогие и дефицитные цветные материалы, такие как медь, олово, свинец.



Жидкостно-масляный радиатор на классический ДВС ВАЗ - видео



ЗМЗ409. Установка теплообменника. Болтовня про температуру масла в двигателе - видео