Базовые конструкции жидкостных подогревателей и воздушных отопителей

3Базовые конструкции жидкостных подогревателей и воздушных отопителей

Существуют две базовые конструкции современных жидкостных подогревателей и воздушных отопителей. Принципиальные различия состоят в способе подачи топлива в зону горения и образования факела.

Общим для обеих конструкций должно быть выполнение условия: для сокращения времени прогрева самого подогревателя и двигателя, выход ОЖ из подогревателя должен быть расположен в наиболее горячей зоне.

Первая конструкция подогревателя с распылительной камерой сгорания показана на Рис. 1

Топливо шестеренчатым насосом под давлением до 11.0 Атм. через форсунку подается в зону горения, конструкция которой обеспечивает оптимальное распыление топлива. Т.е. создаваемое насосом давление и конструкция форсунки обеспечивают полноту сгорания топлива. Розжиг пламени производится искрой от высоковольтного источника напряжения (ВИН).

Нагнетатель и топливный насос приводятся во вращение одним электродвигателем, что в принципе должно обеспечить стабильность коэффициента избытка воздуха при номинальных оборотах.

Управление факелом (включение и отключение подачи топлива) производится электромагнитным клапаном. Для подогрева топлива при запуске имеется электронагреватель.

Особенностью конструкции подогревателя с распылительной камерой сгорания является одна постоянная ступень тепловой мощности. Изменение оборотов электромотора нагнетателя и соответственно количества подаваемого воздуха и топлива на горение и его давления из-за не пропорциональности изменений производительности нагнетателя и топливного насоса приводит к дисбалансу режима горения и, как следствие изменяет, показатели экологичности выхлопа. Так при снижении напряжения до 20 В, обороты электродвигателя нагнетателя снижается на 15%, снижается давление в топливной системе и показатель экологичности ухудшается и выходит за границы допустимого. Поэтому у подогревателей фирмы Ebcrspracher напряжение, подаваемое на электродвигатель нагнетателя за счет широтно-импульсной модуляции, равняется 12 В.

Габариты подогревателя такой конструкции определяются длинной факела, который, в свою очередь, зависит от конструкции форсунки т.е. угла распыла и наличие в теплообменнике различных завихрителей.

Тепловая мощность подогревателя зависит от количества топлива сгораемого в подогревателе, которое зависит, в первую очередь, от проходных сечений в форсунке. Таким образом нижний предел тепловой мощности подогревателей ограничивается технологической возможностью обработки отверстий в форсунке.

Наиболее распространенный модельный ряд тепловых мощностей подогревателей это 23-30-35 кВт.

Верхний предел тепловой мощности практически технически не ограничен. Совершенно естественно повышенная тепловая мощность ведет к повышению потребления энергии аккумуляторной батареи (АБ) электромоторами нагнетателя и циркуляционного насоса, что ограничивает продолжительность его работы (по условию сохранения положительного баланса АБ). Основная область применения этих подогревателей - предпусковой прогрев двигателя. В случае необходимости обогрева обитаемых помещений, это возможно только при работающем на холостом ходу двигателе АТС.

Очевидно, что более «горячая» зона в подогревателе - это задний торец теплообменника и поэтому с целью сокращения времени прогрева ОЖ выход ее у подогревателя сделан именно в зоне заднего торца подогревателя. Аномалию составляет конструкция подогревателя DBW 2010 и его последователя подогревателя 15.8160. Где выход ОЖ сделан в начале теплообменника подогревателя, т.е. в более «холодной» зоне. Поэтому подогреватель 15.8160 имеет самые низкие показатели по скорости прогрева ОЖ среди всех конструкций подогревателей. Подогреватель DBW 2010 фирмой снят с производства почти 10 лет назад, и может быть в то время этот вопрос не имел принципиального значения.

Вторая конструкция подогревателя с испарительной камерой сгорания показана на Рис. 2.

Принципиальные отличия.

1.Системы подачи топлива и воздуха на горение разъединены и каждая из них управляется отдельно, что позволило обеспечивать стабильность режима горения при любом уровне тепловой мощности.

2.Топливовоздушная смесь создается не за счет распыления топлива форсункой, а за счет его испарения в горелке.

3.Возможность сохранять постоянство «коэффициента избытка воздуха» на горение независимо от выбранного уровня тепловой, мощности обеспечило главное преимущество этой конструкции - несколько ступеней тепловой мощности. Обычно это 3 или 4. Причем, при снижении уровня тепловой мощности пропорционально снижается и потребление энергии АБ.

4.Наиболее «горячая» зона в подогревателе это зона горелки, соответственно здесь расположен патрубок для выхода ОЖ.

Топливо плунжерным импульсным насосом подается на испаритель горелки, одновременно нагнетатель подает воздух на горение. Свеча накаливания производит предварительный прогрев зоны испарителя и топливно-воздушной смеси и ее воспламенение. После того как горение началось, свеча отключается. Количество топлива и воздуха на горение строго регламентировано в зависимости от режима горения и уровня тепловой мощности.

Конструкция горелки должна обеспечить оптимальную смешиваемость топливно-воздушной смеси. Чем интенсивнее обеспечивается этот процесс, тем полнее идет процесс горения, тем выше экологические и энергетические показатели подогревателя.

Тепловая мощность такого подогревателя напрямую зависит от размеров испарителя. Поэтому минимальная тепловая мощность зависит только от потребности в этой минимальной тепловой мощности.

Максимальная длинна ограничивается габаритами горелки и самого подогревателя. Габариты «факела» определяются размерами горелки и наличием специальных завихрителей, ограничивающих длину факела и обеспечивают более интенсивный нагрев ОЖ на первоначальной стадии разогрева ОЖ, именно в зоне выхода ОЖ из подогревателя- в передней части теплообменника. В этой конструкции подогревателя его максимальные габариты зависят только от тепловой мощности, т.е. его габариты должны обеспечить отвод созданной подогревателем тепловой энергии.

До недавнего времени, по опыту подогревателей Термо 90S и Гидроник 10 , считалось что максимальная тепловая мощность подогревателей с испарительной камерой сгорания - 9,5 кВт. С чем это связано? Видимых причин две:

1.Невозможность снять большую тепловую мощность с действующей конструкции горелок, особенно с горелки подогревателя TepMo90S фирмы Вебасто.

2.В отсутствии потребности в подогревателях тепловой мощности выше 9,5 кВт. Первым кто перешел этот рубеж были специалисты Шадринского Автоагрегатного Завода, создав подогреватель тепловой мощности 12 кВт- ПЖД12Б, затем специалисты ООО «Адвере» в подогревателе 14ТС достигли тепловой мощности 15,5 кВт и ведут работы по созданию подогревателя тепловой мощности 30 кВт. Учеными Казанского технологического университета во главе с профессором Глебовым Г.А. создан опытный подогреватель с испарительной камерой сгорания тепловой мощностью 27 кВт и возможностью плавного регулирования ее от 6-х до 28 кВт. Ведутся работы по повышению тепловой мощности до 35 кВт.

Главным преимуществом подогревателей с испарительной камерой сгорания является изменение тепловой мощности в широких пределах, что позволяет обеспечить как предпусковой подогрев двигателя, так и длительное поддержание теплового состояния двигателя и кабины, обеспечивая при этом положительный баланс АБ.