CC BY
14
М. А. САВИН, канд. техн. наук, доцент, профессор Уральского института ГПС МЧС РФ, г. Екатеринбург, Россия
УДК 614.846.6:621.43.016
О ТЕМПЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОЖАРНОГО АВТОМОБИЛЯ В ДЕПО
Приведены результаты исследований охлаждения функциональных систем дизельного двигателя ЯМЗ-236М2 после останова в условиях естественной конвекции пожарного депо при различных вариантах его теплоизоляции. Экспериментально установлено, что интенсивнее всего охлаждается моторное масло в поддоне картера. Минимальными темпами охлаждения характеризуется охлаждающая жидкость в блоке цилиндров.
Ключевые слова: дизельный двигатель; термостат; радиатор; жалюзи; моторное масло; охлаждающая жидкость; темп охлаждения.
Мониторинг региональных структур Федеральной противопожарной службы МЧС России показал [1], что остро востребованными, особенно в северных регионах страны, являются тяжелые пожарные автомобили (ПА) с вместимостью цистерны 5.. .10 м3, у которых силовым агрегатом является дизельный двигатель (далее — дизель). Поэтому исследования адаптации дизелей ПА соответствующих мощностей к низкотемпературным условиям эксплуатации являются весьма актуальными.
Так, в частности, целесообразно изучение процесса охлаждения дизеля ПА после его останова в условиях естественной конвекции пожарного депо. Это объясняется тем, что после возвращения ПА в часть с одного пожара через неопределенный промежуток времени возникает необходимость следовать на другой пожар. Известно, что силовой агрегат, находясь в "горячем" состоянии, сразу после запуска может развивать номинальную мощность, а следовательно, обеспечивать максимально возможную скорость движения ПА. Поэтому для увеличения времени нахождения двигателя ПА в "горячем" состоянии необходимо, чтобы, во-первых, темп охлаждения силового агрегата был минимален и, во-вторых, была возможность осуществить подогрев дизеля тем или иным способом. Все перечисленное предопределяет высокие тягово-скоростные показатели ПА для обеспечения нормативного времени их прибытия к месту вызова [2] и имеет следствием минимизацию количества летальных исходов в результате пожаров и других ЧС. Исходя из изложенного в настоящей работе было решено сосредоточиться на вопросе замедления темпа охлаждения дизеля ЯМЗ-236М2 после его останова в условиях естественной конвекции.
Таким образом, результатом исследования должна стать разработка мер и технических решений, обеспечивающих уменьшение интенсивности теп© Савин М. А., 2012
лорассеивания для увеличения времени нахождения двигателя пожарного автомобиля в "горячем" состоянии.
Методика эксперимента
В качестве объекта исследования был выбран У-образный силовой агрегат — дизельный двигатель 6Ч 13/14 марки ЯМЗ-236М2 пожарной автоцистерны АЦП-6/3-40 (5557) (базовое шасси Урал-5557) с малым износом: приведенный пробег автомобиля составил 4500 км при нормативном 100 тыс. км общего пробега [3].
Данный силовой агрегат был выбран из следующих соображений:
• дизели Ярославского моторного завода имеют отработанную конструкцию, надежны и просты в эксплуатации [4];
• в пожарные гарнизоны страны, в том числе северные, поступают пожарные автомобили, изготовленные на шасси автомобиля "Урал" с дизелем ЯМЗ-236М2 и цистерной вместимостью до 6000 л.
Согласно утвержденной программе проведения экспериментов было выполнено термометрирование функциональных систем дизеля в процессе охлаждения после его останова в условиях естественной конвекции пожарного депо. Температура окружающей среды при этом составляла 291+1К (18+1 °С).
Рассмотрим установку измерительной аппаратуры и ее тарировку
В ходе исследований в дизельном двигателе измеряли температуры: охлаждающей жидкости (ОЖ) на выходе из головок вблизи одного из термостатов и в верхнем бачке радиатора, а также масла в поддоне картера.
Для измерения температур теплоносителей применяли термометры манометрического типа марки
{БвИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №5
71
ТКП-60/ЗМ с диапазоном измерений 273...393 К (0.120 °С) и классом точности 1,5.
Используемые измерительные приборы перед измерениями и после окончания опытов проверяли и тарировали посредством образцового термометра с ценой деления 0,1 К (0,1 °С) в диапазонах температур: для ОЖ — 273.393 К (от 0 до 100 °С), для масла— 273.353 К(от0 до 80 °С). Тарировочныеграфики для регистрации вышеуказанных параметров имели линейный характер.
Система охлаждения (СО) дизеля была заправлена "мягкой" водой. Термостаты из системы охлаждения не были демонтированы, их исправность была проверена до начала экспериментов. Для проверки термостаты были на время сняты с дизеля и опущены в сосуд с водой. По мере ее нагрева до 363.373 К (90.100 °С) и последующего охлаждения определяли температуры начала и полного открытия их клапанов. У обоих термостатов ТС-107-06 дизеля ЯМЗ-236М2 начало открытия клапанов имело место при температуре 352 К (79 °С), полное открытие — при 359 К (86 °С). При визуальном осмотре одного из термостатов дизеля установлено неплотное прилегание клапана к седлу: имелся кольцевой зазор шириной 0,1 мм. При диаметре клапана 41 мм площадь такой неплотности составляет 12,75 мм2. Внутренний диаметр и площадь поперечного сечения перепускной трубки равны соответственно 18 мм и 254,3 мм2.
Таким образом, не весь поток охлаждающей жидкости циркулировал по "малому" кругу циркуляции. Очевидно, что величина расхода ОЖ, которая забрасывалась в радиатор СО, может быть определена из соотношения площадей кольцевого зазора негерметичного клапана термостата (12,75 мм2) и сечения перепускной трубки (254,3 мм2):(12,75:254,3)х х 100 = 5,01 %. Следовательно, через радиатор постоянно циркулировало примерно 5 % общего потока ОЖ, что при подаче насоса системы охлаждения ЯМЗ-236М2 9 л/с (при частоте 3850 мин-1 [5]) составило 0,45 л/с, или 27,1 л/мин. Отсюда видно, что полученное значение на порядок больше предельно допустимого — 2,6 л/мин [6].
Общими для всех экспериментов были: утеплительный чехол на решетке радиатора, закрытая штатная шторка радиатора. Кроме того, на радиаторе имелся дополнительный экран радиатора согласно патенту РФ на изобретение № 2117781 [7] в виде трех полос листового материала, поставленных вертикально в ряд, в имеющийся зазор между радиатором и кожухом вентилятора. Таким образом, листовой материал полностью перекрывал фронт радиатора, обращенный к вентилятору. Клапаны чехла облицовки радиатора ПА были всегда закрыты.
В отдельных экспериментах имелись следующие отличия в утеплении двигателя или моторного отделения ПА в целом:
• вариант 1 (первая серия опытов): капот ПА был накрыт сверху чехлом из однослойного шинельного сукна (арт. 4412);
• вариант 2 (вторая серия опытов): шинельным сукном (арт. 4412) в один слой после останова был укрыт сверху собственно двигатель (за исключением радиатора СО). Капот чехлом не покрывался;
• вариант 3 (третья серия испытаний): двигатель был сверху укрыт двухслойным покрытием, представляющим собой сочетание металлизированной полульняной ткани (слой из которой располагался ближе к двигателю) и холстопро-шивного ватина, используемых в комплектах теплозащитной одежды для пожарных [8]. На радиатор было наброшено сверху шинельное сукно в один слой. Капот чехлом не покрывался;
• вариант 4 (четвертая серия опытов): двигатель был накрыт также двухслойным покрытием, состоящим из шинельного сукна и расположенного сверху слоя холстопрошивного ватина. Дополнительный экран радиатора был утеплен шинельным сукном. Капот чехлом не покрывался. Для экспериментов по определению темпа охлаждения дизельного двигателя его сначала прогревали до оптимального теплового режима. Затем, предварительно поставив ПА в помещение пожарного депо, дизель останавливали, после чего периодически, через каждые 15 мин, в течение 270 мин регистрировали температуры функциональных систем силового агрегата.
Результаты экспериментальных исследований динамики охлаждения дизельного двигателя ЯМЗ-2Э6М2
Разные условия теплоизоляции оказывают существенное влияние на темп охлаждения функциональных систем дизельного двигателя ЯМЗ-236М2 после его останова в условиях естественной конвекции пожарного депо (см. таблицу и рисунок).
При анализе графических материалов было принято в расчет следующее обстоятельство. Согласно американским исследованиям [9] и данным А. П. Смолина [10] нормальная температура смазочного масла должна быть примерно на 50 °С ниже, чем жидкости в системе охлаждения, а нормальная температура охлаждающей жидкости не должна превышать 105 °С. Считается, что именно в этих условиях могут быть получены оптимальные зазоры в сопряжениях движущихся деталей дизеля, поэтому в качестве репера на графике была принята температура 50 °С.
72
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №5
Охлаждение функциональных систем дизеля ЯМЭ-236М2 после останова в условиях естественной конвекции (температура воздуха в пожарном депо 18 °С)
Теплоноситель дизеля Скорость охлаждения, К/мин (°С/мин), при варианте утепления двигателя (силового отделения) ПА
1 2 3 4
Вода в блоке 0,119 0,129 0,148 0,162
Вода в радиаторе 0,148 0,156 0,161 0,167
Масло в поддоне 0,152 0,163 0,1156 0,144
Анализ полученных данных опытов позволяет сделать ряд выводов.
1. Понижение температур функциональных систем при охлаждении дизеля ЯМЗ-2Э6М2 в условиях естественной конвекции пожарного депо происходит по экспоненциальному (или близкому к нему) закону.
2. Эквидистантное расположение соответствующих кривых охлаждающей жидкости в блоке и радиаторе подтверждает факт негерметичности одного из термостатов.
3. Интенсивность остывания функциональных систем дизеля различна. Так, минимальные темпы охлаждения охлаждающей жидкости в блоке и радиаторе ЯМЗ-236М2 из изученных четырех вариантов имели место при элементарном утеплении капота автомобиля Урал-5557 чехлом из однослойного шинельного сукна (вариант 1). В этой связи обращает на себя внимание то обстоятельство, что на капотах автомобилей семейства ЗиЛ скобы для крепления чехла конструкцией базового шасси не предусмотрены.
4. Самый низкий темп охлаждения моторного масла в поддоне был установлен при четвертом варианте утепления двигателя.
Динамика охлаждения дизеля ЯМЗ-236М2 после его останова в условиях естественной конвекции пожарного депо (температура воздуха 18 °С) с различными вариантами его теплоизоляции: --первый;......— второй;----— третий; --------четвертый; 1-4 — температуры ОЖ в рубашке охлаждения (до термостатов); 5-8 — температуры ОЖ в радиаторе; 9-12 — температуры смазочного масла в поддоне картера
Моторное масло в поддоне дизеля ЯМЗ-236М2 после его останова в условиях естественной конвекции пожарного депо охлаждается до температуры 50 °С (323 К) за 70.. .90 мин, а охлаждающая жидкость — более чем за 270 мин. Следовательно, для обеспечения форсированного выхода ЯМЗ-236М2 на номинальную мощность после запуска необходимо, в пожарном депо в первую очередь, применять пассивные (теплоизоляция поддона дизеля) или активные (подогрев моторного масла тем или иным способом) технические решения, позволяющие исключить понижение его температуры ниже 50 °С (323 К).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Яковенко Ю. Ф. Россия: пожарная охрана на рубеже веков. — Тверь : Сивер, 2004. — 208 с.
2. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07.2008 г. № 12Э-ФЗ; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. — Новосибирск : Изд-во Сиб. ун-та, 2008. — 144 с.
3. Наставление по технической службе Государственной противопожарной службы Министерства внутренних дел Российской Федерации : приказ МВД России от 24.01.96 г. № 34. — М., 1996.
4. ЖелтяковВ. Г.Дизели и силовые агрегаты ЯМЗ // Автомобильная промышленность. — 2001. — № 12. — С. 9-11.
5. Сабинин А. А. Автомобили с дизельными двигателями. — М. : Высшая школа, 1970. — 224 с.
6. КригерА. М., ДискинМ. Е., Новенников А. Л., ПикусВ. ^.Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей. — М. : Машиностроение, 1985. — 176 с.
7. Патент 2078954 РФ, МКИ F01P7/10, 7/02. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания / М.А. Савин.—№ 94017181/06; заявл. 26.04.94 г.; опубл. 10.05.97 г., Бюл. № 13.
8. ПростовН.И., АверинЮ. Ф., ЛогиновВ. И. Техническое описание и инструкция по эксплуатации комплекта теплозащитной одежды для пожарных ТК-800. — М. : ВНИИПО МВД СССР, 1987. — С. 3, 6, 7.
9. SAEPreprints, 1960,№ 251 С; 1961,№ 392; 1962,№ 448 А, 448 D; 1963,656 А, 660 А, 660В; 1965,№ 939 А. 10. Смолин А. П.Эксплуатация строительных машин в зимних условиях. —М.: Стройиздат, 1968.—188 с.
Материал поступил в редакцию 5 марта 2012 г. Электронный адрес автора: sawina@mail.ru.
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №5
73
