Теплообменник

 

Сущность изобретения. Изобретение относится к масляным радиаторам систем смазки двигателей внутреннего сгорания. Теплообменник содержит кожух и размещенный внутри его полости 3 пакет 4 попарно соединенных пластин 5 и 6, образующих секции 7, в которых установлены турбулизаторы 8 и внутренние разделительные пластины 9, а между секциями размещены наружные разделительные пластины 10. В пластинах выполнены отверстия, образующие входной 22 и выходной 23 каналы для подвода в секции и отвода из них смазочной жидкости, а к полости 3 внутри кожуха подключены патрубки 30, 31 для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Входной 22 и выходной 23 каналы для первой текущей среды отделены друг от друга перегородкой 34, образованной перемычками пластин, разделяющими отверстия 14-21, выполненные в пластинах. В поперечном сечении эти каналы имеют каплеобразный профиль, наружная разделительная пластина 10 имеет в плане профиль с плавным сопряжением образующих его элементов, а турбулизатор 8 состоит из двух составных частей. При работе теплообменника обеспечиваются потоки обеих текучих сред и снижение, сопротивления на всем пути их движения, что повышает эффективность работы теплообменника. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к масляным радиаторам систем смазки двигателей внутреннего сгорания.

Известен масляный радиатор, устанавливаемый на двухтактных двигателях внутреннего сгорания ЯАЗ-204, выпускаемых Ярославским моторным заводом, с пластинчато-ребристой структурой, состоящий из секций, имеющих прямоугольную форму в поперечном сечении, перпендикулярном направлению движения смазочной жидкости во входном и выходном каналах.

Такая форма элементов теплообменника препятствуют его применению в сочетании с агрегатами, у которых элементы имеют другие формы, например, с масляными фильтрами.

Известен масляный радиатор для двигателя внутреннего сгорания, содержащий кожух и размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих соединенные между собой секции, в которых установлены турбулизаторы, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие входной и выходной каналы для подвода в секции и отвода из них смазочной жидкости, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее охлаждающей жидкости из системы охлаждения, смещенные относительно друг друга вдоль осей упомянутого пакета, первая из которых расположена в продольной плоскости пакета, а вторая в поперечной его плоскости. Входной и выходной каналы отделены друг от друга перегородкой, образованной выштамповками, выполненными в упомянутых пластинах. Патрубки подвода и отвода охлаждающей жидкости расположены относительно упомянутых входного и выходного каналов с возможностью обеспечения противотока двух упомянутых текучих сред (патент США N 4271901, кл. 165-165, опубл. 1981 г.). Недостатком известного теплообменника является отсутствие в нем внутренних и наружных распределительных пластин, что существенно снижает жесткость и надежность конструкции, затрудняет оптимизацию формы входного и выходного каналов и надлежащее их уплотнение.

Известен теплообменник, содержащий кожух и размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих соединенные между собой секции, в которых установлены турбулизаторы и внутренние разделительные пластины, а между секциями размещены наружные разделительные пластины, при этом во всех упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие входной и выходной каналы для подвода в секции и отвода из них первой из двух текучих сред, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода в эту полость и отвода из нее второй текучей среды, смещенные относительно друг друга вдоль осей упомянутого пакета, первая из которых расположена в его продольной плоскости, а вторая в его поперечной плоскости. Входной и выходной каналы разнесены относительно друг друга и расположены по разные стороны от оси пакета пластин, расположенной в поперечной плоскости и перпендикулярной упомянутой его оси, расположенной в той же плоскости. Входной и выходной каналы имеют в поперечном сечении соответственно прямоугольную и круглую формы, наружная распределительная пластина имеет в плане профиль с неплавным сопряжением образующих его элементов, а турбулизатор выполнен цельным и имеет каналы, ориентированные под одним и тем же углом к оси пакета пластин, расположенной в поперечной плоскости (патент США N 4360055, кл. 165-38, опубл. 1982 г.).

Указанные конструктивные особенности известного теплообменника обуславливают такую организацию движения в нем потоков текучих сред, при которой в два раза снижаются скорости смазочной жидкости, увеличивается сопротивление входных и выходных каналов, увеличивается сопротивление на входе и выходе смазочной жидкости из каналов турбулизатора, увеличивается сопротивление движению охлаждающей жидкости при обтекании ею наружных разделительных пластин, создаются условия для возникновения отрывных зон и возвратных течений упомянутых текучих сред. В результате отмеченного снижается эффективность работы теплообменника.

Задачей заявляемого изобретения является создание жидкостно-масляного теплообменника для двигателя внутреннего сгорания, обладающего необходимой жесткостью конструкции и имеющего повышенную эффективность работы за счет соответствующей организации в нем движения смазочной и охлаждающей жидкостей и снижения сопротивлений движению этих текучих сред по всей траектории их движения.

Указанная задача решается тем, что в теплообменнике, содержащем кожух и размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих соединенные между собой секции, в которых установлены турбулизаторы и внутренние разделительные пластины, а между секциями размещены наружные разделительные пластины, при этом во всех упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие входной и выходной каналы для подвода в секции и отвода из них первой из двух текучих сред, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода в эту полость и отвода из нее второй текучей среды, смещенные относительно друг друга вдоль осей упомянутого пакета, первая из которых расположена в продольной его плоскости, а вторая в поперечной плоскости, входной и выходной каналы для первой текучей среды, расположенные в непосредственной близости друг от друга, отделены друг от друга перегородкой, образованной перемычками пластин, разделяющими упомянутые отверстия, выполненные в пластинах, внутренняя разделительная пластина, контактирующая хвостовиком упомянутой перемычки с внутренней боковой поверхности секции, имеет на этом хвостовике уплотнитель, а патрубки подвода и отвода второй среды расположены относительно упомянутых входного и выходного каналов с возможностью обеспечения противотока двух сред.

Упомянутые входной и выходной каналы имеют в поперечном сечении каплеобразный профиль, вытянутый в направлении упомянутого хвостовика.

Наружная разделительная пластина имеет в плане профиль с плавным сопряжением образующих его элементов.

Турбулизатор состоит из двух составных частей, размещенных по разные стороны от второй из упомянутых осей пакета пластин, каналы для циркуляции первой среды в каждой из составных частей его расположены под углом 30-45 ^o к этой оси, а угол между направлениями циркуляции среды в каналах двух его составных частей составляет 60-90 ^o. При таком выполнении теплообменника, при его работе обеспечиваются направленные потоки смазочной и охлаждающей жидкостей, необходимые величины скоростей движения при одновременном снижении сопротивления на всем пути движения текучих сред и обеспечении надежного уплотнения каналов для смазочной жидкости.

На фиг.1 показана установка заявляемого теплообменника в системе смазки ДВС. На фиг.2 представлено продольное сечение заявляемого теплообменника, на фиг. 3 поперечное сечение, на фиг.4 и 5 изображены пластины, образующие секцию теплообменника, на фиг.6 внутренняя разделительная пластина, а на фиг.7 наружная разделительная пластина.

Жидкостно-масляный теплообменник для двигателя внутреннего сгорания содержит прикрепленный к блоку 1 кожух 2 и размещенный внутри его полости 3 цилиндрический пакет 4 попарно соединенных пластин 5 и 6, образующих секции 7, в которых установлены турбулизаторы 8 и внутренние разделительные пластины 9, а между секциями 7 размещены наружные разделительные пластины 10. Пластины 5 и 6 соединены между собой завальцовкой и последующей пайкой медью всех сопрягаемых поверхностей деталей. В кожухе 2 со стороны его крепления к блоку двигателя образована приемная полость 11, с противоположной стороны выходная полость 12, оси которых совпадают с осью 13 цилиндрического пакета, а в пластинах 5, 6, 9 и 10 выполнены отверстия соответственно 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21, образующие входной 22 и выходной 23 каналы для подвода и отвода смазочной жидкости. Приемная полость 11, подключенная к масляной магистрали блока (не показана), сообщена с входным каналом 22, а выходная полость 12, сообщенная с выходным каналом 23, подключена к масляному фильтру 24. К масляному фильтру 24 теплообменник подключен также центральным каналом 25, выполненным в стяжном болте 26, установленном по оси 13 и проходящим через отверстия (в пластинах 9 и 10 отверстия 27 и 28), выполненные во всех пластинах. Приемная полость 11 через перепускной клапан 29 имеет непосредственную связь с выходной полостью 12. К полости 3 внутри кожуха 2 подключены патрубки 30 и 31 для подвода в эту полость и отвода из нее охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, смещенные относительно друг друга вдоль осей 13 и 32 цилиндрического пакета. Входной 22 и выходной 23 каналы расположены по одну сторону от перпендикулярной оси 32 оси 33 пакета 4 симметрично относительно оси 32. Расположенные вплотную друг к другу, каналы 22 и 23 отделены друг от друга перегородкой 34, образованной перемычками пластин, разделяющих отверстия 14-21, выполненные в пластинах (в пластинах 9 и 10 эти перемычки соответствуют позициям 35 и 36). Внутренняя разделительная пластина 9 контактирует хвостовиком 37 перемычки 35 с внутренней боковой поверхностью 38 пакета 4 пластины и имеет на этом хвостовике уплотнитель 39, например, лабиринтного типа. Отверстия 14-21 и соответственно каналы 22 и 23 имеют в поперечном сечении каплеобразный профиль, вытянутый в направлении хвостовика 37. Наружная разделительная пластина 10 имеет в плане профиль, выполненный в виде плавно сопряженных между собой дуг 40, 41 и 42 окружностей и кривых 43.

Каждый из турбулизаторов 8 выполнен составным и состоит из двух половин 44 и 45, расположенных по разные стороны от оси 32. Выполненные в них каналы 46 и 47 для циркуляции потока смазочной жидкости расположены под углом 30-45 ^o к оси, а угол между направленными циркуляции смазочной жидкости в каналах 46 и 47 составляет 60-90 ^o.

Жидкостно-масляный теплообменник работает следующим образом. Смазочная жидкость из масляной магистрали системы смазки, расположенный в блоке 1, поступает в приемную полость 11, из которой поступает во входной канал 22, проходит в секции 7, движется в них по каналам 46 и 47 турбулизатора и поступает через выходной канал 23 в выходную полость 12 и далее в масляный фильтр 24 или, в зависимости от степени его засоренности, непосредственно в канал 25 и по нему возвращается в двигатель. В случае, если вследствие низких отрицательных температур смазочная жидкость загустеет и движение ее через секции становится невозможным, смазочная жидкость из приемной полости 11 через перепускной клапан 29 поступает непосредственно в выходную полость 12 и далее в масляный фильтр 24 или в зависимости от его состояния сразу через канал 25 в масляную магистраль двигателя.

Охлаждающая жидкость из жидкостной системы охлаждения поступает по патрубку 30 в полость 3 кожуха 2 и отводится из него через патрубок 31. При выбранном расположении каналов 22 и 23 и патрубков 30 и 31 обеспечивается противоток смазочной и охлаждающей жидкостей. Благодаря расположению вплотную каналов 22 и 23, разделенных перегородкой 34, обеспечивается направленное тангенциальное движение смазочной жидкости со скоростями, обеспечивающими интенсивный теплообмен. Уменьшение сопротивления движению смазочной и охлаждающей жидкостей на всем пути их движения и дополнительное повышение эффективности теплообмена достигается благодаря каплеобразной форме каналов 22 и 23, выбранному профилю пластины 10 с плавным сопряжением образующих его элементов и составной конструкции турбулизатора 8 и выбранным направлениям каналов в них для циркуляции смазочной жидкости. Использование разделительных пластин обеспечивает требуемую жесткость конструкции в то же время облегчает выполнение входного и выходного каналов оптимальной формы. Выполнение при этом на хвостовике внутренней распределительной пластины уплотнителя обеспечивает надежное уплотнение этих каналов друг от друга. Следствием отмеченного является повышение эффективности работы теплообменника.

Формула изобретения

1. Теплообменник, содержащий кожух и размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих соединенные между собой секции, в которых установлены турбулизаторы и внутренние распределительные пластины, а между секциями размещены наружные распределительные пластины, при этом во всех упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие входной и выходной каналы для подвода в секции и отвода из них первой из двух текучих сред, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды, смещенные относительно друг друга вдоль осей упомянутого пакета, первая из которых расположена в продольной его плоскости, а вторая в поперечной плоскости, отличающийся тем, что входной и выходной каналы для первой текучей среды, расположенные в непосредственной близости друг от друга, разделены перегородкой, образованной перемычками пластин, разделяющими отверстия, выполненные в пластинах, внутренняя разделительная пластина, контактирующая хвостовиком перемычки с внутренней боковой поверхностью секции, имеет на этом хвостовике уплотнитель, а патрубки подвода и отвода второй среды расположены относительно входного и выходного каналов с возможностью обеспечения противотока двух сред.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что входной и выходной каналы имеют в поперечном сечении каплеобразный профиль, вытянутый в направлении хвостовика.

3. Теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что наружная разделительная пластина имеет в плане профиль с плавным сопряжением образующих его элементов.

4. Теплообменник по пп.1 3, отличающийся тем, что турбулизатор состоит из двух составных частей, размещенных по разные стороны от второй из осей пакета пластин, каналы для циркуляции первой среды в каждой из составных его частей расположены под углом 30 45^o к этой оси, а угол между направлениями циркуляции среды в каналах двух его составных частей составляет 60 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7