Содержание

Система жидкостного охлаждения

Строго говоря, термин «жидкостное охлаждение» не вполне корректен, так как жидкость в системе охлаждения — всего лишь промежуточный теплоноситель, проникающий в толщу стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента в системе играет воздух, обдувающий радиатор, поэтому охлаждение современного автомобиля правильней назвать гибридным.

Устройство жидкостной системы охлаждения

Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из нескольких элементов. Самый сложный называется «рубашкой охлаждения». Это разветвленная сеть каналов в толще блока цилиндров и головки блока цилиндров. Кроме рубашки в систему входит радиатор системы охлаждения, расширительный бачок, водяной насос, термостат, вентилятор радиатора, металлические и резиновые соединительные патрубки, датчики и контрольные приборы.

Пропилен гликоль — основа охлаждающей жидкости (антифриза) и одобренная ветеринарными врачами пищевая добавка для рациона собак

Система построена на принципе принудительной циркуляции, которую обеспечивает водяной насос. Благодаря постоянному оттоку разогретой жидкости двигатель охлаждается равномерно. Этим и объясняется применение системы в подавляющем большинстве современных автомобилей.

Пройдя по каналам в стенках блока, жидкость нагревается и попадает в радиатор, где охлаждается потоком воздуха. Когда автомобиль движется, для охлаждения достаточно естественного обдува, а когда автомобиль стоит – обдув происходит за счет электрического вентилятора, включающегося по сигналу от датчика температуры.

Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения

Радиатор охлаждения

Радиатор — панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным «оперением». В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, радиатор может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.

Самый уязвимый элемент конструкции двигателя — турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно 

Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.

В радиаторе автомобиля с автоматической коробкой передач предусмотрен второй, независимый контур, в котором охлаждается трансмиссионная жидкость.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации расширения жидкости при повышении температуры. В зависимости от конструкции системы бачок может быть «простым» или «сложным». «Простой» бачок представляет из себя емкость для сбора излишков расширившейся от нагрева жидкости. К нему через крышку подведена резиновая трубка, другим концом присоединенная к патрубку в верхнем бачке радиатора. 

В более сложном варианте бачок — полноправная часть системы охлаждения. Он находится под давлением, и отводящий клапан вмонтирован в крышку бачка. В этом случае в бачке всегда должна быть жидкость, чтобы при падении температуры двигателя в радиатор не попадал воздух. Для контроля на стенку бачка, находящегося под давлением, наносят метки Min и Max. 

Водяной насос, или помпа

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, это центробежный насос, в котором давление создает расположенная внутри корпуса на центральной оси крыльчатка с лопастями сложной формы.

Термостат 

Термостат — устройство, поддерживающее постоянную температуру в блоке цилиндров. Он не позволяет жидкости не только перегревать двигатель, но и переохлаждать его в зимний период. С его помощью регулируется объем охлаждающей жидкости, которая проходит через радиатор.

Вентилятор системы охлаждения

В ряде случаев набегающего потока воздуха может быть недостаточно для эффективного обдува радиатора. Для обеспечения отвода тепла в автомобильной системе охлаждения предусмотрен вентилятор. В автомобилях с задним приводом и продольным расположением двигателя нередко применяется механический вентилятор, который приводится в движение ремнем от переднего шкива коленвала. Скорость вращения лопастей регулирует термомуфта (разновидность вискомуфты), к которой привинчена крыльчатка.

Если прикрепить крыльчатку вентилятора к шкиву без термомуфты, при раскручивании двигателя свыше 3000 оборотов лопасти крыльчатки отломятся

В переднеприводных (и большинстве современных заднеприводных) автомобилях используется электрический вентилятор. Он соединен с диффузором, который привинчен к крепежным элементам, расположенным по контуру радиатора. Преимущество электрического вентилятора в возможности гибко управлять его работой при помощи контроллера, руководствующегося показаниями датчика температуры ОЖ.

Вспомогательные элементы

Жидкостная система охлаждения включает в себя и типовые элементы управления: электронный блок, датчик температуры и т. д., а также приспособления для слива жидкости. Жидкость приходится сливать, к примеру, для ремонта двигателя.               

Схема работы системы жидкостного охлаждения

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе происходит по малому и большому кругам.

Малый круг задействован при запуске холодного двигателя и обеспечивает ему быстрый прогрев. Двигаясь по малому кругу, жидкость не проходит сквозь радиатор.

Когда температура охлаждающей жидкости повышается до 80 градусов, приоткрывается основной клапан термостата, и циркуляция продолжается по большому кругу, включающему в себя радиатор. (Термостат может быть градуирован и под другую температуру открытия).

При достижении отметки в 94 градуса, начинает закрываться дополнительный клапан термостата, ограничивающий доступ охлаждающей жидкости к малому кругу — от двигателя к насосу. Таким образом термостат не дает чрезмерно разогретой жидкости попадать в стенки блока цилиндров, препятствуя перегреву.

В зависимости от режима работы ДВС цикл движения охлаждающей жидкости в системе может меняться. Объем жидкости, циркулирующей в каждом круге напрямую зависит от того, в какой степени открыты основной и дополнительный клапаны термостата. Эта схема обеспечивает автоматическую поддержку оптимального температурного режима работы двигателя.

Преимущества и недостатки жидкостной системы охлаждения

Главное достоинство жидкостного охлаждения заключается в том, что охлаждение двигателя происходит равномернее, чем в случае обдува блока потоком воздуха. Это объясняется большей теплоемкостью охлаждающей жидкости по сравнению с воздухом.

Жидкостная система охлаждения позволяет значительно снизить шум от работающего двигателя за счет большей толщины стенок блока.

Инерционность системы не дает быстро остывать двигателю после выключения. Разогретая жидкость используется для обогрева салона автомобиля и для предварительного подогрева горючей смеси.

Наряду с этим, жидкостная система охлаждения имеет ряд недостатков.

Основной недостаток заключается в сложности системы и в том, что она работает под давлением после прогрева жидкости. Жидкость, находящаяся под давлением, предъявляет повышенные требования к герметичности всех соединений. Ситуация осложняется тем, что работа системы подразумевает постоянное повторение цикла «нагрев — остывание». Это вредно для соединений и резиновых патрубков. При нагреве резина расширяется, а затем сжимается при остывании, что становится причиной течей.

Кроме того, сложность и большое количество элементов сама по себе служит потенциальной причиной «техногенных катастроф», сопровождаемых «закипанием» двигателя в случае выхода из строя одной из ключевых деталей, например, термостата.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания автомобиля: виды, устройство, неисправности

В фокусе внимания — виды и устройство систем охлаждения двигателя (жидкостная и воздушная), а также распространённые  неисправности.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания автомобиля (СО) – это конструктивное решение, которое отводит от двигателя транспортного средства излишки тепла и передаёт их в окружающую среду, а также позволяет двигателю оперативно прогреться. Именно возможность быстро прогреться, достигнув оптимального уровня рабочей температуры, и поддержка этой температуры на заданном уровне — одни из важнейших факторов эффективной работы ДВС. 

Назначение системы охлаждения двигателя — предотвращение повреждений деталей двигателя автомобиля в результате его перегрева и износа, охлаждение отработавших газов, масла в системе смазки.

Виды систем охлаждения двигателя (жидкостная и воздушная)

Системы охлаждения  (СO) ДВС транспортных средств бывают разных видов:

  • Воздушными.
  • Жидкостными (функционирующими на воде, антифризах).
  • Гибридными.

Воздушная СО – это конструкция, которая обеспечивает отвод излишек тепла от цилиндров и стенок камер с помощью принудительного потока воздуха. Принуждение возникает за счет вентиляторов. Они могут быть автономными или объединёнными с маховиком. Воздух может нагнетаться или просасываться. 

 
Наиболее активно воздушные системы охлаждения двигателя устанавливались на авто в шестидесятые годы прошлого века. В том числе, такое решение было популярно у заводов, выпускающих Volkswagen, Citroën, Honda, Porsche. Но со временем у легковых автомобилей двигатели с воздушным охлаждением стало возможно встретить всё реже. Это легко объяснить тем, что большинство легковых авто, появившихся позже, в том числе, современные легковые авто – это, преимущественно, переднеприводные модели с поперечным расположением ДВС. При такой системе трудно организовать эффективную систему воздушного охлаждения.

К тому же, при воздушном охлаждении производители вынуждены существенно увеличивать габариты двигателя, а вместе с ним возрастает и уровень шума.

Но на сельскохозяйственные, коммунальные машины, скутера, мотоблоки такие СО по-прежнему ставят. Правда, даже у тракторов их можно встретить уже очень редко.

Вторая же разновидность СО –  жидкостная система охлаждения двигателя – это система, где есть промежуточный теплоноситель (жидкость – антифриз). Именно антифриз основательно «прорабатывает» толщь стенок блока цилиндров. Роль отводящего агента у большинства СО такого типа при этом опять-таки играет воздух. Поэтому часто системы называют не просто жидкостными, а комбинированными, гибридными. С точки зрения физики, это действительно верно (и более грамотно), но при этом, так как жидкостные системы в чистом виде (без отводящего агента в виде воздуха) сейчас не используются (первые системы были именно непосредственно жидкостными и работали исключительно на воде), в том, что жидкостными и гибридными МО называют на практике одни и те же решения, ничего зазорного нет. 

И современные автомобилисты, и механики жидкостными СО называют, как правило, именно гибридные решения. Те, где задействован и воздух, и антифриз.

Потоки жидкостной СО

Жидкостные системы охлаждения двигателей могут быть с параллельными, последовательными и смешанными потоками.

Параллельные потоки. Антифриз под давлением поступает в блок цилиндров, проходит через отверстия прокладки головки блока и в головку блока.  

Последовательные потоки. Жидкость поступает к задней части блока цилиндра, а затем перетекает в головку блока цилиндров. Здесь она течет вокруг каждого цилиндра и только потом через перекрестные проходы попадает во коллектор впуска.

Смешанные потоки. У некоторых ДВС потоки теплоносителя объединены. Вентиляционные отверстия берут на себя функцию выпуска пара.

Устройство системы охлаждения двигателя

Сначала затронем конструирование устройства системы охлаждения. При конструировании системы охлаждения производители учитывают целый комплекс факторов: 

  • тепловая мощностью ДВС (быстрота выделения тепла),
  • габаритов радиатора, вентилятора и водяной помпы, 
  • давления в СО,
  • конструктивных особенностей термостата.

Если проектируется жидкостная система, учитывается тип охлаждающей жидкости – антифриза: этиленгликолевый (карбоксилатный, лобридный, комбинированный), пропилен-гликолевый. 

Если проектируется воздушная СО, обязательно учитывается температура и влажность окружающего ДВС воздуха.

При конструировании воздушных систем специалисты заинтересованы, в первую очередь, обеспечить подачу воздуха к:

  • перемычкам между гнездами клапанов (самым горячим местам головки цилиндров), если речь касается бензиновых ДВС.
  • форсункам, если в фокусе внимания – дизельные двигатели.

Обязательно учитываются параметры оребрения двигателя. Идеальный вариант – брать в расчет показатели аэродинамического сопротивления оребрения двигателя, но на практике чаще берется всё-таки удельная поверхность оребрения. Учитывать показатели аэродинамического сопротивления, когда речь идёт о достаточно простой и недорогой технике достаточно нерационально. И проще пожертвовать именно этим параметром.

Как устроена система охлаждения двигателя автомобиля, работающего на антифризе?

В зависимости от того, какое охлаждение – воздушное или на антифризе, отличается схема системы охлаждения двигателя.

Итак, общее устройство системы охлаждения двигателя автомобиля, работающего  на антифризе состоит из следующих элементов:

1. «Водяная рубашка».  Полости между двойными стенками двигателя, имеющие сообщение друг с другом. Расположены в зонах присутствия избытка тепла. Фактически это всё пространство вокруг цилиндров ДВС, заполненное охлаждающей жидкостью.

 
 
2. Термостат. Специальный клапан между «рубашкой» ДВС и входным патрубком устройства радиатора. Когда клапан открывается, для охлаждающей жидкости возникают все условия, чтобы она беспрепятственно попадала в радиатор. Излишки жидкости возвращаются в водяную рубашку через обводный канал. В зависимости от конструктивных особенностей СО, модели силового агрегата, компоновки ДВС термостат может иметь разную локацию. Чаще всего термостат расположен в зоне выхода антифриза из головки блока цилиндров.
 

 
3. Радиатор. Устройство, предназначенное непосредственно для отдачи (отвода) тепла в атмосферу и охлаждения жидкости внутри каналов. Представляет собой конструкцию из трубок, спаянных в виде прямоугольника, крепящегося на двух бачках. Изготавливается из металла (меди, алюминия), нескольких металлов (медь + латунь), комбинации металла и пластика. Большинство современных радиаторов – с алюминиевой сердцевиной с бачками из армированного пластика. В этом случае деталь обладает более высокими показателями коррозионной стойкости и теплопроводности. Устройство монтируется в зоне, которая лучше всего обдувается. Идеальный вариант – зона в подкапотном пространстве спереди автомобиля (причем к такому конструкционному решению инженеры нередко прибегают даже, если ДВС имеет заднее расположение). У некоторых автомобилей радиаторы устанавливаются возле боковых стенок авто. Но как правило, в этом случае о обдуве заботится воздухозаборник, а радиаторов – несколько. Такой вариант можно встретить у спорткаров. 

 

Теплоноситель может поступать в радиатор сверху и направляться вниз в основной бочок, а может двигаться от одной стороны устройства к противоположной его стороне (СО с поперечным потоком). На подавляющее большинство современных СО монтируют радиаторы именно с поперечным потоком.

У большинства радиаторов горловина имеет крышку, оснащённую подпружиненным клапаном, предназначенного для герметичного закрытия вентиляционных каналов СО. Это конструктивное решение необходимо для поддержания оптимального рабочего давления. Наиболее распространёнными и внушающими доверие пользователям радиаторами являются устройства торговых марок Behr Hella, DENSO, LUZAR, Stellox, SAT, AVA.

4. Вентилятор – устройство, помогающее усилить поток набегающего воздуха на радиатор. Воздушный поток направлен по направлению к двигателю.  Запускается за счёт муфты (электромагнитной, гидравлической от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости.  На большинстве современных транспортных средств стоят электровентиляторы: один или несколько (один непосредственно для охлаждения, другой – для работы с высокими температурами).  На транспортных средствах с продольным расположением ДВС и задним приводом также можно встретить термостатический вентилятор охлаждения (вентилятор с термостатической пружиной). Он запускается ремнем от коленчатого вала.
 
    
5. Помпа — центробежный насос. Именно от помпы зависит, будет ли в системе обеспечена бесперебойная циркуляция жидкости (запускаются, чаще всего ремнем – от коленчатого или распределительного вала, шестернями или дополнительной помпой , работающей от электронного блока управления.

6. Расширительный бачок с подпружиненными клапанами. Присутствует у систем с радиатором без заливной горловины.

7.Температурный датчик. Присутствует у авто с электронным блоком управления. Сигналы с датчика поступают непосредственно на ЭБУ, а затем на исполнительные устройства (например, вентилятор).  

Устройство воздушной СО

Если же перед нами устройство воздушной системы охлаждения, где теплоносителем выступает непосредственно поток воздуха, то устройство включает следующие элементы:

  • вентилятор, состоящий из диффузора с неподвижными лопастями (направляют воздух) и ротора. Как правило, запускается при помощи ремня и работает от шкива коленвала охладительные ребра цилиндров и головки (или головок), 
  • съемный кожух, 
  • дефлекторы (монтируются непосредственно над вентканалом) и контрольные приборы.  

Принцип работы системы охлаждения двигателя автомобиля на антифризе

Принцип работы системы зависит от того, что является теплоносителем.

Работа системы охлаждения двигателя на антифризе:

  • Антифриз циркулирует (движется по маршруту) принудительно. 
  • Движение жидкости производится через «рубашку охлаждения» двигателя.
  • Охлаждение ДВС и нагрев охлаждающей жидкости осуществляются синхронно. 
  • Антифриз к водяной рубашке движется от первого цилиндра к последнему или от выпускного коллектора к впускному (в зависимости от потоков)
  • Жидкость циркулирует по малому (до нагрева) или большому кругу (после нагрева).Свой путь антифриз начинает  по большому кругу. Путь к маломому кругу до достижения определённой температуры  жидкости недоступен, это происходит благодаря закрывающемуся клапану. Когда температура, напротив, падает, то клапан  срабатывает снова, и рабочим путем антифриза, как и в начале работы, становится  малый круг.
  • В момент запуска ДВС антифриз  – холодный. При включении системы он нагревается, проходит через радиатор, охлаждается встречным потоком воздуха, в том числе, при необходимости  –  потоком воздуха от вентилятора.

Проходя путь через рубашку охлаждения блока цилиндров и головки цилиндров, жидкость в СО сначала увеличивается, а затем после прохождения радиатора охлаждается до начального уровня. 

  • Чаще всего у ДВС горячая охлаждающая жидкость выходит из корпуса термостата (температурно-регулирующего клапана), протекает через радиатор поток жидкости охлаждается потоком воздуха, 
  • Назад жидкость возвращается через выходной патрубок основного бачка и через шланг идёт к входному патрубку циркуляционного насоса. Он и прогоняет поток жидкости через рубашку охлаждения двигателя. На некоторых двигателях (например, Chrysler и General Motor’s) альтернативой термостату выступает водяной насос. 

Воздушное охлаждение

Схема работы СО следующая:

  • Вентилятор создает поток воздуха
  • Наружная область блоков цилиндров и головки омываются мощным потоком воздуха,
  • Излишки тепла направляются в атмосферу.

Важно! Воздушный поток целенаправленно направляется на наиболее нагреваемые детали – цилиндры и головки. Степень интенсивности охлаждения зависит от того, какие стоят вентиляторы, и как организовано направление потока воздуха. Распределить воздух на все детали ДВС помогают тонкие пластины-дефлекторы.

Степень интенсивности охлаждения, а значит, и результат, напрямую зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

Неисправности в системе охлаждения

Не секрет, что именно на СО приходится около 25 – 30% неисправностей ДВС. И, если регулярно не проводить диагностику, не принимать меры, можно «нарваться» на дорогостоящий ремонт. 

Если же всё делать своевременно, то решением проблемы может стать замена небольшой детали или даже просто регулировка одного из узлов.

Популярные неисправности в системе охлаждения:

  • Проблемы со шлангами. Износ, потеря герметичности, повреждение, расслаивание,  набуханием материала, влекущее за собой изменение диаметра шланга. Если шланг получит повреждение во время работы двигателя, вся охлаждающая жидкость будет утеряна. Для того, чтобы решить проблему со шлангом, чаще всего требуется его замена, но иногда достаточно решить проблему только с хомутовым соединением.
  • Нарушение герметичности радиатора. Чаще всего под воздействием камней, противогололедных реагентов. Практика показала, что чаще радиатор «летит» в системах без кондиционера (если он есть те же на себя часто берет теплообменник).
  • Зависание» термостата. Если «зависание» происходит в закрытом состоянии, ДВС начинает перегреваться, если открытом – будет проблема с нагревом. Иногда для решения проблемы достаточно регулировки, но часто может потребоваться и замена этого устройства.
  • Течь расширительного бачка (нередкое явление для тех схем системы охлаждения двигателя, где бачок работает под давлением).
  • Потеря герметичности пробки радиатора.  При этой неисправности система не сможет обеспечивать повышение температуры кипения жидкости. В зависимости от ситуации проблема может решаться механическим способом, или требуется замена пробки. К пробке ни в коем случае нельзя относится халатно. Именно от неё зависит, удастся ли удержать нужное давление в СО.
  • Воздушная пробка. Приводит к перегреву двигателя либо нарушению прогрева салона (то есть двигатель может хорошо прогреваться, а тепло в салон перестаёт поступать). Для диагностики проверяют уровень антифриза в расширительном бачке, проводят визуальный осмотр. Для решения проблемы ус старых транспортных средств на радиаторе откручивают  отточенных навыков: нужно снять пластиковую защиту, демонтировать хомут, подать в бачок воздух посредством компрессора, провести проверку на отсутствие пузырьков воздуха, накинуть на штуцер патрубок, монтировать специальную пробку и запускают двигатель, у современных авто в большинстве случае решение проблемы требует затянуть хомут, довести антифриз до оптимального уровня.
  • Обрыв ремня вентилятора. Распространённая поломка у мототехники, коммунальной техники, где стоит воздушная СО. Об этой неисправности у большинства транспортных средств сигнализирует контрольная лампа. Проблема решается путём замены ремня.
  • Загрязнение патрубков, влекущее за собой попадание в СО посторонних примесей и её выход из строя. Проблема решается путём промывки, удаления ржавчины, шлака, накипи, остатков масла, силикатного геля.

Как систематизировать знания и получить практические навыки по теме?

Изучить тему «Системы смазки и охлаждения» подробно поможет лицензионный обучающий продукт «Автомобильные основы» на платформе LCMS ELECTUDE.

Видеообзор этого обучающего продукта для вас доступен прямо сейчас:

Огромное преимущество использование платформы состоит в том, что вы не просто последовательно получаете необходимый набор знаний, а имеете возможность поработать с устройствами на практике, отточить навыки диагностики и ремонта (платформа располагает встроенным тренажёром).

Платформа адаптивна как для проведения занятий в аудитории, так и дистанционного обучения. Очень удобно, что система располагает продуманной системой тестов. Можно не просто изучить материал, а проконтролировать, как он усвоен, какой реальный прогресс при изучении системы охлаждения двигателя.

Шесть основных типов систем жидкостного охлаждения

Существует шесть основных типов систем охлаждения, которые вы можете выбрать для удовлетворения потребностей в охлаждении вашей нагрузки. У каждого есть свои сильные и слабые стороны. Эта статья была написана для определения различных типов систем охлаждения и определения их сильных и слабых сторон, чтобы вы могли сделать осознанный выбор в зависимости от ваших потребностей.

Существует шесть основных типов систем жидкостного охлаждения:

  1. Система жидкостного охлаждения
  2. Сухая система с замкнутым контуром
  3. Сухая система замкнутого цикла с охлаждением трима
  4. Испарительная система с открытым контуром
  5. Испарительная система с замкнутым контуром
  6. Система охлажденной воды

 

Системы охлаждения жидкость-жидкость

Простейшей из этих систем является система охлаждения жидкость-жидкость. В этом типе системы на вашем предприятии уже имеется достаточное количество охлаждающей жидкости, но вы не хотите подавать эту охлаждающую жидкость в компрессор. Например: у вас есть колодезная вода, но вы не хотите направлять воду из колодца через новый компрессор, потому что качество воды очень плохое (много растворенных твердых частиц, таких как железо, кальций и т. д.), и у вас возникли проблемы со колодцем. вода, загрязняющая ваш теплообменник(и) в прошлом.

Система охлаждения жидкость-жидкость идеально подходит для этой ситуации. Он использует скважинную воду на одной стороне промежуточного теплообменника и хладагент, такой как гликоль и вода, на другой стороне промежуточного теплообменника в замкнутом контуре для охлаждения компрессора. Теплообмен осуществляется через промежуточный теплообменник без загрязнения теплообменника/ов. Загрязнение промежуточного теплообменника, скорее всего, произойдет на стороне колодезной воды, однако, если промежуточный теплообменник выбран правильно, его можно легко разобрать и очистить. Наиболее распространены промежуточные теплообменники пластинчатого и рамного или кожухотрубного типа. Температуры теплоносителя на 5 градусов выше «воды» охлаждения установки возможны при системе типа «жидкость-жидкость». В приведенном выше примере с водой из скважины, если вода из скважины доступна при температуре 55 F, система жидкостного охлаждения способна подавать охлаждающую жидкость при температуре 60 F в нагрузку.

Преимущество системы жидкостного охлаждения заключается в том, что ее покупка и установка относительно недороги. Компоненты могут быть установлены внутри или снаружи. Система недорога для работы только с насосом с замкнутым контуром, использующим любую дополнительную энергию. Техническое обслуживание относительно простое и требует лишь периодического осмотра, смазки и очистки теплообменника по мере необходимости.

 

 

 

Системы жидкостного охлаждения

 

К недостаткам системы жидкостного охлаждения относятся периодические простои системы охлаждения для очистки. Это можно компенсировать за счет установки резервного промежуточного теплообменника, который вводится в эксплуатацию во время очистки основного промежуточного теплообменника. Резервный теплообменник требует дополнительных затрат, но обеспечивает непрерывную работу охлажденной загрузки во время очистки. Для этой системы требуется регулируемая подача хладагента, как в приведенном выше примере с колодезной водой, для надлежащего охлаждения нагрузки. Могут быть случаи, когда охлаждаемая нагрузка не работает с максимальной производительностью, и «вода» первичного охлаждения установки должна регулироваться, чтобы гарантировать, что нагрузка не будет переохлаждена или недостаточно охлаждена.

 

Замкнутые системы сухого охлаждения

Замкнутая система сухого охлаждения очень похожа на радиатор вашего автомобиля. В системе используется жидкостный охладитель с воздушным охлаждением для передачи тепла от охлаждающей жидкости с замкнутым контуром, прокачиваемой через ряды ребристых труб, через которые продувается/всасывается окружающий воздух. Основными компонентами системы сухого охлаждения с замкнутым контуром являются охладитель жидкости, который содержит теплообменник воздух-жидкость с вентилятором/ами, насос и блок управления, хладагент и установленные на месте трубопроводы системы. Жидкостный охладитель замкнутой системы сухого охлаждения будет расположен снаружи и будет использовать окружающий воздух для отвода тепла. Температура охлаждающей жидкости на 5–10 F выше температуры окружающей среды по сухому термометру возможна с замкнутой системой сухого охлаждения. Система относительно недорога для работы только с насосом охлаждающей жидкости и вентилятором (вентиляторами) охладителя жидкости, потребляющими энергию. Вентиляторы имеют термостатическое управление для регулирования температуры охлаждающей жидкости, чтобы нагрузка не переохлаждалась или не переохлаждалась. Периодическая очистка охладителя жидкости может потребоваться из-за грязных атмосферных условий на площадке. Засорение жидкостного охладителя обычно происходит из-за грязи, листьев, семян тополя и т. д.

 

Системы сухого охлаждения с замкнутым контуром

 

Преимущество системы сухого охлаждения с замкнутым контуром заключается в том, что устройство очень простое и относительно легко устанавливается. Потребность в энергии относительно невелика, и ее легко контролировать. Техническое обслуживание, как правило, требует лишь периодической проверки, смазки и тестирования жидкости.

Слабость замкнутой системы сухого охлаждения заключается в том, что она зависит от атмосферного сухого термометра. Например, если расчетная температура по сухому термометру в вашем регионе составляет 100 F летом, а вашему оборудованию требуется 9охлаждающая жидкость 0 F; в лучшем случае система может подавать охлаждающую жидкость только при температуре от 105 до 110 F в нагрузку. В этом случае вам потребуется дополнительное охлаждение, чтобы снизить температуру охлаждающей жидкости до 90 F.

Замкнутая система сухого охлаждения также требует для эффективной работы бесплатного чистого воздуха. Это означает, что охладитель жидкости должен быть размещен в месте, не подверженном влиянию преобладающих ветров, не слишком близко к зданию, что позволит рециркулировать теплый отработанный воздух из охладителя жидкости обратно в охладитель жидкости, и, наконец, не в местах с высокой концентрацией пыли, грязи, листьев, семян и т. д.

Во многих случаях лучшим местом для охладителя жидкости является крыша. Поскольку охладитель жидкости расположен снаружи, охлаждающая жидкость также должна иметь концентрацию гликоля определенного типа, чтобы предотвратить замерзание, если в вашем регионе зимой используется сухой термометр, температура которого опускается ниже нуля. Если место очень холодное, может потребоваться значительная концентрация гликоля, чтобы предотвратить замерзание. Концентрации гликоля по мере их увеличения начинают снижать скорость теплопередачи. Например, если вам нужна 50% концентрация этиленгликоля с водой, оборудование теплообменника и расход/давление хладагента должны быть увеличены, чтобы приспособиться к концентрации гликоля. Более крупные охладители жидкости и насосы увеличат стоимость системы по сравнению с системами с меньшей концентрацией гликоля/воды. Этого нельзя избежать в более холодном климате.

 

Сухая система с замкнутым контуром и охлаждением трима

Сухая система с замкнутым контуром с охладителем трима аналогична сухой системе с замкнутым контуром, но с дополнительным охладителем жидкости. Эта система обычно используется в местах, где летом температура сухого термометра слишком высока, чтобы обеспечить надлежащую температуру охлаждающей жидкости для нагрузки. С добавленным охладителем балансировки жидкость-жидкость клиент может использовать источник воды для регулировки температуры до желаемой уставки. Много раз использовалась сухая система с замкнутым контуром с охладителем дифферента, чтобы уменьшить зависимость от городской воды в качестве хладагента. Городская вода становится дорогой для покупки и утилизации. Эти системы могут быть использованы для полного отказа от использования городской воды большую часть месяцев в году, что снижает эксплуатационные расходы станции. Система должна иметь подачу свободного чистого воздуха и регулируемую подачу хладагента или водопроводной воды, как в системе жидкостного охлаждения.

Преимущество сухой системы с замкнутым контуром с охладителем дифферента заключается в том, что она может обеспечивать температуру охлаждающей жидкости ниже температуры сухой системы с замкнутым контуром. Система уменьшит количество воды, используемой заводом/городом в холодные месяцы.

Недостатки замкнутой сухой системы с охладителем дифферента включают все недостатки, перечисленные для замкнутой сухой системы. Кроме того, теперь в более теплое время года требуется некоторое количество вторичного хладагента. Потребуются дополнительные трубопроводы для охлаждающей жидкости дифферента к/от салазок. Как охладитель трима, так и охладитель жидкости с воздушным охлаждением требуют периодического обслуживания и чистки.

 

Системы испарительного охлаждения без обратной связи

Следующая система, система испарительного охлаждения без обратной связи, полностью отличается от первых трех, перечисленных выше. Эта система имеет возможность использовать влажный термометр в качестве основы для температуры охлаждающей воды на выходе. Например, если расчетная температура по сухому термометру для данного местоположения составляет 95 F, а расчетная температура по влажному термометру составляет 75 F, система может обеспечить нагрузку примерно 82 F водой.

Система испарительного охлаждения с открытым контуром каскадно пропускает воду через сотовый наполнитель из ПВХ в градирне вместе с окружающим воздухом, продуваемым или всасываемым через наполнитель для испарения воды. Во время испарения оставшаяся вода охлаждается почти на 7 F или выше выше температуры смоченного термометра. Испаренная вода заменяется какой-либо системой подпиточной воды, такой как поплавковый клапан. Оставшаяся вода и подпиточная вода собираются в резервуаре, а затем перекачиваются в нагрузку, и цикл повторяется. В среднем система испарительного охлаждения с открытым контуром требует 4 галлона в минуту подпиточной и продувочной воды на 1 000 000 БТЕ/ч отводимого тепла.

Системы испарительного охлаждения с открытым контуром

 

Преимущество этой системы заключается в том, что оборудование, как правило, недорогое. Системы могут быть просты в использовании в более теплом климате, но могут потребовать большего контроля в более холодном климате.

Недостатком этого типа систем является то, что они обычно требуют обширной системы очистки воды. В системе очистки воды используются расходуемые химические вещества, чтобы удерживать кальций и растворенные минералы во взвешенном состоянии. Химическая обработка необходима для предотвращения загрязнения градирни, трубопроводов и теплообменников. Неотъемлемой проблемой испарительной системы с открытой градирней является то, что вода, протекающая через градирню, также является теплоносителем, прокачиваемым через нагрузку. Эта вода контактирует с грязной атмосферой. Он собирает загрязняющие вещества, такие как пыль, растительность и т. д. Эти загрязнения попадают в теплообменники и трубопроводы и могут вызвать серьезные проблемы с техническим обслуживанием.

Открытые башни могут иметь проблемы с управлением в зимние месяцы. Они рассчитаны на работу с полной нагрузкой. Они не всегда хорошо работают при частичной загрузке в очень холодном климате. Если бассейн является частью градирни, для работы в холодную погоду требуется нагреватель, чтобы предотвратить замерзание воды в бассейне при отсутствии нагрузки. В холодном климате трубопровод обычно требует изоляции и обогрева для предотвращения замерзания. Дренаж потребуется для продувки воды, чтобы контролировать проводимость из-за постоянного испарения и концентрации растворенных твердых веществ. Постоянно требуется подпиточная вода из внешнего источника, такого как городская вода или очищенная колодезная вода и т. д. Биологический контроль бактерий, слизи и плесени является серьезной проблемой для надлежащей работы открытой системы испарительной башни.

 

Замкнутые испарительные системы охлаждения

Замкнутые испарительные системы представляют собой гибридные системы. Испарительная система с замкнутым контуром представляет собой открытую градирню со встроенным в нее теплообменником с замкнутым контуром. Вода из градирни остается снаружи в градирне и не циркулирует по трубопроводу теплоносителя. Трубопровод охлаждающей жидкости представляет собой замкнутый контур, в котором раствор гликоля/воды течет от градирни к нагрузке и обратно. Вода отдельной градирни перекачивается из резервуара в верхнюю часть градирни и распыляется через теплообменник (обычно набор трубок), при этом воздух продувается или всасывается через градирню через теплообменник, где испарение воды передает тепло от замкнутый контур охлаждающей жидкости с окружающим воздухом. Оставшаяся в башне вода падает в бассейн, откуда снова закачивается наверх башни, и процесс повторяется. Вода в градирне испарительной системы с замкнутым контуром требует подпиточной воды, химической обработки, дренажа, нагревателя бассейна в холодную погоду и продувки, как и в испарительной системе с открытым контуром, описанной выше.

 

Системы испарительного охлаждения с замкнутым контуром

 

Преимущество испарительной системы с замкнутым контуром заключается в том, что она может подавать хладагент с замкнутым контуром к нагрузке примерно на 7–10 F выше температуры смоченного термометра. Охлаждающая жидкость замкнутого контура остается свободной от загрязнений и обеспечивает чистоту теплообменника оборудования и трубопроводов. Любые загрязнения из атмосферы останутся снаружи вместе с градирней. Будет использоваться меньше химикатов для обработки воды, поскольку они обрабатывают только открытую воду в градирне, а не хладагент в трубопроводах и теплообменниках системы.

Недостатки испарительной системы с замкнутым контуром заключаются в том, что вам потребуется вода для очистки, продувки и подпитки для водяной стороны градирни системы. Для работы в холодную погоду система потребует дренажа, а также обогреваемых и изолированных трубопроводов. Для предотвращения замерзания бассейна в холодную погоду в нерабочее время необходим нагреватель бассейна. Для системы требуется дополнительный насос, подключенный к градирне, который обеспечивает циркуляцию воды в резервуаре.

 

Системы водяного охлаждения

Последний тип системы охлаждения, который мы обсудим, — это система охлажденной воды. Чиллер обычно имеет механическое компрессионное устройство, которое преобразует энергию в сжатый хладагент с помощью компрессора того или иного типа. Сжатый хладагент направляется в конденсатор, который отводит тепло от хладагента в атмосферу или какой-либо жидкий хладагент. Сжатый хладагент переходит из газообразного состояния в жидкое в конденсаторе и по трубопроводу поступает в испаритель, где дозируется или расширяется в испарителе. Расширение охлаждающей жидкости высокого давления снижает температуру испарителя. Охлаждаемая жидкость прокачивается через теплообменник испарителя, и тепло передается хладагенту. Пар низкого давления возвращается в компрессор, и цикл хладагента начинается снова. Хладагент течет от теплообменника испарителя к нагрузке, где тепло передается хладагенту в теплообменнике нагрузки, а затем возвращается обратно в испаритель для повторения цикла.

 

Системы охлаждения с охлажденной водой

 

Сильные стороны чиллера заключаются в том, что он может создавать температуру хладагента намного ниже расчетной температуры по влажному или сухому термометру. Температура охлаждающей жидкости на выходе не так зависит от температуры окружающей среды.

Недостатком чиллера является то, что это довольно сложный механизм. Чиллеры стоят дороже, чем все другие виды охлаждающего оборудования. Они требуют специализированного периодического обслуживания и обученных сертифицированных специалистов по ремонту для правильной эксплуатации. Сами чиллеры создают дополнительную тепловую нагрузку от компрессоров, которая также должна отводиться в конденсаторе. Мощность, необходимая для работы чиллера, намного выше, чем у других типов систем охлаждения, рассмотренных выше. Работа чиллеров в холодную погоду требует специальных дополнительных компонентов на чиллере. Изменения нагрузки могут потребовать специальных средств управления и/или нескольких контуров чиллера для эффективной работы, что увеличивает общую стоимость оборудования.

 

Заключение

Как видите, существует множество типов систем охлаждения, способных удовлетворить ваши требования. Лучше всего привлечь специалиста по системе охлаждения на раннем этапе планирования, чтобы помочь вам выбрать лучшую систему, соответствующую вашим потребностям.

 

За дополнительной информацией обращайтесь к Брюсу Уильямсу, Hydrothrift Corporation, тел.: 330-264-7982

 

 

За дополнительной информацией Система охлаждения статей, посетите сайт www.airbestpractices.com/technology/cooling-systems .

 

 

Системы жидкостного охлаждения | Бойд

Электронные устройства становятся все более мощными, и общество все больше связано с постоянными улучшениями в области задержки, что способствует дальнейшему внедрению вычислительных и интеллектуальных функций в новые и различные приложения. Системы жидкостного охлаждения в настоящее время широко распространены в самых передовых отраслях промышленности как наиболее компактный, устойчивый и эффективный метод охлаждения тепловых нагрузок с высокой плотностью, обеспечивающий постоянное увеличение удельной мощности. Эти системы используют более высокую теплоемкость жидкости, которая очень эффективно поглощает и переносит тепло с высокой скоростью по сравнению с воздушным охлаждением или твердотельной теплопроводностью. Системы жидкостного охлаждения передают и рассеивают экстремальное тепло с высокой скоростью, обеспечивая высокую производительность вычислений и уровни плотности мощности, которые не могут быть обеспечены традиционными системами с воздушным охлаждением.

Ресурсы и материалы для загрузки

Проектирование контура жидкостного охлаждения

Проектирование распределительных блоков в системах центров обработки данных

Просмотреть расшифровку

Просмотреть расшифровку

Нажмите на изображение выше, чтобы открыть страницу 3D-рендеринга.

Высокая надежность для максимальной производительности с заботой об устойчивости

Высоконадежное жидкостное охлаждение Boyd применяется на уровне системы, корпуса, устройства и компонента с прямым жидкостным охлаждением (DLC). Решения варьируются от сложных серверных систем с жидкостным охлаждением, которые объединяют несколько технологий для охлаждения крупнейших и самых требовательных гипермасштабируемых вычислительных облачных центров обработки данных в мире, до компактных охлаждающих пластин, которые обеспечивают эффективность жидкостного охлаждения непосредственно кремния или питания источника тепла с прямым жидкостным охлаждением.

Повысьте эффективность работы, оптимизируйте использование энергии, максимизируйте рекуперацию энергии и повысьте надежность на всех уровнях тепловой системы, чтобы свести к минимуму или исключить отходы, затраты на техническое обслуживание и время простоя для устойчивого снижения совокупной стоимости владения системой охлаждения.

Для тех, кто обеспокоен использованием жидкости в передовых электронных системах, системы жидкостного охлаждения Boyd были установлены на рынке в течение десятилетий с более чем 20-летними данными о надежности, которые способствуют постоянному совершенствованию конструкции системы и процедур испытаний. Boyd — единственный в мире производитель систем жидкостного охлаждения, предлагающий 100% тепловые испытания в режиме реального времени для получения высоконадежных, безотказных и герметичных жидкостных решений.

Узнайте о решениях Boyd в следующих разделах:

Ключевые отрасли промышленности

Серверы с жидкостным охлаждением, системы охлаждения центров обработки данных, а также графические и центральные процессоры с прямым жидкостным охлаждением (DLC) максимизируют плотность вычислений и поддерживают пиковую производительность с минимальной задержкой. надежный аптайм. Циклы проектирования систем жидкостного охлаждения Boyd ускоряют вывод продукции на рынок.

eMobility

Легкие, прочные и компактные системы жидкостного охлаждения расширяют диапазон аккумуляторов и ускоряют циклы зарядки, чтобы выделить новые модели электромобилей и повысить популярность среди потребителей. Охлаждающие пластины аккумуляторной батареи электромобиля, жидкостное охлаждение преобразования энергии, охлаждающие пластины инвертора и низкопрофильное охлаждение телематики.

Медицина

Высоконадежные решения для охлаждения медицинского оборудования. Системы жидкостного охлаждения Boyd для медицинских изделий включают жидкостное охлаждение КТ-сканера, охлаждение МРТ, решения для охлаждения ультрафиолетовым излучением и лазером, рентгеновское управление температурой, медицинские охладители и ультразвуковые тепловые системы.

Промышленное оборудование

Для промышленного оборудования с высокой удельной мощностью требуются надежные высокопроизводительные системы жидкостного охлаждения. Охлаждение силовой электроники, жидкостное охлаждение IGBT, охлаждение инвертора, прямое жидкостное охлаждение IGBT, системы жидкостного охлаждения полупроводников, жидкостное охлаждение аккумуляторов.

Системы жидкостного охлаждения

Системы жидкостного охлаждения Boyd подвергаются всестороннему анализу сети потока с использованием нашего собственного программного обеспечения для проектирования, основанного на десятилетиях эмпирических данных. Это означает, что наши инженеры-проектировщики тепловых систем и системные архитекторы достигают утвержденного теплового проекта в соответствии со спецификациями намного быстрее, чем кто-либо другой на рынке. Мы тестируем каждую систему жидкостного охлаждения, чтобы убедиться в ожидаемой производительности и поведении системы. Наша гибкая модель разработки варьируется от тяжелой до легкой в ​​зависимости от ваших потребностей в поддержке. Мы адаптируем эти системы жидкостного охлаждения для новых применений в высокопроизводительных отраслях, которым необходимо перейти на высокопроизводительные тепловые характеристики жидкостных систем.

Системы с жидкостным охлаждением Boyd, такие как блоки распределения охлаждающей жидкости и рециркуляционные чиллеры, включают в себя детализированный системный интеллект, поступающий от отдельных датчиков, насосов, соединений и управляющего программного обеспечения для полного интеллектуального поведения системы, обеспечивающего максимальную устойчивость и надежность. Эффективность планируется на протяжении всего жизненного цикла продукта, включая упаковку, монтажные приспособления и функции быстрого обслуживания, которые обеспечивают целостность продукта при транспортировке, максимально увеличивают производительность сборки и минимизируют время обслуживания благодаря быстроразъемным разъемам с возможностью горячей замены.

система жидкостного охлаждения

теплообменник задней двери

специальное шасси

задняя часть системы жидкостного охлаждения

900 02

вне системы жидкостного охлаждения