ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




ЭЖЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

МОТОРНОЙ УСТАНОВКИ С ДВИГАТЕЛЕМ В-46

Канд. техн. наук В. С. ДУБОВ, В. А. ИВАНОВ, Л. С. МЕЛЬНИКОВ,

д-р техн. наук Г. А. МИХАИЛОВ, П. А. ОСИПОВ

Вестник бронетанковой техники. 1976. №2

 

С момента разработки двигателей типа В-46 были созданы эжекционные системы охлаждения ряда опытных образцов бронетанковой техники средней и промежуточной весовых категорий, различных по своим тактико-техническим характерис­тикам и отличающихся компоновкой моторно-трансмиссионного отделения (MTO). Эту задачу оказалось возможным решить благодаря ранее разработанной теорий и методу расчета танковых эжекторов. Проектирование и испытания показали эффективность работы двигателя В-46 с эжекцион­ной системой охлаждения на машинах различного назначения.

Статья посвящена обобщению материала по созданию таких систем и может быть использована при их проектировании.

Моторные установки, на которых определялись экспериментальные характеристики, включали в себя двигатель, выпускную систему, эжекционную систему охлаждения, воздухоочиститель и систему пылеудаления из бункера воздухоочистителя.

В процессе испытаний статическое разрежение в подводящем к нагнетателю патрубке было равно Pн = 1250÷1400 кгс/м2, противодавление выпуску (статическое давление в выходном сечении коллек­торов) — Pr = 0,37 кгс/см2.

В некоторых моторных установках для обеспе­чения работы эжектора пылеудаления производил­ся отбор воздуха после нагнетателя в количестве 6% от расхода воздуха через двигатель.

Приведенные в статье показатели, необходимые для проектирования эжекционной системы охлаж­дения, получены на основе обобщения эксперимен­тальных значений семи опытных танков с двигате­лями мощностью 710750 л.с.

Внешняя характеристика двигателя В-46 в ус­ловиях работы в танке приведена на рис. 1.

Высокая топливная экономичность обусловлена как малыми значениями величины удельного рас­хода топлива самого двигателя, так и незначи­тельным снижением мощности AN от установки моторных систем (8% при ΔNмакс). При этом, сниже­ние мощности от установки эжектора системы охлаждения составляло менее половины суммар­ной величины (~3%). Отбор воздуха от нагнета­теля (6%) для работы эжектора пылеудаления приводил к снижению мощности примерно на 5 л.с.

На одной из первых модификаций двигателя В-46 — двигателе В-45Т, предназначенном для ра­боты с эжекционной системой охлаждения, было использовано газораспределение с увеличенными фазами впуска и выпуска.

Испытания показали, что мощность в этом слу­чае снижалась примерно на 15 л.с., но топливная экономичность осталась на прежнем уровне вслед­ствие увеличенного удельного расхода топлива двигателя без систем. Кроме того, повысилась тем­пература выпускных газов на 40—50° С.

 

 

Изменение параметров мотор¬ной установки (Ne макс= 730 л.с.) в танке по внешней характеристике

Рис. 1. Изменение параметров мотор­ной установки (Ne макс= 730 л.с.) в танке по внешней характеристике:

1 — теплоотдача в масло; 2 — расход воз­духа; 3 — теплоотдача в воду;

4 — часо­вой расход топлива; 5 — величины за­трат мощности; 6 — температура выпуск­ных газов;

7 — удельный расход топлива при tокр = 40° С;

8 — удельный расход топлива при tокр = 20° С


 

 

Поэтому оказалось нецелесообразным применение различ­ной регулировки фаз газораспределения для дви­гателей, предназначенных для объектов с эжек­ционной и вентиляторной системами охлаждения.

Увеличение температуры окружающего воздуха с 20 до 40° С приводило к снижению мощности двигателя на 2%, примерно на эту же величину ухудшалась и топливная экономичность.

Для сравнения следует отметить, что величина удельного расхода топлива для моторных устано­вок с двигателем 5ТДФ и эжекционной системой охлаждения и двигателем В-46 с вентиляторной системой охлаждения равна соответственно 200 и 206 гс/(л.с.-ч) при tокр = 15° С, а при tокр = 40° С эти величины соответственно равны 212 и 220 гс/(л.с. ч).

Теплоотдача двигателя в воду Qв при tокр = 40° С на режиме максимальной мощности со­ставляет приблизительно 15,3% от количества тепла, подводимого в двигатель с топливом Qt, что несколько меньше, чем величина теплоотдачи в воду по ТУ, равная при Nе = 730 л.с., примерно

16,5%. На режиме максимального крутящего мо­мента относительная величина теплоотдачи в воду  возрастает до 17%.

С падением загрузки двигателя теплоотдача в воду уменьшается достаточно быстро, особенно при низкой частоте вращения (рис. 2), что пред­определяет интенсивное падение температуры воды с уменьшением загрузки.

Расход воздуха двигателем G в несколько выше величины, установленной ТУ на двигатель. Сниже­ние расхода воздуха от установки систем состав­ляет 14%.

Специальные испытания показали, что при от­боре воздуха после нагнетателя при использовании в эжекторе пылеудаления или продувки MTO (6%) расход воздуха через двигатель практически не изменяется, а расход воздуха через нагнетатель увеличивается на отбираемую величину.

Особенности конструкции эжекционной системы охлаждения позволяют применить ее в самых раз­нообразных компоновках MTO с продольным и по­перечным расположением двигателя.

На одной из модификаций танка Т-64А попе­речное расположение двигателя определило разме­щение эжектора системы охлаждения с выпуском газовоздушной смеси в кормовую часть, а также объединение выпускных газов от шести цилиндров в одном коллекторе.

 

Изменение параметров моторной установки в танке по нагрузке:

Рис. 2. Изменение параметров моторной установки в танке по нагрузке:

температура выпускных газов (1 – n = 2000, 2 — n = 1400 об/мин);

теплоотдача в масло (3 — n = 2000÷1400 об/мин);

теплоотдача в воду 4 — n = 2000, 5 — n = 1800, 6 — n = 1400 об/мин)

 

Аналогичное взаимное расположение двигателя и эжекционной системы охлаждения принято и для машин промежуточной весовой категории, для ко­торых условие обратимости MTO для всех мо­дификаций потребовало продольного, смещенного от оси корпуса машины, расположения двигателя и размещения эжектора с выпуском газовоздуш­ной смеси в сторону одного борта.

На ряде инженерных машин с продольным расположением двигателя применена система охла­ждения, состоящая из двух эжекторов с выпуском газовоздушной смеси в сторону обоих бортов.

Эжекционная система охлаждения обеспечи­вает тепловую маскировку выхлопа за счет низкой температуры газовоздушной смеси после эжектора; герметичность воздушного тракта системы охла­ждения предотвращает скопление в MTO радио­активной пыли при преодолении зараженных участ­ков местности и обеспечивает защиту узлов, распо­ложенных в МТО, от воздействия горючих жидко­стей. Установленные в газоходах клапаны ОПВТ делают подготовку к преодолению водных преград по дну минимальной и позволяют преодолевать глубокие броды без подготовки.

Трудности создания эжекционных систем охла­ждения заключаются в том, что в ограниченных объемах MTO должна быть размещена система, работоспособная при tокр = 40° С при строго опре­деленной величине противодавления выпуску. При этом, каждую машину следует проектировать инди­видуально, на основе существующих методов (ОСТ В-3-1470—72), в зависимости от ТУ на дви­гатель по допустимой температуре воды и масла, типа трансмиссии и требований охлаждения допол­нительного оборудования.

Несмотря на это, всем системам присущи об­щие черты, позволяющие выработать некоторые единые рекомендации для выбора параметров.

Допустимая величина противодавления вы­пуску для двигателя В-46 равняется 0,3 кгс/см2 при tокр = 35° С. Ho параметры эжектора следует рассчитывать при полном напоре газа в сопле, равном 0,27—0,28 кгс/см2, так как подвод газа к соплам ресивера сопровождается некоторой по­терей давления. Расчет показывает, что при Gв = 0,97 кгс/с и tr = 670° С суммарная площадь выпускных сопел равна 70-71 см2. Ввиду того, что 10-14% выпускных газов необходимо использо­вать для обеспечения работы эжектора пылеудале­ния, площадь сопел эжектора системы охлаждения равна 60-63 см2. При проектировании ресивера надо иметь в виду, что скорость выпускных газов вдоль ресивера не должна превышать 80-90 м/с, что приведет к приемлемой патере давления.

По условиям компоновки в MTO обычно разме­щается эжектор с шириной проточной части 1750—1900 мм, высотой камеры смешения 85-100 мм, при этом масштаб эжектора оказывается равным т = 22÷30.

Для удовлетворительного перемешивания эжек- тируемого воздуха и эжектирующего газа при длине проточной части эжектора 450-550 мм необ­ходимо использовать сопловой аппарат с двумя рядам сопел. В редких случаях при длине проточ­ной части эжектора более 700 мм представляется возможным применить однорядный сопловой аппа­рат.

На рис. 3 приведены расчетные характеристики эжекторов (т = 22 и 30) с типичной длиной про­точной части и предельные сопротивления воздуш­ных трасс, включающих входные жалюзи и пакет радиаторов. Верхний предел расхода охлаждаю­щего воздуха достигается одновременно увеличе­нием масштаба эжектора и фронтальной поверх­ности радиаторов. Причем, наиболее эффективно увеличение масштаба за счет ширины эжектора, а не высоты камеры смешения, так как в этом слу­чае нет необходимости в одновременном увеличе­нии длины проточной части.

 

Расчетные характеристики эжекто¬ров (

Рис. 3. Расчетные характеристики эжекто­ров (1 - m = 30 и 2 - m = 22)

и сопро­тивления воздушных трасс (3 -  Fфр = 1,2 м2, z = 8 рядов, 4 - Fфр  = 1,2 м2,

z = 10,5 - Fфр = 1 м2, z = 8)

 

Параметры пакета и взаимное расположение радиаторов должны выбираться в зависимости от типа применяемой трансмиссии и допустимой тем­пературы воды. Здесь желательно одновременное достижение предельных значений температур всех охлаждаемых агентов.

При применении механической трансмиссии с умеренными теплоотдачами (30·103 — 40· 103 ккал/ч) и сравнительно низкой допустимой температурой масла (115-125 °С) на выходе наиболее эффек­тивно располагать масляные радиаторы трансмис­сии и двигателя над водяными; глубина каждого масляного радиатора равна двум рядам.

На машинах с гидромеханической трансмис­сией, имеющей теплоотдачу порядка 100·103 ккал/ч и высокую допустимую температуру масла (130-140 °С), трансмиссионный радиатор следует распо­лагать под водяными радиаторами, при этом фрон­тальная поверхность радиаторов должна быть увеличена до 1,15-1,25 м2. Необходимая глубина трансмиссионного радиатора равна трем-четырем рядам.

На первых образцах двигателя В-45 допусти­мая температура воды на выходе была равна 125° С. Это позволяло при механической транс­миссии обеспечить охлаждение двигателя шести­рядным радиатором с фронтальной поверхностью, равной 1 м2. В дальнейшем допустимая темпера­тура воды была снижена до 115-120° С, что потребовало его увеличения до 1,1-1,2 м2 даже при механической трансмиссии. Размещение радиато­ров ГМТ под водяными исключает дополнительный подогрев воздуха на входе в них и позволяет уменьшить глубину водяных радиаторов до пяти рядов.

 

 

Рис. 4. Изменение параметров системы охлаждения по частоте вращения:

изменение температуры воды (1— выпускная система с объеди­нением по шести цилиндрам,

2 — выпускная система с объеди­нением по трем цилиндрам); из­менение температуры масла (3 — выпускная система с объе­динением по трем и шести ци­линдрам); изменение коэффи­циента эжекции, отнесенного к значению при n = 2000 об/мин (4 — выпускная система с объеди­нением по трем цилиндрам,

5 — выпускная система с объединением по шести цилиндрам)


 

 

Объемы, занимаемые системой охлаждения спроектированных машин, находятся в пределах 0,60-0,75 м3, причем меньший объем имеет систе­ма охлаждения с механической трансмиссией и до­пустимой температурой воды и масла 125°С, а больший объем — в случае применения ГМТ и до­пустимой температуры воды и масла 115° С.

Несмотря на увеличение объема системы охла­ждения для машин с ГМТ, их удельная теплорас­сеивающая способность находится на уровне 50· 104ккал/(ч·м3), как и в танках Т-64А и Т-72.

Существенное влияние на выбор параметров системы охлаждения оказывает характер измене­ния температуры воды двигателя по частоте вра­щения и нагрузке.

Как показывают расчеты

 

где q — коэффициент эжекции;

G1 — расход эжектирующего газа;

 — средняя температура воды;

 — температура воздуха перед радиатором.

Отсюда, для поддержания постоянной величи­ны температуры воды в некотором диапазоне режи­мов работы двигателя должно соблюдаться усло­вие

 

Для двигателя В-46 при постоянном q это усло­вие не соблюдается и при снижении частоты вра­щения с 2000 до 1400 об/мин по внешней характе­ристике величина возрастает на 17%, что приводит к росту температуры воды на выходе из двигателя на 7° С и наблюдается при выхлопной системе, объединяющей в одном выпускном кол­лекторе газ от шести цилиндров.

Более благоприятный характер изменения тем­пературы воды на выходе двигателя отмечен при объединении в одном коллекторе выпускных газов лишь от трех цилиндров.

Здесь, на низких частотах вращения коленчато­го вала, наблюдается рост коэффициента эжекции q вследствие повышения энергии выпускных газов за счет пульсации скорости истечения, что, в свою очередь, замедляет рост температуры воды (рис. 4). При этом, до 1600 об/мин температура воды остается практически постоянной. Такая си­стема выхлопа оказывается также предпочтитель­нее по условиям работы двигателя и эжекционной системы пылеудаления на минимальных частотах вращения холостого хода. Однако конструкция выпускной системы при этом усложняется из-за четырех газовых стыков вместо двух.

Температура масла в отличие от температуры воды на выходе из двигателя интенсивно падает с уменьшением частоты вращения (см. рис. 4).

Таким образом, наиболее сложной задачей яв­ляется охлаждение масла двигателя на n = = 2000 об/мин и воды на n 1400 об/мин. В то же время охлаждение двигателя на указанных край­них режимах не есть необходимое условие успеш­ной эксплуатации машин. Быстрое снижение тем­пературы масла с уменьшением частоты вращения и температуры воды с падением загрузки двига­теля позволяет проектировать систему охлаждения в условиях максимально допустимых температур и при предельной температуре воздуха на средних эксплуатационных частотах вращения.

Стремление обеспечить охлаждение воды и мас­ла во всем диапазоне частоты вращения может привести к необоснованному увеличению объемов системы охлаждения.

Высокая удельная мощность машин нового по­коления позволяет проектировать систему охла­ждения двигателя В-46, обеопечивая охлаждение при предельной температуре окружающего воз­духа на неполной загрузке, например на (0,80-0,85) Neмакс. Такой подход способствует уменьше­нию объема системы охлаждения и совершенство­ванию компоновки MTO и не приводит к каким- либо ограничениям в условиях реальной эксплуа­тации, что подтверждается уже имеющимся опы­том эксплуатации ряда машин.

 

Таблица 1

Параметры эжекционных систем охлаждения

 

Машины

Мощность двигателя Ne, л. с.

Ширина про­точной части эжектора, мм

Длина проточ­ной части эжектора, мм

Масштаб эжектора. m

Фронтальная

поверхность

радиатора

Fфр, M2

Число рядов трубок радиа­тора z

Допустимые темпера­туры, °С

Теплоотдача

трансмиссии,

ккал/ч

вода

масло

двига­

теля

масло

транс­

миссии

Опытные танки Т-64А с двигателем В-46

710

1770

595

26,0

1,00

8

125

125

125

35·103

730

1770

520

26,0

1,00

8

125

125

125

40·103

750

1770

550

22,5

1,10

7

120

115

125

40·103

Экспериментальный обра­зец гусеничной машины

710

1920

485

25,0

1,25

11

115

115

130

100·103

Экспериментальный обра­зец тяжелого транспортера- тягача

710

1044*

1136

600

32,5

1,25

9

115

115

125

40·103

Опытная инженерная ма­шина

710

800*

800

890

23,0

1,00

8

115

115

125

30·103

*Два эжектора.

 

Таблица 2

Результаты испытаний эжекционной системы охлаждения опытного танка

Т-64А с двигателем В-46 на нагрузочном стенде

Загрузка

Ne, %

Частота

вращения n, об/мин

Темпера­тура окру­жающего воздуха

 tокр С

 

Измерение температуры, cC

 

Температура, приведенная tокр 40° С

вода

масло двигателя

масло

трансмиссии

вода

масло

двига­

теля

масло

транс­

миссии

tвх

tвых

tвх

tвых

tвх

tвых

tвых

tвых

tвых

100

2000

18

85

95

69

106

61

80

120

124

98

1600

18

88

100

59

97

59

74

125

115

92

 

2000

18

80

88

55

100

50

79

ИЗ

118

97

85

1600

17

80

88

55

90

67

72

115

109

91

 

1400

17

84

94

52

87

52

66

121

106

85

 

Примечание. Допустимая температура воды двигателя, масла двигателя и масла трансмиссии соответствует 125° С.

 

Как уже отмечалось выше, за последние годы был создан ряд машин с двигателем В-46 и эжекционной системой охлаждения. Некоторые пара­метры систем охлаждения этих машин приведены в табл. 1.

Стендовые и ходовые испытания опытных об­разцов показали, что эжекционная система обеспе­чивает охлаждение двигателей и трансмиссий в ус­ловиях реальной эксплуатации без ограничения по скорости движения.

В качестве примера в табл. 2 приведены ре­зультаты испытаний эжекционной системы охла­ждения опытного образца танка Т-64А с двигателем типа В-46 на нагрузочном стенде  предприятия п./я А-7701, а в табл. 3 некоторые результаты ходо­вых испытаний [1].


 

 

Таблица 3

Результаты ходовых испытаний эжекционной системы охлаждения опытного

танка Т-64А с двигателем В-46 на грунтовой дороге

 

Характер дороги

Температура окружаю­щего воз­духа t окр. °С

Температура, °С

Пройдено за пробег,

км

Скорость движения,

км/ч

Примечание

охлаждаю­

щая

жидкость

масла

средняя

максималь­

ная

Пыльная

20-29

100-105

95-100

199

39,0

65,0

 

То же

30-35

90-110

90-110

202

35,4

65,0

 

То же

30-35

100-117

100-110

114

42,2

65,0

102 км безостановочно

То же

31-32

100-115

105-110

169

45,6

65,0

152 км безостановочно

Грязная

19-26

90-100

90-100

187

32,8

60,0

116 км безостановочно

Грязная

(густая грязь)

3-4

75-80

80-85

151

26,0

35,0

100 км безостановочно

 

Ходовые испытания семи опытных образцов с двигателем В-46 и эжекционной системой охлажде нияподтвердили простоту и надежность системы в эксплуатации и выполнение всех тактико-техни­ческих требований на эти машины.


 

ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет по испытаниям двух танков Т-64А с двигателем типа В-46 на 5000 км пробега и двигателя В-45 на 300 мото­часов работы в танке. Предприятие п/я А-3501, 1967.

 





 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ