Что такое промежуточный охладитель и как он работает?
Промежуточные охладители (другое название – охладители наддувочного воздуха, или интеркулеры) повышают эффективность сгорания топлива в двигателях с нагнетателем/наддувом (турбонагнетателем или компрессором наддува), улучшая характеристики работы двигателя, его мощность и топливный КПД.
Поступающий в турбонагнетатель воздух горения сжимается, следовательно, его внутренняя энергия увеличивается, а температура повышается. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного воздуха, что приводит к снижению эффективности сгорания топлива.
Благодаря установке промежуточного охладителя между турбонагнетателем и двигателем подаваемый сжатый воздух охлаждается еще до входа в двигатель. Таким образом, плотность воздуха снова увеличивается, что означает повышение эффективности использования топлива.
Промежуточный охладитель выступает в роли теплообменника, отводя тепло, образующееся в процессе сжатия воздуха в турбонагнетателе.
Отводимое тепло передается другому охладителю – как правило, это воздух или вода.
Промежуточный охладитель с воздушным охлаждением (типа «воздух-воздух»)
Рост спроса на двигатели с высоким КПД и низким уровнем выбросов в автомобильной промышленности привел к тому, что многие производители маломощных двигателей с турбонаддувом стали искать способы добиться нужного сочетания характеристик работы двигателя и эффективности сгорания топлива.
Для большинства автомобилей эффективное охлаждение обеспечивает интеркулер типа «воздух-воздух», который работает по принципу автомобильного радиатора. Холодный воздушный поток попадает в интеркулер при движении автомобиля вперед и проходит через пластины радиатора, забирая при этом тепло из воздуха турбонаддува.
Промежуточный охладитель с водяным охлаждением (типа «вода-воздух»)
В тех случаях, когда воздушное охлаждение нецелесообразно, весьма эффективным решением являются промежуточные охладители типа «вода-воздух», работающие по принципу кожухотрубного теплообменника.
Интеркулеры «вода-воздух» – это высокотехнологичные устройства, рассчитанные на работу в условиях высоких температур сжатого воздуха горения.
Компания Bowman производит широкий ассортимент охладителей наддувочного воздуха (интеркулеров) с водяным охлаждением, предназначенных для охлаждения как морских, так и промышленных двигателей, с использованием практически любого теплоносителя, включая соленую, пресную или минерализованную / загрязненную воду, с отдачей тепла от 5,3 до 146,6 кВт.
Более подробную информацию можно получить на странице оборудования «Охладители наддувочного воздуха» или в отделе сбыта по тел. +44 (0)121 359 5401.
Share
Промежуточные охладители наддувочного воздуха
Мощность двигателя определяется количеством топлива, которое может сгорать в его цилиндрах.
В свою очередь, это количество зависит от массы окислителя – воздуха, находящегося в цилиндрах. Таким образом, для увеличения мощности двигателя фиксированной размерности необходимо увеличить подачу в двигатель воздуха (или готовой топливо-воздушной смеси). Это хорошо понимали уже создатели первых двигателей внутреннего сгорания, например – Г.Даймлер и Р.Дизель.
Как известно, для увеличения плотности подаваемого в цилиндр заряда используется наддув, при котором тем или иным способом повышается давление свежего заряда. В первой половине ХХ века наддув нашел применение на авиационных поршневых двигателях. Широкое распространение на автомобилях наддув получил благодаря швейцарскому инженеру Альфреду Бюши, который в 1952 г. впервые использовал для привода компрессора энергию отработавших газов, что позволило поднять мощность двигателя на 40%.
Однако, как известно, быстрое сжатие газа всегда сопровождается увеличением его внутренней энергии, что проявляется в росте температуры. Связь между давлением и температурой в политропn −1
⎛ ⎞
ном процессе определяется выражением
декс «кон» соответствует конечным, а «нач» – начальным параметрам сжимаемого газа.
При этом температура возрастает тем существеннее, чем ниже КПД компрессора.
Можно посчитать, что при увеличении начального давления в полтора раза температура возрастает приблизительно на 45оС, при двукратном повышении давления прирост температуры составляет приблизительно 80оС. Считается, что в нагнетателях автотракторных ДВС температура сжимаемого воздуха поднимается на 70 …
180оС. Однако с повышением температуры плотность заряда
уменьшается, а потому эффект от повышения давления в известной степени нивелируется. Так, например, при плотность заряда падает приблизительно на 25%! К тому же, в случае использования наддува на двигателе с искровым зажиганием повышение температуры свежего заряда приводит к возникновению детонации при существенно меньших углах опережения зажигания. Это обстоятельство негативно сказывается на экономических показателях двигателя.
Для уменьшения вредного влияния увеличения температуры на плотность заряда используются специальные теплообменники – промежуточные охладители наддувочного воздуха.
Можно утверждать, что понижение температуры наддувочного воздуха на каждые 10° приводит к увеличению его плотности приблизительно на 3 %, что дает приблизительно такое же увеличение мощности. Таким образом, охлаждение воздуха на 30оС дает почти
10 %-ное увеличение мощности двигателя.
Рис. 2.1. Схема системы турбонаддува с промежуточным охладителем
Промежуточные охладители наддувочного воздуха устанавливаются либо перед радиатором перпендикулярно потоку набегающего воздуха, либо горизонтально над двигателем. В последнем случае в капоте выполняется специальный воздухозаборник для подвода к теплообменнику потока охлаждающего воздуха.
Примеры установки промежуточных охладителей показаны на рис. 2.2.
К настоящему времени наибольшее распространение нашли системы турбонаддува, при котором для повышения давления наддувочного воздуха используется энергия отработавших газов. Схема двигателя с турбонаддувом приведена на рис. 2.1.
Поскольку детонация является нарушением сгорания, присущим исключительно двигателям с искровым зажиганием, использование промежуточных охладителей на дизелях считается оправданным лишь при наличии не менее чем двух ступеней наддува.
При наддуве двигателей внутреннего сгорания используются два основных типа теплообменников. В одних охлаждение сжатого в компрессоре воздуха производится набегающим потоком воздуха (теплообменники «воздух-воздух»), в других – охлаждающей жидкостью («воздух-вода»). Может использоваться также понижение температуры сжимаемого воздуха путем подачи в его поток на входе в компрессор воды, на испарение которой затрачивается часть повышающейся при сжатии внутренней энергии. В любом случае гидравлическое сопротивление должно быть минимальным, поскольку высокие сопротивления протекающему через охладитель сжатому воздуху снижают его давление и, следовательно, его плотность.
|
а) б)
Рис. 2.2 . Установка промежуточного охладителя перед радиатором (а)
и в крыле (б)
|
В связи с конструктивной простотой и со своей надежностью наибольшее распространение нашли охладители типа «воздухвоздух».
Они представляют собой алюминиевый пластинчатый радиатор, в котором воздух проходит через тонкие трубки, соединенные друг с другом в верхней части. Пример выполнения такого теплообменника показан на рис. 2.3. Для интенсификации теплообмена как внутри трубок, так и между ними располагают небольшие перегородки.
Рис. 2.3. Охладитель типа «воздух-воздух»
фирмы DENSO
Поскольку охлаждаемой и охлаждающей средой является воздух, термические сопротивления теплоотдачи оказываются большими и общая эффективность таких охладителей невелика. Для существенного понижения температуры в таком теплообменнике он должен иметь достаточно большие размеры, что не всегда возможно, особенно в условиях ограниченного подкапотного пространства легковых автомобилей.
Поскольку теплоемкость воды более чем в 4 раза превосходит изобарную теплоемкость воздуха, существенного уменьшения габаритов промежуточных охладителей можно добиться использованием теплообменников типа «вода-воздух». Теплообменник «водавоздух» обычно располагается рядом с компрессором, а теплота в окружающую среду отводится с помощью отдельного радиатора, через который жидкость прогоняется специальным насосом.
Эффективность подобных теплообменников несколько снижается в связи с необходимостью добавки в воду антифриза. Количество охлаждающей жидкости в системе промежуточного охладителя должно быть достаточным, чтобы на пике нагрузки понизить температуру сжатого воздуха даже до того, как насос подаст в теплообменник очередную порцию охлажденной воды (обычно – 2 … 3 л). Такие охладители выигрывают в сравнении с охладителями типа «воздух-воздух» благодаря высокой теплоемкости и аккумулирующей способности жидкости.
Входной патрубок на входе в компрессор имеет обычно диаметр
80, а на выходе – 50 мм. Трубы должны быть гибкими и по возможности короткими. Ведущая от промежуточного охладителя труба покрывается теплоизоляцией.
Циркуляция воды в контуре промежуточного охладителя обеспечивается насосом с электрическим приводом. При увеличении нагрузки производительность насоса обычно возрастает. В некоторых системах насос включается лишь при открытии дроссельной заслонки на определенный угол, а затем, после фиксированной временной задержки, вновь отключается.
Насос обычно размещается на выходе из радиатора, благодаря чему в него поступает жидкость при сравнительно низкой температуре. Режим работы, а также включение и выключение насоса контролируются блоком управления. В качестве управляющего сигнала может использоваться значение температуры или давления сжатого воздуха, а также угол открытия дроссельной заслонки.
К недостатком промежуточных охладителей типа «вода-воздух» можно отнести то обстоятельство, что после длительной езды с высокой скоростью и последующей остановки вода в теплообменнике нагревается, что снижает эффективность системы после очередного трогания с места.
В любом случае радиатор промежуточного охладителя должен располагаться перед другими теплообменниками, в том числе – и перед конденсатором кондиционера.
Эффективность промежуточного охладителя оценивается коэффициентом эффективности или рассеивания теплоты Е:
– температура наддувочного воздуха на входе в охладитель,
t1выход – его температура на выходе,
t 2вход
– температура охлаждающего воздуха на выходе.
Для легковых автомобилей коэффициент эффективности обычно составляет 0,4 … 0,77 (большие значения соответствуют охладителям типа «воздух-воздух»).
Материал взят из книги Теплотехнические устройства автомобилей (Л.М. Матюхин)
Доохладителии интеркулеры: в чем разница?
Для многих промышленных процессов требуется сжатый воздух. К сожалению, промышленные воздушные компрессоры выделяют значительное количество тепла, которое необходимо рассеивать, чтобы предотвратить повреждение чувствительных компонентов процесса.
Операторы могут смягчить тепловые эффекты сжатия воздуха, используя такие устройства, как доохладители и промежуточные охладители. В этой статье рассматриваются различия между доохладителем и промежуточным охладителем.
Промежуточные охладители и доохладители для воздушных компрессоров
Правильное использование названий теплообменников может оказаться сложным для неопытных операторов. Хотя промежуточные и доохладители часто используются взаимозаменяемо, они относятся к машинам с небольшими различиями в конструкции и работе.
Мы четко определяем, чем промежуточный охладитель отличается от доохладителя.
Что такое интеркулер?
Промежуточный охладитель представляет собой теплообменник, отводящий тепло от воздуха, создаваемого воздушным компрессором. Эффективный промежуточный охладитель восстанавливает температуру сжатого воздуха до уровня, близкого к температуре окружающей среды.
Как работают интеркулеры?
Промежуточный охладитель обычно используется в двигателях с турбонаддувом для охлаждения сжатого воздуха перед его подачей в систему циркуляции двигателя. Функционируя как блок охлаждения впускного воздуха, промежуточный охладитель обеспечивает подачу большего количества воздуха к двигателю за счет увеличения плотности воздуха, что повышает его общую эффективность и выходную мощность.
Что такое доохладитель?
Доохладитель — это механическая охлаждающая установка, работающая на принципах теплообмена между двумя средами — обычно водой и воздухом.
Доохладители можно использовать для достижения температуры от 5 до 20°F сразу после выпуска сжатого воздуха из компрессорного агрегата.
Как работают доохладители?
Стандартный блок доохладителя состоит из трубок (содержащих воду или воздух) и ребер, которые способствуют охлаждению. Во время работы окружающий воздух втягивается в доохладитель, чтобы помочь удалить влагу из сжатого воздуха путем конденсации при одновременном снижении температуры процесса до удовлетворительного уровня. Доохладители сжатого воздуха изготавливаются как с водяным, так и с воздушным охлаждением.
Для доохладителей сжатого воздуха с воздушным охлаждением окружающий воздух направляется по трубам, содержащим горячий сжатый воздух, для отвода выделяемого тепла в процессе теплообмена. В версии с водяным охлаждением (также называемой воздухо-водяным охладителем) вода направляется по трубам, идущим рядом с трубами сжатого воздуха, для достижения охлаждения.
В чем разница между интеркулером и доохладителем?
Хотя доохладитель и промежуточный охладитель могут относиться к одному и тому же устройству и функционировать одинаково, обстоятельства, в которых они используются, создают очень тонкие различия.
В то время как промежуточный охладитель представляет собой теплообменник, который охлаждает воздух, выходящий из блока сжатия, промежуточный охладитель представляет собой устройство, прикрепленное к воздушному компрессору, которое охлаждает воздух перед впуском в двигатель.
Преимущества использования охладителей сжатого воздуха
По своей конструкции промежуточные и доохладители обеспечивают охлаждение сжатого воздуха за счет отвода тепла, выделяемого при сжатии воздуха. Результатом этого теплообмена является конденсация водяного пара, взвешенного в воздухе, который можно собрать, позволяя сухому воздуху поступать в подаваемые процессы. Устранение воды защитит чувствительные к влаге компоненты и предотвратит повреждение оборудования, которое могло быть вызвано коррозией, вызванной влагой.
Как выбрать между доохладителем и промежуточным охладителем для вашего приложения
Как указывалось ранее, доохладители и промежуточные охладители работают одинаково и могут использоваться взаимозаменяемо.
В зависимости от целевого применения любое охлаждающее устройство может использоваться для отвода тепла от промышленного процесса. Тем не менее, промежуточный охладитель рекомендуется для применений, где охлажденный всасываемый воздух имеет решающее значение для работы двигателя.
Откройте для себя решения NiGen для промышленного воздуха сегодня
В NiGen мы уделяем приоритетное внимание поставке промышленных систем очистки воздуха самого высокого качества для всех наших клиентов. В дополнение к нашим различным решениям для сжатого воздуха, мы также предоставляем доохладители воздушных компрессоров и установку, чтобы ваши системы сжатого воздуха соответствовали международным стандартам.
Свяжитесь с командой NiGen сегодня, чтобы узнать цену или узнать больше о том, как мы можем помочь с вашими потребностями в промышленном воздухе.
Все о доохладителях сжатого воздуха
Что такое доохладители сжатого воздуха и зачем они нужны? Эта статья расскажет вам все, что вам нужно знать о доохладителях; откройте для себя два наиболее распространенных типа, узнайте, почему доохладители воздуха важны, и узнайте их роль в системе воздушного компрессора.
Что такое доохладитель?
Доохладитель представляет собой механический теплообменник, предназначенный для удаления тепла и влаги сжатия из потока сжатого воздуха, чтобы воздух был достаточно прохладным и сухим для использования в пневматическом оборудовании.
Доохладитель сжатого воздуха выполняет три основные функции:
- Охлаждение воздуха, выходящего из воздушного компрессора
- Уменьшить влажность сжатого воздуха
- Защита последующего оборудования от перегрева и влаги
Зачем нужны доохладители воздуха?
Сжатый воздух, выходящий из воздушного компрессора, всегда будет горячим. Однако точная температура зависит от типа используемого компрессора.
Типичные средние температуры на выходе:
Верворегенный винт с инъецированным маслом 200 ° F
Бессловный вращающийся винт 350 ° F
2-ступенчатая вертикальная 300 ° F
Центрифал 225 ° F
Высокий воздух. в оборудовании с пневмоприводом, так как тепло отрицательно влияет на смазку оборудования и уплотнительные материалы.
Горячий воздух также содержит большое количество паров влаги, которые при конденсации способствуют образованию ржавчины, образованию накипи, вымыванию смазки и возможным проблемам с замерзанием.
Вода существует в виде пара во всем атмосферном воздухе. Когда воздух всасывается в компрессор и сжимается, эта влага становится более концентрированной. Из-за высокой температуры воздуха после сжатия влага остается в парообразном состоянии, выше температуры точки росы.
Точка росы – это температура, при которой воздух становится насыщенным на 100 % своей способности удерживать воду в парообразном состоянии. Общее правило заключается в том, что при повышении температуры на каждые 20°F воздух может удерживать в два раза больше влаги в парообразном состоянии выше точки росы.
Однако по мере охлаждения сжатого воздуха точка росы снижается, и водяной пар конденсируется. Когда количество влаги в воздухе превышает точку росы, водяной пар превращается в капли воды, которые должны покинуть сжатый воздух.
Например, воздушный компрессор мощностью 200 кубических футов в минуту, работающий с манометрическим давлением 100 фунтов на квадратный дюйм, может привести к попаданию в систему сжатого воздуха до 45 галлонов воды в день без доохладителя.
Типы доохладителей
Два наиболее распространенных типа доохладителей: с воздушным охлаждением и с водяным охлаждением .
Доохладители с воздушным охлаждениемДоохладители с воздушным охлаждением используют окружающий воздух для охлаждения горячего сжатого воздуха. Сжатый воздух поступает в доохладитель с воздушным охлаждением и проходит либо через змеевик со спиральными ребрами, либо через пластинчато-ребристый змеевик, в то время как окружающий воздух нагнетается на охладитель вентилятором с приводом от двигателя. Более холодный окружающий воздух отводит тепло от сжатого воздуха.
Большинство доохладителей с воздушным охлаждением рассчитаны на охлаждение сжатого воздуха до температуры окружающего охлаждающего воздуха в пределах от 15°F до 20°F, также называемой температурой приближения.
При охлаждении сжатого воздуха до 75 % водяного пара конденсируется в жидкость, которую необходимо удалить.
Влагоотделитель, установленный на выходе из доохладителя, механически удаляет большую часть жидкой влаги и твердых частиц из сжатого воздуха.
Влагоотделитель использует центробежную силу и, в некоторых случаях, перегородки для сбора влаги и твердых частиц на дне сепаратора. Затем следует использовать автоматический слив для удаления влаги и твердых частиц.
Защита ремня Доохладитель с воздушным охлаждением
Источник: AKG / akgts.com
Кожух ремня Доохладитель с воздушным охлаждением крепится к кожуху клинового ремня компрессора. Ременный шкив компрессора имеет ребра, предназначенные для нагнетания окружающего воздуха на компрессор и доохладитель с воздушным охлаждением. Воздух, проходящий через доохладитель, способствует теплопередаче. Шкив также направляет воздух через компрессор, помогая поддерживать надлежащую рабочую температуру.
Доохладитель с водяным охлаждением
Доохладители с водяным охлаждением аналогичны доохладителям с воздушным охлаждением, но часто используются в стационарных компрессорных установках, где имеется охлаждающая вода. Использование воды в качестве охлаждающей среды имеет несколько преимуществ:
- Вода имеет минимальные сезонные колебания температуры
- Холодная вода экономична и доступна в больших объемах
- Холодная вода может эффективно приблизиться к температуре окружающего воздуха, что исключает образование конденсата на выходе
Доохладители с водяным охлаждением обычно имеют температуру приближения от 10°F до 15°F, что также полезно, когда требуется более холодный воздух.
Источник: Southwest Thermal Technology quincyaftercoolers.com
Доохладители с водяным охлаждением бывают нескольких типов. Наиболее распространенным типом является доохладитель Shell and Tube. Этот доохладитель состоит из корпуса с пучком труб, установленных внутри.
Сжатый воздух течет по трубкам в одном направлении, а вода течет через корпус в противоположном направлении.
Во время этого процесса тепло от сжатого воздуха передается воде. При охлаждении сжатого воздуха внутри трубок образуется жидкая вода. Затем влага удаляется с помощью влагоотделителя и дренажного клапана, как и в случае доохладителей с воздушным охлаждением.
Как определить размер доохладителя
Для правильного определения размера доохладителя требуется три показателя: кубический фут в минуту, фунт на квадратный дюйм и температура. CFM и PSI являются простыми, поскольку они определяются выходной мощностью воздушного компрессора для приложения. Между тем температурная метрика требует дополнительных соображений.
Охладители обычно рассчитаны на перепад холодных температур (CTD) 10°F, 15°F или 20°F. Это означает, что температура сжатого воздуха на выходе из доохладителя будет равна температуре охлаждающей среды плюс CTD при заданных температуре воздуха на входе и расходе.
Чем ниже должна быть эта температура, тем больше должен быть доохладитель.
Требуемая температура сжатого воздуха часто определяется другими компонентами, расположенными ниже по потоку в системе. Максимальная температура каждого компонента должна быть определена и учтена, чтобы определить истинные требования к температуре для доохладителя — этот шаг имеет решающее значение.
Отказ от ответственности: Отдельные компоненты воздушного компрессора могут отличаться от указанных в таблице выше; всегда уточняйте у производителя компонентов спецификации и допуски, включая типичные и максимальные рабочие температуры.
После того, как требования к доохладителю будут понятны, выберите доохладитель со спецификациями, которые соответствуют этим требованиям или превышают их. Производители компрессоров могут уже учитывать общие требования к доохладителям и включать доохладители в качестве компонента компрессорной системы. В противном случае потребуется приобрести автономный или автономный доохладитель и установить его после компрессора.