ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130
В процессе доводки системы охлаждения было уделено внимание необходимому
кавитационному запасу насоса. Под кавитацией понимается местное
понижение давления жидкости до давления парообразования при данной
температуре, вследствие чего происходит разрыв потока жидкости. При
последующем повышении давления пар конденсируется. Образовавшаяся
жидкость с большой скоростью устремляется в пустоты, которые были
заполнены паром, причем энергия частиц жидкости настолько велика, что
длительную «бомбардировку» этих частиц металл не выдерживает. Обычно
зоны кавитации располагаются при входе на лопатки рабочего колеса
центробежного насоса вследствие того что скорость здесь максимальная, а
давление минимальное. Металл в этих местах становится губчатым и
разрушается.
Для определения кавитационного запаса двигатель ЗИЛ-130 был смонтирован
на стенд с гидравлическим тормозом и оборудован собственной системой
охлаждения. Чтобы поддерживать температуру охлаждающей жидкости в
заданных пределах, радиатор был помещен в водяную ванну для создания
интенсивного протока воды сквозь сердцевину радиатора.
Для определения потерь напора на отдельных участках циркуляции жидкости
в системе охлаждения установлены ртутные манометры в следующих местах
(рис. 107): на входе в центробежный насос Н8, на выходе из насоса — на
входе в блоки цилиндров — Н9 и Н10, на выходе из задних каналов блоков
цилиндров — Нх и Н3, на выходе из передних каналов блоков цилиндров — Н2
и Н4, на входе в радиатор— Н6, на выходе из радиатора —- Я7, на выходе
из блоков цилиндров (общий) — Я5.
Температура охлаждающей жидкости tв определялась по ртутным термометрам
с ценой деления 0,1°, установленным на входе в водяной насос и в
патрубке, отводящем воду из двигателя.
Количество охлаждающей жидкости, прокачиваемое насосом через систему
охлаждения на различных режимах, измеряли при помощи водомера,
включенного в систему циркуляции на участке между отводящим патрубком и
входом в радиатор.
Потери напора в системе циркуляции определяли на режиме полностью
открытой дроссельной заслонки.
Частота вращения коленчатого вала двигателя изменялась в пределах
1000—3000 об/мин. При этом температура охлаждающей жидкости в двигателе
поддерживалась постоянной.
Опыты повторялись для температур охлаждающей жидкости на входе в насос:
63; 75, 86; 97; 108° С для закрытой системы при работе без термостата.
Для оценки влияния термостата (устанавливался термостат с твердым
наполнителем) на потери напора и количество воды, прокачиваемой через
систему охлаждения, опыты производились при температуре воды на входе в
насос 86 и 97° С. Чтобы сравнить работу закрытой и открытой систем
охлаждения, были определены потери в открытой системе при температуре
охлаждающей
жидкости на входе в насос 63; 75; 86° С. В
различных точках системы охлаждения определяли абсолютное давление в
метрах водяного столба. Кавитационный запас находили как разность между
абсолютным давлением в данной точке и давлением парообразования при
заданной температуре.
На рис. 107 приведена кривая последовательной потери напора охлаждающей
жидкости в разных точках открытой системы охлаждения на режиме п = 3000
об/мин при температуре жидкости на
входе в насос 63; 75 и 86° С. Термостат был удален
из системы охлаждения. При работе с открытой системой охлаждения верхний
бачок радиатора свободно сообщался с атмосферой, вследствие чего
давление в нем на всех режимах было постоянным и практически равным
атмосферному. Абсолютное давление в любой точке системы в этом случае
определялось как сумма атмосферного давления и перепада между давлением
в верхнем бачке радиатора и давлением в данной точке системы.
Так как указанные перепады давлений не зависят от температуры
охлаждающей жидкости, то при атмосферном давлении в верхнем бачке
радиатора абсолютное давление в любой точке системы одинаково для всех
температур охлаждающей жидкости. Вследствие этого кривая
последовательной потери напора в системе
охлаждения едина для всех трех температур (63; 75 и
86° С). Из графика на рис. 107 следует, что кавитационный запас h на
входе в насос изменяется от 5,85 м вод. ст. при tB — 63° С до
2.2 м вод. ст. при tв = 86° С.
Таким образом, при одинаковом абсолютном давлении на входе в насос
кавитационный запас уменьшается из-за повышения давления парообразования
с ростом температуры охлаждающей жидкости. Если считать, что
кавитационный запас не должен быть меньше 0,1 напора насоса, то в данном
случае минимальный кавитационный запас превосходит эту величину.
На рис. 108 приведены кривые последовательной потери напора в различных
точках закрытой системы охлаждения при удаленном термостате. Испытания
проводили на том же режиме для температур охлаждающей жидкости на входе
в насос 63; 75; 86;
97 и 108° С. Паровое пространство верхнего бачка радиатора было сообщено
с атмосферой при помощи дренажного клапана в пробке радиатора,
отрегулированного на давление 1 кгс/см2.
При повышении температуры охлаждающей жидкости в закрытой системе
охлаждения в верхнем бачке радиатора абсолютное давление возрастало.
Минимальное абсолютное давление ограничивалось давлением парообразования
при данной температуре, а максимальное — затяжкой пружины дренажного
клапана.
Из-за наличия воздуха, а возможно и газов, давление в паровой полости
бачка радиатора выше давления парообразования при данной температуре.
Зто давление определяет давление во всех точках системы охлаждения.
Вследствие этого кривые последовательной потери напора в различных
точках закрытой системы охлаждения расположились на неодинаковой высоте
при разных температурах охлаждающей жидкости. Кавитационный запас в этом
случае изменяется от 7,75 м вод. ст. при tв =
63° С до 2.3 м вод. ст. при tв = 108° С.
На рис. 109 показаны зависимости от температуры давления парообразования
(кривая 1) и абсолютного давления охлаждающей жидкости при входе в насос
для закрытой (кривая 3) и открытой (кривая 2) систем охлаждения.
Для одних и тех же температур кавитационный запас
при работе с закрытой системой значительно выше, чем при работе с
открытой системой . Штриховой линией показано предполагаемое продолжение
кривой при дальнейшем увеличении температуры охлаждающей жидкости. Из
графика на рис. 109 также следует, что абсолютное давление охлаждающей
жидкости на входе в насос в закрытой системе с ростом температуры
повышается.
Однако закон изменения абсолютного давления на
входе в насос отличен от закона изменения давления парообразования в
зависимости от температуры. Вследствие этого несмотря на повышение
абсолютного давления охлаждающей жидкости кавитационный запас с
увеличением температуры жидкости в системе охлаждения уменьшается.
С понижением кавитационного запаса кавитация возникает постепенно в
отдельных участках потока, в которых, как указывалось выше, абсолютное
давление жидкости падает до давления парообразования при данной
температуре. В точках пересечения кривыми 2 и 3 кривой 1 можно ожидать
наступления разрыва сплошности потока, т.е. прекращение циркуляции. Если
абсо-лютное давление на всей линии всасывания понизится до давления
парообразования при данной температуре, разрыв струи жидкости в открытой
системе должен наступить при температуре 93° С. При закрытой системе
(без термостата) прекращения циркуляции следует ожидать при тепературе
жидкости на входе в насос около 119° С.
На рис. 110 приведены кривые потери напора в системе охлаждения при
работе с термостатом. Для сравнения нанесены аналогичные кривые
(штриховые) для системы охлаждения без термостата. Как следует из этого
графика, наличие термостата в системе охлаждения вызывает некоторое
увеличение давления на выходе из насоса и соответствующее уменьшение
давления на входе в него. Давление в точках, расположенных за
термостатом, также замегно уменьшается, что вызывает понижение
кавитационного запаса.
Следует напомнить, что при описываемых испытаниях в систему был включен
водомер, поэтому некоторую часть потери напора надо отнести на его счет.
Сопротивление водомера весьма незначительно, однако удаление его из
системы должно вызвать некоторое уменьшение гидравлических потерь,
давления па входе в насос и, следовательно, некоторое увеличение
кавитационного запаса.
В результате проведенной работы был сделан вывод, что при закрытой
системе охлаждения и давлении в ней 1 кгс/см2 двигатель работает
нормально на всех режимах до температуры воды на выходе из него 120° С,