Анализ способов и средств облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей при низких температурах воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ способов и средств облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей при низких температурах воздуха



Содержание

Введение

1. Организационно-технологическая часть

1.1 Правила технического содержания подвижного состава

1.2 Особенности эксплуатации автомобилей при низких температурах

1.3 Подготовка подвижного состава к зиме

1.4 Классификация средств и способов безгаражного хранения автомобилей

2. Исследовательская часть

2.1 Анализ способов и средств облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей при низких температурах воздуха

2.2 Использование низкосортных, отработанных ГСМ для сжигания в форсуночных агрегатах

3. Конструкторская часть

3.1 Форсунки и горелки

3.2 Требования, предъявляемые к форсункам

3.3 Типы форсунок и топочных устройств

3.4 Устройство и принцип работы форсуночного агрегата

4. Экономическая часть

4.1 Расчет расхода электрической энергии, используемой потребителем

4.2 Расчет расходов на использование отработанных ГСМ

4.3 Расчет стоимости оборудования

4.4 Расчет экономического эффекта

5. Охрана труда

5.1 Техника безопасности при эксплуатации форсуночного агрегата

5.2 Противопожарная безопасность

5.3 Мероприятия по защите окружающей среды

Заключение

Список использованных источников



Введение

Актуальность темы. Организация хранения подвижного состава, при которой были бы в достаточной мере обеспечены надежный пуск двигателей, минимальные износы агрегатов и узлов, экономичность при удовлетворительной экологической основе, а также безопасность движения после длительной стоянки, в практике эксплуатации решается либо путем строительства теплых стоянок, либо с помощью различных средств и способов безгаражного хранения автомобилей.

Многообразие климатических условий существенно влияет на организацию эксплуатации, хранения автомобилей и на их технико-экономические показатели, что приводит прежде всего к ухудшению показателей надежности, снижению экономичности и затрудняет проведение технического обслуживания подвижного состава. Поэтому, рассматривая вопросы организации безгаражного хранения автомобилей, следует учитывать климатические условия конкретного региона. В зависимости от этих условий территорию Республики Казахстан делят на отдельные климатические зоны: северную, умеренного климата и южную. Все внимание будем уделять северной климатической зоне.

Безгаражное хранение автомобилей в зимний период сопряжено с температурными отказами. Поэтому при таком способе предусматриваются специальные меры для предотвращения потери работоспособности автомобилей.

В большинстве случаев применение любого иного способа хранения связано с тепловой подготовкой автомобиля.

Тепловая подготовка (обогрев) ¬ это процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя к агрегатам, узлам и системам автомобиля для достижения (или поддержания) их необходимого температурного состояния. Необходимое температурное состояние агрегата оценивается по граничной температуре, т.е. по такому уровню средней температуры агрегата, который позволяет использовать этот агрегат и обеспечивает дальнейшую работу на линии без существенных потерь (например, для двигателя ¬ минимальная температура пуска).

При хранении автомобилей на открытых площадках зимой затрудняется пуск двигателей, снижается надежность автомобилей, увеличивается расход топлива, усложняется проведение обслуживания, увеличивается количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработавшими газами.

Наиболее серьезная из указанных проблем ¬ затрудненный пуск двигателя. Это явление связано с рядом причин: снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя при пуске; ухудшение смесеобразования; ухудшение воспламеняемости рабочей смеси.

Актуальность темы данной дипломной работы обусловливается тем, что на сегодняшний день автомобили безгаражного хранения эксплуатирующиеся на территории с холодным климатом необходимо рассматривать как ступень развития в сфере автомобильного хозяйства страны. Но на данный момент в странах с суровым климатом проблема безгаражного хранения в условиях холодной температуры не решена. Предложенный мною форсуночный агрегат, является одним из ярких примеров подогревающих устройств, не являющийся экономически не выгодным для нашей страны, одновременно решающий проблему замерзания двигателей в зимнее время на территории АТП.

Предметом исследования стал форсуночный агрегат, его использование на автотранспортных предприятиях в качестве предпускового подогревателя двигателей транспортных средств.

Объектом исследования в данной дипломной работе является обеспечение легкого пуска двигателя автомобиля безгаражного хранения в зимнее время с помощью отопительного аппарата.

Цель дипломной работы. В настоящей дипломной работе предпринята попытка рассмотреть и решить все проблемы, связанные с пуском двигателей автомобилей в холодное время; опираясь на весь использованный материал, максимально точно описать форсуночный агрегат, его принцип работы, а также его достоинства и недостатки.

Достижение поставленной цели возможно при решении ряда следующих задач:

- выяснить особенности эксплуатации автомобилей при низких температурах;

- привести примеры классификации средств и способов безгаражного хранения автомобилей;

- раскрыть способы и средства облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей в условиях низких температур.

- дать общую характеристику форсуночного агрегата, и его отдельных частей.

- наиболее доступно раскрыть принцип работы форсуночного агрегата.

Источниковая база дипломной работы. Для решения поставленных задач в данной дипломной работе были изучены и использованы материалы взятые из таких источников и пособий как: "Котельные установки и их эксплуатация" Б.А.Соколова, "Теплогенерирующие установки" Г.Н.Делягина, В.И.Лебедева, Б.А.Пермякова, "Технологическое проектирование АТП и СТО" Г.М.Напольского, "Технологическое проектирование АТП и СТО" В.С.Планида, В.А.Окинько, В.П.Бычков" и другие.

Методологическая и теоретическая основа. С целью научного и объективного подхода к исследованию темы в настоящей дипломной работе были использованы методы сравнительного анализа и системного подхода.

Новизна исследования. Роль автомобильного транспорта довольно велика в народном хозяйстве. Автомобиль служит для быстрого перемещения грузов и пассажиров по различным типам дорог и местности. Автомобильный транспорт играет важнейшую роль во всех сторонах жизни страны. Без автомобиля невозможно представить работу ни одного промышленного предприятия, государственного учреждения, строительной организации, коммерческой фирмы и предприятия сельского хозяйства. Значительное количество грузовых и пассажирских перевозок приходится на долю транспорта. Но в зимнее время года в странах с суровым климатом, производительность автомобильного транспорта резко снижается, причиной тому являются: низкая температура, усложняющая пуск двигателя; нехватка отопляемых помещений на автотранспортных предприятиях; и одной из основных причин является проблема безгаражного хранения. Нельзя сказать, что пуск двигателей в холодное время года совсем невозможен, есть много различных способов поддержания температуры в двигателе после его остановки, а также существует множество способов подогрева автомобиля при помощи автономных подогревателей. Но неэффективность таких методов причиняет массу неудобств для пользователей. В качестве примера можно привести использование большегрузных автомобилей, для подогрева которых в условиях сурового климата уходит значительное количество времени. Решение данной проблемы раскрывается во второй главе дипломной работы.

Для обеспечения легкого и безопасного подогрева автомобилей нужно всего лишь одно не пугающее своими размерами, компактное и удобное в применении устройство, это - форсуночный агрегат. Его главное отличие от других отопителей состоит в том, что он работает от электрической сети и ему не требуется качественное топливо. Он будет сжигать отходы нефтепродуктов, например: мазут, керосин, отработавшее масло, взятое из КПП и мостов автомобиля, и т.д.

Структура дипломной работы. Дипломная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

Научная идея дипломной работы заключается в обеспечении простейшего способа подогрева двигателей транспортных средств безгаражного хранения в условиях низких температур.

Основные положения, выносимые на защиту, состоят в следующем:

- Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения коленчатого вала должна быть равной или превышать минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси. Эта величина сильно зависит от окружающей среды. При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление проворачивания коленчатого вала и после снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения, в то же время при низких температурах резко снижаются возможности пускового устройства (стартера). Это объясняется уменьшением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи.

- Котельную установку оборудуют топочными устройствами, обеспечивающими факельный процесс сжигания жидкого топлива. Форсунки, являющиеся частью топочного устройства, предназначены для подачи распыленного топлива в топку, а с помощью ВНУ перемешиваются частицы топлива с воздухом. Форсунки с ВНУ (иногда называемые горелками) могут иметь фронтовое и потолочное расположение. Преимущественное распространение получило фронтовое расположение, при котором форсунки и ВНУ размещают на передней стенке топки котла, называемой передним фронтом. Отдельные современные высокоэкономичные главные котлы оборудуют форсунками и ВНУ с потолочным расположением в верхней части топки. При этом создаются условия для более высокой интенсификации факельного процесса, газовоздушный поток получает более естественное движение сверху вниз, факел распределяется почти по всему объему топки. У главных и некоторых вспомогательных котлов устанавливают несколько форсунок с ВНУ, их число зависит от паропроизводительности котла.

- В котельных установках в зависимости от способов распыливания топлива могут применяться форсунки следующих типов: с воздушным и паровым распыливанием топлива, механические невращающиеся (центробежные) и вращающиеся (ротационные), паромеханические. К форсункам предъявляются следующие основные требования: простота устройства, надежность действия, хорошее распыливание топлива, большая глубина и легкость регулирования подачи, малый расход энергии, удобство замены и очистки, невысокая стоимость, возможность автоматического регулирования при безвахтенном обслуживании.



1. Организационно-технологическая часть

1.1 Правила технического содержания подвижного состава

Для хранения автомобили могут размещаться на открытых площадках, под навесом и в отдельных случаях в крытых отапливаемых или неотапливаемых помещениях.

Крытые помещения для хранения автомобилей могут быть манежного и боксового типа.

Если крытые помещения для хранения автомобилей отапливаются, то не требуется специального оборудования для разогрева двигателей автомобилей в холодное время года. На открытых площадках должно быть установлено оборудование для индивидуального или группового подогрева двигателей автомобилей.

Подогрев двигателей перед их пуском в холодное время обязателен, так как при этом улучшается образование горючей смеси и подача смазки к трущимся деталям. Чаще всего подогрев осуществляется горячей водой или паром, который подают от котельной, размещенной недалеко от зоны хранения.

Также применяют электроподогрев с использованием электроэлемента, установленного в нижнем соединительном патрубке системы охлаждения двигателя. Питание такой системы осуществляется от электрической сети. Разогрев двигателей в отдельных случаях можно осуществлять с применением теплого воздуха, горячей воды и масла, разогреваемых в водомаслогрейках.

Исправность автомобиля и продление срока его службы, как правило, зависят от того, насколько своевременно и качественно выполняются все работы по техническому обслуживанию перед выездом на линию, проверке работы агрегатов и узлов на линии, а также при возвращении в гараж.

Если водитель обнаружил какую-либо неисправность или посторонние стуки, он должен установить неисправность и принять меры к ее устранению. По окончании работы водитель должен указать в заявке на ремонт обнаруженные неисправности. Для восстановления работоспособности автомобиля его подвергают ремонту.

Ремонт подвижного состава выполняют по потребности в зависимости от его фактического технического состояния. В процессе ремонта подвижной состав приводится в пригодное для его дальнейшей эксплуатации состояние. При ремонте могут быть выполнены все виды работ, включая разборочные и сборочные, механические и слесарные, медницкие и сварочные, жестяницкие, электротехнические, рихтовочные и малярные.

В зависимости от вида и объема работ различают текущий ремонт и капитальный ремонт. Оба вида ремонта выполняют или для всего автомобиля (и прицепа), или по какому-то одному из агрегатов.

При текущем ремонте автомобиля или прицепа восстанавливают или заменяют все неисправные детали, узлы или агрегаты, устраняют неисправности, выявленные при контрольно-осмотровых работах технического обслуживания и в процессе эксплуатации. Также не исключен капитальный ремонт отдельных агрегатов.

При капитальном ремонте автомобиля или агрегата их техническое состояние должно быть доведено до уровня технических условий на ремонт. После капитального ремонта автомобиль или агрегат должен пройти установленный межремонтный пробег, если не были нарушены правила эксплуатации, своевременно и качественно выполнялись текущий ремонт и техническое обслуживание.

Учитывая, что потребность в ремонтах определяется фактическим техническим состоянием, существуют условия, по которым автомобиль или агрегат может быть направлен в капитальный ремонт.

Для направления агрегата в капитальный ремонт необходимо чтобы базовая деталь его нуждалась в ремонте, требующем полной его разборки. Агрегат направляют в капитальный ремонт также в том случае, если большинство его деталей изношено и не может быть восстановлено текущим ремонтом.

Автомобиль направляют в капитальный ремонт, если в нем нуждается большинство агрегатов.

Наиболее прогрессивным, позволяющим значительно сократить время простоя автомобиля в капитальном ремонте, является агрегатный метод ремонта.

Агрегатный метод ремонта автомобиля предусматривает замену неисправных узлов, приборов и целых агрегатов на заранее отремонтированные. При этом все агрегаты и механизмы обезличены и могут быть установлены на любой ремонтируемый автомобиль. Таким образом, агрегатный метод ремонта позволяет значительно сократить время ремонта автомобиля, который по сути сводится к сборке автомобиля из заранее отремонтированных узлов, механизмов и агрегатов.

Для продления срока службы автомобиля необходимо точно соблюдать требования инструкции завода-изготовителя, систематически на линии контролировать работу агрегатов, узлов и механизмов автомобиля, немедленно устранять появившиеся неисправности, своевременно промывать систему смазки и питания двигателя, а также проверять правильность регулировки трансмиссии и механизмов управления при ее нарушении.

1.2 Особенности эксплуатации автомобилей при низких температурах

Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения коленчатого вала должна быть равной или превышать минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси. Эта величина сильно зависит от окружающей среды. При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление проворачивания коленчатого вала и после снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения, в то же время при низких температурах резко снижаются возможности пускового устройства (стартера). Это объясняется уменьшением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а, следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур, увеличивается расход топлива, это объясняется:

- повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки;

- неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распыления топлива;

- необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя;

При низких температурах ухудшаются условия смесеобразования и сгорания смеси. У бензиновых двигателей ухудшается испарение бензина, резко увеличивается его вязкость, а также плотность воздуха, по этим причинам рабочая смесь обедняется. В то же время вследствие уменьшения напряжения на клеммах аккумуляторных батарей снижается энергия искры. Совместное действие этих двух факторов увеличивает трудности пуска бензиновых двигателей в зимнее время.

У дизельных двигателей при низких температурах в связи с резким увеличением вязкости топлива ухудшается качество его распыливания. При снижении температуры вязкость дизельного топлива увеличивается. Соответственно увеличиваются и размеры капель распыленного топлива, что затрудняет его воспламенение.

В то же время из-за того, что температура поступающего в цилиндры воздуха уменьшается, а теплоотдача от рабочей смеси в стенки цилиндра увеличивается, температура конца сжатия снижается, затрудняется воспламенение топлива, а следовательно, и пуск двигателя.

Ухудшение показателей надежности агрегатов и узлов автомобиля в процессе хранения при низкой температуре воздуха характеризуется ростом вероятности отказов и увеличением интенсивности изнашивания деталей. На снижение показателей надежности существенно влияет ухудшение прокачиваемости (запаздывание) и нарушение подачи масла к узлам трения. При этом нарушаются условия смазки трущихся деталей и повышается интенсивность их изнашивания.

Застывание масла в агрегатах трансмиссии автомобиля приводит к повышенному износу зубчатых передач, подшипников, валов. Застывшее масло остается на периферии полостей картеров, и в результате шестерни работают без смазки, что приводит к резкому сокращению срока службы трансмиссии.

Увеличение расхода топлива при низких температурах происходит по причинам работы двигателя на пониженных и неустановившихся режимах, периодических пусков для прогрева двигателя, неполноты сгорания топлива, вследствие ухудшения его испарения и распыливания, увеличения сопротивления движению на заснеженных дорогах, увеличения вязкости трансмиссионных масел и повышения сопротивления в агрегатах трансмиссии. Вследствие сказанного эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время увеличиваются от 5 до 20 % (в зависимости от климатической зоны).

Для хранения автомобили могут размещаться на открытых площадках, под навесом и в отдельных случаях в крытых отапливаемых или неотапливаемых помещениях.

Крытые помещения для хранения автомобилей могут быть манежного и боксового типа.

Если крытые помещения для хранения автомобилей отапливаются, то не требуется специального оборудования для разогрева двигателей автомобилей в холодное время года. На открытых площадках должно быть установлено оборудование для индивидуального или группового подогрева двигателей автомобилей.

Подогрев двигателей перед их пуском в холодное время обязателен, так как при этом улучшается образование горючей смеси и подача смазки к трущимся деталям. Чаще всего подогрев осуществляется горячей водой или паром, который подают от котельной, размещенной недалеко от зоны хранения.

Также применяют электроподогрев с использованием электроэлемента, установленного в нижнем соединительном патрубке системы охлаждения двигателя. Питание такой системы осуществляется от электрической сети. Разогрев двигателей в отдельных случаях можно осуществлять с применением теплого воздуха, горячей воды и масла, разогреваемых в водомаслогрейках.

Исправность автомобиля и продление срока его службы, как правило, зависят от того, насколько своевременно и качественно выполняются все работы по техническому обслуживанию перед выездом на линию, проверке работы агрегатов и узлов на линии, а также при возвращении в гараж.

Если водитель обнаружил какую-либо неисправность или посторонние стуки, он должен установить неисправность и принять меры к ее устранению. По окончании работы водитель должен указать в заявке на ремонт обнаруженные неисправности. Для восстановления работоспособности автомобиля его подвергают ремонту.

Ремонт подвижного состава выполняют по потребности в зависимости от его фактического технического состояния. В процессе ремонта подвижной состав приводится в пригодное для его дальнейшей эксплуатации состояние. При ремонте могут быть выполнены все виды работ, включая разборочные и сборочные, механические и слесарные, медницкие и сварочные, жестяницкие, электротехнические, рихтовочные и малярные.

В зависимости от вида и объема работ различают текущий ремонт и капитальный ремонт. Оба вида ремонта выполняют или для всего автомобиля (и прицепа), или по какому-то одному из агрегатов.

При текущем ремонте автомобиля или прицепа восстанавливают или заменяют все неисправные детали, узлы или агрегаты, устраняют неисправности, выявленные при контрольно-осмотровых работах технического обслуживания и в процессе эксплуатации. Также не исключен капитальный ремонт отдельных агрегатов.

При капитальном ремонте автомобиля или агрегата их техническое состояние должно быть доведено до уровня технических условий на ремонт. После капитального ремонта автомобиль или агрегат должен пройти установленный межремонтный пробег, если не были нарушены правила эксплуатации, своевременно и качественно выполнялись текущий ремонт и техническое обслуживание.

Учитывая, что потребность в ремонтах определяется фактическим техническим состоянием, существуют условия, по которым автомобиль или агрегат может быть направлен в капитальный ремонт.

Для направления агрегата в капитальный ремонт необходимо чтобы базовая деталь его нуждалась в ремонте, требующем полной его разборки. Агрегат направляют в капитальный ремонт также в том случае, если большинство его деталей изношено и не может быть восстановлено текущим ремонтом.

Автомобиль направляют в капитальный ремонт, если в нем нуждается большинство агрегатов.

Наиболее прогрессивным, позволяющим значительно сократить время простоя автомобиля в капитальном ремонте, является агрегатный метод ремонта.

Агрегатный метод ремонта автомобиля предусматривает замену неисправных узлов, приборов и целых агрегатов на заранее отремонтированные. При этом все агрегаты и механизмы обезличены и могут быть установлены на любой ремонтируемый автомобиль. Таким образом, агрегатный метод ремонта позволяет значительно сократить время ремонта автомобиля, который по сути сводится к сборке автомобиля из заранее отремонтированных узлов, механизмов и агрегатов.

Для продления срока службы автомобиля необходимо точно соблюдать требования инструкции завода-изготовителя, систематически на линии контролировать работу агрегатов, узлов и механизмов автомобиля, немедленно устранять появившиеся неисправности, своевременно промывать систему смазки и питания двигателя, а также проверять правильность регулировки трансмиссии и механизмов управления при ее нарушении.

1.3 Подготовка подвижного состава к зиме

Для обеспечения высокого уровня технического состояния автомобилей, эффективности их эксплуатации в зимнее время, необходимо заблаговременно, до наступления холодов, выполнить ряд мероприятий по подготовке подвижного состава к зиме.

К основным организационным мероприятиям по подготовке к зиме подвижного состава относят:

- составление плана работы;

- инструктаж водителей и ремонтно-обслуживающих рабочих по эксплуатации автомобилей зимой;

- проведение сезонного обслуживания автомобилей;

- оборудование автомобилей дополнительными средствами утепления и обогрева;

- укомплектование их дорожным инструментом и буксирными устройствами, а также средствами повышения проходимости.

Комплекс работ совмещенных с ТО обычно проводят в сентябре - октябре.

Подготовка системы смазки двигателя заключается в промывке системы и замены моторного масла на зимние сорта.

Подготовительные работы системы питания бензиновых двигателей включают:

- промывку топливных баков и удаление из системы летних сортов бензина;

- разборку, очистку и проверку топливного насоса;

- проверку герметичности системы.

При подготовке электрооборудования проверяют состояние и исправность всей электропроводки, аккумуляторную батарею и исправность приборов.

Эксплуатация автомобилей в холодное время значительно облегчается при использовании в системах охлаждения низкозамерзающих жидкостей (антифризов).

Подготовка тормозной системы к зимним условиям заключается в исправности тормозной системы и ее герметичности.

1.4 Классификация средств и способов безгаражного хранения автомобилей

На автотранспортных предприятиях используются групповые и индивидуальные средства и способы безгаражного хранения автомобилей.

Эти средства могут быть стационарными или передвижными.

Для групповых средств используется тепловая и электрическая энергия, газовая сеть и газогенераторы.

В качестве теплоносителей в групповых средствах используют воду, пар, масло, воздух, газо-воздушную смесь.

Наибольшее распространение в практике работ АТП получили такие групповые способы как вода и парообогрев, воздухообогрев и инфракрасный газовый обогрев.

Воздухообогрев - один из наиболее распространенных способов безгаражного хранения автомобилей. Для получения горячего воздуха и подачи его к обогреваемым автомобилям площадки безгаражного хранения оборудуются специальными установками, составными частями которой являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферные агрегаты), воздуховоды, соединительные рукава для подвода воздуха к автомобильным агрегатам, система контроля и сигнализации.

Электрообогрев достаточно эффективен и позволяет осуществлять регулирование количества подаваемого к автомобилям тепла в широких пределах. Электрообогрев широко используется не только в нашей стране, но и за рубежом.

При инфракрасном газовом обогреве обогревание двигателей осуществляется с помощью горелок инфракрасного излучения, применяется сравнительно недавно. Он основан на том, что инфракрасные лучи по природе своей являющиеся электромагнитными колебаниями с длиной волны от 1 мкм (конец видимого спектра) до 1 мм (наиболее короткие радиоволны) практически не поглощаются чистым воздухом, а металл обогреваемых агрегатов поглощает излучение и нагревается.

Для этого разработаны специальные горелки, предназначенные для работы в стационарных условиях и передвижные. Горелки могут работать как на природном газе, так и на пропане.

Индивидуальные средства включают в себя подогреватели, являющиеся неотъемлемой частью автомобиля, средства холодного пуска. В качестве этого используются утеплительные чехлы и другие устройства, обеспечивающие сохранение тепла агрегата автомобиля после возвращения его на стоянку.

Одним из широко распространенных способов подогрева или разогрева автомобильных двигателей при низких температурах является вода или парообогрев. Для этого необходимы устройства для нагревания воды или источники пара. К этим устройствам относятся водогрейные и паровые котлы низкого давления, бойлеры.

При групповом обогреве автомобилей используют электрическую энергию от трансформаторов подстанции. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяются нагревательные элементы, которые можно разделить на 2 группы: с твердым проводником и жидкостные. В качестве твердых проводников используются сплавы нихром, фехраль, кантал, лучшим является нихром. Применяются электронагревательные элементы из твердых проводников с открытой или закрытой спиралью. Среди нагревателей с твердым проводником, хорошо себя зарекомендовали цилиндрические электронагреватели, у которых спираль монтируется внутри патрубка системы охлаждения.

К индивидуальным средствам и способам безгаражного хранения автомобилей относятся утеплительные чехлы, утепление агрегатов, утепление аккумуляторных батарей.



2. Исследовательская часть

2.1 Анализ способов и средств облегчения пуска двигателей при хранении автомобилей при низких температурах воздуха

Существующие способы можно разделить на три группы: сохранение тепла от предыдущей работы двигателя; использование тепла от внешнего источника; холодный пуск.

Сохранение тепла от предыдущей работы применяется при непродолжительных остановках автомобиля в пути или при его кратковременном хранении на стоянке в условиях не очень низких температур. Для сохранения тепла в двигателе применяются ватные стеганые чехлы, покрывающие радиатор и капот автомобиля. Аккумуляторная батарея утепляется чехлом со слоем стеклянной ваты толщиной до 30 мм. Утеплительный чехол двигателя замедляет его охлаждение в 2 - 2,5 раза, а утепленная аккумуляторная батарея остывает вдвое медленнее. Кроме того, чехлами могут быть утеплены картер двигателя, топливный бак и масляный фильтр.

Пуск с использованием тепла от внешнего источника применяется при длительном хранении автомобиля - в межсменное время. Тепло от внешнего источника может быть использовано в режиме подогрева двигателя или его разогрева. При подогреве тепло подводится к двигателю постоянно в течение всего межсменного периода его хранения. Степень подогрева (разогрева) двигателя оценивают по температуре воды в рубашке охлаждения блока цилиндров, определяют ее по указателю на щитке приборов.

Возможными групповыми источниками теплоэнергоснабжения являются котельные установки, тепловая, электрическая, газовая сети; теплогенераторы. Перенос тепла от источника к обогреваемым автомобилям осуществляется теплоносителем (вода, масло, газ, пар).

Подогрев горячей водой

При централизованном подогреве горячая вода непосредственно от водогрейного котла или от пароводяного теплообменника с помощью насосов по трубам подается через гибкий шланг в нижний водяной патрубок системы охлаждения двигателя (или горловину заливного патрубка радиатора) и далее в рубашку охлаждения блока цилиндров. Отвод воды от двигателя к теплообменнику осуществляется через горловину наливного патрубка радиатора или через нижний патрубок. Таким образом, устанавливается циркуляция воды по замкнутому контуру.

При разогреве вода с помощью раздаточных шлангов заливается через горловины радиаторов в системы охлаждения двигателей (при открытых сливных краниках).

Из условий прочности системы охлаждения при централизованном подогреве избыточное давление воды не должно превышать 30 - 35 кПа, температура воды 90°С.

Подогрев паром

Пар является весьма интенсивным теплоносителем. При подогреве пар может быть использован по двум схемам: "без возврата конденсата" и "с возвратом конденсата". В первом случае пар от парового котла направляется к подогреваемому двигателю и вводится в его систему охлаждения через горловину радиатора, сливной краник или непосредственно в рубашку охлаждения. В двигателе пар отдает тепло и конденсируется. Конденсат через контрольную трубку радиатора стекает на площадку. Для равномерного распределения тепла при вводе пара в рубашку охлаждения в последней применяются специальные отражатели. Способу "без возврата конденсата" свойственны недостатки, заключающиеся в возможности возникновения трещин блока из-за местных перегревов, интенсивном образовании накипи в котлах из-за необходимости постоянной подпитки котлов свежей водой взамен потерянного конденсата и образовании наледей на площадках перед автомобилем за счет стекающего из обогреваемых двигателей конденсата.

Применение способа "с возвратом конденсата" связано с усложнением оборудования площадки и повышением затрат на ее устройство. При этом способе контрольная трубка, по которой стекает конденсат, присоединяется к трубопроводу возврата конденсата в котельную.

Подогрев воздухом

Основными частями установки для воздухообогрева являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферная установка); воздуховоды и узлы подвода воздуха к агрегатам автомобиля; система контроля и сигнализации.

Калориферная установка состоит из воздушного, паровоздушного или электрического теплообменника (или группы теплообменников) и вентиляторов. Для водовоздушных калориферов горячую воду получают от местной котельной или теплоцентрали, пар для паровоздушных калориферов - от котельной, отопительной или паросиловой сети. Основу электрических теплообменников составляют проволочные электронагревательные элементы. Возможно применение электрокалориферов из токопроводящих полимерных материалов. Калориферные устройства устанавливаются в подземных камерах.

Горячий воздух от калориферов подается к автомобилям с помощью воздуховодов, которые представляют собой бетонные, кирпичные или деревянные каналы, обитые жестью, или металлические трубопроводы, располагаемые под землей, на земле и над землей. Наземные и надземные воздуховоды утепляются слоем шлаковаты. Подача воздуха производится от воздуховода к радиатору, или снизу в подкапотное пространство.

Эффективность использования тепла при воздухообогреве может быть повышена подачей воздуха гибким шлангом непосредственно в картер двигателя. Однако этот способ обеспечивает лишь обогрев двигателя. Аккумуляторные батареи, фильтры, агрегаты трансмиссии при этом не обогреваются.

В установках воздухообогрева предусматривается система автоматического контроля и сигнализации.

Подогрев газовоздушной смесью

При подогреве автомобилей в качестве теплоносителя может быть использована газовоздушная смесь. В этом случае источником тепла служит теплогенератор.

В качестве источника тепла могут использоваться огневые калориферы. Их применение целесообразно при обогреве автомобилей независимо от теплотрасс, электросетей и котельных.

Подогрев с использованием электричества

При электрообогреве электронагревательные элементы включаются в систему охлаждения или в систему смазки двигателя. По принципу действия электронагревательные элементы делятся на две группы: с твердыми и с жидкими проводниками тока. В качестве твердых проводников используют сплавы (нихром, фехраль, хромаль).

Такие проводники имеют большое удельное сопротивление, мало изменяющееся при перепадах температуры, и малый температурный коэффициент расширения.

Нагревательные элементы из твердых проводников выполняются с открытой или закрытой спиралью. У закрытого нагревательного элемента спираль помещается в тонкостенной трубке, которая заполняется изолирующим материалом (порошок окиси магния или сухой кварцевый песок). В жидкостных нагревательных элементах роль жидкого проводника играет вода или антифриз. Такой элемент состоит из двух трубок, вставленных одна в другую и изолированных резиновыми втулками. С помощью клемм трубки включаются в электросеть.

При прохождении электрического тока через твердый или жидкий проводник выделяется тепло. Охлаждающая жидкость нагревается, и в системе охлаждения (или в масле) возникает циркуляция. Закрытые нагревательные элементы могут быть использованы для подогрева масла и воды, открытые - только для нагрева воды.

Во всех случаях электрообогрева автомобили должны быть заземлены.

Подогрев инфракрасными лучами (газовый)

Инфракрасные лучи по своей природе являются электромагнитными. Они практически не поглощаются чистым воздухом, а при поглощении их твердыми телами лучистая энергия превращается в тепловую и тело нагревается.

Инфракрасные лучи получают в стационарных или переносных горелках, работающих на природном или искусственном газе, например на пропане. В стационарных установках обогреваемые автомобили устанавливаются над горелками. Передвижные горелки вместе с баллонами сжиженного газа монтируются на полозьях или тележках.

Газ, поступающий в горелку от газовой сети (или баллона), смешивается в необходимой пропорции с воздухом и заполняет большое количество каналов малого диаметра в керамической или металлической сетке горелки. Зажигание газа осуществляется с помощью электроспирали. Горелка размещается на расстоянии 300 - 400 мм от картера двигателя.

Недостатком газовых горелок является возможность срыва пламени, возникающая при скорости ветра 5,0 - 5,5 м/с. При работе горелки жидкость в теплообменнике нагревается и в системе охлаждения возникает термосифонная циркуляция. Кроме того, продукты сгорания нагревают воздух под капотом автомобиля.

Пуск без предварительного разогрева ("холодный пуск")

Пуск двигателей при низких температурах без предварительного разогрева может быть осуществлен путем комплексного применения пусковых жидкостей, и загущенного масла с пологой вязкостной характеристикой. Основой пусковой жидкости "Холод Д-40" для дизелей является диэтиловый эфир, обладающий очень низкой температурой самовоспламенения и большой летучестью (кипит при 34,5° С). Кроме того, в состав этой жидкости входят петролейный эфир, масло для двигателя и изопропил-нитрат. Для карбюраторных двигателей применяется пусковая жидкость "Арктика" на основе серного эфира, в состав которой входят противоизносные, противозадирные и антиокислительные присадки. Это уменьшает износы цилиндро¬поршневой группы при пуске.

Пусковые жидкости подаются во всасывающий тракт двигателя с помощью специальных пусковых приспособлений

Возможно применение жидкостей в аэрозолевой упаковке с подачей жидкости во всасывающий патрубок двигателя или через воздухоочиститель. И как уже было сказано, одной из основных причин, затрудняющих пуск двигателя при низких температурах, является повышение вязкости масла и увеличение момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала. Поэтому при холодном пуске двигателя необходимо использовать масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой.

Индивидуальные источники тепла

При хранении автомобилей в отрыве от стационарных источников теплоснабжения применяются жидкостные или воздушные индивидуальные подогреватели. Обычно они работают на том же топливе, что и двигатель автомобиля.

Преимуществами индивидуальных подогревателей являются разогрев двигателей в любых условиях независимо от наличия источника энергии и возможность использования в качестве охлаждающей жидкости антифриза, недостаток индивидуальных подогревателей - неудовлетворительный подогрев подшипников коленчатого вала.

По источнику потребляемой энергии приборы можно разделить на питающиеся от электрической сети 220В и автономные. Последние по виду используемого топлива подразделяются на бензиновые, дизельные и газовые. По своему назначению теплогенераторы могут быть предпусковыми подогревателями, отопителями салонов; могут совмещать обе функции. По нагреваемой среде - масляными, воздушными и жидкостными. Причем жидкостные могут греть не только систему охлаждения, но и топливную систему дизеля.

Электронагреватели по своему устройству проще и дешевле автономных приборов. Дешевле и их эксплуатация. Однако есть у них и недостатки, основной из которых - необходимость наличия внешней электрической сети.

Единственное имеющееся в продаже и приемлемое по работоспособности устройство - DEFA Warm-Up Продукция частной норвежской компании DEFA, известная во многих странах мира, особенно широко используется, например, большинство легковых автомобилей оснащено электроподогревателями именно этой марки. Причина популярности - в простоте. Монтаж устройства занимает не более трех часов, и в процессе эксплуатации оно не требует никакого обслуживания.

Рассмотрим устройство системы DEFA Warm-Up подробнее. Электрический шнур от сети 220В подключается к размещаемой на переднем бампере миниатюрной розетке, которая настолько мала, что не портит внешний вид автомобиля. Набор из 750 нагревательных элементов, устанавливаемых на двигателе восемью различными способами (на месте технологической заглушки, на шлангах и т.д.), позволяет использовать устройство практически на любом двигателе. Безопасный электрический тепловентилятор, обогревающий салон, имеет несколько встроенных противопожарных приспособлений, защищающих его от перегрева и короткого замыкания. Миниатюрное, легкое зарядное устройство имеет встроенное реле и разъемы для проводов, идущих к отопителю и подогревателю. Электронный блок управления позволяет задать несколько режимов работы системы. На дисплее блока высвечиваются время и температура наружного воздуха.



2.2 Использование низкосортных, отработанных ГСМ для сжигания в форсуночных агрегатах

На основе анализа существующих средств подогрева в настоящем дипломном проекте предлагается форсуночный агрегат работающий на низкосортных, отработанных ГСМ. К такому решению привело то, что это безубыточный расход сжигаемого топлива. На территории АТП будет находиться большая емкость (цистерна), в которую работники данного предприятия будут сливать отработанные ГСМ.



3. Конструкторская часть

3.1 Форсунки и горелки

Форсунки - устройства, используемые для подготовки жидкого топлива к горению, которая заключается в доведении топлива до такого состояния, в котором оно легко перемешивается с воздухом (окислителем). Для подготовки к горению топливо измельчается путем распыления или испаряется посредством нагревания. В соответствии с этим выделяют два класса топливных форсунок - распыливающие и испарительные. Последние называются также горелками. Подготовленное топливо подводится в зону горения, причем форсуночное устройство должно обеспечивать одновременную подачу нужных количеств топлива и воздуха и их равномерное перемешивание. Автоматические топливные форсунки и горелки, которые используются, например, в системах отопления и бытовых теплонагревающих агрегатах, регулируются в соответствии с командами системы управления. Они поджигают перемешанную смесь топлива с воздухом и поддерживают горение до тех пор, пока от системы управления не поступит команда на отключение.

Топливные форсунки находят применение повсюду, где могут быть использованы нефтепродукты, пригодные для сгорания. Наибольшее применение топливные форсунки находят в теплоэнергетике и промышленных технологических процессах. При сгорании нефтепродуктов образуются газы, состоящие главным образом из двуокиси углерода, водяного пара и азота, которые химически неактивны и не оставляют золы. По этой причине топливные форсунки и горелки могут применяться в процессах тонкой химической технологии, связанных с подводом тепла. При использовании высокоэффективных топливных форсунок и подходящих топлив продукты сгорания, приходя в соприкосновение с пищевыми продуктами, не загрязняют их. Так, работающие на жидком топливе зерносушилки производят сушку большей части годового урожая зерна, причем в таких сушильных камерах получают более высококачественное зерно и с меньшей долей брака, чем зерно, подвергнутое сушке в естественных условиях.

В типичную систему подачи пневматического форсуночного устройства высокого давления входят воздушный нагнетатель, топливный насос, фильтр и клапан регулирования давления. При запуске системы насос выкачивает топливо из бака и через фильтр подводит его к клапану регулирования давления, который открывается, когда давление достигает заданного уровня, и топливо поступает в распылитель форсуночного устройства. Распылитель форсунки высокого давления имеет от двух до шести тангенциальных топливных каналов в зависимости от производительности агрегата. Через каналы топливо поступает в полость распылителя, закручивается и выбрасывается через сопло. Топливо распыливается, образуя туман из мелких капелек, и поступает в зону горения, куда подается и воздух. Искровое устройство воспламенения генерирует разряд, который воспламеняет смесь воздуха с топливом. При этом внутри камеры сгорания со стенками, изготовленными из жаростойкого материала, образуется факел пламени, а поток продуктов сгорания используется в соответствующей теплогенерирующей установке. Пневматические форсунки низкого давления по своей конструкции аналогичны вышеописанным, а их принцип действия до некоторой степени аналогичен работе краскопульта. Давление, при котором жидкое топливо поступает в распылитель, обычно не намного выше атмосферного.

Форсунки, являющиеся частью топочного устройства, предназначены для подачи распыленного топлива в топку, а с помощью ВНУ перемешиваются частицы топлива с воздухом. Форсунки с ВНУ (иногда называемые горелками) могут иметь фронтовое и потолочное расположение. Преимущественное распространение получило фронтовое расположение, при котором форсунки и ВНУ размещают на передней стенке топки котла, называемой передним фронтом.

Отдельные современные высокоэкономичные главные котлы оборудуют форсунками и ВНУ с потолочным расположением в верхней части топки. При этом создаются условия для более высокой интенсификации факельного процесса, газовоздушный поток получает более естественное движение сверху вниз, факел распределяется почти по всему объему топки. У главных и некоторых вспомогательных котлов устанавливают несколько форсунок с ВНУ, их число зависит от паропроизводительности котла.

3.2 Требования, предъявляемые к форсункам

Форсунка должна обеспечить при нормальной вязкости топлива его хорошее распыливание и возможность регулирования в широких пределах расхода топлива без ухудшения распыливания.

Конструкция форсунки не должна допускать нагрева ствола, коксования выходной части топливных каналов и головки форсунки, обогреваемых из топки. Форсунка должна легко и быстро заменяться другой, подготовленной к работе (очищенной, плотной).

К форсункам предъявляют следующие основные требования:

- тонкое и равномерное распыление топлива;

- хорошее смесеобразование топлива с воздухом в самой форсунке до выхода смеси в топочную камеру;

- тонкое и легкое регулирование расхода топлива с сохранением заданного пропорционирования топливо-воздух и максимальным использованием энергии распылителя во все периоды регулирования;

- устойчивый факел заданной формы и длины;

- прочность и простота конструкции;

- надежность и удобство эксплуатации; отсутствие подтеков, незасоряемость; удобство управления и регулирования; легкость и удобство ремонтов, осмотров и чисток.

Форсунка должна быть сравнительно недорогой, удобной и простой в эксплуатации, а конструкция и монтаж ее - несложными.

3.3 Типы форсунок и топочных устройств

Высокие показатели имеют ротационные форсунки. На рисунке 1 изображена такая форсунка, представляющая по существу форсуночный агрегат, состоящий из осевого вентилятора, приводимого в движение электродвигателем с регулируемым числом оборотов, и собственно воздушной форсунки низкого давления с двойным распыливанием. Форсунка имеет широкие пределы регулирования производительности 20 ч 140% и снабжается устройством для автоматического регулирования.

Такие форсунки в СССР выпускались таллинским заводом "Терае", они хорошо работают на печах (за исключением регенеративных), где не требуется иметь длинного светящегося факела.

1 - первичный воздух; 2 - вторичный воздух осевого вентилятора; 3 - подача мазута; 4 - вращающийся конус для создания тонкой пленки мазута.

Рисунок 1 Ротационная мазутная форсунка с пределами регулирования

Мазут в механические форсунки подается тщательно профильтрованный, так как выходные отверстия форсунки имеют малые размеры и легко засоряются. Давление мазута перед форсунками составляет 1 2,5 Мн/м² и более.

В зависимости от способов распыливания топлива могут применяться форсунки следующих типов: с воздушным и паровым распыливанием топлива, механические невращающиеся (центробежные) и вращающиеся (ротационные), паромеханические.

Форсунки с паровым или воздушным распыливанием топлива конструктивно идентичные и могут распыливать топливо с помощью пара и воздуха благодаря кинетической энергии их струи, то есть работать по принципу пульверизатора. Эти форсунки просты по устройству, легко регулируются, но для их действия требуется безвозвратный расход пара или сжатого воздуха. Поэтому такие форсунки в настоящее время очень сложно где-либо встретить.

Широкое распространение в топочных устройствах получили механические центробежные форсунки, в которых распыливание топлива осуществляется благодаря достаточно высокому давлению топлива, которое создается специально установленным топливно-форсуночным насосом.

Механические центробежные форсунки подразделяются на нерегулируемые и с регулируемым сливом. Следует отметить, что это деление весьма условное: можно изменять подачу у обеих форсунок. К нерегулируемым относят форсунки с малой глубиной регулирования и такие, у которых изменение подачи связано с их выключением, выемкой из топочного устройства и заменой распыливающего элемента.

Механические центробежные форсунки, различающиеся компоновкой распыливающих элементов, дополнительно иногда подразделяют на форсунки со сменными и постоянно работающими на всех режимах распылителями, что обусловлено в основном условиями эксплуатации котла. Механическая регулируемая центробежная форсунка отечественных вспомогательных котлов в соответствии с рисунком 2 состоит из корпуса 6 с ручкой 7, ствола 5, представляющего собой толстостенную трубу со штуцером на конце, стопорной втулки 4, распределителя (сопла) 3, распыливающей шайбы 2 и головки 1. Топливо от топливно-форсуночного насоса по отверстиям в корпусе и каналу ствола через сверления в стопорной втулке и распределителе поступает к распыливающей шайбе. Распыливающая шайба у данной конструкции имеет четыре канала 8, расположенных тангенциально к окружности вихревой камеры. По ним топливо устремляется к центру и в вихревую камеру 9, где интенсивно раскручивается. Из нее топливо входит в топку через центральное отверстие 10 в виде вращающегося конуса мелко распыленных частиц.