В. А. КИХТЕНКО, Ю. П. ХЛЕБНИКОВ
ТРАКТОРНЫЕ
ЦИКЛОННЫЕ
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ
КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ,
ОБСЛУЖИВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1963

В книге дан краткий анализ влияния пыли на износ
деталей двигателя, описаны конструкции и произведена
оценка современных отечественных и зарубежных
воздухоочистителей, эжекторов, искрогасителей и
глушителей. Кроме того, приведены теоретические основы
расчета воздухоочистителей, эжекторов и
искрогасителей, критерии выбора их оптимальной схемы, а также
результаты испытания циклонных воздухоочистителей,
эжекторов и искрогасителей на стенде и в эксплуатации.
Книга может быть использована инженерами
заводских конструкторских бюро по двигателям,
механизаторами сельского хозяйства и студентами
институтов и факультетов механизации сельского хозяйства.
Рецензент канд. техн. наук И. М. Егоров
Редактор канд. техн. наук Г. П. Дворовенко
Редакция литературы по тракторному и сельскохозяйственному машиностроению
Зав. редакцией инж. Е. И. НЕЛЮБОВА

ПРЕДИСЛОВИЕ
Увеличение выпуска усовершенствованных тракторов и
комбайнов в нашей стране производится на базе специализации заводов
и применения для тракторов и комбайнов новых двигателей
повышенной мощности.
Для тракторов класса 3 т и комбайнов взамен двигателей Д-54,
Д-75 и СМД-7 заводом «Серп и молот» выпускается новый
унифицированный двигатель СМД-14, который при такой же мощности, как
у двигателя Д-75, имеет меньший вес и габариты. Данные качества
двигателя СМД-14 позволяют увеличить выпуск тракторных и
комбайновых двигателей за счет сэкономленного металла.
Увеличение мощности двигателя при уменьшении веса и
габаритов достигается его форсированием по числу оборотов и нагрузке,
но это приводит к более напряженной работе основных деталей
двигателя, что создает условия для интенсивного износа трущихся
поверхностей. Как известно из практики, наиболее быстро
изнашиваются детали гильзопоршневой группы двигателя, от длительности
работы которой в основном зависит срок службы двигателя до
капитального ремонта. Известно также, что из различных видов износа
большое значение имеет абразивный износ, вызываемый попаданием
посторонних твердых частиц между трущимися поверхностями
деталей.
Коррозионно-механический износ может быть большим при работе
двигателя при пониженной температуре воды и масла. Поэтому
к ряду механизмов двигателя, в особенности тех, от работы которых
зависит интенсивность износа его деталей (воздухоочиститель,
система смазки и система охлаждения), предъявляются повышенные
требования.
Воздухоочистители, применяемые на двигателях современных
тракторов, не удовлетворяют требованиям по качеству очистки
воздуха от пыли, Особенно для форсированных двигателей. Для

последних необходимы воздухоочистители с более высоким
коэффициентом очистки, простые в эксплуатации и обслуживании.
Широкое применение унифицированного двигателя значительно
затрудняет разработку конструкции воздухоочистителя,
удовлетворяющей всем требованиям.
В данной книге освещаются вопросы создания
высокоэффективных циклонных воздухоочистителей с автоматическим удалением
пыли выпускными газами при помощи эжектора, а также эжектора,
работающего на всех режимах двигателя как самостоятельно, так
и совместно с искрогасителем и глушителем.
Раздел «Воздухоочистители» написан Ю. П. Хлебниковым,
раздел «Эжекторы, искрогасители и глушители двигателей тракторов
и комбайнов» — В. А. Кихтенко.

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ
ПЫЛЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
Характеристика пыли, поступающей в двигатель
Тракторы работают в сельском хозяйстве в самых различных
условиях: они работают в разных районах страны в любое время
года, выполняя различные работы (пахота, боронование, посев,
культивация и т. п.).
Количество пыли, поступающей с воздухом в двигатель, ее
дисперсный и минералогический состав зависят от ряда факторов,
связанных с типом почвы, конструкцией трактора, видом работы,
метеорологическими условиями и т. п.
Известно, что пылесодержание воздуха при сельскохозяйственных
работах колеблется в широких пределах и зависит от типа почвы,
ее структурного состояния, влажности, растительного покрова,
интенсивности рыхления почвы рабочими органами машин и почво-
зацепами трактора и других факторов.
При работе трактора на культивации и одновременном
бороновании содержание пыли в воздухе в месте поступления его в
воздухоочиститель может колебаться от 0,055 до 1,52 г/м3 (почва — пред-
кавказский карбонатный чернозем) 17].
При пахоте стерни в условиях Одесской испытательной
станции НАТИ пылесодержание воздуха составляло 0,016 г/м8, а при
перепашке пара 0,107 г/м3. В Московской области при пахоте пара
в безветренную погоду пылесодержание воздуха в среднем
равно 0,307 г/м3 [7].
Однако имеющиеся сведения о пылесодержании воздуха при
сельскохозяйственных работах недостаточны в особенности для
характерных районов Советского Союза, таких как Узбекская ССР,
Центрально-черноземная область, Краснодарский край и других.
Летом 1961 г. во время эксплуатационных испытаний тракторов
было измерено пылесодержание воздуха в месте забора его
воздухоочистителем на тракторах ДТ-75 и Т-74, выполнявших различные
работы в различных районах Советского Союза. *
На тракторы ДТ-75 и Т-74 с двигателем СМД-14 и циклонным
воздухоочистителем (см. фиг. 13) вместо воздухозаборной трубы 1
устанавливался в специальном кожухе фильтр из фланели арт. 509,

который обеспечивал хорошую очистку воздуха от пыли. Результаты
испытаний приведены в табл. 1.
Таблица 1
Пылесодержание воздуха у воздухозаборной трубы при работе трактора
в различных районах
Место работы трактора
Узбекская ССР, г. Янги-
Юль, Средне-Азиатская МИС
То же
г. Кинель, Куйбышевской
обл. Поволжская МИС
Краснодарский край,
Кубанский НИИТИМ
Ростовская обл., Северо-
Кавказская МИС
То же
Харьковская обл., Балакле-
евский район
То же
Вид работы и условия испытания
Пахота, температура воздуха
42° С, сухая почва
Планировка дороги (трактор
работал с бульдозером), температура
воздуха 42° С
Пахота, почва сухая
Пахота поля после пшеницы и
проведения лущения, температура
воздуха 28° С
Уборка (трактор работал с
прицепным комбайном)
То же
Боронование, температура воздуха
25° С, сухая почва
Пахота, сухая почва, температура
воздуха 27° С

Запыленность
воздуха около


заборника
в г/мь
0,164
1,60
0,11
0,097
0,061
0,0396
0,297
0,075
Как видно из табл. 1, наибольшее количество пыли содержится
в воздухе при дорожных работах трактора с бульдозером и на
бороновании. При пахоте пылесодержание воздуха несколько меньше и еще
меньше оно при работе трактора на уборке с прицепным комбайном.
Таким образом, при выполнении тракторами различных
сельскохозяйственных работ пылесодержание воздуха, поступающего в
воздухоочиститель, может колебаться в широких пределах: 0,061 —
1,6 г/ж3, т. е. изменяться в десятки и сотни раз.
Дисперсный состав пыли, содержащейся в воздухе, зависит
главным образом от типа почвы и ее состояния.
В зависимости от типа почвы в ней содержится разное количество
частиц пыли различных размеров (табл. 2).
В табл. 3 приведен дисперсный состав пыли, поступающей вместе
с воздухом в воздухоочиститель, для различных районов [7].
Наиболее тяжелыми для работы тракторов считаются условия
Средней Азии (высокая температура и мелкая лессовая пыль), поэтому
в этих условиях был определен дисперсный состав пыли в зоне забора
воздуха в воздухоочиститель, пыли, собранной с крыши кабины
и капота трактора, а также дисперсный состав пыли, пропущенной
циклонами воздухоочистителя.
6

Содержание в почве частиц пыли различных размеров
(в °/о по весу)
Таблица 2
Тип цочвы
Песчаная
Супесчаная
Суглинистая (средне-подзолистая) . .
Суглинистая (подзолистая)
Черноземная (суглинистая) ....
Размеры частиц пыли в мк
До 5
5—10
9
23
28
37
5-50
8—15
21
23
32
53
Свыше 50
75—87
70
54
90
10
Дисперсный состав пыли, поступающей в воздухоочиститель,
для различных районов
Таблица 3
Пыль
Подмосковная:
с поля
с дороги
Одесская,
с поля
Приазовская,
с поля
Предкавказская,
с дороги
Размер частиц пыли в мк
0—10
10
41
24,8
3,8
64
10—20
18
31,2
5,2
20—30
19
49
25,0
13,9
30—50
32
13,0
37,2
34,5
Свыше 50
21
10
6,0
35,2
1,5
Дисперсный состав пыли в зоне воздухозаборной трубы при
работе трактора с бульдозером на планировке дороги был следующим
(плотность пыли 2,24 г/см3):
Размер частиц в мк ... 0—10
Количество частиц в % (по
10—20 20—30 30—40
весу)
17
30
26
13
40
и выше
14
Дисперсный состав пыли, собранной с крыши кабины трактора
и с капота при пахоте в Голодной степи, оказался следующим:
Размер частиц в мк . . 0—5 5—10 10—20 20—30 30—40 40
и выше
Количество частиц пыли
в %:
взятой с крыши ка-
5,5 16,0 18,5 13,5 38,5
бины трактора . . 8,0
взятой с капота
трактора около
воздухоочистителя ... 7,0
8,0
30,0
29,0
14,0
12,0

Дисперсный состав пыли, собранной из кассет циклонных
воздухоочистителей, т. е. состав пыли, пропущенной циклонами, при
работе тракторов на пахоте в Голодной степи, был следующим:
0-5
Размер частиц в мк
Количество частиц пыли в % (по весу),
взятой из кассет воздухоочистителей:
с трактора № 1 77
» » № 2 67
5—10 10—20 20—30
11
18
7
Как видно из табл. 2 и 3 и данных, приведенных выше,
количественное соотношение отдельных фракций пыли может быть весьма
разнообразным, что зависит от механического состава почвы,
интенсивности воздействия на почву рабочих органов машин и движителей,
условий работы тракторов и т. п.
Минералогический состав пыли определяется типом почвы
и ее фоном. Твердую часть почвы составляет в основном минеральная
часть. Только почвы, образующиеся на торфяниках, почти целиком
состоят из органических частиц. Основную массу минеральной части
почвы и, следовательно, пыли составляют кварц и полевые шпаты.
Минералогический состав пыли приведен в табл. 4 [7].
Таблица 4
Минералогический состав пыли
Составляющие пыли
Кварц
Окись железа
» алюминия
» кальция
» магния
Калиевидный полевой шпат . . .
Натриевый полевой шпат ....
Район исследования
Подмосковье
79
i »
1
Одесская
обл.
68
14
4
2
Юго-Восточный
Казахстан
34,3—41,6
| 45—50,4
Минералогический и дисперсный состав пыли, взятой
непосредственно с поля в районе Фархат Голодной степи (Средняя Азия),
приведен в табл. 5.
Как видно из табл. 4 и 5, пыль, собранная в различных районах,
содержит приблизительно одинаковое количество твердых частиц
(67—80%), кроме пыли, образующейся на песчаных почвах,
содержащих в среднем 92—98% твердых частиц, и пыли, образующейся
на супесчаных почвах, содержащих 80—90% твердых частиц.
Основными твердыми частицами пыли являются кварц и полевые
шпаты, обладающие высокой твердостью. Твердость кварца по шкале
Мооса равна 7 единицам, а твердость полевых шпатов колеблется
от 6 до 6,5 единиц. Поэтому пыль, поступающая в двигатель, вызывает
значительный износ его деталей.

Таблица 5
Дисперсный и минералогический состав пыли, взятый с
в районе Фархат Голодной степи
Дисперсный
состав пыли
Размер
частиц
в мк
0—1
1—3
3—10
10—30
30—100
100—300
300—1000
Свыше 1000
о
1
о
7
5
8
8
22
20
11
14
Г С
,80
,43
,99
,63
,13
,75
,83
,44
к
►а
20,00
20,00
20,31
11,68
11,33
4,5
0,74
10
24
29
30
44
43
45
ЕГ
са
м
X
,00
,32
,37
,01
,26
,41
,00
Минералогический
=53
|н
о с
са
20,00
20,00
42,45
47,06
50,30
39,51
37,97
20,00
25
20
1
0
0
к
аз
я
о
X
,00
,00
,62
,13
,57
35
20
3
0
0
1
о
Q,
Я
и
,00
,00
,31
,10
,19
состав
Он
>>
10,00
2,07
2,71
0,95
1,06
5,13
5,00
в %
Остальные
примеси
—
5,92
8,95
6,65
10,67
12,75
30,00
(обломки пород,
растительные
остатки и
колчедан)
Влияние пыли на износ гильзы и поршневых колец
Детали тракторных и комбайновых двигателей подвержены износу
трех основных видов: абразивному, коррозионному и контактному.
Однако абразивный износ оказывает наиболее существенное влияние
на долговечность двигателей. Абразивный износ вызывается
попаданием посторонних твердых частиц между трущимися
поверхностями деталей. Этими частицами могут быть пыль, продукты износа,
твердые частицы нагара и кокса, частицы формовочного песка,
металлические стружки и т. п.
Известно, что основной причиной изнашивания деталей
двигателя является попадание в него вместе с засасываемым воздухом
абразивной пыли.
Для того чтобы правильно оценить влияние пыли, поступающей
вместе с воздухом, на износ гильзы и поршневых колец двигателя,
необходимо проанализировать условия его работы.
Изучение влияния числа оборотов коленчатого вала на износ
верхнего поршневого кольца, проведенное Уотсоном [7], показало,
что оно при сохранении количества пыли, подаваемой в единицу
времени в засасываемый в двигатель воздух, по существу не влияло
на износ (нагрузка двигателя 45 л. с, размер частиц пыли 10—20 мк):
Число оборотов коленчатого вала в
минуту 1800 [2500 3200
Износ верхнего кольца поршня в мг
железа на 1 мг пыли 0,27 0,27 026

Однако в действительности такой случай возможен только при
условии, если с увеличением числа оборотов коленчатого вала
расход воздуха, поступающего в двигатель, остается постоянным.
На практике в большинстве случаев расход воздуха,
засасываемого двигателем, растет прямо пропорционально увеличению числа
оборотов коленчатого вала, и следовательно, так же увеличивается
и количество пыли, поступающей в воздухоочиститель.
Из результатов испытаний современных тракторных и
комбайновых воздухоочистителей известно, что с увеличением расхода воздуха
в небольших пределах коэффициент очистки воздухоочистителя
повышается незначительно [10].
Следовательно, с повышением числа оборотов коленчатого вала
двигателя увеличивается количество пыли, поступающей в цилиндр,
и износ гильз и поршневых колец.
Как известно, двигатели сельскохозяйственных машин почти
80% времени работают на нагрузках, близких к максимальным,
поэтому анализ влияния нагрузки двигателя на износ деталей имеет
важное значение.
Нагрузка двигателя оказывает большое влияние на износ гильз
и поршневых колец. По мере увеличения нагрузки на двигатель
.износ их значительно увеличивается.
Ниже приведены данные испытаний двигателя при п =
-- 2500 об/мин, когда во всасываемый воздух подавалась пыль
размером 10—20 мк\ двигатель нагружался от 0 до 45 л. с. 17]:
Мощность двига-
таля в л. с. 0 10 20 25 30 40 45
Износ верхнего
кольца
поршня в мг
железа на 1 мг
пыли .... 0,023 0,030 0,065 0,100 0,180 0,250 0,270
Из приведенных данных видно, что при работе двигателя с одним
и тем же числом оборотов и при подаче одинакового количества
пыли во всасываемый воздух износ верхнего поршневого кольца,
начиная с холостого хода и до мощности Ne — 45 л. с. увеличился
более чем в 10 раз, при этом наиболее интенсивный износ начался
при нагрузке более 20 л. с.
Очевидно, что если бы нагрузка двигателя была равна 20,
а не 45 л. с, то долговечность его увеличилась бы примерно в 4 раза
и, наоборот, если нагрузку данного двигателя увеличить более
45 л. с, то долговечность его уменьшится.
Результаты исследования интенсивности износа верхнего
поршневого кольца в зависимости от запыленности воздуха, а также
от размеров абразивных частиц приведены в табл. 6 [13].
Из данных, приведенных в табл. 6, видно, что износ кольца
прямо пропорционален увеличению запыленности воздуха,
поступающего в цилиндры двигателя. Так, с увеличением запыленности
воздуха с 2 до 8 мг/м3 скорость износа верхнего поршневого кольца
10

Таблица 6
Скорость износа верхнего поршневого кольца двигателя в зависимости
от запыленности воздуха в мг/ч
Запыленность
воздуха
в мг/м3
2
4
8
Содержание в воздухе частиц пыли размером в мк
Технически
чистый воздух
3
3
3
0—5
5,5
13
30
5—10
8,5
18
38
10—15
9,5
21
42
15—20
11
26,5
48
20-30
13,5
29
52
Таблица 7
Влияние минералогического состава
почвы на износ гильзы цилиндров
двигателя
увеличивается примерно в 4 раза. При увеличении размера
абразивных частиц с 0—5 до 20—30 мк скорость износа верхнего поршневого
кольца увеличивается примерно в 2 раза. Следует также отметить,
что пыль размером 0—5 мк при запыленности воздуха 2 мг/м3
изнашивает верхнее поршневое кольцо со скоростью 5,5 мг/ч, а при
запыленности 8 мг/м3 — со скоростью 30 мг/ч, т. е. в 5,4 раза быстрее.
Из табл. 6 также видно, что при технически чистом воздухе,
поступающем в цилиндры двигателя, и при воздухе, содержащем пыль
размером 0—5 мк, при запыленности его 2 мг/м3 скорость износа
верхнего поршневого кольца почти одинаковая (3 и 5,5 мг/ч), т. е.
отличается не более чем в 2 раза.
При запыленности воздуха 8 мг/м3 мелкой пылью разница в
скорости износа верхнего поршневого кольца увеличивается с 3
до 30 мг/ч, т. е. в 10 раз.
Интенсивность изнашивания
деталей двигателя зависит также
от минералогического состава
пыли; так, большое содержание
кварца в пыли, поступающей в
двигатель, значительно увеличивает
износ гильз (табл. 7) [13].
Как видно из табл. 7, с
увеличением содержания кварца в пыли
в 1,3—1,4 раза увеличивается
диаметральный износ верхней
части гильзы цилиндров двигателя
в 1,6 раза.
Пыль, попавшая вместе с
воздухом в цилиндры двигателя,
вызывает износ гильз, поршней и
поршневых колец не только в период
одного цикла. Осаждаясь на поверхность гильзы, пыль вместе с
маслом попадает в картер двигателя, и если нет хорошей очистки масла
от пыли, то концентрация пыли в масле будет увеличиваться, и это
вызовет повышенный износ всех трущихся поверхностей двигателя,
в том числе гильз, поршней и поршневых колец.
11
Почва
Песчаная
Супесчаная
Лесовая
Среднее

содержание
в пыли
кварцевых
частиц
в %
92—98
80—90
65—75
Среднее
значение

диаметрального
износа
верхней
части
гильзы
цилиндров
двигателей
в мк
140
118
88

Крупные абразивные частицы (размером более 5 мк) в основном
изнашивают маслосъемные кольца и нижние компрессионные, что
подтверждается опытами, проведенными Утсоном. Абразивные
частицы, находящиеся в масле, размером менее 5 мк больше
изнашивают верхнее компрессионное кольцо. Это подтверждается данными,
приведенными Н. Ф. Почтаревым [13 ]. Очевидно, что мелкие частицы,
проходя в зазоре между маслосъемным кольцом и гильзой, не
нарушают масляной пленки и поэтому почти не вызывают их износа.
В зоне верхнего компрессионного кольца масляная пленка очень
тонка, а в некоторых местах ее почти нет (полусухое трение),
вследствие этого мелкие частицы пыли вызывают заметный износ кольца.
Следовательно, задержание мелких абразивных частиц масляными
фильтрами имеет большое значение.
Влияние форсирования двигателя на абразивный износ гильз
и поршневых колец видно из результатов сравнительных стендовых
испытаний двигателей Д-54А и СМД-14, проведенных в НАТИ.
Испытания проводились по разработанной НАТИ специальной
ускоренной методике для испытания деталей двигателя на
износостойкость [11 ].
С двигателя снимаются воздухоочиститель и маслофильтр. В
воздух дозирующим приспособлением непрерывно подается пыль в
количестве 4 мг/м3. В масло пыль подается периодически: 1 раз в час.
Общее количество пыли, подаваемой в масло, составляет 50% от
количества пыли, поступающей в воздух. В качестве абразива
используется кварцевая пыль, в которой содержится не менее 97% окиси
кремния (SiO2). Пыль имеет следующий дисперсный состав:
Усредненный размер
диаметра пылинок в мк
Количество частиц пыли
в % (по весу) . .
0—10
30±5
10—20
20±5
20—30
20±5
30—40
10±5
>40
20±5
Двигатель Д-54А работал при Ne = 54 л. с, п = 1300 об/мин,
а двигатель СМД-14 — при Ne = 75 л. с. и п ■= 1700 об/мин.
Перед испытаниями и после 50-часовых испытаний производился
микрометраж деталей двигателя. Результаты испытаний приведены
ниже:
Двигатель Д-54А СМД-14
Пояс максимального износа гильзы в мм 0,065 0,100
Увеличение зазора в замке первого
поршневого кольца в мм 0,82 1,65
Износ верхней канавки в поршне по
высоте в мм 0,082 0,125
Из данных сравнительных испытаний видно, что износостойкость
гильзы, верхнего поршневого кольца и верхней канавки в поршне
у двигателя СМД-14 в 1,5—2 раза меньше, чем у двигателя Д-54А.
Из эксплуатации двигателя Д-54 в течение ряда лет известно, что
первый комплект поршневых колец до выбраковочного состояния
в среднем может работать 2000 ч.
12

Масляноконтактный воздухоочиститель двигателя Д-54А имеет
коэффициент очистки 0,96—0,98, следовательно, для того, чтобы
верхнее поршневое кольцо двигателя СМД-14 могло работать
до выбраковочного состояния 2000 ч, коэффициент очистки его
воздухоочистителя должен быть не ниже 0,98—0,99.
Приведенные выше данные позволяют сделать следующие выводы:
1. Из всех видов абразивных износов наиболее существенным
является износ от пыли, попадающей в двигатель вместе с
воздухом.
2. Абразивный износ гильзы и верхнего поршневого кольца
прямо пропорционален количеству пыли, поступающей вместе с
воздухом в цилиндры двигателя.
3. В случае форсирования двигателя по числу оборотов при
прочих равных условиях увеличивается количество пыли, поступающей
в цилиндры двигателя, пропорционально повышению числа
оборотов коленчатого вала, а следовательно, и износ гильз, поршневых
колец и других трущихся деталей.
4. При форсировании двигателя для того, чтобы сохранить его
срок службы, необходимо повышать коэффициент очистки
воздухоочистителя.
КОНСТРУКЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
И ЗАРУБЕЖНЫХ ТРАКТОРНЫХ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЕЙ
Большинство современных тракторных двигателей имеет
трехступенчатые воздухоочистители масляноконтактного типа с
предварительной очисткой воздуха от пыли в сухом состоянии в
инерционных очистителях с автоматическим удалением отсепарированной
пыли или сбором ее в пылесборник.
Воздухоочистители данного типа пришли на смену фильтрующим
двухступенчатым воздухоочистителям.
Фильтрующие воздухоочистители, несмотря на их некоторые
положительные стороны (высокие начальные очистительные
свойства, простота процесса улавливания пыли и ухода за фильтрами),
имели ряд существенных недостатков:
1) сравнительно быстрое засорение фильтрующих элементов, что
вызывает быстрый рост сопротивления воздухоочистителя и
необходимость частого ухода за ним;
2) резкое понижение эффективности очистки при ухудшении
состояния фильтрующих материалов (появление разрывов, дыр,
трещин), а следовательно, ненадежная работа воздухоочистителя
в эксплуатации;
3) возможность уноса в двигатель накопленной в порах
материала пыли.
В масляноконтактных воздухоочистителях с предварительной
сухой очисткой воздуха данных недостатков нет, так как его
фильтрующие элементы отличаются прочностью и долговечностью.
13

В большинстве случаев масляную ванну делают больших
размеров, вследствие чего воздухоочиститель может работать
длительное время без ухода. Такие воздухоочистители работают более
надежно.
Отечественные воздухоочистители
Воздухоочиститель трактора ДТ-54А
Двигатель
Мощность в л. с 54
Номинальное число оборотов вала в минуту .... 1300
Рабочий объем двигателя в л 7,45
Число цилиндров 4
Тактность 4
Воздухоочиститель
Высота в мм 650
Длина в мм 350
Ширина в мм 279
Общий вес без масла в кг 12,7
Количество заправленного масла в л 2,2
Воздухоочиститель (фиг. 1) имеет три ступени очистки. Первой
ступенью (сухая очистка) является центробежный сухой очиститель,
второй (мокрая очистка) — специальная сферическая чашка, третьей
(контактная очистка) — патрон сеток, смоченных в масле.
Очистка воздуха от пыли в данном воздухоочистителе
происходит следующим образом: воздух поступает в верхние окна сухого
очистителя, защищенные сетками от попадания очень крупных
частиц, и приобретает вращательное движение в специальной
крыльчатке. Под действием центробежной силы крупные частицы
пыли прижимаются к стенкам сухого очистителя, опускаются вниз
и выбрасываются наружу через две щели. Воздух, очищенный
на 50—60% от пыли, поступает по центральной трубе во вторую
ступень очистки, где он ударяется в смоченное маслом дно
сферической чашки и меняет направление движения почти на 180°. При
круговом движении воздуха частицы пыли под действием центробежной
силы отжимаются к стенкам чашки, которые обильно омываются
маслом.
Масло, заливаемое в поддон воздухоочистителя до кольцевого
пояска, указывающего нормальный уровень масла в поддоне,
поступает в сферическую чашку через отверстие внизу. При работе
воздухоочистителя масло под напором проходящего воздуха частично
выжимается из чашки и сливается через верхние отверстия в
поддон, а также в виде мелких брызг попадает на нижние кассеты и
смачивает их.
Давление воздуха во впускном тракте двигателя все время
меняется, поэтому при уменьшении напора воздуха масло поступает
через нижнее отверстие в чашку, а при увеличении напора выбрасы-
14

вается через верхние отверстия на кассеты, а также сливается
в поддон.
Таким образом стенки сферической чашки постоянно омываются
маслом, и частицы пыли, отжатые к стенкам центробежной силой,
попадают в масло и смываются в поддон.
Во второй ступени происходит основная очистка воздуха от пыли
(94—96%).
Поток воздуха, проходя через третью ступень очистки,
состоящую из пакета специально гофрированных сеток и уложенных
в каркасы кассет, которые
смачиваются маслом из сферической
чашки, очищается от очень
мелких частиц пыли. Пыль, осевшая
на сетках, частично смывается
маслом в поддон, а частично
остается на сетках.
Общий коэффициент очистки
всего воздухоочистителя
составляет 96—98%.
К положительным качествам
данного воздухоочистителя
относятся простота конструкции и
изготовления и надежность работы,
так как он имеет только один
разъем, расположенный в полости
неочищенного воздуха. Это дает
возможность выполнить
уплотнение по основному разъему более
простыми средствами и не делать
специального герметичного
уплотнения.
Технический уход за
воздухоочистителем несложен: отвернув
две гайки-барашки, надо снять
поддон, три-четыре кассеты и
промыть поддон и кассеты. Затем
залить В ПОДДОН свежее масло И фиг« L Воздухоочиститель трактора
ДI-54А.
установить поддон на воздухоочи-
ститель и затянуть гайки.
К недостаткам воздухоочистителя трактора ДТ-54А следует
отнести низкий коэффициент очистки; поэтому, несмотря на его
надежную работу в эксплуатации, при работе форсированного
двигателя при большом содержании пыли в окружающем воздухе
(более 1 г/ж3) двигатель может иметь за короткий срок повышенный
износ колец и гильз. Недостатками являются также практически
почти не устранимый унос масла, с которым в двигатель может
попадать пыль, и большие габариты и вес, что затрудняет компоновку
двигателя на машинах различных типов.
15

Воздухоочиститель трактора «Беларус
Двигатель
Мощность в л. с 48
Номинальное число оборотов вала в минуту .... 1600
Рабочий объем двигателя в л 4,5
Число цилиндров 4
Тактность 4
Ь»
Воздухоочиститель
Высота в мм
Длина в мм
Ширина в мм
Вес воздухоочистителя без масла в кг
Вес сухого очистителя в кг
Количество заправляемого масла в л .
662
330
200
10,7
1,76
1,25
Воздухоочиститель (фиг. 2) имеет
три ступени очистки, как и
воздухоочиститель трактора ДТ-54А.
Отличается данный
воздухоочиститель от воздухоочистителя трактора
ДТ-54А только меньшими размерами,
а это означает, что он имеет меньший
диаметр впускной центральной трубы
и сферической чашки. Следовательно,
при той же самой скорости воздуха
центробежная сила, действующая на
частицы пыли при
повороте в чашке,
увеличивается, и очистительная
способность данного
воздухоочистителя тоже
увеличивается при
сохранении постоянного
сопротивления. Опытные данные
это подтверждают.
Фиг. 2. Воздухоочиститель трактора «Беларусь»:
/ — корпус; 2 — гофрированная сетка; 3 —
сетчатый элемент; 4 — замыкающий гофрированный
сетчатый элемент; 5 — поддон воздухоочистителя; 6 —
стяжной болт; 7 — центральная труба; 8 — хомут;
9 — соединительный патрубок; 10 — завихритель;
// — корпус фильтра грубой очистки; 12 —
направляющий стакан; 13 — крышка; 14 —• отверстия для
прохода воздуха; 15 — щели.
Коэффициент очистки воздухоочистителя равен 0,97—0,985.
В остальном все сказанное о воздухоочистителе трактора ДТ-54
относится и к данному воздухоочистителю.
16

Воздухоочиститель трактора С-80
Двигатель
Мощность в л. с . 93
Номинальное число оборотов вала в минуту . . 1000
Рабочий объем в л 13,52
Число цилиндров 4
Тактность 4
Воздухоочиститель
Высота в мм . 780
Длина в мм 370
Ширина в мм . . 265
Вес воздухоочистителя без масла в кг 22,45
Вес сухого очистителя в кг 2,85
Количество заправляемого масла в л 3,5
Воздухоочиститель (фиг. 3) по конструкции и принципу работы
такой же, как и описанные выше, и отличается от них только
большими размерами.
19
Фиг. 3. Воздухоочиститель трактора С-80:
/ — колпак; 2 — усеченная полусфера; 3 — труба;
4 — крыльчатка; 5 — цоколь; 6 — резиновое уплот-
нительное кольцо; 7 — стакан; 8 — тарелка винта;
9 — гайка; 10 — винт; // — болт; 12 — хомут;
13 — труба; 14 — головка; 15 — корпус; 16 — ушко;
17 — стяжной болт; 18 — планка крепления поддона;
19 и 23 — гайки-барашки; 20 — поддон; 21 — чашка;
22 — стяжная шпилька; 24 — отражательная кассета;
25 — кольцо корпуса; 26 — кассета; 27 —
пружинное кольцо; 28 — обойма, припаянная к трубе 13
по всей окружности; 29 — верхняя сетка.
У рассматриваемого воздухоочистителя воздухозаборная труба
расположена выше кабины, что при прочих равных условиях
обеспечивает уменьшение количества пыли, попадающей в цилиндры
двигателя.
2 Кихтенко, Хлебников 1186 17

Зарубежные воздухоочистители
В настоящее время на зарубежных двигателях еще
устанавливаются масляноконтактные воздухоочистители без предварительной
сухой очистки воздуха от пыли, как, например, воздухоочиститель
трактора Sheppard Diesel SD-4TC и самоходного шасси Ritscher.
На некоторых двигателях предварительная очистка воздуха
осуществляется сухим фильтровальным способом
(воздухоочиститель двигателя Breda). Большинство воздухоочистителей имеет
предварительную центробежную инерционную очистку воздуха
в моноциклоне (воздухоочиститель трактора Marshall MR-6).
В последнее время за рубежом стали находить применение
двухступенчатые воздухоочистители, состоящие из высокоэффективных
мультициклонов малого диаметра и второй
ступени, выполненной из специальной
фильтровальной бумаги.
Ряд конструкций таких воздухоочистите-
-3 лей разработан и внедрен в производство
, фирмой Donaldson.
Фиг. 4.
Воздухоочиститель трактора Si eppard
Diesel SD-4TC:
/ — колпак; 2 — конический
раструб; 3 — металлическая
сетка; 4 — труба; 5 —
внутренняя труба; 6 — головка;
7 — корпус; 8 —
гофрированные сетки; 9 — кольцо;
10 — хомут; // — поддон;
12 — масляная ванна.
Воздухоочиститель трактора
Sheppard Diesel SD-4TC (США)
Двигатель
Номинальное число оборотов вала
в минуту 1650
Литраж двигателя в л 5,22
Число цилиндров 4
Тактность 4
Тип двигателя Дизель
Воздухоочиститель
Фирма Donaldson
Высота в мм 545
Длина в мм 220
Ширина в мм 205
Вес воздухоочистителя без масла
в кг 7,415
Количество заправляемого масла
в кг 1,6
Тип Двухступенчатый
Воздухоочиститель (фиг. 4) имеет две
ступени очистки: кассеты и масляную ванну.
Воздух очищается от пыли при соприкосновении с маслом в ванне
и со смоченными маслом сетками воздухоочистителя.
В данном воздухоочистителе отсутствует центробежная ступень
очистки, поэтому необходимо часто менять масло и промывать
кассеты.
18

Воздухоочиститель самоходного шасси
Ritscher (ФРГ)
Двигатель
Мощность в л. с 17
Номинальное число оборотов вала в минуту 2000
Литраж двигателя в л 1,3
Число цилиндров 4
Тактность 4
Тип '. Дизель
Воздухоочиститель
Фирма ... Mann
Высота в мм . . ■ . . 240
Длина в мм ..... 175
Ширина в мм ... 150
Вес воздухоочистителя без масла в кг . 1,44
Количество заправляемого масла в л . . 0,275
Тип Двухступенчатый
Воздухоочиститель (фиг. 5) двухступенчатый, имеет малый вес
и габариты, масляная ванна и фильтрующий патрон из растительной
набивки, обеспечивают хорошую очистку воздуха от пыли.
/ 2 3
Фиг. 5. Воздухоочиститель
самоходного шасси Ritscher:
/ — колпак; 2 — дырчатый
вогнутый диск; 3—дырчатый
конический раструб; 4 — труба;
5 — головка; 6' — накладка;
7 — патрубок; 8 — фланец; 9 —
диск; 10 — корпус; // — диск;
12 — нижний диск; 13 — труба;
14 — пружина; 15 — защелка;
16 — отражательная тарелка;
17 — нижний диск; 18— поддон;
19 — растительная набивка.
В данном воздухоочистителе отсутствует центробежная ступень
очистки, что является его недостатком. Кроме того, к недостаткам
относится также плохая промываемость кассет и ненадежная работа
воздухоочистителя, так как возможно поступление воздуха в несмо-
ченную маслом кассету через щель разъема.
Воздухоочиститель двигателя Breda (Италия)
Двигатель
Мощность в л. с 33—50
Номинальное число оборотов вала
в минуту 1500—1800
Литраж двигателя в л . 2,48
Число цилиндров ... 2
Тактность .... 2
Тип двигателя . . Дизель
2* Ш

Воздухоочиститель
Высота в мм
Длина ъ мм
Ширина в мм
Вес воздухоочистителя без масла
в кг
Количество заправляемого масла
в л .
Тип .... .
Первая ступень очистки . .
Вторая ступень очистки . . .
510
300
270
5,015
0,85
Двухступенчатый, фильтрующемас-
ляный
Сухая (осуществляется в сухом
очистителе фильтрующего типа)
Масляная (осуществляется при
соприкосновении запыленного
воздуха с маслом в корпусе и на
смоченной набивке)
Особенностью конструкции данного воздухоочистителя (фиг. 6)
является очистка воздуха одним фильтрованием, причем в первой
/7
Фиг. 6. Воздухоочиститель
двигателя Breda:
/ •— крышка; 2 — скоба; 3 — два
цилиндра; 4 — набивка; 5 — днище; 6 —
патрубок; 7 — труба; 8 — крышка корпуса;
9 — резиновое кольцо; 10 — обойма;
// — корпус; 12 — набивка из марли и
-сеток; 13 — перфорированный цилиндр;
14 — подставка; 15 — перфорированный
диск; 16 — стяжной болт; 17 — стяжная
планка.
Фиг. 7. Воздухоочиститель трактора Mar-
hall MR-6:
/ — колпак; 2 — щель; 3 — отражательная
чашка; 4 — перегородка; 5 — крыльчатка;
6 и 7 — трубы; 8 — крышка; 9 — корпус;
10 и 12 — диски; // — набивка из сеток;
13 — пружинная защелка; 14 — поддон; 15--
масляная ванна; 16 — отводной патрубок.
ступени фильтрация происходит в сухой среде, а во второй
в увлажненной (масляной).
20

Воздухоочиститель трактора Marchall MR-6
(Англия)
Двигатель
Мощность в л с. ... 70
Номинальное число оборотов вала
в минуту 1700
Литраж двигателя в л 5,753
Тактность 4
Число цилиндров . . . . 6
Тип двигателя Дизель
Воздухоочиститель
Фирма -. . . Burgess
Высота в мм ... 600
Длина в мм .... . 450
Ширина в мм 220
Вес воздухоочистителя без масла
в кг 6,26
Количество заправляемого масла
в л 1,6
Тип Трехступенчатый
Первая ступень очистки .... Сухая (центробежный сухой
очиститель с выбрасыванием пыли в
атмосферу)
Вторая ступень очистки .... Мокрая (осуществляется при
соприкосновении запыленного воздуха
с маслом в масляной ванне)
Третья ступень очистки .... Фильтрующий патрон,
увлажненный маслом
Данный воздухоочиститель (фиг. 7) в отличие от описанных выше
имеет центробежный сухой очиститель с автоматическим удалением
отсепарированной пыли. Вторая и третья ступени очистки такие же,
как у воздухоочистителя трактора Sheppard.
Воздухоочиститель фирмы Donaldson
(США)
Данный воздухоочиститель (фиг. 8) отличается по принципу
очистки воздуха от всех описанных выше воздухоочистителей.
Он имеет две высокоэффективные ступени очистки — обе сухие,
смонтированные в одном корпусе.
Первая ступень очистки мультициклонного типа с бункером для
отбора отсепарированной пыли в циклонах имеет 12 пластмассовых
циклонов с центральной металлической трубкой и направляющим
аппаратом типа «Спираль».
Вторая ступень очистки представляет собой кассету,
установленную вертикально сверху над циклонами.
21

Набивка1 кассеты изготовлена из специальной бумаги, которая
обладает высокой прочностью и пылеемкостыо и легко очищается
от собранной пыли.
По испытаниям, согласно Британскому стандарту BSS 1701,
пропускная способность воздуха равна 800—2700 м*/ч.
Коэффициент очистки первой ступени равен 98%, а всего
воздухоочистителя 99,9%.
оооо
оооо
О О О© О
о о оо о
0 0 0 00
000 ООО О
О Оо О О Оо
ООООО О 01
э о о о о о<Ло о
ооооо о
Фиг. 8. Воздухоочиститель фирмы Donaldson.
Положительным качеством воздухоочистителя является высокий
коэффициент очистки, вследствие чего обеспечивается нормальная
работа даже форсированного двигателя при большой запыленности
воздуха.
К недостаткам относится наличие разъема в полости очищенного
воздуха и пылесборного бункера без автоматического удаления
пыли.
При случайном нарушении герметичности верхней крышки в
двигатель будет поступать неочищенный воздух.
При нарушении герметичности уплотнения пылесборного бункера
резко снижается коэффициент очистки циклонов. В случае заполнения
бункера пылью последняя засасывается через циклоны из бункера
в кассету, в результате чего резко сокращается срок службы второй
ступени.

Воздухоочиститель Donaclone (США)
Воздухоочиститель Donaclone (фиг. 9) в отличие от
воздухоочистителя, описанного выше, имеет основной разъем между циклонами
и кассетой, что повышает надежность работы воздухоочистителя,
так как в случае нарушения герметичности разъема воздух проходит
через кассету.
Набивка кассеты состоит из специальной целлюлозы,
обладающей высокой пылеемкостью и обеспечивающей высокий коэффициент
очистки.
Коэффициент очистки
воздухоочистителя, испытанного согласно
Британскому стандарту BSS 1701, составляет
99,8%.
Выводы
Воздухоочистители отечественных
тракторов, как видно из обзора, по
конструкции и принципу действия
одинаковы и отличаются один от другого
размерами и весом.
Достоинством данных
воздухоочистителей является их высокая
надежность в эксплуатации. К недостаткам
следует отнести низкий коэффициент
очистки.
Обзор зарубежных
воздухоочистителей показал, что, кроме двух
последних воздухоочистителей, они не
являются оригинальными: как и в
отечественных, в них используются одна
или две ступени очистки —
инерционная и мокроконтактная, причем
инерционная — низкоэффективная.
Некоторые же воздухоочистители
вообще имеют одну ступень очистки.
Заслуживают внимания воздухоочистители фирмы Donaldson,
имеющие высокий коэффициент очистки и обеспечивающие,
следовательно, значительный срок службы в случае работы двигателя при
большой запыленности воздуха. Недостаток данных
воздухоочистителей — нет автоматического удаления пыли из бункера циклонов
и нельзя использовать бумажные кассеты при частых технических
уходах, которые необходимы при работе трактора в условиях
большой запыленности воздуха (кассета быстро изнашивается и приходит
в негодность).
Иметь запас сменных кассет на каждую машину почти
невозможно.
23
Фиг. 9. Воздухоочиститель
Donaclone.

АНАЛИЗ И ОЦЕНКА КОНСТРУКЦИЙ ЦИКЛОННЫХ
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЕЙ С ЭЖЕКЦИОННЫМ УДАЛЕНИЕМ ПЫЛИ
ТРАКТОРНЫХ И КОМБАЙНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На основании анализа данных по абразивному износу гильз
и поршневых колец и конструкций современных
воздухоочистителей, а также их показателей следует, что для форсированных
двигателей, устанавливаемых в настоящее время на тракторы и комбайны,
необходим воздухоочиститель, который обеспечивал бы высокий
коэффициент очистки и имел большой срок службы при простом уходе
за ним.
Из существующих отчественных и зарубежных тракторных
воздухоочистителей не представлялось возможным выбрать требуемую
конструкцию. Поэтому при разработке унифицированного
двигателя СМД возникла необходимость создания новой конструкции
воздухоочистителя. Опыт применения на автомобильных и ыа
некоторых зарубежных двигателях циклонных воздухоочистителей
показывает, что они имеют ряд существенных преимуществ перед всеми
другими воздухоочистителями:
1) возможность выделения пыли из воздуха в сухом виде, что
позволяет автоматизировать удаление отсепарированной пыли;
2) высокий коэффициент очистки циклонов, что значительно
уменьшает количество пыли в других элементах воздухоочистителя
и позволяет увеличить срок службы без ухода за ним.
Указанные преимущества имеют особо важное значение в случае
работы двигателей в условиях с большим пылесодержанием в
окружающем воздухе.
При создании нового воздухоочистителя для двигателя СМД был
произведен анализ и оценка ряда существующих и вновь
разработанных конструкций двух- и трехступенчатых циклонных
воздухоочистителей с эжекционным удалением пыли.
Оценка конструкций воздухоочистителей производилась согласно
следующим требованиям, предъявляемым к ним:
1) надежная работа в эксплуатации;
2) высокий коэффициент очистки;
3) сопротивление чистого воздухоочистителя для тракторных
дизелей не более 500—600 мм вод. ст. При сопротивлении
воздухоочистителя более 600 мм вод. ст. понижается мощность и ухудшается
экономичность двигателя;
4) сравнительно небольшой вес и габариты, так как двигатель
массового производства зачастую устанавливается на различные
сельскохозяйственные машины. Компоновка одного и того же
двигателя на различных машинах с воздухоочистителем больших
габаритов затруднительна;
5) технологичность деталей и узлов воздухоочистителя,
необходимая при массовом производстве.
Циклонные воздухоочистители устанавливают на двигателях
Ярославского завода, а также на зарубежных тракторах и
автомобилях.
24

Простейшая конструкция циклонного воздухоочистителя
показана на фиг. 10.
Циклоны 6 приварены к верхнему 4 и нижнему 7 поддонам
и составляют блок циклонов. В верхнем поддоне 4 размещена
кассета 5 (или две-три кассеты).
В двигатель воздух поступает через патрубок, приваренный
к верхнему поддону 4, который закрывается крышкой 1 на болтах 2.
Фиг. 10. Простейшая конструкция циклонного
воздухоочистителя.
Крышка уплотнена резиновым или войлочным кольцом 3. Бункер 8
воздухоочистителя прикреплен болтами или приварен к нижнему
поддону.
В данной конструкции основной разъем расположен в полости
очищенного воздуха, что снижает надежность работы
воздухоочистителя, так как при нарушении герметичности прилегания крышки
в двигатель поступает неочищенный воздух. К двигателю
воздухоочиститель крепится только верхним и нижним поддонами.
Крепление это легко осуществимо и надежно.
При сравнительно небольшом межремонтном сроке службы
двигателя не нарушаются шланговые соединения эжекционной трубки
и трубы основного отбора воздуха в двигатель при техническом уходе
за кассетой (или кассетами).
25

При большом межремонтном сроке службы двигателей, например
двигателей сельскохозяйственных машин, необходимо производить
технический уход за циклонами и эжекционной трубкой раньше, чем
ремонт двигателя, и, следовательно, приходится нарушать шланговые
соединения эжекционный трубки и трубы основного отбора воздуха,
что уменьшает надежность работы воздухоочистителя.
Фиг. 11. Воздухоочиститель двигателя ЯАЗ-204.
На фиг. 11 показан циклонный воздухоочиститель
двигателя ЯАЗ-204. Циклоны 5 закреплены в верхнем и нижнем
поддонах и расположены по наружному кольцу. Кассеты 4 размещены
внутри кольца циклонов. Воздух в двигатель поступает через трубу,
расположенную после кассет. Верхний поддон закрыт легкосъемной
крышкой 2, крепящейся центральным болтом /. Крышка уплотнена
резиновым кольцом 3. Весь воздухоочиститель крепится к двигателю
центральным болтом 1. Бункер 6 циклонов представляет собой
полое кольцо.
Достоинством данной конструкции является то, что основной
разъем расположен между циклонами и кассетами и возможно креп-
26

ление воздухоочистителя за корпус к двигателю или машине. При
техническом уходе за кассетами нет необходимости нарушать соединение
трубки эжектора.
К недостаткам следует отнести невозможность выполнения
кассет большой площади, т. е. невозможность повышения эффективности
их работы.
Бункер представляет собой пустотелое кольцо, поэтому циклоны,
расположенные с обратной стороны трубки эжектора, имеют расход
эжектируемого воздуха, а
следовательно, и
коэффициент очистки меньше, чем
циклоны, расположенные
рядом с трубкой эжектора,
что снижает общий
коэффициент очистки блока
циклонов. При техническом уходе
за циклонами необходимо
нарушать основное
соединение воздухоочистителя с
двигателем и соединение с
трубкой эжектора, в результате
чего снижается
эксплуатационная надежность
воздухоочистителя. Большим
недостатком данной конструкции
является также частое, но
необходимое при техническом
уходе за кассетами
нарушение уплотнения в полости
очищенного воздуха, что
значительно снижает
эксплуатационную надежность воздухо- Фиг. 12. Воздухоочиститель СМД22-12с2.
очистителя.
На фиг. 12 показан циклонный воздухоочиститель с центральной
воздухосборной трубой для отвода воздуха в двигатель. Циклоны
расположены по кольцу вокруг трубы. Кассета находится в верхнем
поддоне над циклонами, закрываемом легкосъемной крышкой,
крепящейся тремя болтами с гайками-барашками.
Положительным в данной конструкции циклонного
воздухоочистителя является крепление его к двигателю за центральную трубу
на фланцах. При таком креплении воздухоочистителя уход за
кассетой производится без нарушения соединений трубки эжектора
и соединений с впускным трубопроводом двигателя, а также
возможно выполнение кассет большой площади.
К недостаткам конструкции относится расположение основного
разъема в месте прохода очищенного воздуха и нарушение крепления
воздухоочистителя к двигателю при уходе за циклонами, что
значительно снижает его эксплуатационную надежность.
27

Из описанных выше конструкций циклонных воздухоочистителей
ни одна не пригодна для тракторных и комбайновых двигателей
из-за ненадежности работы.
Для двигателя СМД необходимо было создать надежно
работающий новый циклонный воздухоочиститель с эжекционным удалением
пыли. При этом были поставлены следующие условия:
1) эжектор должен работать совместно с искрогасителем. Эго
значительно затрудняло выбор конструкции эжектора и искрогасителя
и схемы соединений с двигателем;
2) воздухоочиститель для тракторного
двигателя должен быть размещен под
капотом. Размещение воздухоочистителя
под капотом вызвало затруднение при
создании кожуха для циклонов и воздухо-
Фиг. 13. Воздухоочиститель СМД14-12с2.
заборной трубы для забора воздуха вне капота, так как помещение
циклонов в кожухе при неправильной его конструкции приводит
к завихрению потока воздуха, входящего в циклоны, вследствие
чего коэффициент очистки циклонов снижается.
Первая конструкция воздухоочистителя, соответствующая
приведенным выше требованиям, показана на фиг. 13.
Воздухоочиститель крепится за головку к двигателю с помощью кронштейна и
хомутов 3. Кассеты 4У помещенные в головке 2 воздухоочистителя,
крепятся центральным болтом с гайкой-барашком. Основной разъем
воздухоочистителя расположен между циклонами 8 и кассетами 4.
Блок 7 циклонов с помощью кожуха 6 центрируется на головке
воздухоочистителя и крепится к ней тремя болтами с гайками-
барашками. Кассеты, диаметр которых равен диаметру воздухоочи-
28

стителя, расположены над циклонами. Эжекционная трубка длиной
40 мм соединена со штуцером бункера 9 накидной гайкой. Кроме
того, эта трубка соединена с основной эжекционной трубкой 10
шлангом с двумя хомутами.
Таким образом, чтобы промыть кассеты и протереть циклоны,
необходимо отвернуть накидную гайку эжекционной трубки и три
барашковые гайки. Блок циклонов снимают с кожухом, а затем
вынимают кассеты из головки воздухоочистителя, при этом нет
необходимости нарушать основное крепление воздухоочистителя к
двигателю и шланговые соединения, что очень важно для надежной
работы воздухоочистителя. Нарушение герметичности по основному
разъему воздухоочистителя (отпустились болты, порвалось резиновое
кольцо 5 и т. п.) не приводит к попаданию неочищенного воздуха
в двигатель, так как поступивший воздух фильтруется двумя
кассетами. Эго тоже повышает эксплуатационную надежность
воздухоочистителя. Воздухоочиститель, изображенный на фиг. 13, имеет еще
одно преимущество. Циклоны в данном воздухоочистителе, как
видно из фиг. 14 и 15, размещены по окружности и только один циклон
расположен в центре. Все входы в циклоны расположены
перпендикулярно радиусу, проходящему через ось воздухоочистителя
и циклона.
Вход в кожух воздухоочистителя направлен также тангенциально
к поверхности кожуха, но в обратном направлении, т. е.
противоположно входам в циклоны.
При правильном подборе расстояния между циклонами и
кожухом, а также расположения входа в кожух и длины воздухосборной
трубы получается небольшой инерционный наддув воздуха,
уменьшающий сопротивление воздухоочистителя.
Эго подтверждает следующий эксперимент.
На двигатель СМД-14 был установлен циклонный
воздухоочиститель (фиг. 13). Штуцер бункера воздухоочистителя закрыли
пробкой. К выпускной трубе двигателя подсоединили большой ресивер
с крышкой из резины для гашения колебаний воздуха. К ресиверу
присоединили мерную трубу с шайбой. Привод двигателя
осуществлялся от электродвигателя постоянного тока. Сопротивление
воздухоочистителя и расход воздуха после двигателя измеряли
на всем диапазоне рабочих чисел оборотов двигателя.
Такой же опыт был проведен с обыкновенным масляным
воздухоочистителем. Результаты испытаний приведены в табл. 8.
Из табл. 8 видно, что сопротивление масляного
воздухоочистителя при работе двигателя СМД-14 на номинальном режиме
на 253 мм вод. ст. меньше сопротивления циклонного (сопротивление
измеряют в патрубке воздухоочистителя в обоих случаях), но при
циклонном воздухоочистителе расход воздуха через двигатель
на 4 кг/ч больше, что составляет 1,33%.
Наряду с преимуществами, которыми обладает данный
воздухоочиститель по сравнению с другими воздухоочистителями (более
высокий коэффициент очистки, меньшие габариты и вес, более
29

00
О
23*05
Фиг. 14. Первая ступень
воздухоочистителя СМД14-12с2.
Фиг. 15. Кожух воздухоочистителя СМД14-12с2.

Таблица 8
Результаты испытания масляного и циклонного воздухоочистителей
Число оборотов
вала двигателя
в минуту
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
Масляный воздухоочиститель
(см. фиг. 1)
Сопротивление

воздухоочистителя в мм
вод. ст.
355
332
303
292
272
258
240
215
180
Расход воздуха,
проходящего
через двигатель,
в кг/ч
305
300
291
283
262
247
229
204
183
Циклонный воздухоочиститель
(см. фиг. 13)
Сопротивление

воздухоочистителя в мм
вод. ст.
626
585
530
483
440
375
325
270
215
Расход ввзлуха,
проходящего
через двигатель,
в кг/ч
311
304
294
284
268
246
229
211
194
высокая надежность), он имеет некоторые недостатки. Так, во время
работы трактора в очень жаркую погоду, когда кассеты смачиваются
маслом небольшой вязкости, они быстро высыхают; кроме того,
при несвоевременном уходе за кассетами (более чем через 50 ч) они
также могут высохнуть, и если в это время нарушится
герметичность основного разъема или отсоединится эжекционная трубка,
в результате чего перестанут работать циклоны, то двигатель не будет
защищен от пыли.
К недостаткам конструктивной схемы рассматриваемого
циклонного воздухоочистителя (фиг. 13) следует отнести также сложность
обслуживания.
Для упрощения проведения технического ухода за кассетами
циклонного воздухоочистителя необходимо сделать так, чтобы
кассеты можно было вынимать, не демонтируя воздухозаборной трубы У,
не отвинчивая гайку эжектора и не нарушая при этом
шланговые соединения. Осуществить это можно двумя путями.
Один путь — крепить воздухоочиститель к двигателю не за головку,
а за кожух, как показано на фиг. 16. Патрубок головки
воздухоочистителя при этом необходимо соединить с впускным трубопроводом
двигателя гофрированным шлангом. В этом случае воздухозаборную
трубу и гайку эжекционной трубки не нужно демонтировать при
проведении технического ухода за кассетами: отвинчивают три
барашковые гайки стяжных болтов и поворачивают на
гофрированном шланге головку воздухоочистителя вместе с кассетами, не снимая
гофрированный шланг; затем отвинчивают барашковую гайку
центрального болта и вынимают кассеты.
Недостатком данной схемы крепления воздухоочистителя является
то, что возможно застревание кассет в головке из-за перекоса. В этом
случае их нельзя вынуть, не демонтируя гофрированного шланга.
31

Такие случаи могут часто повторяться в эксплуатации и
гофрированный шланг может скоро прийти в негодность. Кроме того, при
монтаже и демонтаже гофрированного шланга возможно образование
щели в шланге и подсос неочищенного воздуха.
Фиг. 16. Схема
крепления'циклонного воздухоочистителя на
двигателе за кожух.
Фиг. 17. Схема крепления воздухоза-
борной трубы к головке циклонного
воздухоочистителя.
Другой путь — оставить крепление воздухоочистителя за головку,
но воздухозаборную трубу крепить не за кожух, а за патрубок на
специальном кронштейне к головке воздухоочистителя, как показано
на фиг. 17. Штуцер бункера воздухоочистителя соединить с эжек-
ционной трубкой длинным шлангом в металлической оплетке, чтобы
он не перетирался.
32

При таком креплении для снятия кассет надо отвернуть три
барашковые гайки и отодвинуть блок циклонов вместе с кожухом,
длина шланга эжекционной трубки позволяет это сделать. Затем
отвернуть барашковую гайку центрального болта и снять кассеты.
Недостатком данной схемы является сложное уплотнение патрубка
кожуха с воздухозаборной
трубой.
Из двух разобранных
схем вторая более
рациональна, как
обеспечивающая более надежную
работу воздухоочистителя.
Наиболее надежными
в эксплуатации и
имеющими сравнительно
высокий коэффициент очистки
являются
комбинированные воздухоочистители
(фиг. 18), состоящие из
высокоэффективного мульти-
циклонного сухого
очистителя с эжекционным
отсосом пыли и масляного
двухступенчатого
воздухоочистителя. Достоинством
конструкции таких
воздухоочистителей является
высокая эксплуатационная
надежность. В случае
неправильного монтажа
воздухоочистителя на
двигателе при техническом
уходе или невыполнения
технического ухода только
незначительно снижается
коэффициент очистки.
Двигатель всегда остается
защищенным от пыли
(кроме того, когда имеется
подсос воздуха по шлангу, соединяющему воздухоочиститель с
трубопроводом двигателя). К преимуществам следует отнести также
то, что данные воздухоочистители имеют более высокий
коэффициент очистки, чем воздухоочистители, применяемые в настоящее
время на тракторных двигателях.
К недостаткам этих воздухоочистителей относятся большие вес,
габариты и трудоемкость изготовления, а также высокое
сопротивление и трудность в достижении коэффициента очистки выше
0,99.
Фиг. 18. Схема комбинированного
воздухоочистителя с масляной второй ступенью
автомобильного типа.
Кихтенко, Хлебников 1186
33

Проанализируем возможность повышения коэффициента очистки
циклонно-масляных комбинированных воздухоочистителей.
При инерционной очистке в циклонах и инерционно-контактной
очистке в воздухоочистителях с масляной ванной решающее
значение в выделении частиц пыли из воздуха имеет скорость пыле-
воздушного потока при прохождении через основные элементы
воздухоочистителя.
Скорость пылевоздушного потока зависит от расхода воздуха
и проходных сечений. С повышением скорости воздуха, проходящего
через воздухоочиститель одной и той же конструкции, повышается
и сопротивление его, поэтому возможность повышения коэффициента
очистки часто оценивают по изменению сопротивления
воздухоочистителя или его отдельных элементов.
Общее сопротивление воздухоочистителей не должно быть больше
определенной величины, поэтому в циклонно-масляном
комбинированном воздухоочистителе приходится оценивать эффективность
очистки отдельных ступеней,, учитывая, в какой мере улучшение
очистки воздуха от пыли зависит от повышения сопротивления.
На основании требований, предъявляемых к воздухоочистителю,
известно, что сопротивление его для тракторных дизелей не должно
превышать 600 мм вод. ст., поэтому данное сопротивление необходимо
распределить между циклонной и контактно-масляной ступенями
и еще предусмотреть возможность увеличения сопротивления
контактно-масляной ступени воздухоочистителя (на 100—150 мм вод. ст.)
по мере осаждения в ней пыли.
Если сопротивление контактно-масляной ступени равно 300—
350 мм вод. ст., то сопротивление циклонной ступени должно
составлять 200—150 мм вод. ст.
При таком сопротивлении циклонный очиститель не может
обеспечить высокого коэффициента очистки. Поэтому общий коэффициент
очистки циклонно-масляного воздухоочистителя оказывается
незначительно выше по сравнению с коэффициентом очистки только
контактно-масляной ступени. Для повышения коэффициента очистки
циклонно-масляного воздухоочистителя при сохранении высокой
эксплуатационной надежности необходимо повысить сопротивление
циклонной ступени до 300—350 мм вод. ст. и уменьшить
сопротивление контактно-масляной ступени до 200—150 мм вод. ст.
При таком распределении сопротивления значительно
повышается коэффициент очистки циклонов. В качестве второй и третьей
ступеней можно применить контактно-масляный воздухоочиститель
автомобильного типа, который при небольшом сопротивлении имеет
примерно такой же коэффициент очистки, как и тракторные
контактно-масляные воздухоочистители.
Таким образом, можно повысить общий коэффициент очистки
циклонно-масляного воздухоочистителя, не снижая его
эксплуатационной надежности.
Конструкция такого воздухоочистителя показана на фиг. 18.
В данном воздухоочистителе сопротивление распределяется следую-
34

щим образом: сопротивление цикловой ступени составляет 300—
350 мм вод. ст., а масляной 200—150 мм вод. ст., поэтому у
рассматриваемого воздухоочистителя коэффициент очистки больше, чем
у воздухоочистителя, показанного на фиг. 19.
Контактно-масляная ступень воздухоочистителя, показанного
на фиг. 18, не имеет резиновых или войлочных уплотнений, но в то же
время воздух, минуя фильтр, не может нигде пройти, не очистившись
от пыли. Вследствие такой конструктивной особенности данного
фильтра значительно повышается его надежность, так как наличие
Фиг. 19. Схема комбинированного
воздухоочистителя.
уплотнительных соединений, как показывает практика, понижает
эксплуатационную надежность воздухоочистителя.
Другой положительной чертой данного воздухоочистителя
является такая же эксплуатационная надежность, как и у
воздухоочистителя, показанного на фиг. 19. При нарушении герметичности
соединения по основному разъему воздухоочистителя или
отсоединения трубки эжектора в двигатель практически не поступает не
очищенного от пыли воздуха. Коэффициент очистки в последнем случае
снижается до коэффициента очистки масляного воздухоочистителя.
Таким образом, воздух, поступающий в двигатель, еще очищается
от пыли в масляной ванне и кассете. Очистка воздуха в масляной
ступени воздухоочистителя может нарушиться, если в поддоне нет.
масла. В данном случае все существующие комбинированные
масляные воздухоочистители тоже не будут очищать воздух от пыли.
Если герметичность основных соединений воздухоочистителя не
нарушена, но нет масла в-поддоне, то двигатель еще остается
защищенным от попадания пыли в цилиндры двигателя циклонной ступенью.
3* 35

Подытоживая все изложенное выше, можно сделать следующие
выводы:
1. Наиболее надежной работой отличаются комбинированные
воздухоочистители, состоящие из первой высокоэффективной
циклонной ступени и второй масляной ступени. Вторая ступень,
изготовленная из бумажных, матерчатых кассет или из кассет с проволочной
путанкой, смоченной в масле, требует дополнительного уплотнения,
что крайне нежелательно, так как в этом случае уменьшается
надежность воздухоочистителей. Вторая ступень с масляной ванной может
не иметь дополнительных уплотнений, потому что зазор между
кассетой и корпусом уплотняется маслом, находящимся в этом
зазоре.
2. Сравнительно небольшие габариты, высокий коэффициент
очистки и высокую надежность имеет комбинированный
воздухоочиститель с масляной ванной автомобильного типа (см. фиг. 18).
3. Для упрощения выполнения технического ухода за
воздухоочистителем рекомендуется устанавливать его на двигателе так, как
показано на фиг. 17.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЕЙ
В результате анализа конструкций воздухоочистителей,
применяемых на тракторных и комбайновых двигателях, было установлено,
что наибольшей надежностью отличаются комбинированные циклон-
по-масляные воздухоочистители.
Для более полной оценки комбинированных циклонно-масляных
воздухоочистителей рассмотрим теоретические основы расчета цикло-.
нов и масляной ступени воздухоочистителя и их совместную работу.
Расчет циклона
При расчете циклонов тракторных и комбайновых
воздухоочистителей главным является выбор основных размеров циклонов
и определение оптимального соотношения их для получения
наиболее высокого коэффициента очистки.
При проектировании нового воздухоочистителя расход воздуха Qd,
потребляемый двигателем при работе с номинальным числом
оборотов, известен; задаются допускаемая величина падения статического
давления на впуске в двигатель и габаритные размеры места, которое
должен занимать воздухоочиститель на машине или двигателе.
Поэтому конструктору важно знать, какие параметры циклонов
можно изменить в зависимости от обстоятельств, не уменьшая
значительно коэффициента очистки и не увеличивая сопротивления
яюзду хоочистител я.
Для проведения такого теоретического анализа работы циклона
•предлагается следующая методика расчета. Процесс очистки воздуха
-в циклоне схематически можно разбить на два этапа: первый этап —
перемещение частиц пыли в воздушном потоке до наружной поверх-
36

ности циклона, второй этап — отделение очищенного воздуха
от пылевоздушного потока. В соответствии с этим расчет циклона
делится на два этапа.
На первом этапе, используя метод расчета циклонов,
предложенный П. Н. Смухниным и П. А. Коузовым [15], определяют
оптимальную площадь Fnamp входного патрубка циклона, наружный
диаметр d внутренней трубки и расстояние у от нижней плоскости
входа до среза внутренней трубки,
т. е. расстояние от сечения /—/
до сечения //—// (фиг. 20).
Внутренним диаметром наружной
трубки при расчете обычно задаются.
При движении пыли к
внутренней поверхности наружной трубки
циклона в наиболее невыгодном
положении оказываются частицы,
находящиеся в нижнем правом
углу входного патрубка (см.
фиг. 20), как наиболее удаленные
от наружной стенки циклона и
ближе всех находящиеся к торцу
центральной внутренней трубки.
Поэтому при расчете циклона
за основу следует взять эти частицы
пыли, так как если они успевают
переместиться к периферии
циклона, то остальные ее безусловно
достигнут.
При расчете примем, что частицы
пыли имеют шарообразную форму;
тогда масса одной частицы
т =
Прабый угол
бходного
патрубка
Фиг. 20. Схема движения воздуха
с пылью в циклоне.
где q — плотность частицы пыли;
d0 — диаметр частицы пыли.
При равномерном вращательном движении частицы пыли в
циклоне со скоростью vUl, равной скорости пыли во входном патрубке,
переносная сила инерции
О П С\ О
Т " I СР 0 2 /1 \
е у — у. -~ с \Щ)срл> V1/
где х — расстояние, на котором находится частица пыли от оси
циклона;
(йср — средняя угловая скорость вращающейся частицы пыли.
Под действием силы инерции частицы движутся по радиусу
с определенной скоростью, так как увеличению скорости
препятствует сопротивление среды.
37

Сила сопротивления среды движущемуся телу шарообразной
формы
р = 1— Ко F^v2 (9\
где К — коэффициент сопротивления;
q0 — плотность воздуха;
v0 — скорость перемещения твердой частицы в радиальном
направлении.
Составим дифференциальное уравнение относительного
движения частицы по отношению к вращающемуся вместе с потоком
пространству, которое ограничивает поток.
Уравнение относительного движения в векторной форме имеет
вид
та = F + Те + Тк, (3)
где а — относительное ускорение;
F — равнодействующая всех внешних сил, действующих на
частицу;
1е — переносная сила инерции;
1К — кориолисова сила.
Для приближенного решения данного уравнения необходимо
сделать следующие допущения:
1. На участке от сечения /—/ (фиг. 20) до сечения //—// частица
не отстает от вращающегося потока, а пересекает его в радиальном
направлении; в этом случае можно пренебречь относительной
скоростью частицы вдоль линий потока и учитывать только
относительную скорость частицы поперек потока; тогда кориолисова сила будет
перпендикулярна радиусу циклона и ее проекция на радиальное
направление будет равна нулю.
2. На частицу действуют только сила сопротивления и инерции;
силой тяжести и силой давления воздуха пренебрегаем.
3. Частицы пыли представляют собой шары идеальной формы,
которые не действуют друг на друга и на структуру потока.
4. Частица движется со средней постоянной скоростью в
радиальном направлении
(4)
где D — внутренний диаметр корпуса циклона;
d — наружный диаметр внутренней трубки;
/ — время.
38

Распределение скоростей в циклоне с короткими внутренними
трубками по экспериментальным данным [14] происходит по закону
vuR = const, т. е. как в потенциальном круговом потоке. Для
упрощения расчета угловую скорость потока примем постоянной:
Ср
Проектируя векторы входящие в уравнение (3), на радиальное
направление, получим
Было сделано предположение, что частица движется с постоянной
средней скоростью, поэтому -—— =0 и уравнение (5) принимает
вид
2 1 о
-Q- QUcpX = ~y Kq0F0Vq.
После подстановки и преобразования получаем
Скорость перемещения твердой частицы в радиальном
направлении под действием центробежной силы зависит от расстояния х
частицы от оси циклона. Мгновенная радиальная скорость точки
на расстоянии х
^L _ 1 f 4do(^iPx
Vo~ dt =-■ |/ 3AQ() •
откуда
xT~*dx.
Для определения времени /, необходимого для того, чтобы частица
пыли дошла до периферийной поверхности корпуса циклона, нужно
проинтегрировать функцию dt по х в пределах от -^- до -у; тогда
получим
D_
39

Коэффициент К определяем по закону Стокса
- 24 , 4 (?)
Эта формула справедлива при Re = 1 -4-1000.
Задаваясь средней радиальной скоростью частицы v0, находим
величину Re по формуле
Re - -^-, (8)
где т] — кинематическая вязкость воздуха.
Полученное число Рейнольдса подставляем в формулу (7) и
вычисляем коэффициент /С, а затем по формуле (6) определяем время t.
Полученное значение времени проверяем по следующей формуле:
D d
t = 2 v 2 - (9)
Если числовые значения времени /, определенные по обеим
формулам, не совпадают, то надо задаться новым значением скорости v0
и расчет повторять до тех пор, пока значения времени / не совпадут.
Ранее было принято допущение, что частица пыли на участке
от сечения /—/ до сечения //—II движется вместе с воздухом,
тогда осевая составляющая скорости воздуха и пыли
Од + Рэ
Va = Т • (1°)
г кол
где Qd — количество воздуха, засасываемого двигателем;
Q9 — количество эжектируемого воздуха из бункера
воздухоочистителя;
р — число циклонов в воздухоочистителе;
jj /£)2 ^2\
FK0Jl — площадь кольца циклона; FK0A = —-—^ .
Определив осевую составляющую скорости частицы пыли, найдем
тангенциальную составляющую ее скорости в конце пути, т. е. на
периферии циклона. Для этого воспользуемся «законом площадей»
v d - v D (U)
где vUl — скорость частицы пыли во входном патрубке;
vU2 — тангенциальная составляющая скорости частицы пыли
при движении ее на периферии циклона.
Найдя осевую и тангенциальные составляющие скорости
частицы пыли при движении ее по окружности диаметром D,
определим угол наклона а вектора абсолютной скорости к горизонтальной
плоскости
tga = ^. (12)
40

Зная угол а и осевую составляющую скорости частицы пыли,
находим ее абсолютную скорость в конце пути к периферийной
поверхности корпуса циклона
^ (13)
Определим среднюю скорость частицы пыли при движении ее от
выхода из сопла до окружности диаметром D
Зная среднюю скорость и время движения частицы пыли, найдем
длину пройденного ею пути
5 - vcpt. (15)
По длине пути частицы пыли и углу наклона спирали, по которой
она движется, определим расстояние от торца центральной трубки
до начала входного патрубка
у = S sin a. (16)
Экспериментальным путем установлено, что оптимальный угол а
в сечении //—// (фиг. 20) равен 32—35°, отношение -^ = 0,55ч-
-5-0,65.
Для воздухоочистителей тракторных и автомобильных
двигателей наиболее приемлемыми являются циклоны диаметром 40 и 30 мм.
Сопротивление одного циклона диаметром 40—30 мм в зависимости
от расхода воздуха показано на фиг. 21.
По заданному сопротивлению для циклонов определим расход
воздуха через один циклон по графику (фиг. 21). Диаметр D корпуса
циклона необходимо выбирать так, чтобы обеспечивалась
необходимая для данного двигателя очистка воздуха от пыли и циклоп
не залипал. С уменьшением диаметра D циклона и соответственно
всех его размеров увеличивается коэффициент очистки, но в то же
время возрастает возможность залипания входного патрубка и
внутренних полостей. Поэтому диаметр корпуса циклона рекомендуется
брать в пределах 30—40 мм.
Зная диаметр корпуса циклона, количество воздуха,
проходящего через него, оптимальный угол а наклона вектора абсолютной
скорости в сечении //—// и отношение -jy , находим по приведенным
выше формулам диаметр d внутренней трубки, площадь Fnamp
входного патрубка и расстояние у от торца внутренней трубки до входного
патрубка.
На втором этапе расчета циклона определяем оптимальное
расстояние от сечения //—// до сечения ///—/// циклона (фиг. 20).
41

мм бод cm
310
250
190
Как видно из чертежа (фиг. 20), воздух вместе с пылью, прижатой
центробежной силой к стенкам корпуса циклона, по спирали
движется до сечения ///—///. По пути часть воздуха поворачивает на
180° и входит во внутренний поток, как показано стрелками.
Остальная часть воздуха поворачивает в конце циклона.
Таким образом, в циклоне имеется два противоположно
направленных спиральных потока, расположенных один в другом. Перетекание
воздуха из нисходящего потока
в восходящий объясняется
наличием в циклоне вторичных токов.
Вторичные токи образуются
в циклоне вследствие
повышения давления в слоях воздуха,
прилегающих к внешней стенке.
Под действием этого давления
воздух перетекает в сторону
низких давлений, образуя
вторичный вихрь.
Верхняя часть вторичного
вихря устремляется по
кратчайшему пути к отверстию
внутренней трубки, а нижняя,
распространяясь по
вертикальным образующим циклона,
формирует восходящий поток.
За счет вторичных токов
в основном образуется
радиальный сток пыли от периферии
циклона к центру.
Радиальный сток является
основным фактором, влияющим
^3
7°
о
//
11 13 15
Расход боздуха
^360
280
200
120
3
м
//
16 18
20 22 24 26
Расход боздуха
в)
28М/Ч
Фиг. 21. Зависимость сопротивления для
циклонов Д-40 и Д-30 от расхода воздуха:
на сепарацию мелких фракций
пыли, и по существу определяет
границу эффективности
циклона. В. Барт предложил
учитывать радиальный сток, введя
условие равенства центробежной силы частицы, находящейся на
поверхности раздела двух потоков, силе радиального стока [18]:
а — диаметр циклона D = 30 мм, б — /ша-
метр циклона D = 40 мм; 1 — отсос 10%;
2 15%; 3 — отсос 20%.
р ц
циклона
2 — отсос
т —- =
При этом В. Барт предполагал, что те из частиц, центробежная
сила которых превышает аэродинамическую силу от радиального
стока, остаются в нисходящем потоке, а мелкие частицы,
аэродинамическая сила которых от радиального стока больше центробежной,
уносятся восходящим потоком.
Барт ввел также допущение, что радиус восходящего потока
в коническом циклоне по всей высоте равен радиусу выходного
42

отверстия, и предложил считать радиальную скорость постоянной
по высоте:
где qd — количество воздуха, поступающего в двигатель через один
циклон;
Я — высота циклона.
После подстановки и преобразований получаем
2 2по'иН
Из данной формулы видно, что эффективность циклона зависит
от его высоты, причем с увеличением высоты циклона максимальный
диаметр частицы пыли, которая не уносится восходящим потоком,
приближается к нулю, что практически не подтверждается.
Коэффициент очистки циклона растет с увеличением его длины
до некоторого предела, после которого снова начинает падать. Эго
объясняется тем, что в конце циклона тангенциальная скорость
частицы вследствие трения уменьшается и, следовательно,
уменьшается также и центробежная сила. Сила радиального стока
уменьшается практически мало, поэтому с увеличением длины циклона
с некоторого момента сила радиального стока становится больше
центробежной и эффективность циклона падает.
Исходя из данных положений, предлагается следующая методика
по расчету длины циклона.
Предположим, что разделительная поверхность между двумя
потоками проходит, как указано на фиг. 20, т. е. в цилиндрической
части циклона диаметр ее равен диаметру внутренней трубки d,
а в конической части образующие разделительной поверхности
параллельны образующим конуса циклона. Такое допущение дает
незначительную ошибку.
Поверхность цилиндрической части раздела
1Ц — длина цилиндрической части поверхности раздела (от сечения
//—// до начала конуса, см. фиг. 20).
Поверхность конической части раздела
1К — высота конуса.
Тогда полная поверхность раздела
43

Обозначим
L = / 4-
lK
2cosP
= %dLnp.
(17)
Средняя скорость воздуха на поверхности раздела в циклоне
между двумя потоками
_ Яд __ Яд
JidLn
(18)
Для частиц пыли диаметром меньше 100 мк при сравнительно
небольших скоростях движения, когда Re < 1, динамическая сила
воздуха, действующая на пылинку,
R = 3jtQodor]t^p. (19)
Наиболее интенсивный вторичный унос пыли происходит внизу
циклона, где скорость движения частицы пыли падает и
центробежная сила, действующая на пылинку, уменьшается. Центробежная
сила, действующая на частицу пыли в конце циклона,
(20)
где
т =
составляющая скорости частицы пыли на
поверхности раздела в конце циклона.
Для того чтобы не было вторичного уноса, центробежная сила
в конце циклона должна быть больше или равна аэродинамической
силе воздуха, действующей на частицу пыли на поверхности раздела,
ср-
После преобразований получаем
V
(21)
В формуле (21) неизвестны скорости vdcp и
фру () р dc
Задаваясь длиной Lnp, определяем скорость vdcp по формуле (18).
Таким образом, остается неизвестной только скорость vUK.
Вычисление скорости пылинки, движущейся в циклоне, весьма
затруднено, так как она имеет неправильную фэрму и кроме
аэродинамических сил и сил инерции на нее действуют силы,
возникающие при соударении частиц, и молекулярные силы.
44

Для определения тангенциальной скорости пылинки в конце
циклона предлагается следующая формула:
'--■£[ i/(0-0045 wf+*~ °-0045^] • <22>
Вычисленные значения коэффициента пропуска с применением
формулы (22) хорошо совпадают с опытными данными.
Для вычисления оптимальной длины циклона необходимо задаться
значениями Lnp и по формуле (22) вычислить тангенциальную
составляющую скорости частицы пыли vUK. Затем по формуле (18) найти
среднюю скорость vdip воздуха и по формуле (21) вычислить диаметр
частицы пыли d0, которая еще не уносится потоком.
При определении скорости vUK по формуле (22) необходимо
предварительно задаться диаметром d0, который должен совпасть со
значением, вычисленным по формуле (21). Если принятый и
вычисленный диаметры частицы пыли не совпадают, то необходимо задаться
другим диаметром частицы пыли и снова определить скорость vUK
по формуле (22), а затем вычислить d0 по формуле (21). Эго повторяют
до тех пор, пока принятый и вычисленный диаметры частиц пыли не
совпадут.
Вычисленный диаметр определяет наибольший размер dOmax
тех частиц пыли, которые не уносятся с очищенным воздухом при
вторичном уносе пыли в конце циклона при заданной его длине Lnp.
Для нахождения оптимальной длины циклона следует несколько
раз задаться его приведенной длиной Lnpy начиная от минимальных
ее значений и вычислять каждый раз по приведенной ниже методике
диаметр dOmax. При этом необходимо найти наименьшее значение dOm^
Приведенная длина циклона, соответствующая наименьшему
диаметру dOmax, и будет его оптимальной длиной.
Из анализа формул (22) и (21) видно, что при заданной длине
циклона Lnp, изменяя отношение скоростей —-, можно найти их
оптимальное значение, а следовательно, и оптимальный угол наклона
вектора абсолютной скорости к горизонтальной плоскости, так как
•> - ctg «,
Зная оптимальное отношение —L и задаваясь различными зна-
va
чениями скорости va по формулам (22) и (21), находим оптимальное
значение скорости va± и определяем скорость vUl.
По известным величинам a, va и vUl находим диаметр d
внутренней центральной трубки, площадь сечения входного патрубка Fnarnp.
Угол наклона входного патрубка к горизонтальной плоскости берется
равным углу а, если длина циклона равна оптимальной. В том
случае, если по конструктивным соображениям длина циклона
должна быть меньше оптимальной, угол наклона входного патрубка
к горизонтальной плоскости рекомендуется брать тоже несколько
меньше угла а. При уменьшении длины циклона более чем в 2 раза
45

относительно оптимальной целесообразно, чтобы угол наклона
входного патрубка был равен нулю, т. %е. ось патрубка должна быть
перпендикулярна оси циклона. Таким образом аналитическим путем
находим размеры циклона для заданных наружного диаметра и
расхода воздуха, обеспечивающие максимальный коэффициент очистки
при поступлении в него пыли любого дисперсного состава. Для
конструкторов, проектирующих воздухоочистители, более важно
получить оптимальные размеры циклона, чем определить его
коэффициент очистки, который зависит не только от конструкции циклона,
но и от характеристики пыли (дисперсного состава, удельного веса,
способности к коагуляции и т. д.).
Если испытать один образец циклона, то можно определить
коэффициент пропуска циклонов
с другими параметрами на той
же самой пыли по следующей
методике. Коэффициент
пропуска циклона пропорционален
диаметру частицы пыли,
которая не уносится при вторичном
уносе пыли в конце циклона.
Эго видно из следующих
соображений. Если фракционный
60
Ц.ПГ)
1
/
.—
„_—
О
20 30
50
Фиг.
60 мк состав пыли, поступающей в
Размер частиц пыли циклон, представить, как пока-
22. Фракционный состав пыли, зано на Фиг- 22> то проведя
поступающей в циклон. ординату со значениями dOmax
до пересечения с кривой и
опустив перпендикуляр на ось ординат, получим количество пыли
в % по весу, размер частиц которой меньше dOrnax. Если
предположить, что все частицы, размер которых меньше dOnax, будут
пропущены циклоном, то при таком условии это количество пыли в %
и будет представлять количество пыли, пропущенной циклоном, или
соответствующий ему теоретический коэффициент пропуска пЦят.
Из анализа фракционных составов пыли видно, что для мелких
фракций пыли (до 10 мк) теоретический коэффициент пропуска
изменяется в зависимости от диаметра частиц почти прямолинейно, т. е.
р -— kd (где k — угловой коэффициент в %/мк); как видно из
графика фиг. 22, р --- п^т\ следовательно,
Формулы для определения d0ri2LX были получены па основании
предпосылок, которые с небольшими отклонениями отражают
основные явления, происходящие в циклоне при сепарации пыли, поэтому
теоретический коэффициент пропуска должен изменяться в
зависимости от изменения скорости воздуха, размеров циклона и г. п.
пропорционально изменению действительного коэффициента
пропуска:
пц ~
46

В этом случае
Обозначив kkx — Сц, получим
(23)
Вычислив для определенных параметров циклона d0m2iX и
определив экспериментальным путем коэффициент пропуска данного
циклона, можно найти коэффициент пропорциональности Сц.
Зная его, можно определить коэффициент пропуска циклона любых
размеров при работе с той самой пылью, на которой испытывался
данный циклон.
Пример 1.
Требуется найти оптимальные размеры циклона, если внутренний диаметр
корпуса циклона D = 4 см, расход воздуха на входе в циклон д1 = 7330 см3/сек,
расход воздуха, поступающего в двигатель через один циклон, qQ= 6670 см3/сек,
расход эжектируемого воздуха через один циклон q = q — Я-)~ 600 см3/сек,
q= 2,4 г/см3, qo= 0,0012 г/см3, т) = 0,15 см?Iсек.
Из практики известно, что оптимальный угол наклона вектора абсолютной
скорости частицы пыли при движении по окружности диаметром D к горизонтальной
плоскости в сечении //—// (фиг. 20) равен 32—35° и отношение —-• = 0,55-^0,65.
Выбираем а = 33°30' и — = 0,6, тогда d = 4-0,6 = 2,4 см или г = 1,2 см.
Первый этап расчета
1) Определим осевую составляющую скорости воздуха и вместе с ним движу»
щейся пылинки в сечении /—/:
FK0A = 3,14 (22 — 1,22) = 8,05 см2;
7330
8,05
-=912 см /сек.
2) Найдем скорость воздуха и пылинки во входном патрубке, а также площадь
входного патрубка.
По формуле (12) вычисляем отношение
= tg 33°30' = 0,663.
Из формулы (11) видно, что vtl —~ 0И «0,6. Следовательно, —^-=0,398
912
и vu = -тГошГ ~ 2290 см/сек, тогда плошадь входного патрубка
^ иоУо
7330
Г патр — подо —
3) Определим среднюю угловую скорость:
2+1,2 ла 2290 1Л.О ..
Rep = 2 = ' см; ®ср = 1 б = рад/сек.
47

4) Зададимся d0 = 0,0005 см и предположим, что v0 = 500 см/сек, тогда
Re =™£°™=,,65;
U, 1о
К=-^--|--з-^ =17,8;
165 3/тм
Проверим по формуле (9)
< = -^йг =o,ooi6 «*.
Проверка подтверждает правильность определения времени t.
5) Находим абсолютную скорость частиц пыли в конце ее движения около
наружной стенки циклона
912
= 1650 см/сек.
6) Определим среднюю абсолютную скорость частицы пыли
2290+1650 lfV7r.
vcp = i . = 1970 см/сек.
7) Определим путь, пройденный частицей пыли»
5= 1970-0,0016= 3,15 см.
8) Определим расстояние между нижней точкой входного патрубка и нижним
концом внутренней трубки
у= 3,15-0,552— 1,737 см.
Второй этап расчета
Определим оптимальную длину циклона от сечения //—// до ///—///
(см. фиг. 20). Для этого необходимо вначале задаться углом |3 = 6°03\ длиной
конуса корпуса циклона 1К = 7,5 см> а затем, задаваясь различными длинами
цилиндрической части корпуса циклона L, вычислить по формуле Lnp = 1Ц + ^—^-д
J. COS р
приведенную длину циклона.
9) Вычислим длину Lnp для 1Ц — 0:
10) По формуле (18) найдем
6670
V
3,14-3,78-2,4 ==23
11) Задаваясь d0 = 0,00029 см, по формуле (22) вычисляем
2290 Г |/ / 0,0045-3,78 \2 ~~72 0,0045-3,78] О1по
[У( ^Й) + 912 0,00029 | = 2123 см1сек-
48

12) По формуле (21) находим диаметр d0 частиц пыли, которые еще не уносятся
вторичным потоком:
/9-2,4-0,0012.0,15 234
! ^ " "77Г77:7Г = °'00029 см-
^
Заданная величина диаметра d0 и определенная по формуле (21) совпали,
следовательно, данное значение есть donax Аля 1*пр = 3,78 см.
Зададимся другим значением 1Ц и вычислим donax. Вычисления
производим до тех пор, пока не найдем наименьшее значение диаметра donax.
Результаты данных вычислений све- LnpCM
дены в табл. 9. 0
Таблица 9
Результат вычислений
со
0
5
10
15
20
25
35
jj
3,78
8,78
13,78
18,78
23,78
28,78
38,78
сек
Ч
CQ
о5
234
100
64,2
47,1
37,2
30,7
22,8
; см; с
ш
в3
2123
1900
1615
1430
1272
1149
965
X
<П
Е
о
2,900
2,120
1,990
1,930
1,927
1,937
2,000
я а*
уска )
*§
3,02
2,205
2,07
2,01
2,005
2,015
2,08
13) По данным испытаний циклона,
у которого D = 4 см и Lnn— 8,78 см,
на пыли, содержащей 48,2% диаметром
0—\0 мк, известно, что коэффициент
пропуска пц= 2,21, тогда по формуле (21)
вычисляем
2,21
о
12
'6
20
28
32
36
НО
(
\
V
\
2,3 2,7 3,0
Фиг. 23. Зависимость приведенной
1,04, длины циклона от диаметра части-
"'*" цы^отах и коэффициента пропуска,
где d0V!n в мк.
По определенным значениям Сц и, d07lax подсчитываем для каждой длины
циклона коэффициент пропуска пц.
Из данных табл. 9 и построенного по этим данным графика (фиг. 23) видно, что
наименьшее значение d0 14V для Lnv = 23,78 см, следовательно, это и есть
оптимальная приведен ая длина циклона. При определении коэффициента пропуска циклона
в случае содержания в воздухе пыли любого другого дисперсного состава плотностью
Q — 2,4 г/см3 необходимо заметить, что циклоны небольшого диаметра (D = 30-г-
-*-< 0 мм) пропускают частицы пыли в основном до 10 мк (90%). Поэтому зная
количество частиц пыли диаметром 0—10 мк в процентах по весу для пыли, на которой
испытывался взятый за образец циклон (D = 4 см и Lnp= 8,78 см), и для пыли,
при работе с которой необходимо знать коэффициент пропуска пц циклона,
вычисляем коэффициент Сг:
количество частиц пыли диаметром 0—10 мк в %,
для которой необходимо определить пц
количество частиц пыли диаметром 0—10 мк в %,
на которой испытывался образец циклона
Кихтенко, Хлебников 1186
49

Вычислив коэффициенты Сц и С19 находим искомый коэффициент пропуска для
заданного дисперсного состава пыли по следующей формуле:
Пц = ^опахСцС^ (24)
Пример 2.
Циклон, у которого Lnp = 8,78, испытывался на пыли, содержащей 48,2% частиц
диаметром от 0—10 мк. Вычислим для него коэффициент пропуска на пыли,
имеющей 30% частиц диаметром 0—10 мк,
^ = 0,623.
Из примера 1 знаем, что Сц = 1,04, тогда
пц= 2,12-1,04-0,623= 1,375,
следовательно, коэффициент очистки циклона для заданной пыли равен 98,625%.
Выводы
1. Предложенная методика расчета циклона дает возможность
выбрать оптимальные его размеры для любого расхода воздуха.
2. Испытав один образец циклона на пыли известного дисперсного
состава, можно определить с практически достаточной точностью
коэффициент пропуска циклона любых других размеров и для любого
дисперсного состава пыли.
Расчет масляно-контактной ступени очистки
При проектировании и расчете масляных воздухоочистителей
большое значение имеет правильный выбор геометрических
параметров масляной ванны.
Проанализируем процесс отделения частиц пыли из потока в
канале масляной ванны.
Составим уравнение относительного движения частицы в канале
масляной ванны
т *!± -_. —3jtt;orforiQo + тв>*гх, (25)
(It
где т — масса частицы пыли; т — —~— q;
v0 — скорость перемещения частицы пыли в радиальном
направлении;
d0 — диаметр частицы пыли;
г] — кинематическая вязкость воздуха;
Qo — плотность воздуха;
q — плотность частицы пыли;
со — угловая скорость поворота частицы пыли в канале масляной
ванны;
гх — переменный радиус поворота частицы пыли в канале
масляной ванны.
50

Допустим, что средняя скорость движения частицы в радиальном
направлении
R — r
t
(26)
где R — наружный радиус сферы масляной ванны;
г — внутренний радиус сферы масляной ванны.
Истинное движение потока заменяем (приближенно)
вращательным с одинаковой угловой скоростью со для всех линий тока;
принимаем, что угловая скорость
— тгЬ- <27>
где v — тангенциальная составляющая скорости воздуха в масляной
ванне.
Заменим
dt " drx ' dt ' ° drx *
Тогда уравнение (25) примет вид
mv0 ^f- = mco2rx — 3jtd0u0TiQ0. (29)
Полагаем, что вначале частица не имела относительной
радиальной скорости, т. е. vOr ----- 0.
Определим, какой должна быть средняя скорость частицы vOcp,
чтобы она достигла поверхности масла. Скорость частицы в
радиальном направлении на поверхности масла также равняется нулю, т. е.
v0R = 0.
Проинтегрируем последнее уравнение
voR=°
т
R R
\ v0 dv0 -- теп2 J rx drx — 3ndor\Qo j v0 drx. (30)
По теореме о среднем значении подынтегральной функции выне-
R
сем vOcp за знак интеграла, т. е. J vodrx = vOcp(R—г). При этом
г
принимаем, что среднее значение подынтегральной переменной
является тем средним значением скорости частицы в радиальном
направлении, с которой частица должна бы двигаться равномерно,
чтобы пересечь поток.
После интегрирования получим
(/? — г) = 0. (31)

Определим из этого уравнения среднюю скорость
___ mco2 (R + г)
V
Заменив яг и со их значениями и произведя преобразования,
имеем
v»cp = 9*)0т) (Я + г) • (33)
Скорость потока v как в различных сечениях, так и в разных их
точках не является величиной постоянной. Частица же пересекает
поток, перемещаясь при этом вдоль суженного канала, где скорость
в разных точках сечения неодинакова. Поэтому ограничимся
условием, что скорость v есть средняя скорость потока в канале масляной
ванны
где vx — скорость воздуха, поступающего в масляную ванну;
и2 — скорость воздуха, выходящего из масляной ванны;
Время, необходимое для того, чтобы частица пыли диаметром d0
достигла поверхности масла в ванне, определим, подставив в фор-
мулу (33) вместо vOcp величину —, тогда получим
t " 9q0tj (/? + О '
откуда
/-- ^^22--2) . (34)
QndoviP
Следует отметить, что время /, определенное по формуле (34),
ограничено продолжительностью прохождения воздушного потока,
несущего частицу в канале масляной ванны.
Выражение для времени t может быть дано в следующем виде:
vcp
где п — число оборотов воздушного потока в канале масляной ванны.
Приравнивая выражения (34) и (35), получаем
.S2

Решаем уравнение относительно d0, т. е. определяем
диаметр минимальных частиц пыли, осаждаемых в масло,
dnrniri
*V
(36)
Omin. Наименьшие
omin ПРИ наименьших
Подставляя в формулу (36)
параметры масляной ванны и
вычисляя vcp при различных
расходах воздуха, проходящего через
масляный воздухоочиститель,
определяем d
значения d
значениях средней скорости vcp
и определяют оптимальные
параметры масляной ванны.
Пример 3.
Проведем расчет масляных ванн трех
типов наиболее распространенных
воздухоочистителей.
Воздухоочиститель автомобильного типа (фиг. 24): dx = 144 мм; d2= 127 мм;
Dx= 163 мм; R = 26 мм; г = 6 мм; п — У2; габариты воздухоочистителя: £>« X
X Н= 183 х 160 мм.
Фиг. 24. Схема масляного
воздухоочистителя автомобильного типа.
Фиг. 25. Схема масляного
воздухоочистителя трактора ДТ-54.
Фиг. 26. Схема масляного
воздухоочистителя с
тангенциальным входом.
Воздухоочиститель трактора ДТ-54 (фиг. 25): (11-=72мм; d2=\06мм; Dг=\24мм;
R=32mm; г—1 мм; /г=-— ; габариты воздухоочистителя: D2 X Н = 229 X 365 мм.
Воздухоочиститель с тангенциальным входом (фиг. 26): R =-- 106 мм; г = 55 мм;
п— 1; габариты воздухоочистителя D X Н = 212 X 340 лш.
5а

Результаты расчета масляных ванн данных воздухоочистителей при различных
расходах воздуха приведены в табл. 10, в которой приведены также сопротивления
воздухоочистителей, полученные экспериментальным путем.
Таблица 10
Результаты расчета масляных ванн различных воздухоочистителей
Параметры
vcp в м/сек
^Otnin ВМ
Сопротивление в мм
вод. ст
vCp в м/сек ....
d0 min в мм
Сопротивление в мм вод.
ст
vcp в м/сек
domin в мм
Сопротивление в мм вод.
ст
Расход воздуха в м3/сек
0,040
0,052
0,060
0,065
0,072
Масляная ванна воздухоочистителя
автомобильного типа (фиг. 24)
— г --20 мм; п — 72
5,8
0,0122
58
7,55
0,01066
111
8,72
0,00994
143
9,42
0,00957
175
10,05
0,00927
210
Масляная ванна воздухоочистителя трактора
ДТ-54 '(фиг. 25)
R — г --- 25 мм; п - 1/2
10
0,0103
102
13
0,0091
160
15
0,00845
205
16,2
0,00813
257
18
0,00772
335
Масляная ванна воздухоочистителя
с тангенциальным входом (фиг. 26)
д> _ г =г= 51; л = 1
11,8
0,00957
78
15,3
0,00842
132
17,65
0,00781
167
19,16
0,00752
213
21,2
0,00715
260
Из табл. 10 видно, что в масляной ванне воздухоочистителя с тангенциальным
входом осаждаются частицы наименьшего диаметра dOmin, а в масляной ванне
воздухоочистителя автомобильного типа — частицы наибольшего диаметра dominy
но при этом последняя имеет невысокое сопротивление.
В масляной ванне воздухоочистителя автомобильного типа можно
уменьшить коэффициент пропуска, увеличив скорость воздуха в
масляном канале или применив более плотную набивку кассеты.
Анализ совместной работы циклонов с масляной ступенью
воздухоочистителя
Для анализа совместной работы циклонов с масляной ступенью
найдем зависимость коэффициента пропуска пв всего
воздухоочистителя от коэффициентов пропуска циклонов пц и масляной ступени пм:
100
54

Коэффициенты пропуска циклонов и масляной ступени
воздухоочистителя определяют по следующим формулам:
" ^д О max"'
где Сц и См — коэффициенты пропорциональности;
ч\п — коэффициент, учитывающий изменение дисперсного
состава пыли, прошедшей через циклоны.
Для определения коэффициентов Сц и См необходимо подобрать
из существующих циклонов и масляных ступеней
воздухоочистителей подобные проектируемым и испытать их на стенде для испытания
воздухоочистителей.
Испытание циклонов и масляной ступени воздухоочистителя
желательно проводить совместно. В этом случае в масляную ступень
будет поступать пыль, пропущенная циклонами, и коэффициент г\п =
-^ 1. По результатам испытаний находят коэффициенты пц и пм.
При раздельном испытании циклонов и масляной ступени'воздухо-
очистителя, когда через масляную ступень проходит пыль того же
дисперсного состава, что и через циклоны, коэффициент г|/2 вычисляют
по следующей формуле:
п - - —1 -I -— -' - — - -I- —-
Ф, Ф2 Ф3 Фя
где Ф3; Ф2; Ф3- • -Фп — содержание соответствующей фракции пьГ
ли, поступающей в циклоны, в % (по весу);
Ф]; Ф2; Фз• • -Фп — содержание соответствую1цей фпакции
пыли, пропущенной циклонами, в % (по несу).
Как видно из данных, приведенных на стр. 8 и 64, и графика на
фиг. 28, фрикционный состав пыли, пропускаемой циклонами с
наружным диаметром 40 мм, изменяется в небольших пределах
независимо от фракционного состава пыли, поступающей в циклоны:
Диаметр частиц пыли в мк 0—10 10—20 20—30
Количество пыли в % ( по весу) .... 85—90 8—5 7—5
Частицы пыли, диаметр которых больше 30 мк, циклонами
практически не пропускается.
Определив опытным путем коэффициенты пц и пм и вычислив
коэффициент т|/г, при необходимости подсчитывают по приведенным
выше методикам диаметры d0T]ax и dOmw для циклонов и масляной
ступени, взятых за образец, и вычисляют коэффициенты
пропорциональности
^у ~~ ~7Г7н ~ '
55

Затем для вновь проектируемых циклонов и масляной ступени
воздухоочистителя вычисляют диаметры dOmziX и dOmln и
подсчитывают коэффициенты пц и пм, но при этом следует учитывать, что
последние вычислены только для пыли определенного фракционного
состава, с которой проводились испытания воздухоочистилей,
взятых за прототипы.
Подставив значения коэффициентов пц и пч в формулу (37),
получают
п* " Гш °тах' ^° тш * ^
Подставив затем в формулу (38) диаметры dOm^ и dOmin,
вычисленные для вновь проектируемого воздухоочистителя, и известные
коэффициенты Сцу См и г\п) определяют коэффициент пропуска
воздухоочистителя пв.
Для определения коэффициента пропуска всего
воздухоочистителя при работе с другими видами пыли с известным фракционным
составом и плотностью необходимо вычислить поправочный
коэффициент Собщ по формуле
где Суд — поправочный коэффициент на изменение плотности пыли;
Суд = ~^~; (Qai — плотность пыли, на которой испыты-
вался воздухоочиститель, взятый за образец; Qn2 —
плотность пыли, для которой необходимо вычислить
коэффициент пв\
Фо-10 г> Ф10—20 п Ф20-30
ф0-Ю фЮ~20 ф20-30
С1у С2 и Сг — коэффициенты, учитывающие
изменение по фракциям состава пыли,
поступающей в воздухоочиститель;
Фо-1о> Фю-2о; Фго-зо — содержание (по весу) каждой
фракции пыли, на которой испытывался
воздухоочиститель, взятый за
образец, в %;
Фо_ю; Ф10-20; Фго-зо — содержание (по весу) каждой
фракции пыли, для которой необходимо
вычислить коэффициент пв\
£i> £2 и ?з — коэффициенты, учитывающие
изменение по фракциям состава пыли,
пропущенной циклонами;
_ Фр-Ю . т = ФЮ-20 . о ^ Ф20-30
&1 — юо ' -2 100 ' ^3 " 100
56

Подставляя значение Собщ в формулу (38), получим
„ СцСмЦпРобш
100
30max *(
(40>
Формула (40) позволяет не только с практически достаточной
точностью определить коэффициент пропуска всего вновь
проектируемого воздухоочистителя, но и выбрать оптимальные диаметры
do max и domin» ПРИ которых получается наименьший коэффициент пф
при работе воздухоочистителя на пыли любого состава.
Выбор оптимальных значений d0m2iX и dOmm по формуле (40)
возможен потому, что коэффициенты, входящие в нее, разделены
на коэффициенты, зависящие от свойств пыли, и коэффициенты,
характеризующие конструктивные параметры циклона и масляной
ступени воздухоочистителя. По выбранным диаметрам dQm2LX и d0 m{tk
рассчитывают геометрические параметры циклонов и масляной
ступени воздухоочистителя.
Пример 4.
Используя данные примеров 1 и 3, определить коэффициент пропуска для ци-
клонно-масляных воздухоочистителей с масляной ступенью автомобильного типа И:
трактора ДТ-54, если расход воздуха, проходящего через воздухоочиститель*
равен 0,072 м3/сек.
Предположим, что произведение коэффициентов
тогда
Для циклона, рассчитанного в примере 1 (Lnp = 8,78 мм), вычислим d0 mJnt
при различных расходах воздуха. Результаты вычислений приведены в табл. 11
Таблица
Значение do
при различных расходах воздуха
Расход
воздуха
через
циклон в м3/ч
16,0
20,8
24,0
13 МК
2,760
2,350
2,120

Коэффициент
пропуска nQ
2,87
2,44
2,21

Коэффициент
очистки !
циклона j
97,13
97,56 I
97,79 i
Расход
воздуха
через
циклон в м3/ч
26,0
28,0
^° лах
в мк
2,055
1,990

Коэффициент
пропуска nQ
2,14
2,03

Коэффициент
очистки
циклона
97,86
97,97
Задаемся сопротивлением чистого воздухоочистителя, равным 500 мм вод. ст.
Из табл. 10 видно, что масляная ступень воздухоочистителя трактора ДТ-54
при расходе воздуха 0,072 м3/сек имеет сопротивление 335 мм вод. ст. и d0 min =
= 7,72 мк, воздухоочиститель автомобильного типа имеет сопротивление 210 мм
вод. ст. и d0 rnjn — 9,27 мк. Очевидно, что в первом случае сопротивление циклона
должно быть 165 мм вод. ст., при этом расход воздуха через один циклон диаметром
40 мм, определенный по графику (фиг. 21), равен 19,6 ж3/^ и dQ max = 2,4525 мк —
во втором случае; 290 мм вод. ст., а расход воздуха через один циклон диаметром-
40 мм равен 26,5 м3/ч и d0 гла>: — 2,036 мк.
Определим пв для обоих воздухоочистителей.
57

Для воздухоочистителя с масляной ванной типа воздухоочистителя
трактора ДТ-54:
пв= 0,01-7,72-2,4525= 0,189;
число циклонов
0,072 _
Р '~' 0,00545 "
Для воздухоочистителя с масляной ванной типа автомобильной
пв= 0,01-9,27-2,036= 0,1886;
число циклонов
__0!072__ и
Р~ 0,00/36 ~
Из расчета видно, что из двух комбинированных воздухоочистителей
воздухоочиститель с циклон ши и масляной ваннсм автомобильного типа будет иметь меньшие
вес и габаритные размеры при практически одинаковом коэффициенте пропуска пыли,
так как у данного воздухоочистителя число циклонов на три меньше и, кроме того,
вес и габаритные размеры масляной ступени у него меньше, чем у масляной ступени
воздухоочистителя ДТ-54.
Выводы
1. Предложенная методика расчета позволяет определить
оптимальные размеры циклонов и оцепить влияние размеров на
коэффициент пропуска циклона.
2. Методика расчета масляной ванны воздухоочистителей дает
возможность найти ее оптимальные размеры и оценить ее работу по
сравнению с другими масляными ваннами.
3. Методика анализа совместной работы циклонов (первой ступени)
и масляной ванны (второй ступени) дает возможность выбрать наиболее
оптимальные их размеры и схему воздухоочистителя при заданном
сопротивлении.
4. Испытав один образец воздухоочистителя па пыли известного
дисперсного состава и определив дисперсный состав пыли,
пропускаемой циклонами, можно найти с практически достаточной
точностью коэффициент пропуска воздухоочистителя для пыли других
видов и других размеров циклонов и масляных ванн.
ИСПЫТАНИЯ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЕЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СМД
Стендовые испытания воздухоочистителей
Опытные образцы воздухоочистителей необходимо испытывать
на стенде, чтобы выявить недостатки, которые невозможно
предусмотреть при проектировании.
При испытании инерционных сухих воздухоочистителей
определяют сопротивление и коэффициент очистки в зависимости от
различных расходов воздуха. Иногда проверяют возможность
забивания их основных элементов пылью.
58

При стендовых испытаниях масляных воздухоочистителей вначале
путем конструктивных мероприятий необходимо добиться, чтобы
масло активно промывало кассеты и в то же время не уносилось
с воздухом в цилиндры двигателя.
Затем следует определить коэффициент очистки и сопротивление
воздухоочистителя в зависимости от различных расходов воздуха,
проходящего через него. Последний этап стендовых испытаний —
определение срока службы воздухоочистителя между техническими
уходами.
^ Конструкция стенда для испытания воздухоочистителей зависит
от принятой методики испытания.
Фиг. 27. Схема стенда для испытания воздухоочистителей:
/ — электродвигатель; 2 — эжектор; 3 — электродвигатель масляного насоса; 4 —
воздушный нагнетатель; 5 — труба с диафрагмой дли измерения количества эжектируемого воздуха,
6 — регулятор разрежения; 7 — труба с диафрагмой для измерения основного количества
воздуха; 8 — манометрическая доска; 9 — абсолютный фильтр; 10 — точка измерения
разрежения па отсосе из воздухоочистителя; 11 — точка измерения сопротивления
воздухоочистителя, 12 — пылевая камера; 13 — воздухоочиститель; 14 — распылитель; 15 — стакан
с пылью; 16 — заборный конус; 17 — дозатор; 18 — часовой механизм.
Сравнительные испытания воздухоочистителей, описанных выше,
проводились по наиболее точной и простой методике на стенде,
показанном на фиг. 27, в Харьковском институте механизации
и электрификации сельского хозяйства. Силовая часть стенда,
необходимая для создания основного воздушного потока и эжектируемого
воздуха из бункера воздухоочистителя, состоит из центробежного
воздушного нагнетателя 4 с электродвигателем У, масляного насоса
с отдельным приводом 3 и эжектора 2.
Нагнетатель и эжектор соединены с абсолютным фильтром 9
и бункером испытываемого воздухоочистителя 13 специальными
трубами 5 и 7 с диафрагмами для измерения основного расхода
воздуха и воздуха, эжектируемого из бункера воздухоочистителя.
В качестве абсолютного фильтра применялся фетр толщиной
10 мм, на который сверху был положен слой полотняной материи.
Воздухоочиститель соединен с абсолютным фильтром коротким
патрубокм. Заборная часть воздухоочистителя помещена в
специальную пылевую камеру 12, сообщающуюся с дозатором 17 пыли при
помощи трубы с заборным конусом 16.
59

%
wo
1 го
\
л
\
\
\
—
-- - -
10
70m
Дозатор 17 пыли, состоящий из стакана 15 с пылью,
распылителя 14 и часового механизма 18, работает следующим образом:
распылитель необходимо поднять до верха стакана, придержать его
в этом положении и засыпать в стакан сверху пыль. Затем
подсоединить распылитель к магистрали с сжатым воздухом и отпустить его;
распылитель начнет опускаться под тяжестью собственного веса.
Скорость опускания распылителя регулируется часовым механизмом.
По мере опускания распылителя воздух, подаваемый на поверхность
пыли, выдувает ее из стакана. Пыль подхватывается воздушным
потоком заборного конуса и уносится в пылевую камеру.
Перед каждым
испытанием для удаления влаги
из фетра абсолютного
фильтра через него просасывают
воздух до тех пор, пока
не перестанет убывать вес
фетра.
Испытания
проводились по следующей
методике.
По заданной
запыленности воздуха (в
большинстве случаев запыленность
принималась равной 1 г/ж3)
и сумме расходов воздуха,
идущего в двигатель и
эжектируемого из бункера
воздухоочистителя,
подсчитывают навеску пыли, которую надо подать в
воздухоочиститель за 20 мин. Пыль перед испытанием просушивалась при
температуре 60° С для удаления влаги.
Абсолютный фильтр взвешивается до и после испытания
воздухоочистителя на весах с точностью 0,05 г. По разности весов
абсолютного фильтра определяют количество пыли, пропущенное
воздухоочистителем. Зная это количество пыли и количество пыли,
поступившее в воздухоочиститель, подсчитывают коэффициент его
очистки.
Испытание воздухоочистителей двигателя СМД производилось
на пыли, приготовленной следующим образом. Земля, взятая с поля
(верхний пахотный слой) Харьковской области, была просушена
при температуре 60° С, перемолота на шаровой мельнице в течение
15 ч и просеяна через сито № 100.
Дисперсный состав пыли приведен на фиг. 28.
Циклонные воздухоочистители испытали при расходе
эжектируемого воздуха, равном 10, 15 и 20% расхода воздуха, поступающего
в двигатель.
Результаты испытаний воздухоочистителей, показанных на фиг. 13
и 1, приведены на фиг. 29 и 30.
60
20 30 ¥) 50 60
Размеры частиц пыли
Фиг. 28. Фракционный состав исходной пыли,
применяемой при испытании воздухоочистителей.

99
98
I*
93
92
1
—.—
!
— -—
"
1
i
i
\
1
^= '
s
\
1
96 Г^
0.04
0,05 0,06
Расход доз дух а
Фиг. 29. Зависимость коэффициента очистки
воздухоочистителя СМД 14-12с2 от расхода воздуха
при различных расходах эжектируемого воздуха:
сплошные линии — расход эжзктируемого воздуха равен
10%; штриховые линии — расход эжэктируемого воздуха
равен 15%; штрих-пунктирные линии — расход
эжектируемого воздуха равен 20%; / — воздухоочиститель
СМД 14-12с2; 2 — циклоны воздухоочистителя СМД 14-12с2,
3 — воздухоочиститель СМД60-12с2.
мм бой cm
Фиг. 30. Зависимость сопротивления
воздухоочистителя СМД14-12с2 от расхода
воздуха:
/ — воздухоочиститель СМД14-12с2; 2 — циклоны
воздухоочистителя СМД14-12с2; 3 —
воздухоочиститель СМД60-12с2.

Воздухоочиститель трактора ДТ-54 при установке на комбайновый
двигатель СМД-7 обозначается индексом СМД60-12с2, циклонный
воздухоочиститель — индексом СМД14-12с2.
Из графиков (фиг. 29) следует, что коэффициент очистки у
циклонного воздухоочистителя значительно больше, чем у масляного
воздухоочистителя трактора ДТ-54, и незначительно изменяется
в зависимости от проходящего через него воздуха; коэффициент
очистки масляного воздухоочистителя падает с уменьшением
количества проходящего через него воздуха.
На фиг. 30 даны кривые сопротивления чистого
воздухоочистителя СМД14-12с2 и масляного воздухоочистителя СМД60-12с2 в за-
мм
Sod. cm
t 99 -J f—
I 97
93
—
i
4-
-■-
I/
;
I
- -
■ .
_
3
5
7 3 9 10 11 12 ч ^
Время
Фиг. 31. Результаты длительных испытаний
воздухоочистителя СМД14-12с2 при расходе воздуха 0,065 м3/сек и расходе
эжектируемого воздуха 15%. Запыленность воздуха 1 г/м3:
1 — коэффициент очистки воздухоочистителя; 2 — сопротивление
воздухоочистителя.
висимости от количества проходящего через них воздуха. Результаты
испытаний циклонного воздухоочистителя приведены при расходе
эжектируемого воздуха, равном 15% от расхода воздуха,
поступающего в двигатель.
Результаты длительных испытаний воздухоочистителя СМД14-12с2
изображены на фиг. 31, из которой видно, что при подаче в
воздухоочиститель 2,960 кг пыли за 12 ч 40 мин сопротивление возросло на
215 мм вод. ст. за это же время коэффициент очистки увеличился
с 97,61 до 99,74.
Дисперсный состав пыли, пропущенной циклонами
воздухоочистителя СМД14-12с2, был следующим:
Диаметр частицы пыли в мк 0—5 5—10 >10
Количество частиц пыли в % (по
весу) 81,3 8,6 10,1
Для сравнения ниже приведен дисперсный состав пыли,
пропущенной воздухоочистителем с трактора ДТ-54:
Диаметр частиц пыли в мк ... 0—10 10—20 20—30 30
Количество частиц пыли в % (по
весу):
перед воздухоочистителем . . 12
после воздухоочистителя . . 40
62
23
30
23
42
19

Следовательно, циклонный воздухоочиститель СМД14-12с2
в основном пропускает пыль диаметром до 10 мк, а
контактно-масляный воздухоочиститель трактора ДТ-54 — даже больше 30 ж/с.
Как известно, наиболее интенсивный износ колец и гильз
наблюдается при попадании в цилиндры двигателя пыли размером 20—
30 мк. Очевидно, что циклонные воздухоочистители более эффективны,
чем контактно-масляные, так как они пропускают в цилиндры
двигателя в 2—3 раза меньше пыли и, кроме того, размер частиц этой
пыли такой, что она вызывает менее интенсивный износ колец и гильз.
Результаты испытания воздухоочистителя СМД17-12с2 (см.
фиг. 10) показаны на фиг. 32 и 33.
Как видно из фиг. 32, у воздухоочистителя СМД17-12с2 общий
коэффициент очистки и коэффициент очистки циклонов несколько
меньше, чем у воздухоочистителя СМД14-12с2. Эго объясняется тем,
что при расположении циклонов по прямоугольнику невозможно
создать безвихревой вход воздуха в циклоны в кожухе. Кроме
того, какой бы конструкции ни был поддон у циклонов, нельзя
достигнуть равномерного отсоса из всех циклонов при бункере
прямоугольного сечения и одном патрубке эжектора.
Небольшое сопротивление воздухоочистителя СМД17-12с2
(фиг. 33) объясняется тем, что он имеет двенадцать циклонов, а
воздухоочиститель СМД14-12с2 — девять.
Результаты испытания воздухоочистителя СМД22-12с2 (см.
фиг. 12) приведены на фиг. 34 и 35, из которых следует, что общий
коэффициент очистки у данного воздухоочистителя и коэффициент
очистки циклонов тоже несколько меньше, чем у воздухоочистителя
СМД14-12с2, так как через бункер циклонов проходит центральная
воздухоотводная труба, вследствие чего создается неблагоприятное
течение воздуха из циклонов с противоположной стороны патрубка
эжектора.
Сопротивление воздухоочистителя СМД22-12с2 для расходов
воздуха 0,04—0,1 м3/сек сравнительно невелико.
На фиг. 36 и 37 приведены результаты испытания циклонно-
масляного воздухоочистителя, показанного на фиг. 19. Коэффициент
очистки всего воздухоочистителя (фиг. 36) такой же, как и у
воздухоочистителя СМД14-12с2, а общее сопротивлениена 50—60 мм вод. ст.
меньше. Циклонная ступень воздухоочистителя состоит из 16
циклонов диаметром 30 мм, этим и объясняется небольшое
сопротивление этой ступени. Сопротивление масляного воздухоочистителя
при расходе воздуха 0,072 м3/сек составляет 335 мм вод. ст.
Для сравнения циклонного воздухоочистителяСМД14-12с2ссерий-
ным масляным воздухоочистителем трактора ДТ-54 их испытывали
на Двигателе, установленном на стенде.
Сухой очиститель масляного воздухоочистителя был помещен
в специальную пылевую камеру (фиг. 38) с выводом забора воздуха
над дозатором пыли. У циклонного воздухоочистителя специальная
труба (фиг. 39) для забора воздуха была также расположена над
дозатором пыли.
:63

■ 0,040
0,056 0,072
Расход воздуха
0,088 "3/сек
Фиг. 32. Зависимость
коэффициента очистки
воздухоочистителя
СМД17-12с2 от расхода
воздуха при различных
расходах эжектируемого
воздуха.
Сплошные линии — расход
эжектируемого воздуха
равен 10%; штриховые линии—
расход эжектируемого
воздуха равен 15%;штрих-пунк-
тирные линии —расход
эжектируемого воздуха равен
20%; / — воздухоочиститель
СМД17-12с2; 2 — циклоны
воздухоочистителя
СМД17-12с2; 3 —
воздухоочиститель СМД60-12с2.
мм 5 о д. ст.
Фиг. 33. Зависимость
сопротивления воздухоочистителя
СМД17-12с2 от расхода
воздуха при различных
расходах эжектируемого воздуха:
сплошные линии —расход
эжектируемого воздуха равен 10%;
штриховые линии — расход
эжектируемого воздуха равен
15%; штрих-пунктирные
линии — расход воздуха равен
20%; / — воздухоочиститель
СМД17-12с2; 2—
воздухоочиститель СМД60-12с2.
0,06 0,08
Расход воздуха
м3/сек

Фиг. 34. Зависимость
коэффициента очистки
воздухоочистителя СМД22 12с2 от
расхода воздуха при
различных расходах эжектируемого
воздуха:
сплошные линии —расход
эжектируемого воздуха равен 10%;
штриховые линии — расход
эжектируемого воздуха равен
15%; штрих-пунктирные
линии — расход эжектируемого
воздуха равен 20%; / —
воздухоочиститель СМД22-12с2;
2 — циклоны воздухоочистителя
СМД22-12с2; 3 —
воздухоочиститель СМД60-12с2.
97 -
96
95
9*+
f
92
1
-"Л
t
~
-А
ото
0,059 0,078
Расход боздуха
м3/сек
мм5од.ст
i
1
350
300
250
200
150
100
50,
2
у
L/
/
/
/
У/
//
/А
1
0,06
Расход доздуха
0,8 "3/сек
Фиг. 35. Зависимость
сопротивления воздухоочистителей
от расхода воздуха:
/ — воздухоочиститель
СМД22-12с2; 2 —
воздухоочиститель СМ Д 60-12с2; 3— циклоны
воздухоочистителя СМД22-12с2.
5 Кихтенко, Хлебников 1186
65

96
37
96
95
!
1
93
92
91
90
"0,04 0,05 0,06
Расход боздуха
Фиг. 36. Зависимость
коэффициента очистки
комбинированного
воздухоочистителя от расхода
воздуха при расходе эжек-
тируемого воздуха,
равном 15%:
/ — воздухоочиститель,
изображенный на фиг. 19;
2 — воздухоочиститель
СМД60-12с2.
Фиг. 37. Зависимость
сопротивления
комбинированного
воздухоочистителя при расходе эжек-
тируемого воздуха,
равном 15%:
/ — воздухоочиститель,
показанный на фиг. 19; 2
—воздухоочиститель СМД60-12с2.
ммдод.ст
400
\350
Ш300
г
Щ200
'150
100
50,
—у
7
у
V
к
у
/
/
1
/
1
0,05
Расход
0,06
боздуха
0,07/ij/y
66

Фиг. 38. Испытание
масляного
воздухоочистителя трактора ДТ-54
на двигателе СМД-14.
Фиг. 39. Испытание циклонного воздухоочистителя СМД14-12с2
на двигателе СМД-14.
67

Испытания проводились на номинальном режиме двигателя
(Ne = 75 л. с. и п = 1700 об/мин) при запыленности воздуха 0,3 г/м3\
дисперсный состав пыли приведен на фиг. 28.
Перед каждым этапом испытаний на двигатель устанавливали
новые кольца и гильзы, строго соответствующие рабочим чертежам,
и производили их микрометраж.
Двигатель обкатывали в течение 60 я для приработки колец
и гильз.
Давление картерных газов после обкатки в обоих случаях
составляло 8—9 мм вод. ст., что свидетельствует о высоком качестве
изготовления колец и гильз.
Двигатель испытывали в течение 50 н с каждым
воздухоочистителем. После испытаний производили микрометраж колец и гильз.
Результаты испытаний приведены в табл. 12 и 13.
Таблица 12
Износ гильз после испытаний
Параметры
Максимальный износ
гильзы в мм
Увеличение овальности
гильзы в мм . .
Максимальный износ
гильзы в мм
Увеличение овальности
гильзы в мм
Цилиндры
1
Циклонные
0,02
0,035
Масляный
0,09
0,01
2
3
4
1 воздухоочиститель СМД14-12с2
0,01
0,02
0
0
0
1
0,005
воздухоочиститель трактора ДТ-54
0,05
0
0,05
0
0,05
0,01
Как видно из табл. 12, максимальный износ гильзы при работе
двигателя с циклонным воздухоочистителем значительно меньше,
чем при работе с масляным воздухоочистителем.
Из табл. 13 следует, что износ колец по высоте незначителен
и практически одинаков в обоих случаях. Увеличение зазора в замке
второго, третьего, четвертого и пятого колец тоже незначительное
(0—0,25 мм) и практически одинаковое при испытании двигателя
с обоими воздухоочистителями. Увеличение зазора в замке первого
кольца, при работе двигателя с циклонным воздухоочистителем,
также значительно меньше, чем при работе с масляным
воздухоочистителем.
Испытания воздухоочистителей на безмоторном стенде на той же
пыли показывают, что коэффициент пропуска для масляного
воздухоочистителя равен 6, а для циклонного 2, т. е. последний пропускает
68

Таблица 13
Износ колец после испытаний
Параметры
Износ кольца по высоте в мм
Увеличение зазора в замке
кольца ъ мм . . .
Износ кольца по высоте в мм
Увеличение зазора в замке
кольца вм. . .
Цилиндр
Кольца
1
2
3
4
5
Циклонный воздухоочиститель
1
2
3
4
1
2
3
4
0,02
0,01
0,03
0,01
0,5
0,25
0,2
0,25
СМД14-12с2
0,005
0,005
0,015
0,02
0,2
0,2
0,05
0,15
0,005
0
0,005
0,01
0,2
0,15
0,1
0,1
Масляный воздухоочиститель
ДТ-54
1
2
3
4
1
2
3
4
0,02
0,02
0,03
0,02
0,8
0,9
0,65
1,05
0,005
0,01
0,015
0,02
0,15
0,05
0,1
0,25
0,01
0,01
0,03
0,01
0,15
0,05
0,1
0,2
0,005
0,005
0,01
0,005
0,2
0,2
0
0,1
0,005
0,005
0,01
0,005
0,15
0,15
0,05
0,1
трактора
0
0,005
0,015
0,02
0,1
0,1
0,05
0,1
0,005
0,005
0,005
0,01
0,2
0,1
0,1
0,1
в 3 раза меньше пыли, чем масляный воздухоочиститель, при этом
дисперсный состав пыли, пропущенной циклонным
воздухоочистителем, характеризуется большим содержанием мелких фракций по
сравнению с пылью, пропускаемой масляным воздухоочистителем.
Это полностью подтверждается проведенными испытаниями
воздухоочистителей на двигателе.
Данные испытания также показали, что от пыли, поступающей
в двигатель с воздухом, изнашивается в основном первое поршневое
кольцо и верхняя часть гильзы. Мощностные и экономические
показатели двигателя СМД-14 заметно ухудшаются при увеличении
зазора в замке первого поршневого кольца на 4—5 мм. Среднее
увеличение зазора в замке первого поршневого кольца (по четырем
цилиндрам) за 50 ч работы двигателя СМД-14 с циклонным
воздухоочистителем при запыленности воздуха 0,3 г/м3 равно 0,3 мм.
Среднее увеличение зазора в замке первого поршневого кольца в тех же
условиях при работе с масляным воздухоочистителем составляет
0,85 мм.
69

Если исходить только из этих данных, то двигатель СМД-14 с
циклонным воздухоочистителем может работать 800 ч без замены
колец при запыленности воздуха около воздухозаборника 0,3 г/м3, а
при установке масляного воздухоочистителя трактора ДТ-54— 300 ч.
Запыленность воздуха 0,3 г/ж3 возможна только в сухую жаркую
погоду при работе трактора на бороновании или культивации.
Среднегодовая запыленность воздуха около воздухозаборника
воздухоочистителя на тракторе не превышает 0,05—0,1 г/м3у кроме отдельных
случаев, когда трактор работает длительное время на песчаных или
супесчаных почвах.
Эксплуатационные испытания воздухоочистителей
Для окончательной проверки новые воздухоочистители необходимо
испытывать непосредственно на машине в эксплуатационных
условиях.
При испытании воздухоочистителя в эксплуатации выявляется
один из основных его показателей — надежность работы всех его
узлов и соединений и надежность защиты двигателя данным
воздухоочистителем от пыли, попадающей с воздухом. Только при
эксплуатационных испытаниях можно определить надежность работы
воздухоочистителя на машине в поле, степень сложности его
обслуживания, правильность установки на тракторе или комбайне и
правильность выбора места для забора воздуха воздухоочистителем.
На каждой машине (тракторе или комбайне) есть места, где
запыленность воздуха большая или меньшая, поэтому необходимо
выбирать такое место для забора воздуха, где запыленность
наименьшая.
Кроме того, забор воздуха надо производить в местах, где воздух
дополнительно не подогревается от двигателя или машины.
Циклонный воздухоочиститель, подобный показанному на фиг. 13,
только имеющий вместо двух кассет одну и основной разъем над
кассетой, испытывался на машиноиспытательных станциях на
двигателях СМД, устанавливаемых на тракторах ДТ-56, ДТ-60 и ДТ-75
Волгоградского тракторного завода, ДТ-54А и Т-74 Харьковского
тракторного завода, «Беларусь» — Минского тракторного завода,
а также на самоходные комбайны СК-3 и самоходные шасси СШ-65
и СШ-75 Таганрогского комбайнового завода.
Во время эксплуатационных испытаний были выявлены
следующие недостатки воздухоочистителя и его установки на двигателе:
1. При креплении воздухоочистителя на двигателе за фланец
штампованного впускного трубопровода из-за сварки плохого
качества возможно образование трещин, через которые в цилиндры
двигателя будет поступать неочищенный воздух. Более надежно крепить
воздухоочиститель на кронштейне к головке или блоку двигателя.
Крепление воздухоочистителя к раме машины, на которой
устанавливается двигатель, тоже нежелательно, так как двигатель и рама
70

машины колеблются с разными амплитудами, и шланг, соединяющий
патрубок воздухоочистителя с впускным трубопроводом двигателя,
перетирается о концы патрубков.
2. В случае забора воздуха под капотом ухудшаются показатели
двигателя из-за высокой температуры воздуха (70—90° С), что
недопустимо для тракторных двигателей.
3. Демонтаж шланговых соединений при техническом уходе за
воздухоочистителем, даже редкий, недопустим, так как шланги
быстро изнашиваются и при монтаже шлангового соединения, как
показала практика, возможны случаи подворачивания шланга
и образования щели.
4. При наличии основного разъема в полости очищенного
воздуха в случае нарушения герметичности разъема неочищенный
воздух поступает в цилиндры двигателя.
5. Двигатель не защищен от попадания пыли в цилиндры также
в случае отсоединения трубки эжектора или возможного подсасывания
большого количества воздуха в ее соединениях, что приводит к
резкому снижению коэффициента очистки циклонов.
В воздухоочистителе, показанном на фиг. 13, были устранены
перечисленные выше недостатки, т. е. основной разъем выполнен
между кассетами и циклонами и установлены две кассеты. Вторая
кассета имеет большую высоту и более плотную набивку, чем в
прежнем воздухоочистителе. Плотность первой кассеты по ходу воздуха
равна 350 /сг/ж3, высота проволочной набивки 20 мм. Плотность
второй кассеты 550 кг/м'3у высота проволочной набивки 30 мм.
Применялась проволока диаметром 0,25 — 0,3 мм.
Диаметр кассет при этом был увеличен на 10 мм для увеличения
их площади и уменьшения скорости проходящего через кассеты
воздуха.
Из практики известно, что оптимальная скорость воздуха в
кассетах равна 4—8 м/сек.
Воздухоочиститель крепится к двигателю с помощью кронштейна
и хомута за головку воздухоочистителя.
Эксплуатационные испытания показали, что данный
воздухоочиститель работает более надежно, чем описанный выше.
Небольшой подсос воздуха по основному разъему не приводит к
преждевременному износу гильзо-поршневой группы двигателя. Шланг,
соединяющий трубопровод двигателя с патрубком головки
воздухоочистителя, в эксплуатации не демонтируется.
Единственным недостатком воздухоочистителя является быстрое
высыхание масла с кассет при работе трактора в жаркую погоду.
Если при этом появляется еще подсос воздуха по
основному разъему, то возможен преждевременный износ колец и гильз.
Для избежания таких случаев в инструкции по уходу за
воздухоочистителем в жаркую погоду при большой запыленности воздуха
предусмотрены более частые технические уходы. Чтобы масло не
высыхало с кассет, необходимо или ставить кассеты с масляной
ванной, что является самым правильным, или увеличить площадь
71

и высоту кассет для уменьшения скорости воздуха, проходящего
через них, и увеличения смачиваемой поверхности маслом.
Результаты испытаний в 1961 г. в МИС двух двигателей СМД
на тракторах ДТ-75 Волгоградского тракторного завода показали,
что после работы в течение 2000 ч под нагрузкой износ гильз в
верхнем поясе был не более 0,1 мм, а износ верхних поршневых колец,
по стыку в замке, не более 1 мм, что свидетельствует о хорошей
защите двигателя циклонным воздухоочистителем от попадания пыли
в цилиндры.
По инструкции воздухоочистители необходимо снимать с
двигателя для промывки через 240—250 ч для трактора Т-75 и через 480—
500 ч для трактора ДТ-54 и, следовательно, демонтировать шланговое
соединение.
Во избежание подсоса неочищенного воздуха через неплотности
инструкцией по уходу за воздухоочистителем на тракторах ДТ-54
и Т-75 предусмотрена проверка герметичности соединений путем
закрытия всасывающей трубы воздухоочистителя. Такой проверкой
на герметичность соединений воздухоочистителя в эксплуатации
не всегда пользуются.
Большей надежностью отличаются конструкции
воздухоочистителей, выполненные таким образом, что при проведении технических
уходов за двигателем и трактором не нарушается шланговое
соединение впускного трубопровода с головкой воздухоочистителя,
а герметичность соединений воздухоочистителя с двигателем
обеспечивается самой его конструкцией. В этом случае необходимо только,
чтобы на заводе обеспечивалась и проверялась герметичность
соединений воздухоочистителя. В эксплуатации же герметичность
воздухоочистителя необходимо проверять только в случае полной разборки
двигателя, т. е. не ранее чем через 1000 моточасов или в случае аварии
трактора, когда воздухоочиститель снимают с двигателя и
возможна проверка его на герметичность с помощью керосина или
воды.
Воздухоочиститель СМД17-12с2, показанный на фиг. 10, испыты-
вался на опытном тягаче ХТЗ Т-90 и самоходном комбайне GK-4
с измельчителем.
Эксплуатационные испытания показали, что основным дефектом
данного воздухоочистителя является наличие разъема в полости
очищенного воздуха.
Циклонный воздухоочиститель СМД22-12с2, показанный на
фиг. 12, испытывался в эксплуатации на тракторе ХТЗ Т-4.
Воздухоочиститель был установлен сверху капота по левую сторону от
водителя и крепился специальным кронштейном к головке двигателя.
Испытания воздухоочистителя СМД22-12с2 показали, что
надежное закрепление воздухоочистителя, при установке его над капотом,
связано с большими затруднениями.
Несмотря на прочный кронштейн, на котором крепится
воздухоочиститель СМД22-12с2, в эксплуатации были случаи
поломки его.
72

Воздухоочиститель при установке его над капотом находится под
постоянным наблюдением тракториста и имеет легкий доступ к местам
соединений, но опыт показал, что даже в этом случае неизбежен
подсос неочищенного воздуха в месте уплотнения верхней крышки
воздухоочистителя. !
При снятии капота трактора необходимо снимать весь
воздухоочиститель и нарушать шланговое соединение выпускного
трубопровода двигателя с патрубком воздухоочистителя. Возможны случаи,
когда при установке шланг подворачивается и в двигатель поступает
неочищенный воздух.
Такой недостаток также наблюдался при эксплуатации серийного
воздухоочистителя тракторов ДТ-54 и Т-75.
Летом в 1961 г. в Харьковской области на тракторе Т-74 испытан
вался циклонный воздухоочиститель СМД14-12с2 (см. фиг. 13),.,
воздухоочиститель, показанный на фиг. 19, и масляный
воздухоочиститель (см. фиг. 1)
Испытания происходили по следующей программе.
На поле работало одновременно два трактора: на одном после
испытываемого воздухоочистителя был установлен абсолютный
фильтр из фланели, арт. 5С9, на другом, который работал все время
с воздухоочистителем 14-12с2, был установлен абсолютный фильтр
после воздухозаборника, т. е. перед воздухоочистителем.
Таким образом, запыленность воздуха, поступающего в
воздухоочиститель, определяли всегда одним и тем же способом.
Двигатели работали на регуляторе с номинальным числом
оборотов 1700 в минуту. Предварительно на стенде в лаборатории было
измерено количество воздуха, засасываемого воздухоочистителем
14-12с2 при установке абсолютного фильтра после воздухозаборника.
Расход воздуха измеряли при Ne = 75 л. с. и п = 1700 об/мин, т. е.
на режиме работы двигателя на тракторе.
Тракторы при испытании работали одновременно в течение 2 ч.
Перед испытанием взвешивали абсолютные фильтры, установленные
до и после воздухоочистителя. По разности веса абсолютных
фильтров и расходу воздуха в течение 2 ч определяли запыленность
воздуха, поступающего в воздухоочиститель и в двигатель, а затем
подсчитывали коэффициент очистки воздухоочистителя.
На основании данных, приведенных в табл. 14—16, можно сделать,
следующие выводы:
воздухоочиститель, показанный на фиг. 19, и циклонный воздухо-'
очиститель имеют за пять опытов средний коэффициент очистки,
равный 98,8%.
Средний коэффициент очистки масляного воздухоочистителя'
за четыре опыта, не считая первого, равен 96,5%. Следовательно,
воздухоочиститель, показанный на фиг. 19, и циклонный воздухо-'
очиститель пропускают в двигатель пыль в 3 раза меньше, чем
масляный.
При бороновании запыленность воздуха в месте расположения,
воздухозаборника на тракторе Т-74 больше, чем при пахоте. ;
7$

Таблица 14
Результаты испытаний воздухоочистителя 14-12С2
Температура воздуха,
направление и сила ветра
* = 30° С,
ветер слабый, по ходу
трактора . .
t = 30° С,
ветер умеренный, по ходу
трактора
t = 28° С,
• ветер слабый, по ходу
трактора
t = 28° С,
ветер слабый, боковой . . .
/ = 25° С,
ветер слабый, боковой .
Вид работы
и состояние почвы
Боронование,
почва сухая
То же
»
»
Пахота,
почва сухая
То же
Запыленность
воздуха
до гозду-
хоочистеля
0,0358
0,2330
0,0770
0,0181
0,0254
в г/м*
после i оз-
духоочи-
стителя
0,00049
0,00150
0,00113
0,00029
0,00019

Коэффициент
очистки

воздухоочистителя
в %
98,60
99,25
98,50
98,30
99,20
При небольшом увеличении силы ветра, направленного по ходу
трактора, увеличивается запыленность воздуха около
воздухозаборника.
Таблица 15
Результаты испытаний масляного воздухоочистителя трактора ДТ-54А
Температура воздуха,
направление и сила ветра
Вид работы
и состояние почвы
Запыленность
воздуха в г/л*3
до

хоочистителя
после воз-
духоочи-
Коэффи-
циент
очистки
гоздухо-
очистителя
в %
/ = 26° С,
ветер слабый, по ходу
трактора
/ = 26° С,
ветер умеренный, по ходу
трактора
t = 28° С,
ветер умеренный, по ходу
трактора
t = 28° С,
ветер слабый, по ходу
трактора
/ = 26° С,
ветер умеренный, по ходу
трактора
Пахота,
почва сухая
То же
0,00455
0,04100
0,03280
0,00772
0,04270
0,00033
0,00136
0,00082
0,00031
0, 00170
92,7
96,6
97,2
96,2
96,0
74

Результаты испытаний воздухоочистителя,
Таблица 16
показанного на фиг. 19
Температура воздуха,
направление и сила ветра
t = 25° С,
ветер слабый, по ходу
трактора
t = 22° С,
ветер умеренный, по ходу
трактора
t = 25° С,
ветер умеренный, боковой
t= 21° С,
ветер слабый, по ходу
трактора ....
/ = 28° С,
ветер слабый, боковой . .
Вид работы
и состояние почвы
Боронование,
почва сухая
Пахота,
почва сухая
То же
»
*
Запыленность
воздуха
до 1озду-
хоочисти-
теля
0,0372
0,0428
0,0154
0,0349
0,0280
в г/ж3
после воз -
духоочи-
стителя
0,000429
0,000468
0,000195
0,000390
0,000214
Коэрфи-
циент
очистки
воздухо-
очистител5
в %
98,60
98,80
98,70
98,85 ;
99,20
Основные неисправности циклонных воздухоочистителей
Основными неисправностями, обнаруженными при эксплуатации
циклонных воздухоочистителей, являются следующие:
1. Образование налета грязи на входах в циклоны и на конусах.
Эго возможно в том случае, когда трактор начинает работать при
большой запыленности воздуха, поступающего в двигатель, а при
техническом уходе кассеты были обильно смочены маслом и в таком
виде поставлены в воздухоочиститель (стекающее с них масло может
попасть на внутренние поверхности циклонов); кроме того, после
дождя или утренней росы стенки циклонов покрываются влагой.
Образование слоя грязи на входах в циклоны и на конусах приводит
к резкому понижению коэффициента очистки циклонов.
2. Подсос неочищенного воздуха по шлангу, соединяющему
патрубок воздухоочистителя с впускным трубопроводом двигателя
из-за неправильного монтажа его или образования трещин и изломов
от старения резины патрубка.
3. Подсос воздуха через уплотнение в основном разъеме
воздухоочистителя.
4. Перетирание соединительных шлангов о концы трубки эжектора
и трубки о капот и другие детали двигателя и машины. Образование
трещин в шлангах и трубке эжектора уменьшает расход эжектируе-
мого воздуха из циклонов и эффективность их работы.
5. Высыхание масла на кассетах воздухоочистителя при работе
трактора в летнюю жаркую погоду.
Для предотвращения преждевременного износа гильзопоршневой
группы двигателя необходимо строго соблюдать инструкцию по уходу
за воздухоочистителем.
75

Уход за воздухоочистителем
Уход за воздухоочистителем заключается в следующем:
1. Ежесменно проверять затяжку гаек барашков (от руки)
хомутов и гайки трубки эжектора (ключом) для обеспечения герметичности
основного разъема и соединений эжекционной трубки
воздухоочистителя.
2. Периодически, по мере загрязнения, очищать сетку
воздухозаборника. Работа с загрязненной сеткой не допускается.
3. Через каждые 40 ч работы двигателя необходимо:
а) снять трубу воздухозаборника;
б) отсоединить трубку эжектора, для чего отвернуть накидную
гайку и отодвинуть ее;
в) отвернуть гайки-барашки и снять воздухоочиститель;
г) протереть верхний поддон и циклоны сухой тряпкой или
жесткой щеткой;
д) вынуть кассеты, промыть их в дизельном топливе, просушить,
окунуть в дизельное масло, затем кассеты сильно встряхнуть или
слегка постучать торцом ободка до прекращения капания масла
с кассет, после чего поставить их на 6—8 мин на планки над ведром
для стекания лишнего масла;
е) собрать воздухоочиститель и установить на двигатель или
машину;
4. Через каждые 180—200 ч работы воздухоочиститель
необходимо полностью разобрать, кассеты промыть и смочить согласно
пункту 3, д. Воздухоочиститель тщательно протереть сухой тряпкой
или жесткой щеткой, особенно внутреннюю часть циклонов.
Проверить, не засорена ли трубка эжектора. При необходимости очистить
ее и продуть сжатым воздухом.
В том случае, если внутренняя поверхность циклонов и входы
в них покрыты налетом масла с пылью, циклоны необходимо промыть
в бензине или дизельном топливе, подогретом до температуры 30—
60° С, и просушить. Воздухоочиститель можно просушивать при
работе прогретого двигателя в течение 20—30 мин, если запыленность
воздуха незначительна.
Система эжекционного отсоса пыли из воздухоочистителя не
допускает введения дополнительных сопротивлений на выходе
эжектора в виде различных выпускных систем. Поэтому в закрытом
помещении двигатель должен работать или со свободным выпуском
в атмосферу, или в выпускную систему с зонтом.
При работе трактора на песчаных или лессовых почвах при
повышенной запыленности воздуха уход за воздухоочистителем
необходимо производить по пункту 3 через каждые 25—30 ч работы,
а при особо повышенной запыленности — ежесменно, при этом
кассеты воздухоочистителя необходимо смачивать в дизельном
масле, с добавкой 10—15% (по объему) солидола Ус-2.

ЭЖЕКТОРЫ, ИСКРОГАСИТЕЛИ И ГЛУШИТЕЛИ
ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАКТОРОВ И КОМБАЙНОВ
ЭЖЕКТОР ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ПЫЛИ
ИЗ БУНКЕРА ЦИКЛОННОГО ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЯ
Условия работы и требования, предъявляемые к эжектору
Создание малогабаритного высокоэффективного циклонного
воздухоочистителя с автоматическим выбрасыванием пыли для
тракторных и комбайновых двигателей требует наличия надежного эжек-
ционного устройства, которое удаляло бы пыль из бункера
циклонного воздухоочистителя. Установка эжектора облегчает уход за
воздухоочистителем и увеличивает коэффициент очистки Еоздуха
от пыли.
Для обеспечения пожарной безопасности при работе трактора
или комбайна необходим такой эжектор, который мог бы работать
совместно с искрогасителем. Чтобы снизить шумность работы
двигателя до 90—95 д. б., конструкция эжектора должна обеспечивать
возможность работы его с искрогасителем и глушителем.
В связи с этим к эжектору и искрогасителю тракторных и
комбайновых двигателей предъявляется ряд требований.
Эжектор должен:
1) обеспечивать надежную очистку от пыли бункера
воздухоочистителя на всех режимах работы двигателя;
2) иметь малые габариты, быть простым по конструкции и
удобным в обслуживании;
3) оказывать незначительное сопротивление на выпуске
двигателя и не снижать его эффективных показателей;
4) обеспечивать надежную работу воздухоочистителя при
совместной работе с искрогасителем, а также не ухудшать работу
искрогасителя;
5) обеспечивать надежную работу совместно с искрогасителем
и глушителем;
Искрогаситель должен:
1) полностью гасить все искры. Из выпускной трубы двигателя
не должно быть искрения.
77

2) оказывать незначительное сопротивление на выпуске
двигателя и не снижать его эффективных показателей (уменьшение
мощности должно быть не более 1,5 л. с, при работе на номинальном
режиме Ne = 75-И00 л. с);
3) иметь незначительный вес и габариты;
4) быть удобным в обслуживании, легко очищаться,
монтироваться и демонтироваться на двигателе.
Выполнение перечисленных выше требований представляет
значительные трудности при создании конструкции эжектора и
искрогасителя для унифицированных двигателей тракторов и комбайнов.
Выбор схемы и оценка конструкции эжекторов для автоматического
удаления пыли из бункера циклонного воздухоочистителя
Эжекторы можно разделить на две группы: эжекторы с
внутренним газовым соплом, которые имеют коэффициент эжекции меньше
единицы, и эжекторы с наружным газовым соплом, у которых
коэффициент эжекции больше единицы.
Эжекторы с внутренним газовым соплом обеспечивают
значительные расходы эжектируемого потока и делятся на эжекторы
первого и второго рода.
У эжектора первого рода, как известно, входное сечение сопла
совпадает с начальным сечением горловины и полное смешение потока
происходит в последнем.
У эжектора второго рода сопло расположено в камере всасывания
большого объема и смешение потока происходит в камере смешения.
Для полного использования статического давления в эжекторах
применяют диффузоры. Камеры смешения выполняются как
цилиндрической, так и конической формы. Однако применение
цилиндрической камеры смешения с дальнейшей установкой диффузора
значительно увеличивает габариты эжектора.
В эжекторе происходят газодинамические явления, которые
заключаются в следующем.
При истечении высоконапорной струи (фиг. 40) из сопла 1 во
входном сечении камеры смешения устанавливается давление р^, которое
всегда ниже полного давления газа рпог Под действием разности
давлений низконапорный газ вытекает через сопло 2 в камеру
смешения 3. В камеру смешения эжектирующий и эжектируемый газы
входят в виде двух потоков, различных по химическому составу,
скорости, температуре и полному давлению. На первом участке
камеры смешения эжектируемый поток представляет собой
турбулентную струю в эжектирующем потоке. Далее потоки внедряются
один в другой за счет поперечных пульсационных давлений и
образуют уширяющуюся зону смешения.
На последнем участке камеры происходит выравнивание полей
скоростей, температур и т. д.
Скоростной напор преобразуется в статическое давление в
диффузоре 4.
78

При работе эжектора на двигателе внутреннего сгорания эжекти-
рующаяся струя газа входит в эжектор в виде пульсирующего
турбулентного потока, в то время как эжектируемый поток также
представляет собой пульсирующую турбулентную струю. В зависимости
от числа цилиндров двигателя, числа оборотов, тактности и
конструктивного выполнения выпускной и впускной систем пики пуль-
Фиг. 40. Схема работы эжектора.
саций могут располагаться в эжектируемой и эжектирующеи струях
в различных фазах.
Работа двигателя в широком диапазоне чисел оборотов и
нагрузок меняет энергию эжектируемого потока выпускных газов, что
сказывается на работе эжектора. Для надежной работы эжектора
на двигателе и
осуществления автоматического
выбрасывания пыли из
бункера воздухоочистителя
необходимо, чтобы
статическое разрежение в сопле
эжектора всегда
значительно превосходило
разрежение в бункере
воздухоочистителя с учетом
потерь в отсосной трубке.
Эжектор должен
находиться на выпускной трубе
двигателя, иметь
минимальные размеры и не
выходить за контуры
машины, на которую устанавливается двигатель, как при
самостоятельной работе, так и при работе с искрогасителем.
Эжекторы применяются для охлаждения радиатора у двигателей
с водяйым охлаждением (фиг. 41), для охлаждения оребренных
цилиндров и головок у двигателей с воздушным охлаждением
(фиг. 42), для очистки бункера воздухоочистителя, а также для
инерционного наддува двигателей.
Вопросом создания надежной конструкции эжектора для
автоматического удаления пыли занимались и раньше.
79
Фиг. 41. Схема эжекционного устройства для
охлаждения двигателя с водяным охлаждением:
/ _ радиатор; 2 — двигатель; 3 — выпускные
патрубки; 4 — эжекторы; 5 — дифлекторы.

Go
О
Фиг. 42. Эжекционное устройство для охлаждения двигателя с воздушным охлаждением:
/ — пульсирующий эжектор; 2 — выпускной патрубок.

На фиг. 43 изображен один из вариантов эжекционного устройства
для воздухоочистителя трактора ДТ-54. Вместо стеклянного пыле-
сборника, устанавливавшегося на серийном воздухоочистителе,
в данном случае имеется конический раструб 5, к которому с помощью
резинового шланга 4 и двух хомутов 3 присоединена эжекционная
трубка 2. Конец этой трубки выходит в диффузор У, расположенный
в выпускной трубе двигателя.
Пыль, отделяемая сухим очистителем, отсасывается эжектором
и уносится вместе с выпускными газами наружу.
Фиг. 43. Эжекционное устройство для
воздухоочистителя трактора ДТ-54.
Рассматривая приведенную выше схему, следует отметить, что
эжектор не имеет ни камеры смешения, ни аэродинамического
диффузора, поэтому смешение потоков происходит не симметрично,
а под углом 90°, и эжектор работает с очень низким к. п. д.
Ниже приведены экспериментальные данные по рассматриваемому
эжектору (диаметр выпускной трубы 80 мм, номинальная мощность
двигателя 54 л. с):
Диаметр диффузора, установленного в
выпускной трубе, в мм .55 50
Максимальная мощность двигателя в л. с. 55,7 55,7
Коэффициент очистки сухого очистителя
с эжектором в % 30 77,4
40
53,9
На основании имеющихся данных по эжекторам не
представлялось возможным сразу решить вопрос о выборе эжектора для
эффективной работы на двигателе со сравнительно малым расходом газа
(0,178 м3/сек). Поэтому испытаниям были подвергнуты эжекторы
различных конструкций на серийных двигателях СМД-7 и СМД-14,
а также на двигателях с турбонаддувом.
Кихтенко, Хлебников 1186
81

На фиг. 44 изображена схема для проведения измерения давлений
при испытании эжектора и воздухоочистителя на двигателе.
Результаты испытаний различных типов эжекторов, проведенных на такой
установке, приведены в табл. 17.
Фиг. 44. Схема установки для испытания эжектора на двигателе:
/ — эжектор; 2 — соединительная труба; 3 — выпускной трубопровод; 4 — гаситель
колебаний; 5 — циклонный воздухоочиститель с металлическим кожухом; 6 — двигатель СМД;
7 — ресивер; 8 — расходомерная шайба; 9 — расходомерная труба; 10 — водяные манометры;
// — вытяжной зонт.
Точки измерения (в мм рт. ст.): р\ — у воздухоочистителя при отсосе; р2 — разрежение
в бункере (труба 2 отсоединена); р3 — на выпуске (противодавление); р., — на эжекторе
(при отсосе); ръ — сопротивление воздухоочистителя; Ар — перепад на шайбе.
Результаты испытаний эжектора с наружным соплом
Таблица 17
ч
аа
о
со
С
Без искрогасителя
33
34
38
40
1500
1500
1500
1500
50
50,5
51,5
52,5
470
475
480
475
15
15
15
15
756
756
756
756
760
560
420
130
185
190
190
190
335
310
305
220
840
570
450
160
С искрогасителем вихревого типа
38
40
1500
1500
49,7
50
485
485
15
15
756
756
130
135
185
135
810
785
205
175
325
325
320
320
320
325
82

Пригодность эжектора определялась по перепаду статических
давлений р4 и Pi- Давление р4 должно превышать давление ри
в противном случае эжектор не обеспечивает нормального отсоса
пыли из бункера воздухоочистителя.
На фиг. 45, аи б изображена схема эжектора с наружным газовым
соплом с искрогасителем и без него. Эжектор устанавливался
в выпускной трубе по ходу газа в сужающемся сопле. При испытании
применялись сопла различной конфигурации (в табл. 17 различные
сопла обозначены номерами 1—4).
Как показали результаты испытаний, данная схема и тип эжектора
не могут быть применены для отсоса пыли из воздухоочистителя,
Фиг. 45. Эжектор с наружным газовым соплом:
а — без искрогасителя; б — с искрогасителем; / — сопло; 2 — дни га гель
так как эжектор существенно влияет на мощность двигателя, а
высокоэффективный искрогаситель нарушает работу эжектора, и
выпускные газы подсасываются в воздухоочиститель.
Для устранения влияния искрогасителя на работу эжектора был
применен эжектор с внутренним газовым соплом, устанавливаемый
по ходу газа после искрогасителя (фиг. 46). При испытании этого
эжектора были получены несколько лучшие результаты, чем при
испытании эжектора с наружным соплом, что видно из табл. 18.
Рассматривая результаты испытаний видим, что с установкой
сопла, регулирующего скорость и расход газа на выпуске,
значительно повышается противодавление на выпуске, вследствие чего
снижается мощность двигателя и ухудшается работа эжектора.
С применением эжектора такого типа и такой схемы его
установки, хотя и устраняется сопротивлени после эжектора, но он
оказывается неработоспособным, так как создается значительное
сопротивление на выпуске и не обеспечивается требуемый
коэффициент эжекции.

Для устранения этих отрицательных явлений в работе эжектора
были испытаны эжекторы с наружными газовыми соплами, которые
имели сужающуюся часть различных диаметров и цилиндрическую
камеру смешения различной длины, с применением диффузора
по ходу газа и без него. Эжектор устанавливался после
искрогасителя (фиг. 47).
В результате проведенных испытаний было отмечено значительное
улучшение работы эжектора, который уже мог обеспечить нормаль-
Фиг. 46. Эжектор с внутренним газовым соплом,
установленный после искрогасителя:
/ — сопло; 2 — сопло выпускной трубы двигатели;
3 — двигатель.
иый отсос пыли из бункера воздухоочистителя почти без затраты
мощности двигателя, что видно из табл. 19.
Рассматриваемый эжектор хорошо работал с искрогасителем,
но имел большую длину (250 мм), что нежелательно. Поэтому
цилиндрическая камера смешения была убрана и для смешения оставлена
часть диффузора (фиг. 48).
Таблица 18
Результаты испытаний эжектора с внутренним соплом
то
Ч
С
о
о
'К
1
2
3
4*
К
ё
39
40
• 42
в об]мин
с
1500
1500
1500
1500
* При работе с
и
•<
54,1
54,1
54
56,2
ТО Л
О- Ьй
О) О
С >.
^ с
Н m
500
500
500
480
искрогасителем
||
ho°
16
16
16
16
а •
vo I-.
сх о.
765
765
765
765
г"
сх оа
260
270
255
и той же регулировке
C1.CQ
200
200
200
"
Is
".<
со О
схе
880
810
850
500
двигателя.
4 В ММ
од. ст.
220
205
205
315
315
315
«84

Фиг. 47. Эжектор с наружным газовым соплом:
а _ с искрогасителем; б — без искрогасителя; / — двигатель; 2 — сопло
Фиг. 48. Эжектор с наружным газовым соплом с конической
камерой смешения и диффузором:
а — с искрогасителем; б — без искрогасителя.
85

Таблица 19
Си
жто
О)
Z
1
2
3
4
5
1
2
3
*
Результаты испытаний эжектора
Размеры
(фиг.
250
250
250
250
См i
ii ) В ММ
40
43
45
57
*
7
7
7
0
чжрктопя 2
См.
выше
»
»
о
03
1500
1500
1500
1640 !:
500*
1500
1640*
450
1700
1820
550*
1500
1500
1500
1640*
500*
о
яО
н
а) а
с >>
s с
Ь из
2.8»
III
О) « а
Н о о
с наружным соплом
vo н
с», а
Без искрогасителя
56
56
56
56
65
С
54
54
54
На холостом ходу двигателя.
480
480
480
300
180
480
300
180
500
310
195
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
765
765
765
765
765
765
765
765
765
765
765
искрогасителем
480
480
485
240
185
15
15
25
25
25
765
765
765
765
765
Q. аз
240
245
270
205
27
220
195
75
242
240
29
176
297
170
160
9
££
200
200
200
200
26
200
200
39
200
200
25
186
190
200
200
5
£§
500
500
400
240
27
370
200
18
510
320
27
470
800
620
410
34
м^
■* о
О. щ
280
275
305
210
50
230
190
15
290
235
28
480
480
175
170
13
^ о
ш*
СХ CQ
320
325
330
370
50
345
395
40
370
440
70
315
320
320
310
27
При испытании такого эжектора оказалось, что роль камеры
смешения может выполнять диффузор, который одновременно служит
для выравнивания потока и превращения динамического напора
в статический. Данный эжектор показал хорошие результаты при
работе с искрогасителем и без него на всех режимах двигателя,
мощность которого практически не уменьшалась из-за наличия
эжектора (табл. 20).
Испытания этого эжектора были проведены на различных
двигателях с различными расходами газа: на двигателе СМД-7 мощностью
65 л. с. при расходе газа Q = 0,154 мг/сек, на двигателе СМД-14
86

мощностью 75 л. с. при расходе газа Q = 0,178 м3/сек, на двигателе
СМД-24 мощностью 100 л. с. при расходе газа Q = 0,27 м*/сек и на
двигателе СМД-17 мощностью 85—90 л. с. с турбонаддувом. Эжектор
обеспечивал выбрасывание пыли из бункера циклонных
воздухоочистителей различных конструкций на всех режимах работы
двигателей. Однако при работе двигателей с минимальным числом
оборотов холостого хода разрежение в отсосной трубке составляло всего
лишь 2—4 мм вод. ст. Для увеличения разрежения и улучшения
коэффициента эжекции перед соплом эжектора по ходу газа была
установлена крыльчатка (фиг. 49), которая превращала прямоли-
Фиг. 49. Эжектор с вихревой крыльчаткой.
нейный поток выпускного газа в вихревой, который увлекал за собой
эжектируемый поток. При этом повысился коэффициент эжекции
и стало возможным уменьшить длину камеры смешения.
Результаты сравнительных испытаний эжектора с крыльчаткой
и эжектора без крыльчатки приведены в табл. 21.
Таблица 20
Результаты испытаний эжектора с искрогасителем
03
эжектс
г:
1
2
3
Размеры
(фиг. 48)
в мм
L
180
180
230
* На
dt
40
45
45
а:
о
с
1500
1600*
525*
1500
1600*
525*
1500
1600*
525*
в л. с
со
54
54
54
холостом ходу двигателя
£*> со
терат
туска
480
265
165
480
260
165
480
260
165
03 *Я
g*o
£2°м
0.3 m
§*§
Н о а
25
25
25
25
25
25
25
25
15
н
о. а
765
765
765
765
765
765
765
765
765
165
195
22
165
185
'-. <)
167
185
32
£%
140
130
14
148
140
16
150
140
16
780
370
20
600
340
23
600
340
23
3d
540
300
35
510
350
40
525
365
42
275
340
60
275
330
58
275
330
58
87

Результаты испытаний эжектора с крыльчаткой и без нее
Таблица 21
п в об/мин

Температура
выпускных
газов в °С

Температура
окружающей
среды в °С
Рбар в мм
рт. ст.
Ар
в мм
вод.
ст.
в мм
вод.
ст.

Температура на
входе в °С
Q в мг/сек
С вихревой крыльчаткой
1600
1290
1725 s
550 s
1600
1290
1795'
550 s
65
63,5
520
550
240
125
25
25
25
25
765
765
765
765
56
57
41
5
460
500
280
34
35
35
35
35
Без вихревой крыльчатки
65
63,5
520
550
240
179
25
25
25
25
765
765
765
765
48
48
30
3
460
460
275
30
35
35
35
35
0,0128
0,01245
0,01054
0,002859
0,0114
0,0114
0,009
0,0028
* На холостом ходу двигателя.
В результате проведенных на двигателях испытаний различных
конструкций эжекторов была выбрана конструкция эжектора,
обеспечивающая надежную работу циклонного воздухоочистителя.
Создание в эжекторе вихревого потока улучшило его работу.
Краткий обзор теории расчета эжекторов
Вопросы, возникающие в связи с явлением эжекции,
рассматриваются главным образом применительно к эжекторам, работающим
со значительным расходом газов или жидкости.
Расчет эжектора в основном сводится к определению основных
размеров элементов эжектора, при которых обеспечиваются наиболее
высокие статический, полный и эффективный к. п. д. эжектора.
Основными уравнениями для расчета эжектора, работающего
с безвихревым стационарным потоком, являются следующие.
Уравнение количества движения, характеризующее движение
разнородных потоков и смеси,
где
88
G3 — секундный расход смеси;
Gx — секундный расход одного потока газа;
G2 — секундный расход другого потока газа;
WCM — скорость смеси;
w1 и w2 — соответственно скорости двух потоков газа.

Уравнение импульса, т. е. сумма секундного количества
движения и силы давления в данном поперечном сечении струй,
w
■f-л-f (» + £).
где w — скорость импульса;
G — секундный расход газа;
р — давление в сечении;
Fx — поперечное сечение трубы;
q — плотность газа.
Уравнение сохранения энергии
GiicpJi + A^- +GJc,tT% + A-£ =G,
где cPl, Ср2У сРз — теплоемкости соответственно эжектирующего
и эжектируемого газов и смеси;
7\, Т2 и Т9 — соответственно температуры эжектирующего
и эжектируемого газов и смеси;
wl9 w2 и w3 — скорости эжектирующего, эжектируемого газов
и смеси;
А — термический эквивалент работы.
Предложенные Черкесом формулы учитывают температуру
и давление торможения и изменение параметров газов для различных
скоростей, включая и сверхзвуковые [1 ]. Первое уравнение эжекции
получено им на основании уравнения количества движения
(к,
-™) . (42)
где п =-т^- — коэффициент эжекции;
Т
отношение температур
мого и эжектирующего газов;
Т
6 = -77^- — отношение температур торможения эжектируе-
1 01
9
wi
коэффициент скорости соответственно для эжекти-
рующей и эжектируемой сред и смеси;
W-l — скорость эжектируемого газа;
w2 — скорость эжектирующего газа.
Второе основное уравнение для расчета эжектора получено
из условия, что камера смешения имеет цилиндрическую форму:
V(n-\- 1) (1 -f лб) //1ОЧ
Р02
89

где роз — давление торможения смеси;
Poi — давление торможения эжектирующей среды;
р02 — давление эжектируемой среды;
J
~k—\
k — показатель адиабаты.
Эти уравнения дают возможность определить основные размеры
эжектора.
Инж. Г. А. Ароне дает расчет сечений эжектора с учетом расходов
и скоростей, изменяющихся в зависимости от температур и давления
(считая, что истечение — процесс адиабатический) [2].
Расчет проводится в предположении, что давление в камере
смешения, в сечении сопел и в эжектируемом потоке перед
аппаратом одинаковое:
k -1J, (44)
где r\d — к. п. д. преобразования кинетической энергии в
потенциальную: r\d ^ 0,8^-0,75.
Индексы пит обозначают соответствующие сечения.
Скоростью wm обычно задаются.
Определив скорости движения потока в различных сечениях
и зная расход газов, подсчитывают необходимые сечения,
удовлетворяющие коэффициенту эжекции.
Методика расчета, изложенная в работах К. К- Баулина,
основана на уравнении Цейнера (баланса энергий)
Левая часть уравнения представляет собой разность энергий
потока на входе в эжектор и на выходе.
В правой части первый член соответствует работе перемещения
полного количества газа (G1 + G2) при давление hx\
второй член — потере скоростной энергии эжектирующего потока
по Бордо-Карно; третий член — энергии, затраченной на сообщение
скорости подсасываемому (газу) воздуху.
Расчет сводится к определению сечений сопел для высоконапорной
и низконапорной струй и т. д.
Для рассматриваемого случая наиболее приемлемым является
определение диаметра сопла эжектора методом, основанным на
расходах и скоростях газов с учетом температур и давлений [2].
Расчет диффузора производится по формулам Эйфеля [6]. При
расчете эжекционной системы, работающей на двигателе, необходимо
рассчитать отсосный тракт с учетом разрежения в бункере воздухо-
90

очистителя и влияния вихревого потока. По приведенным выше
формулам расчет системы эжекционного отсоса пыли из
воздухоочистителя, работающего на двигателе, произвести нельзя.
Следовательно, желательно иметь такую формулу, которая
учитывала бы все явления, происходящие в вихревом эжекторе,
отсосной трубке и бункере воздухоочистителя, чтобы, определив основные
параметры, можно было спроектировать эжектор и отсосный тракт,
обеспечивающие надежную работу циклонного воздухоочистителя
на двигателе.
Теоретические основы расчета вихревого эжектора
с наружным газовым соплом
Газ, выходящий из выпускного трубопровода двигателя, в
крыльчатке (фиг. 50) приобретает вращательное движение,
сохраняющееся при прохождении через сопло, камеру смещения и диффузор
эжектора. На всем пути газ, кроме осевой
скорости wa, имеет еще и тангенциальную
скорость wu.
Если поток движется поступательно как
одно целое и одновременно вращается вокруг
мгновенной оси, направление которой
совпадает с направлением вихря скорости, то
такое движение называется винтовым или
вихревым движением потока. Вихревой поток
в механике принято характеризовать
вихревыми линиями или вихревыми трубками.
Вихрь скорости, так же как и угловая
скорость квазиатвердой составляющей
движения элементарного объема рабочего тела,
не поддается непосредственному измерению
приборами. Поэтому обычно для оценки
интенсивности вихря пользуются понятием
циркуляции скорости. По теореме Стокса
интенсивность вихревой трубки равна
циркуляции скорости по замкнутому контуру,
расположенному на поверхности трубки и один
раз ее опоясывающему. Если контур С
замкнут, т. е. имеет ограничивающую замкнутую поверхность,
то циркуляция вектора а определится интегралом по замкнутому
контуру
Фиг.
50. Крыльчатка
эжектора.
Гс (а) = § (ах
aydy
azd2) = §cadr.
Для определения количественной и качественной оценки
турбулентной вихревой струи пользуются формулами, предложенными
Рейнольдсом, которые представляют собой систему
дифференциальных уравнений осредненного движения рабочего тела 19].
9]

Определение качественной и количественной стороны вихря
турбулентного пульсирующего потока с помощью этих уравнений
представляет значительные трудности, так как, кроме знания величин
всех компонентов скорости, т. е. осевой, радиальной и
тангенциальной, необходимо также знать их отклонения от осредненных значений
и закон распространения пульсаций. Поэтому в дальнейшем будем
ограничиваться определением осредненной тангенциальной
составляющей скорости и введением ее в уравнение, характеризующее
эжекцию.
Из теории эжекторов известно, что в начальном участке камеры
смешения движение газов можно уподобить турбулентной струе
в спутном потоке. Ввиду наличия поперечных пульсационных
компонентов скорости потоки внедряются один в другой и образуют
постепенно уширяющуюся зону смешения — пограничный слой
струи. Вследствие беспрерывного захватывания частиц эжектируе-
мого потока высоконапорной струей и увлечения их в зону смешения
поддерживается разрежение на входе в камеру, т. е. перед соплом
эжектирующего газа. Количество эжектирующего газа, которое
может заполнить область разрежения с наименьшими потерями
и наименьшей затратой энергии высоконапорного газа,
характеризует в основном правильность выбранных параметров эжектора
и пригодность его для работы на двигателе.
Так как эжектируемый газ (воздух) увлекается эжектирующим
газом, то можно допустить, что характер изменения скоростей
и давлений в сечении сопел для воздушного и газового потоков
будет одинаковым.
В камере смешения происходит рабочий процесс эжектора,
сопровождаемый, кроме обычных потерь на трение о стенки, еще
потерями, связанными с самим существом процесса смешения,
аналогичным потерям при соударении неупругих тел.
Уравнения (42)—(44), связывающие основные параметры газов
и эжекторов, не учитывают наличия вихревого движения ни в одном
из потоков. Поэтому эти уравнения не могут полностью отразить
характер явлений, происходящих в потоке.
Действие на эжектирующую газовую струю составляющей
скорости wu, направленной касательно к поверхности эжектора и
заставляющей частицы газа двигаться к периферии, вызывает
возникновение центробежных сил инерции. Вследствие этого увеличиваются
поперечные компоненты и создается дополнительное разрежение
в камере смешения и перед отсосной трубкой по отношению к
разрежению, которое создается в результате увеличения средней скорости
за счет сужения сопла. Таким образом увеличивается количество
воздуха с пылью, которое может быть отсосано из бункера
воздухоочистителя.
Проанализируем явления, происходящие в эжекторе при наличии
вихревого движения, а также рассмотрим тангенциальную
составляющую wu скорости в сечении сопла эжектора (фиг. 51).
92

Предположим, что момент количества движения любой частицы
газа относительно оси эжектора сохраняет постоянное значение
по всей длине эжектора. Если пренебречь утечками газа и потерями
на истечение, то с достаточной точностью можно записать уравнение
Бернулли для предварительно завихренного потока
(45)
где zex — высота входа потока газа в эжектор;
zebh — высота выхода потока газа из эжектора;
Рвх — давление при входе в эжектор.
йг
Фиг. 51. Сечение сопла
эжектора:
порного сопла эжектора; г —
произвольно взятый радиус, на котором
расположена элементарная частица
высоконапорного газа; г— радиус
сопла эжектируемого воздуха
(радиус отсосной трубки эжектора).
В эжекторе гвх — гвых, так как вход и выход потока находятся
почти на одном уровне.
Полное давление в начальном участке камеры смешения
У + 2g "I -2J-
Рассмотрим распределение осевых и тангенциальных компонентов
скорости и давления.
Из уравнения — = Я — -—■ + -^ I видно, что при Rc -> О
скорость потока должна иметь бесконечно большое значение
(положительное), а давление бесконечно малое значение (отрицательное).
В действительности происходит следующее явление.
По мере приближения к оси скорость растет до границы отсосной
трубки, после чего скорость резко падает. Граница отсосной трубки
располагается в том месте, где достигается наибольшая осевая wa
скорость. Давление перед отсосной трубкой понижается до тех пор,
пока не станет ниже атмосферного. Чем больше в этой зоне создается
понижение давления, тем большее количество воздуха будет
отсосано из бункера воздухоочистителя.
93

Следовательно, статическое давление изменяется по сечениям
вдоль эжектора согласно уравнению Вернули с учетом и
тангенциальной составляющей скорости wu. Наличие последней способствует
увеличению разрежения в рассматриваемой зоне.
Как видно (см. фиг. 60), поступательная скорость в выходном
сечении сопла по сечению не уменьшается до входа в крыльчатку
и изменяется при движении после крыльчатки и через эжектор.
Так как тангенциальная составляющая скорости wu на оси
эжектора равна нулю, то приближенно можно считать, что газ
вращается как твердое тело по инерции (wu = cr) и изменение
скорости происходит преимущественно в соответствии с этой
зависимостью.
Закон постоянства циркуляции Г — 2nrwu = const у периферии
не наблюдается.
При наличии отсосной трубки тангенциальная составляющая
скорости в сечении отсосной трубки не фиксируется.
Обозначим через wu граничное значение скорости wu\ при
г = Rc, wu = cRc. Подставим значение с = —п^~ в уравнение
~"~~ Не
тогда
Дифференцируя последнее выражение, получим
Кольцевой элемент dr на радиусе г будет находиться в
равновесии, если разнос!ь давлений на его боковую поверхность dp будет
уравновешена центробежной силой:
dp ~ —dm,
где dm — масса кольцевого элемента, отнесенная к единице
поверхности;
(Следовательно,
dm = —dr.
йЛ-]?^;
подставим это выражение в формулу для dp, тогда
dD - _^ dm - Y W"m r2RcdWu - ^^
dp - r dm - g f ~ g Rc
0 u
94

Проинтегрировав, получим
g Re .) *c 2g' ^2 [Г —Re),
= У?с p = pm; при r = 0 p = pm = 0; p = pm
Следовательно,
p^JL-J^Lr2. (46)
Уравнение (46) характеризует закон изменения давления в
зависимости от тангенциальной составляющей скорости. Очевидно, что
параметры эжектора Rc и г, входящие в уравнение, дают возможность
определить необходимое разрежение в эжекторе перед отсосной
трубкой, если известна величина тангенциальной составляющей
скорости wu для сопел заданных диаметров, или тангенциальную
составляющую скорости на любом радиусе г, если известна величина wUm
на границе.
Разрежение, создаваемое в сопле эжектора, является следствием
действия не только тангенциальной составляющей скорости, но и
осевой, поэтому статическое давление (разрежение) при этих скоростях
можно записать, воспользовавшись уравнением Бериулли
ft - J} i a ' ит
у ' 2*
Заменив
WZ
~'г
и проведя преобразования, получим
Уравнение (47) позволяет определить разрежение, которое
образуется от тангенциальной составляющей скорости wu в зависимости
от размеров сопел эжектора. Наибольшее влияние скорости wu
наблюдалось при испытании эжектора совместно с искрогасителем,
так как крыльчатка искрогасителя обеспечивала наибольшее
раскручивание потока.
95

Повышенное разрежение перед отсосной трубкой особенно важно
при работе двигателя с минимальным числом оборотов холостого
хода, когда расход газа незначителен.
Если сопоставить величины разрежения в сечении сопел для
эжекторов с вихревым потоком и без него, то при одинаковом среднем
статическом давлении по сечению газового сопла у эжектора с вихре-
w\
вым потоком разрежение будет выше на величину -~- —^--г2.
8 R~
Разрежение (статическое давление) характеризует превращение
полного давления в скорость, а также возможность подсоса
большего количества эжектируемого воздуха, что видно из следующего.
Полная средняя скорость
Я
F
где Q — расход газа;
F — площадь живого сечения.
В случае отсутствия вихревого потока
tr — JlI ' .
2g У
При наличии вихревого потока
2g ^ 2g Y *
Средняя скорость вихревого потока w(P.eux больше средней
скорости wcp безвихревого потока, следовательно,
Qeun •■= Fwcpm вих >Q = Fwcr
Из этого уравнения видно, что расход воздуха через отсосную
трубку и общий расход смеси при наличии вихревого потока будет
больше.
Экспериментальное исследование влияния вихревого движения
газа в эжекторе было произведено при малых скоростях газа (около
100 м/сек) и незначительных его расходах. Если статическое давление
(см. фиг. 59 и 60) безвихревого потока перед соплом было
равно 400 мм вод. ст., то при наличии вихря оно повысилось
до 450 мм вод. ст.
При увеличении скоростей и создании более интенсивного вихря
потока можно значительно повысить разрежение в сопле эжектора.
Одним из важнейших показателей работы двигателя является
удельный расход топлива и развиваемая им мощность, поэтому
весьма желательно, чтобы эжектор не влиял отрицательно на расход
топлива при работе двигателя во всем диапазоне нагрузочной
характеристики. Опыты показали, что при выпускной трубе двигателя
диаметром 60 мм сопротивление ее без искрогасителя и эжектора
за выпускными клапанами составляет 30—40 мм вод. ст. и не влияет
96

на показатели работы двигателя. Установка эжектора, который
имеет сопло диаметром 45 мм, вызывает увеличение сопротивления
до 300 — 400 мм вод. ст. При таком сопротивлении удельный расход
топлива и мощность двигателя тоже практически остаются такими же,
как и при работе без эжектора. Установка искрогасителя при работе
двигателя без эжектора вызывает на номинальном режиме (Nе —
— 75 л. с.) повышение удельного расхода топлива на 2—3 г/л. с. ч.
и создает сопротивление 600—700 мм вод. ст. Если после
искрогасителя установлен эжектор, то сопротивление искрогасителя
снижается до 400—500 мм вод. ст. и удельный расход топлива также
уменьшается на 1,5—2 г/л. с. ч.
Уменьшение диаметра сопла эжектора до 40—35 мм
неблагоприятно сказывается на работе двигателя. Поэтому диаметр сопла для
двигателя СМД-14-должен быть не меньше 45 мм.
Опыты, произведенные на стендах и в полевых условиях на
двигателях СМД-14, СМД-17 (с турбонаддувом) и СМД-22 (шестици-
линдровый двигатель), показали, что для нормальной работы
эжектора необходимо, чтобы разрежение перед соплом отсосной трубки
превосходило в 1,5—2 раза сопротивление, которое она оказывает,
и разрежение в бункере воздухоочистителя.
Сопротивление отсосной трубки зависит от ее длины,
шероховатости и перегибов, а также от разрежения в бункере
воздухоочистителя и составляет 200—250 мм вод. ст.
Общее сопротивление отсосного тракта
K
У - V * el <mc L
потерь '- ^K~2F ~2Г У ~Г ** ** ~
где ^ X X—'--^у — сумма потерь по длине отсосной трубки,
зависящая от сил трения и характера движения
жидкости;
А, — коэффициент трения;
= 0,01+
/ — длина трубки;
скоростной напор в отсосной трубке;
е-- абсолютная шероховатость;
Re — число Рейнольдса;
^?«Y~ Y - сумма местных потерь от изгибов трубки;
1Н — коэффициент, характеризующий потери напора
из-за местных сопротивлений; для одного
колена £w = 0,1-^0,15; для трех колен |„
= 0,15-^0,3;
р5 — разрежение в бункере циклонного
воздухоочистителя (допускается не более 250 мм вод. ст.)
Кихтенко, Хлебников 1186 97

Таким образом,
или в развернутом виде
полн дин~~ \ ' ' ' Zjnomepu1
И JjL
(48)
Уравнение (48) является исходным при проектировании
вихревого эжектора для отсоса пыли из бункера воздухоочистителя
двигателей внутреннего сгорания.
Полный напор в сопле эжектора определяется на основании
учета всех потерь, возникающих в эжекторе до диффузора.
Динамический напор в сопле
о
11 ПО ЯН
Г* А сГ~. •
Потери напора в диффузоре определим по формуле Эйфеля
t __ £ | £ 1_ £
5 ътр Г Ърасш ~\ ъвых"»
в которой они выражаются в долях скоростного напора, отнесенного
к узкому сечению сопла диффузора.
Потери в диффузоре делятся на потери на трение
где сх — коэффициент трения; сх -- 0,002;
а — полный угол раствора диффузора;
п - -~-; F\ — площадь узкого сечения диффузора;
Fo — площадь широкого сечения диффузора;
потери на расширение
t - ' ( П—\ \2
Ърасш ' s Sltl (Х \ ^ J 5
потери на выходе
Потери скоростного напора в диффузоре
w2
Считаем, что статический напор на выходе из диффузора равен
нулю, т. е.
И =0
11 cm. вых w *
98

Полный напор на выходе из диффузора
~ ** д> вых i tiст.
поли, вых ~ ** д> вых i tiст. вых>
** полн. вых "д. вых'
Отношение полных напоров на выходе из диффузора и в его
узком сечении
2
Нполн. вых 1 & £ в_
д ~ Нполн. с ~ "~ ~~ *+ 1 ^о*"
где НП0ДНшвых — полный напор на выходе из диффузора;
Нполн. с — полный напор в узком сечении (сопле) диффузора;
td — коэффициент гидравлического сопротивления
диффузора;
при применении диффузоров с углом раствора а ^~
6-М0° коэффициент смягчения удара г|э колеблется
в пределах 0,15—0,2;
акр — критическая скорость газа.
Таким образом, уравнение для определения полного напора
в узком сечении диффузора будет иметь следующий вид:
it Нполы, вых
11полн. с 2
кр
где wc — скорость в сопле;
weblx — скорость на выходе из диффузора.
Определение Нпол. с не представляет затруднений, так как все
величины, входящие в данное уравнение, известны.
Основное уравнение для расчета эжектора, предназначенного
для отсоса пыли из бункера циклонного воздухоочистителя, можно
представить в следующем виде:
~кр
wl
99

В том случае, если при подстановке в данное уравнение числовых
значений входящих в него величин не будет соблюдаться равенство,
то следует изменить диаметр сопла или диаметр отсосной трубки.
Полученные уравнения позволяют дать оценку явлений,
происходящих в эжекторе с вихревым потоком, а также определить
основные размеры эжектора, при которых обеспечивается надежный
отсос пыли при работе двигателя на всех режимах.
Рассмотрим основные параметры, характеризующие работу
эжектора с вихревым потоком.
Для случая, когда газ выбрасывается в атмосферу, одним из
главных параметров является статический к. п. д. При этом не будет
использован весь скоростной напор на выходе, поэтому весьма
желательно превратить весь скоростной напор в статическое давление.
Если считать, что конец смешения эжектируемого и эжектирующего
потоков наступает при Нст — 0 и выравненных потоках, тогда
статический к. п. д.
G2 w*
Чет ~~ р. <># V " " '
^* 1 ^& Zj потерь
где 2 скоростной напор эжектирующеи струи, равный
с учетом тангенциальной составляющей скорости
wl w'i
^потерь — потери в отсосном тракте и бункере
воздухоочистителя.
Следовательно, статический к. п. д. эжектора с вихревым потоком
9 9
т, - Я*. 2^ 28
l\cm ~ п. у
Превращение скоростного напора в статическое давление
происходит в диффузоре. Оптимальный угол раствора диффузора
равен 7° [1].
Эффективный к. п. д. г\эф эжектора определяет практически
достигнутый максимум отдачи эжектора в случае присоединения
диффузора к смесительной трубе.
Для вихревого потока
готерь
2
и
В этом случае учитывается не весь скоростной напор, а только
часть его, которая восстанавливается в диффузоре (ф = 0,8) [5].
100

При применении конической камеры смешения она при наличии
вихревого потока работает так же, как и цилиндрическая, так как
поток стремится быть прижатым к поверхности эжектора и срывов
и обратных токов нет. Коэффициент эжекции п = -—-, который
характеризует работу эжектора при наличии вихревого движения
тоже выше, так как G2ceuicpeM > в2безвихря.
Длина смесительной трубы может быть определена по формуле [41
Й-/0.12Р -4т
/ - - . _L J_ l/_JL. n _l о 29
lonm ■ ~ 2g©ftonm~" 2a V ft—il i ^u'zy
где Фоо/im — расстояние данного сечения до полюса струи;
о„ит- ]/1,6 4-+0,235;
К — коэффициент трения;
а — константа турбулентности; а = 0,17;
Р — отношение площади сопла Ft к площади отсосной
трубки F2:
P-7V
л — коэффициент эжекции.
С увеличением коэффициента эжекции п длина /onm уменьшается,
следовательно, при наличии вихря в эжектирующем потоке длина
камеры смешения может быть меньше
где / — длина камеры смешения;
D — диаметр сопла.
Для отсоса пыли из бункера воздухоочистителя наиболее
приемлемым является эжектор с наружным газовым соплом.
Пример расчета вихревого эжектора для удаления пыли из бункера
воздухоочистителя
Основное отличие расчета вихревого эжектора от расчета
обычного состоит в учете дополнительного разрежения перед отсосной
трубкой, создающегося тангенциальной составляющей скорости
эжектирующего потока газа. Если полагать, что известны расход
эжектирующего газа и количество воздуха, которое необходимо
отсосать из бункера эжектора, что обычно составляет 15—20%
от расхода на всасывание, то можно определить суммарное
сопротивление, которое должен преодолеть эжектор. Длину отсосной
101

трубки и число перегибов ее полагаем известными. Расчет ведется
по формуле
jLdnomepb-- jLiA 2r 2g
Эта формула учитывает разрежение р5 в бункере
воздухоочистителя, которое для различных циклонов колеблется от 200 до
250 мм вод. ст.
Диаметр D сопла эжектора определяется опытным путем. Он
должен быть таким, чтобы сопротивление выпускного тракта
обеспечивало работу двигателя на всех режимах с наименьшими потерями
мощности.
На номинальном режиме потери мощности должны составлять
не более 0,5 л. с.
Для различных модификаций двигателей СМД были определены
следующие диаметры сопла эжектора (в мм):
для двигателя СМД-14 45
для двигателя СМД-22 (шестицилиндровый) . . 52
для двигателя СМД-17 (с турбонаддувом) ... 45
для двигателя СМД-24 (шестицилиндровый с
турбонаддувом) . 60
Диаметр отсосной трубки d = 2rm определяется также опытным
путем, и его величина должна быть такой, чтобы проходное сечение
српла соответствовало указанным выше требованиям и в то же время
не создавало большого сопротивления на отсосе (не более
60—80 мм вод. ст.). Для всех двигателей типа СМД диаметр отсосной
трубки выбран равным 23 мм.
Необходимый перепад давлений в сопле эжектора (разрежение)
и в системе отсоса (сопротивление), при котором на всех режимах
работы двигателя обеспечивалось бы движение отсасываемого
воздуха в эжектор, а из него в атмосферу, определяется расчетом.
Полная скорость в эжектируемом сопле (если принять, что
истечение адиабатическое) с учетом первоначального разгона
= V 28т^тР*»1 [- (-[)" "I" 1 J + w^
м/сек,
где vx — удельный объем смеси;
v' -\-G2v" л
V, =
v' = —, удельный объем выпускного газа;
v" = —г, удельный объем воздуха;
102

wHd4 = -у начальная скорость разгона потока;
Q — объемный расход газа;
F — площадь поперечного сечения выпускной трубы
двигателя.
Тангенциальная составляющая скорости
где а — угол установки хорды лопатки направляющего аппарата
крыльчатки (фиг. 50);
осевая составляющая скорости
Wa = У>поан C0S a'
Отклонение вектора полной скорости от угла установки лопатки
происходит вследствие срыва потока газа, оно принимается равным
10—15°.
Опыты подтвердили, что при угле установки лопатки под углом 30°
относительно оси крыльчатки угол между вектором полной скорости
и осью эжектора в горизонтальной плоскости составлял 10—15°.
Определив величины Wn0Jl, wa и wu, следует проверить,
удовлетворяют ли выбранные параметры газового сопла и отсосной трубки
уравнению
где womc — скорость в отсосной трубке.
В том случае, если данное равенство не удовлетворено,
необходимо изменить диаметр сопла и отсосной трубки, а также
конфигурацию отсосной трубки.
Длину камеры смешения определяют по формуле, предложенной
Г. Н. Абрамовичем [1 ],
Коэффициент эжекции
п = —-.
Статический и эффективный к. п. д. определяют с учетом
тангенциальной составляющей скорости по формулам, которые были
приведены выше.
103

Рассчитаем систему эжекционного отсоса пыли из бункера
воздухоочистителя для двигателя СМД-14.
Дано:
Номинальная мощность двигателя Ne в л. с 75
Номинальное число оборотов в минуту . 1700
Минимальное число оборотов холостого хода в минуту 600
Коэффициент наполнения г\у 0,8
Температура выпускных газов в СС 550
Барометрическое давление в мм рт. ст. . 760
Ход поршня 5 в мм 140
Диаметр цилиндра D в мм 120
Объемный расход воздуха двигателем на впуске
.140-0,8.4.1700
Qm -г- -'*6'^2'" - — £о^ = °'072 м*/сек-
Температура воздуха на впуске 40° С.
Удельный вес воздуха на впуске
RT 29,2/(273-1-40) ^^^'м-
Весовой расход воздуха на впуске
G - y"Qefl = 1,12 0,072 = 0,0809 кг/сек.
Определим удельный вес газа на выпуске, если температура выпуска
равна 550° С, а противодавление на выпуске рг равно 1,1 кг/см2,
рг 1,1•104
у'" = — = 29,27 (273 + 550) г" °'455 Кг1м*'
Объемный расход газа на выпуске
QG an 0.08C9 /Л f«o Q/
вып = ~фг- -^455" = °'178 м/сек'
Полная скорость газа на выходе из газового сопла эжектора
О * A IP* \~Т" ,11 2
где рг — разрежение, измеренное в газовом сопле; принимаем
равным 600 мм вод. ст.;
Рг — давление в цилиндрической части выпускной трубы
перед входом в эжектор; принимаем равным 500 мм
вод. ст.;
WHd4 — скорость в сечении, соответствующем давлению р2\
Г
v' — удельный объем выпускных газов.
104

Температура в сечении, соответствующем давлению р1У t --- 200° С,
следовательно,
*- -\- = — ио1ю — 1,35лс»//сг.
29,/(27J + 200)
Показатель адиабаты для выпускных газов
Теплоемкость ср выпускных газов определяют по известным
формулам.
Состав продуктов сгорания в цилиндре двигателя в молях на 1 кг
топлива будет следующим:
Мгп ~^4? 0,0714 моля\
/Ин,о = ^Г* = 0,0665 моля;
М., ==0,79-1,38-0,497-0,543 моля;
iWo> = 0,21(a— 1)LO = 0,21 (1,38 — 1)0,497
=•= 0,0398 моля;
0,0714 + 0,0665 -4- 0,543 + 0,0398 == 0,7207 моля.
где a— коэффициент избытка воздуха; a = 1,38;
LQ — теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг топлива:
Gtc i &тн . Ото
-С + 8Н —OJ m
0,8/5 , 0,133 0,01
12 ' 4 ^ 32 Л лм
— 0,497 моля
0,21
(весовой состав топлива: количество углерода GTC = 85,7%;
количество водорода GTH = 13,3% и количество кислорода GTO = 1,0%).
Молярная теплоемкость при постоянном давлении в интервале
температур сжатия и выпуска.
mcp — 1,Уоэ -| = -^ = -r
0,8Mm -4- L27V/tt -^-4-0.4/Wkt 4- 0.4Af^
_j_ * CU2 ' » H2O ' > JN2 ' » U2 ^ i П""3/
' ^^ общ
= 7,570 + 0,513-10"3.520 - 7,57 ккал1 моль-град.
IDS

Молярную теплоемкость газа при постоянном объеме
с0 = ср —1,985 = 7,59 — 1,985 = 5,605.
Таким образом,
Первоначальная скорость газа в выпускной трубе при d = 57 мм
0,1/8 _Л
Полная скорость газа
J-35ZZ
2-9,81-1,35 п п. , о, Г /0,94|~Тз
-——0,94-1,35 |_-(щ) '
- 178
Осевая составляющая скорости газа
v»a = ауЯОл« cos 10° - 178-0,9846 = 175 м/сек.
Тангенциальная составляющая скорости газа:
®и = OW-sin 10° = 178-0,1736 = 31 м/сек.
Скорость воздуха в отсосной трубке (принимаем
--- 0,0107; dmp = 23 мм)
Qomc 0,0107-4 Ог о /
w = ^ = 1^252" = 2о>8 м1сек-
Принимаем диаметр сопла эжектора 45 мм, исходя из
соображения наименьших потерь мощности двигателя из-за сопротивления
на выпуске.
Определим величины, входящие в уравнение
(у
у ^Г2 . !^_ (15 ■
^ (15 2)(УК
2g ]-^'b-^Z>y2jA~T 2g
wo
106

Коэффициент трения
/Re
где v — кинематическая вязкость газа при 40° С;
v - 15,7-Ю-6 мУсек;
е — шероховатость; для стальных бесшовных труб е —
= 0,04 мм [4].
Следовательно,
тогда
^0,00004 , 1,77
0 01 i I,/0'0000
= 0,01 -г у ~пщ
10 ^3/8
- 0,01 + 0,041 + 0,0095 - 0,0605.
Для скругленных колен %м = 0,14-4-0,3.
Потери на трение в диффузоре (угол раствора диффузора
принимаем равным 7°)
£ =_-£*_ ( П* ~ ]\ -P'-^L ( 4'1* ^ll\ = () С
^тР sin а \ п1 ) " 0,1392 \~ 4,1 /
п . F» - 0,0/6^4.я _4
" с ■ /i.^/nn/t^2__o,U252) '
Потери в диффузоре на расширение
1расш = sin а (^-)2 = 0,1392 (А^1)2 = 0,0798.
Потери на выходе из диффузора
^-^=-4ЛТ = 0,0595.
Суммарные потери в диффузоре
I = 1тр + 1расш + 1вых - 0,0135 + 0,0798 + 0,0595 = 0,1528.
Скорость на выходе из диффузора
0,178-4 OQ n
Ш^ = 1^0076^ = 38'9
Критическая скорость
акр = VkgRT - 1/1,3 -9,8 -29,7 -370 - 373 м/сек.
107

Определим из уравнения необходимый перепад статических
давлений в сопле эжектора и в отсосном тракте, если радиус сопла
эжектора Rc — 225 мм и радиус отсосной трубки г = 12,5 мм.
1782
°'1528Т^8~'0'7 0,7-31*. 12,5* 0,7-175* .
~ТЖТ1 U^(4'1"1J "з?з~2
>(1,5--2) (0'0605Ж2У * W + 0'15 W "I" 20°) •
следовательно
140 - (10,3 + 1090) 5== (1,5-5-2) -295;
—963 ^ (1,5-2) 295 м вод. ст.
Знак минуса указывает на противоположное направление
потоков.
Длина камеры смешения
/ —
1опт ~~
где
опш- (/' 1,6 A.;. 0,235 = 0,87;
а — константа начальной турбулентности; а — 0,18;
я-0,0232
а __ Jjl ._„ 1 „ о Q4-
ь Fx " я-0,1)45а я-0,0232
4
п - °2 ! Gl - °'0107 - П ПЯ-
1отп
Задавшись диаметром DCpy определяем длину /:
Dcp = 65 мм;
тогда
/ = 181 мм.
Статический к. п. д. эжектора
"^ + о^- 3 + 175
"•=16,7 ^9>8<Юк 2'9>8 :
108

Эффективный к. п. д. эжектора
wl
^^щ |7з
1/0 о 1
2-9,8 + ^Щ8
Испытание эжекторов с осевым и вихревым потоками и эжектора
с искрогасителем на безмоторной установке
Для уточнения конструкции эжектора с завихряющими
лопатками и выбора лучшего варианта конструкции их, а также для
определения влияния расхода воздуха на работу эжектора на
характерных режимах двигателя оказалось необходимым провести испытание
эжекторов на безмоторной установке.
Испытаниям были подвергнуты: 1) эжектор без завихряющих
крыльчаток; 2) четыре варианта различных конструкций
завихряющих крыльчаток; 3) эжектор с конусным вихревым искрогасителем
и завихряющей крыльчаткой.
На фиг. 52 показаны крыльчатки, подвергавшиеся испытаниям.
Крыльчатки 1 и 2 — спиральные конические со спиральной
поверхностью разной длины. Угол подъема спирали 30°, угол наклона
образующей спиральной поверхности 45° для обеих крыльчаток.
Крыльчатки 3 и 4 — четырехлопастные, с углом поворота лопатки 30
и 40°, соответственно угол выхода 30 и 40°.
Вихревая крыльчатка искрогасителя, имеющая специальную
конструкцию, показана на фиг. 53. На фиг. 54 изображен эжектор без
крыльчатки.
Эжектор и конусный вихревой искрогаситель с крыльчаткой
показаны на фиг. 55. Испытания производились в Харьковском
институте механизации и электрификации сельского хозяйства.
Общий вид установки и ее схема изображены соответственно на фиг. 56
и 57.
Эжектирующий газ (воздух) отличался от реального на
двигателе температурой и тем, что не было пульсаций.
Весовой заряд учитывался при помощи удельного веса и был
выбран таким же, как и на двигателе.
Испытание производилось при расходах воздуха,
соответствующих основным режимам работы двигателя СМД-14, а именно:
1) расход воздуха Q = 0,058 м3/сек соответствует работе
двигателя с минимальным числом оборотов холостого хода (п = 600 об/мин);
2) расход воздуха Q — 0,098 м3/сек соответствует работе
двигателя при п = 1000 об/мин:
109

Фиг. 52. Вихревые крыльчатки.
Фиг. 53. Вихревая
крыльчатка
искрогасителя специальной
конструкции.
Л::, •■;•-■. ::.■■:-.■
Фиг. 54. Эжектор без крыльчатки.
Фиг. 55. Эжектор и конусный вихревой искрогаситель с крыльчаткой.
110

3) расход воздуха Q = 0,118 мг/сек соответствует работе
двигателя при максимальном крутящем моменте (п = 1200 об/мин);
. .■
Фиг. 56. Стенд для испытания эжекторов и искрогасителей.
4) расход воздуха Q =- 0,178 мЧсек соответствует номинальному
режиму работы двигателя (Ne --= 75 л. с, п - 1700 об/мин);
nt-
*
L
Фиг. 57. Схема
установки для испытания
эжекторов и искрога-
си те л ей:
/ — ресивер; 2 — расхо-
домерная труба с шайбой;
3, 5, 9, 15 и 16 — водные
манометры; 4 — расходомерная труба с шайбой для
измерения расхода воздуха на отсосе; 6 — ресивер-
7 — регулятор числа оборотов; 8— дроссельная заслонка-'
10 — электродвигатель; // — нагнетатель; 12 — эжектор
с искрогасителем; 13 — приспособление для установки
трубки Пито и трубки угломера; 14 — трубка Пито.
5) расход воздуха Q = 0,198 мУсек соответствует режиму
холостого хода двигателя при (п = 2000 об/мин).
ill

Перепад давления на шайбе для определения расхода воздуха
на нагнетании измерялся водяным манометром 3 (фиг. 57). Перепад
давления на шайбе для определения расхода воздуха в отсосной
трубке эжектора измерялся водяным манометром 5.
Водяными манометрами 15 измерялись статические,
динамические и полные напоры в сечениях 1а — VI. С помощью водяного
манометра 16 определялось разрежение в начале отсосной трубки,
а водяным манометром 9 — сопротивление в бункере
воздухоочистителя, которое имитируется различным положением заслонки.
Измерения в сечениях проводились в двух взаимнопер-
пендикулярных плоскостях при трех положениях заслонки:
1) полностью открытой;
2) закрытой на 60 %, что имитирует разрежение в
бункере воздухоочистителя, равное 180—250 мм вод. ст.,
3) полностью закрытой.
Фиг. 58. Трубка Пито.
Расходы замерялись тарированными шайбами и подсчитывались
по формулам
Q = 11,95-Ю-3 У Дрь
Qj --- 5,12 -10~3 X ' Др,
где Q — расход газа в эжекторе;
Qi— расход подсасываемого воздуха.
Снятие полей скоростей и давлений производилось с помощью
грубки Пито (фиг. 58) и пьезометрических манометров.
В каждом опыте измерения производились 3 раза.
На фиг. 59 показано изменение давлений и скоростей у эжектора
без вихревой крыльчатки.
Статическое давление при движении потока из выпускного
трубопровода постоянно по сечению. В сечении IV сопел имеется
разрежение около 400 мм вод. ст. К концу диффузора давление
выравнивается с атмосферным и в сечении 1а оно равно 20 мм вод. ст.
При движении газа по выпускному трубопроводу скорость
также постоянна по сечению, а в зоне сечения сопел возрастает
до 400 лшвод. ст. по периферии и падает до нуля в месте
расположения отсосной трубки.
Эжектор, работающий на прямолинейном пульсирующем потоке
выпускных газов, обеспечивает достаточное разрежение в отсосной
112

Фиг 59. Эпюры
скоростей и давлений
у эжектора без
вихревой крыльчатки:
1р, Зр и 5р —
соответственно первый, третий
и пятый режимы работы
двигателя.

трубке, в основном при значительных расходах газа. При работе
•двигателя с минимальным числом оборотов холостого хода перепад
снижается до 2—4 мм вод. ст.
Для улучшения работы эжектора, повышения его статического
и полного к. п. д., а также коэффициента эжекции испытаниям
на стенде был подвергнут эжектор с четырьмя вариантами вихревых
крыльчаток (см. фиг. 53).
Лучшей конструкцией крыльчатки является такая, которая
обеспечивает наибольшее разрежение в отсосной трубке.
В данном случае такой оказалась лопаточная крыльчатка 3.
Спиральные крыльчатки создавали большое сопротивление на
выпуске (1000—1200 мм вод. ст.).
На фиг. 60 (см. вкл.) изображено распределение скоростей
и давлений у эжектора с вихревой крыльчаткой. Следует отметить,
что крыльчатка такого типа (фиг. 52) не обеспечивает требуемого
завихрения потока, так как мал диаметр ее лопаток и коротка прог
точная часть.
Из фиг. 60 видно, что статическое давление на выходе из
выпускной трубы постоянно по сечению и положительно по направлению,
а в суженном сечении оно отрицательно по направлению и
понижается в зоне расположения отсосной трубки. Наибольшее значение
статического давления составляет 400 мм вод. ст., причем смещение
его в сечении /// сопел от оси незначительно. В камере смешения
разрежение несколько уменьшается, а в диффузоре давление почти
полностью выравнивается и приближается к атмосферному.
Динамический напор Ндин в выпускном патрубке до крыльчатки
и эжектора постоянен по сечению, в сечении /// сопел он возрастает
до 700 мм вод. ст. на периферии и падает до 50—80 мм вод. ст. в зоне
расположения отсосной трубки.
В камере смешения и диффузоре скорости выравниваются и
уменьшаются.
Тангенциальная составляющая скорости определялась с помощью
трубки-угломера, которая выставлялась на нулевой перепад
давлений. В этом сечении измерялась также полная скорость при помощи
трубки Пито, (фиг. 61), что необходимо для определения
тангенциальной составляющей скорости.
Угол, при котором трубка-угломер обеспечивала нулевой перепад
в эжекторе, был равен 10—12° от оси эжектора в горизонтальной
плоскости. Нечувствительность трубки Пито составляет около 30°.
Составляющие скоростей подсчитывались по следующим формулам:
осевая
Ма = wnom cos a;
тангенциальная
Наклон угломера в вертикальной плоскости был равен 2—2,5°,
при подсчетах скоростей не учитывался. Погрешность при замере
114

полного напора при малых перепадах значительна, но все-таки
дает возможность с достаточной точностью определить величины
этих скоростей и характер их распределения.
Трубка Пито и угломер во время измерений фиксировались в
координатных устройствах.
В результате экспериментов выяснилось, что огибающая
тангенциальных составляющих скоростей является кривой, характер
которой удовлетворяет уравнению wu = Сг.
При сравнении распределения скоростей и давлений эжектора
с вихревым потоком и эжектора без вихревого потока видно, что
разрежение в сечении сопел несколько выше у эжектора с вихревым
Фиг. 61. Схема установки трубки угломера для определения
тангенциальной составляющей скорости в закрученном
потоке:
/ — трубка-угломер, установленная по направлению движения
потока на нулевой перепад давлений, 2 — эжектор; 3 —
крыльчатка, а — угол наклона трубки угломера.
потоком и выравнивание давлений и скоростей в таком эжекторе
происходит на более коротком участке камеры смешения.
Результаты измерения давлений и скоростей в сечениях эжектора
сведены в табл. 22.
Таблица 22
Место

измерения
(фиг.
57)
а
б
в
г
д
е
ж
3
и
Результаты измерен и *
Сечение 1
Wtl0AH
26,5
22,9
21
18,6
13,2
18,6
22,9
22,9
26,5
wa
26,2
22,4
20,6
18,3
12,9
18,3
22,4
22,4
26,2
а
wu
4,6
3,92
3,62
3,21
2,31
3,21
3,92
3,92
4,6
[ СКОрОСТИ Е
Сечение
Wn0AH
54,5
47,7
35
29,4
26,5
29,4
35
49,5
53,5
53,5
46,7
34,4
28,9
26
28,9
34,4
48,5
52,5
/
9,4
8,25
6,05
5,05
4,58
5,05
6,05
8,55
9,25
{ м/сек
при Q
Сечение i
тполн
105
100
72,5
41,8
13,2
26,5
59,
102;2
106,4
, wa
103
98,4
71,4
41
' 12,9
26,2
58
1101
;104
= 0,198 м*/сек
и
wu
18,2
17,3
12,4
; 7,2
2,31
; 4,6
'10,2
17,6
'18,4
Сечение ///
тполн
112,7
107,2
98
89,5
26,5
96
105
112,7
116,9
wa
110,5
105
96
87,7
26,2
94
103
110,5
115
19,6
18,5
16,9
15,5
4,6
16,5
18,2 s
19,6
20
115

Измерения производились при пяти указанных выше расходах
воздуха с сопротивлением на отсосе и без него. Имитировалось
сопротивление отсосной трубки и величина разрежения в бункере
воздухоочистителя (250 мм вод. ст.).
При различных расходах воздуха распределение осевой и
тангенциальной составляющих скорости имело одинаковый характер.
Наклон трубки в вертикальной плоскости был мал, поэтому он
не учитывался при подсчете скоростей.
Изменения тангенциальной составляющей скорости потока
(табл. 23 и фиг. 62) показывают ее зависимость от радиуса в
различных сечениях эжектора.
На фиг. 63 (см. вкл.)
показано изменение
давлений и скоростей эжектора,
объединенного с
искрогасителем. В данном случае
конструкция крыльчатки
и искрогасителя
обеспечивала большее разрежение
в отсосной трубке по
сравнению с другими
конструкциями, поэтому
интенсивность вихря в сопле
и влияние его на
разрежение оказались
большими, хотя характер
изменения скоростей и
давлений остался таким же, как и в предыдущем случае.
На выходе из выпускной трубы статическое давление постоянно
по сечению и положительно по направлению, в корпусе искогасителя
оно также положительно по направлению, но возрастает к
периферии. В сечении /// сопел создается разрежение (450 мм вод. ст.),
Таблица 23
Изменение тангенциальной составляющей скорости в зависимости
от расстояния от оси эжектора
Фиг. 62. Изменение тангенциальной
составляющей скорости в зависимости от радиуса эжектора.
Радиус эжск-
! тора (фиг. 62)
'2
0
Сечение
wu
в м/сек
!
4,6
3,92
3,62
3,21
0
la
Радиус
в мм
33
25
22
18
0
Сечение /
wu
в м/сек
9,4
8,25
6,05
5,05
0
Радиус
в мм
30
27
19
15
0
Сечение //
wu
в м/сек
18,2
17,3
12,4
7,2
0
Радиус
в мм
30
27
18
15
0
Сечение
wu
в м/сек
19,6
18,5
16,9
15,5
0
ш
Радиус
в мм
21
20
18
15
0

а в диффузоре давление выравнивается до атмосферного.
Следовательно, смешение потоков в концу конической камеры
заканчивается.
Рассматривая изменение скоростей по сечениям видно, что
на выходе из выпускной трубы осевая составляющая скорости
постоянна.
В сечении /// сопел скоростной напор значительно увеличивается
и достигает 800 мм вод. ст., что соответствует скорости потока
118 м/сек. В месте расположения отсосной трубки скорость потока
на первом режиме приближается к нулю, а для пятого режима ско-
рсстнсй напор равен 90 мм вод. ст., что соответствует скорости
потока 39,5 м/сек. Наблюдается некоторое смещение потока
относительно оси эжектора из-за наличия отсосной трубки.
По выходе из крыльчатки в начале искрогасителя скорость wa
была незначительной, а радиальная и тангенциальная составляющие
были большими. Затем осевая скорость увеличивается, радиальная
уменьшается, тангенциальная изменяется по закону циркуляции
и твердого тела. Угол наклона угломера в горизонтальной плоскости
составил 35°. В эжекторе угол наклона в горизонтальной плоскости
трубки по отношению к его оси был равен 15°.
В результате проведенных измерений оказалось, что характер
изменения тангенциальной составляющей скорости по сечению
аналогичен характеру распределения этой скорости в эжекторе с
крыльчаткой без искрогасителя и также подчиняется закону wu — Сг.
В табл. 24 и на фиг. 63 приведены результаты, характеризующие
изменение скоростей в сечениях эжектора в зависимости от радиуса
сечения эжектора при Q -- 0,198 мв/сек, соответствующего режиму
работы двигателя.
Таблица 24
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
Изменение скорости в м/сек в зависимости от радиуса при
Q = 0,198 мУсек
Сечение 1а
32,4
35
35
35
29,4
32,4
32,4
32,4
29,4
31,1
33,7
33,7
33,7
28,3
31,1
31,1
31,1
28,3
8,02
8,8
8,8
8,8
7,4
8,2
8,2
8,2
7,4
Сечение /
55,4
52,6
41,8
37,4
29,4
46
49,5
59
61
53.4
50,7
40,2
36
28,3
44,5
47,5
56,9
59
14,3
13,58
10,2
9,7
7,4
11,9
12,75
15,2
15,7
Сечение //
116,9
110,2
92,5
78
0
51
88,6
109,9
110,5
ПО
106,4
89
75,3
0
49,2
85,4
106
106,5
30
28,5
23,9
20,5
0
13,7
22,8
28,1
28,5
Сечение ///
w поли
118
110,2
104
96,4
39,5
91
97
106
110,5
wa
114
107
100,5
93
38,1
87,9
93,5
103
107
w
и
30,5
28,5
26,8
24,9
10,2
23,4
25
27,3
28,6
117

Характер изменения тангенциальной скорости в зависимости
от расстояния от оси эжектора для пятого режима приведен в табл. 25.
Таблица 25
Изменение тангенциальной составляющей скорости в зависимости
от расстояния от оси эжектора при Q = 0,198 м3/сек
Радиус
эжектора
0
Сечение 1а
ши в
м/с ек
8,2
8,8
8,8
8,8
0
Радиус
в мм
33
25
22
18
7,4
Сечение /
wu в
м/сек
14,3
13,58
10,2
9,7
0
Радиус
в мм
30
27
18
15
0
Сечение //
wu в
м/сек
30
28,5
23,9
20,5
0
Радиус
в мм
30
27
18
15
0
Сечение ///
м/сек
30,5
28,5
26,8
24,9
0
Радиус
в мм
21
20
18
15
0
i
При испытании эжектора с коническим искрогасителем
тангенциальная составляющая скорости в искрогасителе от периферии
к его оси увеличивается, однако у оси она резко уменьшается и на оси
равна нулю.
Область течения потока на
периферии по закону постоянства площадей
не обнаруживалась ввиду малых
диаметров испытываемых эжекторов. Поэтому
Нг
Фиг. 64. Изменение статических давлений в различных сечениях:
1 — искрогаситель; 2 — эжектор с искрогасителем; 3 — эжектор с завихрителем;
4 — эжактор; 1р и 5р — соответственно первый и пятый режимы работы двигателя.
можно считать, что у эжекторов с малыми диаметрами закон
распространения тангенциальной составляющей скорости по всем
сечениям подчинен уравнению
w =■ Сг.
118

При работе эжектора на первом, втором и третьем режимах
наблюдается одинаковая закономерность распределения
тангенциальных составляющих скорости.
Месторасположение сечения, у которого заканчивалось смешение
потоков, определялось по изменению статического давления вдоль
трубы. В начале сечения сопла наблюдалось разрежение до тех пор,
пока все эжектирующие и эжектируемые струи не заполняли все
сечение камеры смешения, затем давление возрастало, а поток
выравнивался, и к концу диффузора статическое давление (разрежение)
становилось равным атмосферному.
пст л Из рассмотрения графика измене-
/ \ ния статических давлений вдоль оси
эжектора (фиг. 64) без завихрителя,
эжектора с завихрителем и эжектора
с вихревым искрогасителем очевидно,
что наибольшее разрежение перед
отсосной трубкой обеспечивает эжек-
X
5р
'5р
I 1р и 5р 1а
\ I
I '
Фиг. 65. Изменение газового потока.
Обозначения те же, что и на фиг. 64.
тор, который работает с крыльчаткой искрогасителя, на втором месте
стоит эжектор с завихрителем и, наконец, эжектор без завихрителя.
Выравнивание потока происходит на более коротком участке
камеры смешения в эжекторе с вихревым искрогасителем. Изменение
давлений в искрогасителе показано штриховой линией. Статическое
давление около горловины искрогасителя не выравнивается с
атмосферным, и так как в конусе происходит поджатие вихревого потока,
то статическое давление по контуру искрогасителя достигает
наибольшей величины.
Для установления характера изменения газового потока следует
по оси ординат отложить величину отношения статического давления
к динамическому напору—^, а по оси абсцисс — сечения вдоль оси
эжектора (фиг. 65). Из фиг. 66 видно, что наибольшее
неиспользование скорости имеет искрогаситель; в эжекторах, как правило, скорость
используется для создания необходимого разрежения в рабочем сопле.
119

Рассматривая изменения полного напора по сечениям
эжектора (фиг. 67), видно, что наибольшая скорость наблюдается в
сечении сопел эжектора. Смешение потока происходит в конической ка-
I Ш Ш Ш ШЕ I la
Фиг. 66. Изменение скорости в различных сечениях. Обозначения те же,
что и на фиг. 64.
мере смешения, которая одновременно служит и диффузором для
выравнивания потока.
Наибольшую скорость имеет эжектор с крыльчаткой
искрогасителя, несколько меньшую — эжектор с крыльчаткой меньшего
диаметра и еще меньшую — эжектор без
вихревого потока.
Для эжектора с наиболее интенсивным
вихревым потоком требуется более короткая
камера смешения, чем для эжектора без вих-
^\J/7 ревого потока.
Фиг. 67. Изменение полного напора в различных сечениях. Обозначения те же,
что и на фиг. 64.
На фиг. 68 показано изменение статических давлений для
различных сечений эжектора на различных режимах двигателя,
а на фиг. 69 — изменение расхода воздуха в отсосной трубке при
сопротивлении на отсосе 250 мм вод. ст. в зависимости от характера
потока в эжекторе (вихревой или без вихря).
120

!
!
i
i
д ж
а е г з
/Vce
чение
2 3 4 10
-
\
X
V
N
ч Ч
Ч^
И/сечение
\
с
/l сечение
\
ч
хЗг
\
\
ч,
\
Ч
ч^
жз
\
N
—
\
авгд ебж з
/сечение
ч^
ч
/а сечение
N
—
V—
X
s
(
2м
—
Ч
S
ч
Ч
ч
ч
—.
ч
ч
а6(
дел
и
КЗ
Н мм
вод. ст.
ч
\
\
>
ч
\
п
и
0
0
/7
и
п
Q5 = 0,198
uf0,102
(2f0fi98
п
и
Фиг. 68. Изменение статических давлений для различных сечений
в зависимости от режима работы двигателя.
121

; Из последнего графика видно, что большее количество
отсасываемого воздуха наблюдается у эжектора с крыльчаткой и у эжектора
с вихревым искрогасителем.
Q
м3/сек '
' 0,028^
0.0272-
0.027
0.0225
0.01589
' лпсо п ппа л но л то 0198 Q
(на выпуске)
' 2000 п об/мин
Фиг. 69. Изменение расхода в отсосной трубке в
зависимости от режима работы двигателя:
/ — эжектор с искрогасителем; 2 — эжектор с крыльчаткой;
3 — эжектор без крыльчатки.
Проведенные испытания показали, что для обеспечения наиболее
эффективной работы эжектора на отсосе пыли из бункера
воздухоочистителя необходимо иметь вихревой эжектор.
ИСКРОГАСИТЕЛИ
Конструкции искрогасителей двигателей внутреннего сгорания
и оценка их работы
На тракторных и комбайновых двигателях, где искрение выпуска
может явиться причиной пожара, особенно в период уборки хлебов,
•следует устанавливать искрогаситель. Установка искрогасителя
Гложет оказывать значительное влияние на работу эжектора, поэтому
Для обеспечения надежной совместной работы искрогасителя и эжек-
topa необходимо дать оценку существующих конструкций
искрогасителей и выбрать наиболее приемлемую из них.
Возможны три способа гашения искр:
1) дробление и истирание;
2) охлаждение;
3) сепарация.
При гашении искр дроблением и истиранием искры измельчаются
'при ударе о какое-либо препятствие и затем истираются при
движении по поверхности. Для эффективного истирания искры надо, чтобы
она была прижата к поверхности, по которой она движется. Чем
^больше путь движения искры по поверхности и силы, прижимающие
искру к ней, тем надежнее будет гашение.
,122

Способ гашения искр охлаждением заключается в отдаче тепла
горячими частицами холодной поверхности, с которой они
соприкасаются.
Гашение искр путем сепарации их заключается в использовании
силы тяжести искры для отделения ее из газового потока и
улавливания в сборник.
Степень искрения принято определять по следующим
признакам:
1) по количеству искр после искрогасителя;
2) по яркости искр, их свечению и температуре;
3) по размеру искр после искрогасителя;
4) по дальности полета искр после искрогасителя.
Все названные выше способы являются визуальными и в
значительной мере субъективными.
Отсутствие методов объективной оценки степени искрогашения
в значительной мере затрудняет оценку искрогасителей.
Важным фактором при оценке конструкции искрогасителя,
наряду с хорошей эффективностью гашения искр, является влияние
его на мощность Двигателя и его удельный расход топлива.
Основными требованиями, предъявляемыми к конструкции
искрогасителя, являются: надежное гашение искр при возможно малом
сопротивлении его, простота конструкции и малые габариты.
На двигателях тракторов и комбайнов не могут быть применены
все названные выше способы искрогашения. При гашении искр
путем охлаждения их требуются большие и сложные охлаждающие
устройства, поэтому этот способ может применяться только в
стационарных установках. Гашение искр при помощи сепарации требует
громоздких пылессадочных камер, которые имеют большой вес и могут
быть использованы тоже только в стационарных установках.
Способ гашения искр дроблением и истиранием получил широкое
применение на двигателях тракторов и комбайнов. Искрогасители,
работающие по этому принципу, можно разделить на четыре группы,
сетчатые, щелевые, комбинированные и вихревые.
Рассмотрим конструкции этих групп искрогасителей и
возможность их работы с эжектором [16].
Сетчатые искрогасители
Сетчатые искрогасители устанавливаются на двигателях Д-54
и СТЗ-НАМИ. Внутри корпуса / (фиг. 70) расположены четыре
сетчатых конуса 2, направленные вершинами в разные стороны. При
работе двигателя выпускные газы проходят через сетчатые конусы 2,
в которых частицы сажи и нагара задерживаются и догорают.
Однако в сетке осаждается и превращается в хлопья сажа.
Забивание сетчатых конусов сажей приводит к увеличению
сопротивления на выпуске и к снижению мощности двигателя и повышению его
удельного расхода топлива. Раскаленные хлопья сажи могут являться
причиной пожара. Такой искрогаситель в работе ненадежен и для
123

совместной работы с эжектором не годится. При установке эжектора
до искрогасителя последний оказывает эжектору значительное
сопротивление; при установке эжектора после искрогасителя энергия
газов оказывается недостаточной для работы эжектора.
Сетчатые искрогасители (фиг. 71) устанавливаются также на
двигателях КДМ-100 трактора Т-100.
В корпусе 4 расположены четыре конусные сетки 2, соединенные
вместе широкими основаниями с помощью двух фасонных колец 3,
которые приварены к корпусу 4
в нескольких точках. Верхняя
часть корпуса 4 закрыта
колпаком 1 (глушителем).
Газы из выпускной трубы
двигателя проходят через конус-
Фиг. 70. Искрогаситель
сетчатого типа для тракторов
ДТ-54 и СТЗ-НАТИ.
Фиг. 71. Сетчатый искрогаситель
двигателя КДМ-100 трактора Т-1 СО.
ные проволочные сетки, где песгоревшие частицы размельчаются и
гасятся. Дробление и гашение искр также происходит при ударе их
о колпак (глушитель). Искрогаситель данного типа не обеспечивает
хорошего гашения искр.
Установка эжектора для совместной работы с таким
искрогасителем невозможна, так как эжектор можно установить только после
искрогасителя, который представляет значительное сопротивление
движению газов, вследствие чего в эжекторе не создается
необходимое разрежение для надежной очистки от пыли бункера
воздухоочистителя.
Щелевые искрогасители
Щелевые искрогасители (фиг. 72), устанавливаемые на тракторах
«Беларусь», КД-35 и «Универсал», представляют собой стальной
тарельчатый корпус 2, закрытый сферической крышкой 1. Четыре
отверстия 3 в днище корпуса служат для удаления атмосферных
осадков. Газы выходят через кольцевые щели между буртиками
корпуса и крышкой.
124

Выпускные газы поступают в корпус 2 искрогасителя, отражаются
от крышки 1 и, поворачиваясь, проходят через боковые щели.
Недостатком этих искрогасителей является то, что большое количество
искр долетает до земли. Щелевые искрогасители мало влияют на
мощность двигателя и его удельный расход топлива. Их применение для
работы с эжектором совершенно
невозможно, так как конструктивно эжектор
и такой искрогаситель выполнить
нельзя.
Фиг. 72. Щелевой искрогаситель
Фиг. 73. Дырчатый
искрогаситель для тракторов.
Искрогаситель дырчатого типа (фиг. 73) состоит из корпуса 2,
крышки У, имеющей 200—300 отверстий, конуса 3> глухого дна 4
и трубы 5. Выпускные газы поступают в трубу 5; расширяясь, они
через отверстия выходят в корпус 2, скорость потока резко падает,
и частицы сажи и нагара выпадают. Далее газы проходят через
конус 3 и выбрасываются в атмосферу. Данный искрогаситель не
пригоден для совместной работы с эжектором, так как создает большое
сопротивление на выпуске и резко меняет скорость выпускных газов.
Комбинированные искрогасители
Эти искрогасители нашли широкое применение для двигателей,
работающих как в сельском хозяйстве, так и в других отраслях
народного хозяйства.
Искрогаситель, применяемый на двигателях самоходного
комбайна С-4 и прицепном комбайне, которые уже сняты с производства,
имеет следующую конструкцию (фиг. 74).
Корпус 4 в виде чашки узкой частью надевается на выпускную
трубу. В корпус 4 входит стакан 3 со сферической крышкой, внутри
которого размещен сетчатый цилиндр 2, скрепленный со стаканом
планкой 1. Выпускные газы поступают внутрь сетчатого цилиндра 2
и, отражаясь от крышки стакана 5, выходят из сетчатого цилиндра.
Изменив направление движения, они следуют в кольцевой зазор
между стенками корпуса 4 и стакана 3 и затем выходят в атмосферу.
125

Искрогаситель не обеспечивает полного гашения искр и изменяет
эффективные показатели двигателя.
Использование такого искрогасителя для совместной работы
с эжектором конструктивно сложно, кроме того, в этом случае работа
эжектора не будет эффективной.
Искрогаситель конструкции Зубаченко для тракторов изображен
на фиг. 75. Внутри корпуса 2 с крышкой 1 размещен фигурный ста-
Фиг. 74. Комбайновый искрогаситель.
Фиг. 75.
Искрогаситель конструкции
Зубаченко для тракторов.
кан 4 со сферической крышкой и конусным рассекателем 5. На
конусе 3 имеется большое количество отверстий. Выпускные газы,
поступающие в стакан 4, рассекаются рассекателем 5, проходят
через кольцевое пространство и ударяются о гравийную засыпку
в нижней части корпуса 2. Этот искрогаситель не обеспечивает
надежного гашения искр и не может быть применен для работы с
эжектором, так как расположение последнего после искрогасителя
невозможно из-за потери энергии выпускными газами, а при установке
эжектора до искрогасителя увеличивается сопротивление.
Вихревые искрогасители
Винтовой или шнековый искрогаситель (фиг. 76) представляет
собой стальную трубку /, внутри которой расположен винт 2.
Выпускные газы движутся по виткам винта, при этом происходит
истирание искр. Такой искрогаситель не обеспечивает эффективного
гашения искр и через него прорываются языки пламени с большим
количеством искр. Искрогаситель этого типа также создает значительное
126

сопротивление на выпуске и ухудшает эффективные показатели
двигателя. Применение эжектора с таким искрогасителем возможно,
но из-за недостаточной эффективности гашения искр он непригоден
для установки на двигателях тракторов и комбайнов.
Конусно-вихревой искрогаситель, применяемый на двигателе
СМД-7 комбайна СК-3 и на двигателях СМД-14 тракторов Т-74
Харьковского и Т-75 Волгоградского тракторных заводов, показан
на фиг. 77.
В нижней части усеченного конуса 1Г
изготовленного из листовой стали,
установлена крыльчатка 2, с помощью
которой выпускные газы получают
вращательное движение. При этом частицы сажи
ВидА
0/W-
Фиг. 76. Винтовой
искрогаситель.
Фиг 77. Конусно-вихревой
искрогаситель
и нагара отбрасываются к стенкам корпуса, частично истираются
и догорают, и затем вылетают в атмосферу. Искрогаситель
обеспечивает эффективное гашение искр и незначительно влияет на мощность
двигателя и его удельный расход топлива.
Этот искрогаситель был применен для совместной работы с
эжектором.
Как уже указывалось, при расположении эжектора до
искрогасителя не обеспечивается эффективная работа эжектора, так как
искрогаситель создает сопротивление на выходе газа из эжектора (см.
фиг. 45, б).
В случае установки эжектора после искрогасителя (см. фиг. 48, а
и 6) обеспечивается надежное гашение искр и весьма эффективная
работа эжектора с наружным газовым соплом. В искрогасителе поток
газов теряет некоторое количество энергии, но, получив в нем
127

вращательное движение, обеспечивает надежную работу эжектора.
Установка после искрогасителя конического диффузора эжектора,
постепенно выравнивающего скоростной напор, благоприятно
отразилась на работе искрогасителя (его сопротивление уменьшилось
с 800—700 мм вод. ст. до 500—600 мм вод. ст.). Отсасываемая
эжектором пыль из бункера воздухоочистителя не воспламеняется после
искрогасителя, так как искрогаситель надежно гасит искры и не
пропускает пламени, а выходящие из него газы не могут воспламенить
ныли из-за низкой температуры (200—250° С) и недостаточного
времени пребывания пыли в горячей зоне эжектора.
Испытания данного искрогасителя при работе двигателя, когда
в эжектируемый поток газа добавлялись сухая полова и опилки,
^а также полевые испытания искрогасителя на тракторах и
комбайнах показали, что искрогаситель обеспечивает хорошее гашение
искр и надежную работу эжектора на всех режимах работы
двигателя. Надежность работы искрогасителя с эжектором в
эксплуатационных условиях сохраняется в течение более 3000 ч.
Так как наиболее пригодным для работы с эжектором оказался
конусно-вихревой искрогаситель, рассмотрим вопросы его теории
и расчета для определения основных геометрических параметров.
Работа конусно-вихревого искрогасителя совместно с эжектором
Принцип работы конусно-вихревого искрогасителя заключается
в том, что газовый поток, содержащий значительное количество
несгоревших и непогашенных частиц, проходит через выпускную
трубу и направляется в крыльчатку, где получает вращательное
движение. При этом тангенциальная составляющая скорости имеет
в начальном участке тенденцию к распространению по закону
площадей, одпако в дальнейшем превалирует закон изменения скорости
по уравнению wa = Сг.
Вращающийся по спирали поток движется вдоль конуса,
прижимаясь к его поверхности, в результате чего частицы искр
растираются и сгорают в вихревом потоке более интенсивно, чем в
прямолинейном.
Частицы движутся по спирали в направлении к вершине конуса,
поэтому тангенциальная составляющая скорости движения потока
и частиц в нем увеличивается.
При этом поток интенсивно прижимается к периферии и с
увеличением осевой и тангенциальной составляющих скорости в центре
его образуются зоны застоя и разрежения (фиг. 78). В этой связи
рассмотрим характер распространения давления и скоростей в
конусно-вихревом искрогасителе, работающем совместно с эжектором.
Газовый поток, поступающий к искрогасителю, имеет давление р
и осевую составляющую скорости wa; вследствие получения в
крыльчатке вращательного движения газовый поток приобретает
тангенциальную составляющую скорости wu. За крыльчаткой газовый поток
128

движется по спирали под углом к основанию искрогасителя.
Изменение давления в искрогасителе может быть определено по формуле
Истечение газа из искрогасителя происходит через кольцевое
сечение радиуса гт (см. фиг. 51). Кольцевой элемент газа на
произвольном радиусе г толщиной dr будет находиться в равновесии, если
разность давлений dp на его боковую поверхность
уравновешивается центробежной силой, т. е.
w2
dp -.- —^ dm,
где dm — масса кольцевого элемента с
поверхностью, равной единице, т. е.
Тангенциальная составляющая скорости
с уменьшением диаметра конуса
искрогасителя увеличивается по закону площадей, т. е.
откуда
dr .-=
j — dwu.
Подставив значения dr и dm в уравнение
для dp, получим
" Wu
Фиг. 78. Схема движения
потока газа с искрами
в искрогасителе.
Проинтегрировав данное выражение в пределах от wu = О до
wUm, имеем
У
Это выражение характеризует закон изменения тангенциальной
составляющей скорости в сечениях искрогасителя до тех пор, пока
не начнет превалировать закон изменения тангенциальной
составляющей скорости по уравнению wu — Сг.
Следовательно,
w2 г2
Р ит
У "
Кихтенко, Хлебников 1186
129

Соотношение геометрических параметров конусно-вихревого
искрогасителя
Основными геометрическими параметрами искрогасителя
являются (фиг. 79 и 80):
угол наклона образующей конуса а;
длина конуса L;
радиус выпускной трубы г;
радиус нижнего основания конуса г5;
Профиль, ограничивающий \
высоту лопаток-
-466-
R\5cd6yx
сторон
А-А
Фиг. 79. Основные геометрические
параметры искрогасителя и
характерные сечения искрогасителя.
Фиг. 80. Геометрические параметры
крыльчатки искрогасителя.
радиус верхнего основания конуса г7;
радиус окружности, ограничивающей наружный конус,
непосредственно за крыльчаткой г6;
угол установки лопатки по хорде X;
радиус лопатки крыльчатки RKf};
высота лопатки /г;
угол спирали, по которой движется поток, ср;
радиус дна крыльчатки г4.
Изменением соотношения этих параметров можно получить
различные профили сечений и каналов, по которым движется поток
выпускных газов. Профиль канала достаточно характеризуется его
расширением или сужением.
На фиг. 79 показаны также характерные сечения искрогасителя;
Sx — площадь живого сечения выпускной трубы;
130

52 — площадь живого сечения крыльчатки (зависит от
расположения его по высоте лопатки);
Ss — площадь, ограниченная дном крыльчатки;
54 — площадь за крыльчаткой;
55 — площадь в наиболее узкой части конуса.
Огношение площади живого сечения выпускной трубы к площади
живого сечения крыльчатки характеризует степень расширения
канала:
а -
' °2 —
где SnoJlH — полная площадь сечения S2;
SA — площадь лопаток в поперечном сечении.
Определим площадь сечения лопатки (фиг. 80). Рассмотрим
треугольники ОВС и OCD и определим искомый угол (J. Из
треугольника ОВС имеем
ОВ2 = ОС2 + СВ2 — 2ОС-СВ cos у;
обозначив .
ОВ = г2; ОС = г3; ВС - RKp9
получим
r\ = r\ + R2Kp — 2rdRKP cos y;
4 +*Ip-'I
cos У = 2P~7 =ll У = arc cos g.
Из треугольника OCD имеем
OD2 = CD2 + CO2 — 2OC-CD cos0;
обозначив
OD = r4; CD = Длр,
получим
COS 6 == =ib;
0 = arc cos if;
= 0 — у = arc cos i|) — arc cos £.
Длина лопатки искрогасителя
1 = 180 *
131

Если толщина лопатки t и количество лопаток п, то площадь
лопаток искрогасителя
с _ nRKP (arc cos i|) — arc cos g)
5Л ш m.
Площадь живого сечения крыльчатки в зависимости от
рассматриваемой высоты лопатки
Условимся рассматривать только среднее сечение крыльчатки
на высоте /г/2, тогда
с я (2r5)2 nRkP fare cos if — arc cos £] .
следовательно,
я (2r6)2 я/^д-р [arc cos ф — arc cos g[
Г8п
Отношение площади S2 к площади S3, ограниченной дном
крыльчатки, представляет собой степень сужения потока а2:
я (2г5)
S2 4 180
2 S3 я (2r5)2 я (2г4)2 '
4 4
Отношение площади, ограниченной крыльчаткой, к площади
за крыльчаткой является степенью расширения потока а3:
а*
_ S3 _
Отношение площади S4 к наиболее суженному месту конуса
представляет собой степень сужения канала <т4:
^
Q4 55 я4 yrtf Г2 '
Угол образующей конуса а и его длина L зависят от диаметра
верхнего г7 и нижнего гь оснований и от угла наклона лопатки к,
который в данном случае характеризуется расположением лопатки,
т. е. радиусами г2 и г3.
Найдем соотношения между углом % и радиусами лопатки.
132

Из треугольника EDC (фиг. 80) определим угол ср0. Так как
перпендикуляр СЕ, опущенный из точки С (вершины равнобедренного
треугольника CBD), делит угол (J пополам, то
Угол наклона (хорды лопатки)
Х= 180 — [ 0 + (180— -|- — 90°)] = 90° —-|- —0;
I == 9о° 4- arc cos Ф ~~ arc CQS I 0
Определим зависимость угла а (наклона образующей конуса)
от угла закрутки потока, полагая, что он следует по профилю
лопатки (см. фиг. 79)
Из треугольника ukn имеем
'5
следовательно,
Для того чтобы искрогаситель имел возможно меньшее
сопротивление, необходимо, чтобы проходные сечения в крыльчатке
и за крыльчаткой были одинаковы, т. е. чтобы а2 = 1:
r6/ — \zr*) J — "4- Vr7 » ZjL l&a) f3Q •
\(9г \ (9г \1
4 iVzr6/ \zr*) J — "
Это уравнение является основным при проектировании тракта
искрогасителя. Преобразуем это уравнение, подставив в него
значение угла (}:
р = 21— 180 + 26.
Окончательно имеем
— Пг \* — лЯкр(2Ь— 18° + 29) in _
4 ^Г^ 180 ~
^^-[(r7 + 2Ltga)2-(2r4)2]. (51)
Задавшись углом 8 установки хорды лопатки на окружности
и углом наклона конуса а, определим угол закрутки X потока
крыльчаткой. Чем меньше высота крыльчатки h и чем больше длина
133

проточной части крыльчатки, тем сильнее будет закрутка потока. Длина
проточной части, ограниченная лопатками, должна быть достаточной,
чтобы обеспечить необходимое направление потока газов. При
исследовании интенсивности закрутки потока газов в серийном
искрогасителе двигателя СМД-14 выяснилось, что поток движется по
спирали и на длине конуса L делает один виток (см. фиг. 78). Чтобы это
обнаружить, в поток газов пускалась меловая пыль, которая на
конусе оставляла следы. По этим следам было установлено его движение
по спирали, причем угол движения потока равен 23°, в то время как
выход из крыльчатки задан под углом 15°. Следовательно, поток
имеет отклонение от угла выхода его из лопаток. Количество витков,
которые может сделать поток в конусе искрогасителя, зависит от
интенсивности закрутки его в крыльчатке. На величину закрутки
в основном влияют угол установки хорды лопатки А,, длина
проточной части (перекрытие лопаток) и и высота крыльчатки h. Для
получения более интенсивной закрутки необходимо увеличить угол X
и уменьшить высоту лопатки h и выполнить ранее заданное условие
<т2 = 1, при котором будет наименьшее сопротивление проточной
части. Эти условия обеспечивают надежное гашение искр,
незначительное сопротивление и надежную работу эжектора, так как работа
последнего зависит от величин вихря.
На величину закрутки потока влияют следующие параметры
крыльчатки: X— угол наклона хорды лопатки крыльчатки; RKP —
средний радиус лопаток, ограничивающий их наружный профиль;
h — высота лопатки и ф — угол выхода спирали в вертикальном
направлении.
Учитывая угол срыва потока, величина угла ф — 15° является
вполне приемлемой.
Полученное соотношение (51) позволяет дать анализ
существующих конструкций конусно-вихревых искрогасителей и
спроектировать искрогаситель, который обеспечивал бы надежное гашение
искр и эффективную работу эжектора.
Так как необходимо, чтобы все искры были погашены полностью
до эжектора, определим наименьший диаметр частицы, которая
сможет достичь поверхности конуса искрогасителя и, следовательно,
будет погашенной. Гашение искр, достигших поверхности конуса,
происходит вследствие дробления искр от истирания, а также отдачи
тепла, так как температура поверхности искрогасителя ниже, чем
температура частиц.
Поток газа, который выходит из крыльчатки, представляет собой
вращающийся объем в виде усеченного конуса.
Наименьший диаметр частицы-искры, достигающей ограничивающей
поверхности конуса искрогасителя
Нахождение наименьшего диаметра частицы-искры, которая
может достигнуть поверхности конуса, позволяет определить
основные параметры искрогасителя.
134

В области очистки пыли применяется ряд формул для определения
наименьшего размера частиц пыли. Воспользуемся, основываясь
на геометрической форме и конструкции искрогасителя, формулами,
полученными для пылеотделителя полусферической формы [20].
Составим дифференциальное уравнение относительного движения
частицы по отношению к вращающемуся вместе с потоком
пространству.
Уравнение относительного движения в векторной форме имеет
вид _____
та = F + Ie + IK,
где а — относительное ускорение;
F — равнодействующая всех внешних сил, действующих на
частицу;
1е — переносная сила инерции;
1К — кориолисова сила.
Приближенное решение этого уравнения можно получить, исходя
из следующих предположений и допущений:
1) частицы-искры при движении в газовом потоке друг на друга
не влияют;
2) частица-искра не отстает от вращающегося потока, а лишь
пересекает его в радиальном направлении. При этом пренебрегают
относительной скоростью частицы вдоль линии потока и учитывают
только относительную скорость частиц поперек потока. В данном
случае пренебрегают кориолисовой силой, так как ее проекция
на радиальное направление равна нулю;
3) центробежная сила направлена по радиусу искрогасителя, хотя
в действительности центробежная сила направлена нормально к
спиральной траектории частицы-искры;
4) частицы-искры имеют форму идеального шара;
5) на частицу-искру действуют только силы инерции и
сопротивления; силой давления газа и силой тяжести ввиду незначительной
величины частиц пренебрегают;
6) поступательная скорость частиц-искр равна скорости газа,
причем частицы не имеют собственного вращения относительно этого
потока;
7) отсутствует турбулентность газового потока при его вращении
в искрогасителе;
8) плотность потока постоянна.
Размеры частиц-искр, которые содержатся в выпускных газах,
редко превышают 100 мк, поэтому для частиц'таких размеров
справедлив закон сопротивления Стокса
S = 3jtudvQ,
где и — скорость частицы в м/сек;
d — диаметр частицы в ж/с;
v — кинематическая вязкость в смУсек;
q — плотность потока в кгсек2/м*.
135

Очевидно, что если частицы диаметром 100 мк и менее достигнут
поверхности конуса, то частицы больших размеров тем более
достигнут ее;
9) рассматривается скорость потока и находящихся в нем
частиц, наиболее удаленных от конуса в радиальном направлении,
где гъ — радиус, соответствующей поверхности;
i — время.
Это допущение вполне вероятно для частицы-искры, которая
при входе в искрогаситель находилась на наибольшем расстоянии
от поверхности конуса у его основания;
10) поток вращается с одинаковой угловой скоростью со (подобно
вращению твердого тела), причем угловая скорость (на среднем
радиусе конуса искрогасителя)
2v
(О = ; -.
Гь-trt
В этом случае переносная сила инерции, или центробежная сила
Ie
nd
где т — масса рассматриваемой частицы, т = —т— - qw; gm —
плотность частицы;
х — расстояние частицы-искры от конца лопатки.
Проектируя векторы на радиальное направление, получим
, . t-Л V^V KA/ V ^ Q |
сделав замену
dux dux dx dux
= uu
dt dx dt K dx '
имеем
dux
dx
Проинтегрируем последнее уравнение
ux==0 x=r5 х=гй
J ux dux =■ mco2 J x dx — Зя dqv J ux dx.
0
=0
Подынтегральную функцию их возьмем как среднее значение иХс ,
т. е.
uxdx -'
136

Если предположить, что конечная и начальная скорости частицы
в радиальном направлении равны нулю, то после интегрирования
получим
Находим
Заменим
Тогда
— 3ndQvucp(rb~- r4);
xcp
О) —
2v
9я dqv 9qv (r5 -f- r4)
Скорость потока v не является постоянной величиной как по
сечению конической поверхности искрогасителя, так и в различных
точках одного сечения, взятого на этой поверхности.
Частица при движении пересекает поток, перемещаясь при этом
вдоль сужающегося канала. Будем считать, что скорость v является
средней скоростью vcp потока в искрогасителе, величина которой
зависит от степени сужения канала. Начальная средняя скорость
потока при входе в искрогаситель
О ~" о >
О]
где Q — расход газов на выпуске при работе двигателя на
определенном режиме;
St — площадь живого сечения выпускной трубы.
Из выпускной трубы поток поступает на крыльчатку, где
расширяется, и его скорость
Дальнейшее движение потока сопровождается его сужением
непосредственно в сечении верхней поверхности крыльчатки
и его скорость
v 2 = <w
После этого сечения поток расширяется, и его скорость
Дальше, двигаясь по конусу, поток сужается, и его скорость
1186
137

Таким образом,
^'0(7icr2a3a4 _ /
4
4- cr2 -|- a2a3 -f сг2а3а4
Время, необходимое для того, чтобы частица размером d достигла
поверхности конуса искрогасителя, можно определить из следующей
формулы:
2
Время /2, в течение которого частица достигает поверхности
конического искрогасителя, будет равно времени, в течение которого
поток газа находится в искрогасителе до выхода из него в эжектор:
/2 - -~— , или /2 — —— ,
где Хх — угол, на который повернется поток в искрогасителе до
выхода из горловины;
1Г — длина пути частицы-искры в искрогасителе;
vUq — тангенциальная составляющая скорости на поверхности
конуса искрогасителя.
Частица, выйдя из крыльчатки, достигнет поверхности конуса
искрогасителя при условии, если t2 < tx.
Подставим в формулу для tx значение t2 и определим
минимальную величину частицы-искры, которая проходит расстояние гъ — /у.
rfmin
ИЛИ
Параметры, входящие в эту формулу, измеряются в системе МКС
(метр — килограмм — секунда).
Подставим значение скорости vcp и определим диаметр dm[n в
микронах из формулы (52):
dmin ^ '\/ Т^ ГГ+^ + а1а,+ °,а,о4 ч Ш' (54)
В эту формулу входят основные параметры, характеризующие
поток газа и конструкцию искрогасителя.
Анализируя формулу (54), можно сделать следующие выводы:
1. Отделение частиц-искр из потока при заданном значении г5, v,
Qm и ^i зависит от отношений а19 а2, а3 и а4.
138

2. Выбор параметров а, X, ср, а и h является одним из главных
условий, определяющих эффективность работы искрогасителя.
В результате рассмотрения основных параметров искрогасителя
и согласования их с минимальным диаметром частицы, которая
сможет достигнуть поверхности конуса, можно выбрать параметры
искрогасителя, наиболее удовлетворяющие требованиям искрогаше-
ния и работе эжектора.
Пример расчета конусно-вихревого искрогасителя,
работающего с эжектором
Расчет вихревого искрогасителя, работающего совместно с
эжектором, сводится к определению основных геометрических параметров
искрогасителя: радиуса г-, угла а и длины L.
В качестве примера рассчитаем вихревой искрогаситель
двигателя СМД-14, если дано:
Номинальная мощность двигателя Nе в л. с. . . . 75
Число оборотов коленчатого вала в минуту при
номинальной мощности . . 1700
Ход поршня S в мм .... .... 140
Диаметр цилиндра D в мм . . 120
Коэффициент наполнения г\у 0,8
Удельный вес частиц-искр ут в г/см3 1,5±3
Удельный вес газа у в /ъ/м3 0,455
Кинематическая вязкость газа в см2/се/с v . . 0,15
Температура выпускных газов в °С 550
Барометрическое давление в мм рт. ст 760
Задаемся следующими параметрами искрогасителя:
1) для получения максимальной закрутки потока принимаем1
угол X ■= 35°;
2) для получения хорошей проточной части между лопатками
длина хорды лопатки должна соответствовать углу Р = 60°;
3) для сохранения плавного движения потока по лопатке радиус
кривизны лопатки выбирают RKp •-■= 50 мм;
4) исходя из того, что радиус лопатки крыльчатки известен
и известен наружный диаметр, ограничивающий лопатки, выбираем
конструктивно диаметр дна крыльчатки Dx — 100 мм — 2г4;
5) диаметр выпускной трубы 2г7 = 57 мм;
6) толщину лопатки s по конструктивным соображениям
принимаем равной 3 мм;
7) число лопаток t — 6;
8) высоту крыльчатки h выбираем равной 28 мм.
Схема скоростей при выходе потока из крыльчатки искрогасителя,
и движении его по конусу показана на фиг. 81.
Средняя полная скорость газа на выходе из крыльчатки
^ ПОЛН. Ср £
где Qebln — расход газа на выпуске в м'3/сек;
S — выходное сечение крыльчатки.
139*

Из расчета эжектора
0,0809
-0,178 мУсек;
чвых у„ ~ о,455
S - я2г4— tsh - 3,14 100-28 —6-3-28 - 0,0083 ж2.
Принимаем диаметры верхнего и нижнего основания крыльчатки
одинаковыми: d = 2r4. Угол установки лопатки крыльчатки при-
Уполн ср.
-90-7
Фиг. 81. Схема скоростей при выходе потока из
крыльчатки искрогасителя и движении его по конусу.
нимаем равным 40°. Учитывая срыв потока, будем считать, что
последний выходит из крыльчатки под углом 35° в горизонтальной
плоскости. В вертикальной плоскости угол выхода потока из
крыльчатки составляет 23°.
Следовательно, поток выходит из крыльчатки под углом 35°
в горизонтальной плоскости и 23° в вертикальной.
Определим тангенциальную составляющую скорости потока на
поверхности конуса. Полная скорость потока сохраняет то
направлено

ние, которое она имеет при выходе из крыльчатки до встречи с
поверхностью конуса (фиг. 82), Здесь поток изменяет свое направление
соответственно профилю ограничивающей поверхности, и происходит
изменение соотношения между составляющими скорости потока
нормальной к ограничивающей поверхности, тангенциальной к ней
и направленной вдоль образующей конуса.
Тангенциальная составляющая на поверхности конуса
определяется по формуле
ср
cos (23°—16°) sin у -21,2 0,9925 -0,375 = 7,9 м/сек.
На фиг. 81 приняты следующие
обозначения:
v'a — СКОРОСТЬ ВДОЛЬ обрЗЗуЮ-
щей конуса;
— проекция полной средней
скорости на плоскость,
перпендикулярную к
образующей конуса;
скорость выхода потока
из крыльчатки;
vH — нормальная скорость,
перпендикулярная к
образующей конуса;
поли, ср
полн- сР
Uc
тангенциальная
составляющая скорости;
б — угол срыва потока при
выходе из крыльчатки;
К — угол установки хорды
лопатки;
А/ — угол выхода потока из
Фиг. 82. Характер движения потока
газа с частицами-искрами в
искрогасителе.
sin у --
30
"80"
крыльчатки;
- 0,375.
Радиусом г5 задаемся, величину ОК находим из построения.
Определим диаметр d частицы, которая при выходе потока из
крыльчатки наиболее удалена от поверхности, по формуле (53).
По опытным данным надежное гашение частиц-искр происходит
тогда, когда длина траектории /4 частицы на поверхности конуса
составляет не менее 500 мм, тогда
amin - у
9-0,000455-0,15 (82 ^
2-790-50
MK'
Задавшись углом наклона образующей конуса а = 12-М8°
из условия безотрывного движения потока газа и частиц-искр по
141

конической поверхности, определим по опытным данным высоту
конуса
т 2г5 — 2г7 2-80-2.28,5 , оп
L = 2tga = 2-0,2867 ^ 18° ЛЛ£'
Необходимо отметить, что предложенный метод расчета является
приближенным, и параметры а, г5 и L необходимо уточнять при
доводке искрогасителя.
ГЛУШИТЕЛИ
Глушение шума на выпуске газов у двигателей
тракторов и комбайнов
Шум, производимый тракторным или комбайновым дизелем,
не должен превышать 85—SO дб.
Применяющиеся на тракторах и комбайнах дизели имеют
следующие источники шума:
1. Шум от газов, возникающий при впуске и выпуске.
Наиболее громким является шум выпуска, поэтому в первую
очередь стремятся ослабить его.
2. Механический шум, возникающий от шестерен
газораспределения, вращающихся и поступательно движущихся деталей.
Наибольшие шумы возникают в процессе выпуска, так как
находящиеся в цилиндре двигателя продукты сгорания к моменту
открытия выпускного клапана находятся под давлением 5—10 am
и имеют температуру около 1600° С. В этот момент выпускные газы
еще обладают большим запасом энергии, которая в процессе выпуска
расходуется на преодоление сопротивления выпускного клапана
и трубопроводов, а часть ее превращается в кинетическую энергию
газа, вследствие чего создается волна давления. Волна давления
частично отражается, а частично уходит в окружающую атмосферу,
и при этом создается шум выпуска.
При увеличении нагрузки и числа оборотов двигателя шум
увеличивается.
Частота отдельных колебаний имеет решающее значение для
оценки шума. От числа колебаний зависит высота звука и
чувствительность звукового восприятия шума человеком. Степень
неприятности слухового восприятия звуков и шума определяется их тембром
и степенью непериодичности. Наиболее неприятным тембром
обладают звуки с частотой 2000—10 000 гц. Что касается
непериодичности, то, как известно, наиболее неприятным являются отдельные
хлопки.
Принцип полного глушения шума без потерь мощности основан
на том, что содержащиеся в общем установившемся пульсирующем
потоке многочисленные неустановившиеся потоки, создающие шум,
в процессе прохождения через акустический трубопровод
сглаживаются таким образом, что в результате остается лишь неслышимый
142

установившийся поток. Во избежание потерь мощности акустический
трубопровод должен быть таким, чтобы не оказывать сопротивления
прохождению через него установившегося потока и в то же
время оказывать очень большое сопротивление неустановившемуся
потоку.
Современные способы глушения шума основаны на сглаживании
неустановившихся потоков путем дросселирования и введения
реактивных сопротивлений, т. е. без перевода кинетической энергии
газа в тепло.
Существуют следующие методы
глушения шума:
1) отражение;
2) поглощение;
3) интерференция;
4) вихреобразование;
5) охлаждение.
На двигателях автомобилей тракторов
и комбайнов применяются способы
глушения, основанные на:
1) частых поворотах потока газов;
2) сильном дросселировании
поперечного сечения выпускного тракта;
3) расширении выпускных газов при
прохождении их через выпускной тракт;
4) расчленении потока газов на многие
отдельные потоки.
Хорошо известны различные варианты
глушителей, которые не являются одно-
ш
Фиг. 84. Эжектор,
искрогаситель и глушитель.
2
4
V
щ
щ
щ
г'/
MR
J
^
Фиг. 83.
Глушитель-искрогаситель автомобилей
ГАЗ-51 и ГАЗ-63.
временно искрогасителями и в конструктивном отношении не
могут обеспечить надежной эжекции (фиг. 83).
Следовательно, наиболее трудно решается задача применения
эффективных глушителей, которые должны работать с
искрогасителем и газовым эжектором. Их совместная работа приводит к потерям
кинетической энергии выхлопных газов в глушителе, что является
нежелательным для эффективной работы эжектора.
143

Конструкции глушителей, объединенных с эжектором
и искрогасителем, и результаты их испытаний
Искрогаситель, объединенный в одном агрегате с глушителем
и эжектором (фиг. 84), представляет собой вихревой конусный
искрогаситель У, надежно гасящий искры и превращающий прямолинейно
движущийся поток пульсирующих выпускных газов во вращающийся.
Вихревое движение газа сохраняется при прохождении потока через
глушитель 2 и эжектор 3.
Асбестовая подушка 5 и отражающий лабиринт 4 служат для
поглощения звука. Такая конструкция выпускной системы, как
показали испытания, обеспечивает надежное искрогашение и
эффективную работу эжектора.
Измерение шума на выпуске производилось шумомером Dave
на расстоянии 200—400 мм от двигателя. Результаты проверки
эффективности глушения шума приведены ниже (уровень шума без
глушителя равен 120 дб):
Частота
колебаний в гц
Снижение шума
в дб
25
15
30
— 10
40
— 12
59
—5
80
—3
100
—2
118
—7
150
— 10
175
-8
200
— И
250
7
300
— 12
Низкие частоты. Снижение шума на 5—8 дб.
Появление свиста
Частота
колебаний в гц
Снижение шума
в дб
400
— 17
900
— 18
1500
— 15
2000
— 18
3000
— 15
4000
— 18
6000
— 17
7000
— 19
8000
—20
Средние
частоты
(15 дб)
Высокие частоты (17 дб)
Из приведенных данных видно, что данная конструкция не
обеспечивает надежного глушения шума (90—100 до), но эффективна
в отношении искрогашения и эжекции. Глушение шума этим
глушителем значительно улучшается при повышении числа оборотов
двигателя. Однако хорошее глушение шума должно обеспечиваться
не только в области высоких частот, но также в области средних
и низких частот.
Рассмотренная конструкция громоздка, и поэтому ее не всегда
удобно применять.
Более удачной является конструкция эжектора искрогасителя
и глушителя в выпускном трубопроводе, показанная на фиг. 85.
144

Выпускной трубопровод 1 представляет собой ресивер
значительного объема. Поток газов входит в него по касательной и,
раскручиваясь, приобретает скорость wu. Глушение шума выпуска происходит
вследствие резкого расширения газов, при этом происходит
частичное гашение искр за счет истирания их при движении по
цилиндрической поверхности трубопровода и отдачи тепла.
Выпускные газы, имеющие вращательное движение, входят
в конус 5, где происходит дальнейшее гашение искр и увеличение
разрежения вследствие повышения скорости в суженном сечении
конуса. К конусу присоединяется выпускная труба 2, которая
не имеет никаких устройств для глушения шума, гашения искр и
эжекции.
Направление
движения потока
Отсос
Фиг. 85. Эжектор, искрогаситель и глушитель, скомпонованные в выпускном
трубопроводе:
/ — выпускной трубопровод; 2 — выпускная труба; 3 — конус; 4 — отсосная трубка;
5 — сопло эжектора.
Сопло 5 эжектора для отсоса пыли из бункера воздухоочистителя
располагается в суженном месте конуса. В конусе искрогасителя
движется вихревой поток, так как вход в корпус расположен
тангенциально, и поэтому эжектор работает как вихревой.
Рассмотренные выше теоретические положения для эжектора
и искрогасителя приемлемы и для этой схемы эжектора,
искрогасителя и глушителя.
Данная конструкция обусловливает незначительное
противодавление выпуску (80—120 мм вод. ст.) и способствует снижению
шума на 8—10 до.
Изменение тангенциальных составляющих скорости в
трубопроводе происходит по закону площадей так же, как в эжекторе
с внутренним газовым соплом. Поэтому, если принять, что диаметр
трубопровода D = 125 мм, радиус входа потока г = 80 мм, та
можно подсчитать тангенциальную составляющую .скорости по
формуле
®exR = wur,
где wex — скорость газов на входе в выпускной трубопровод;
R — расстояние от оси трубопровода до частицы газа во
входном его сечении;
Ю Хлебников, Кихтенко 1186 14i>

верстии;
г — расстояние от оси трубопровода до частицы газа в
выходном отверстии.
Таким образом,
Q
где wa = —V , если считать, что истечение газа происходит через
кольцевое сечение, внутренний радиус которого равен радиусу
газового вихря гвх, а внешний — радиусу сопла гс.
Следовательно, скорости и давления в данном случае изменяются
так же, как в эжекторе с внутренним газовым соплом. Величина
разрежения перед отсосной трубкой подсчитывается по формуле
Минимальный диаметр частицы-искры, которая достигает
поверхности конуса, подсчитывают по приведенному выше методу (для
конического искрогасителя), только соотношения сужающейся и
расширяющейся частей проходных сечений будут другими. Кроме этого,
необходимо учитывать истирание частицы-искры о поверхность
трубопровода.
Результаты испытания этого искрогасителя, глушителя и
эжектора по эффективности глушения шума приведены ниже (уровень
шума без глушителя 120 до):
Частота
колебаний в гц
Снижение шума
в дб
25
—25
30
—24
40
—20
59
—0
80
— 19
100
— 18
118
—5
150
—20
175
— 16
200
—22
250
—24
300
—20
Низкие частоты. Снижение шума на 18 дб.
Частота
колебаний в гц
Снижение шума
в дб
40С
—22
900
—20
1500
—20
2000
—24
3003
—20
4000
—20
6000
—22
7000
—30
8000
-38
Средние
частоты
(20 дб)
Высокие частоты (26 дб)
146

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ ЭЖЕКЦИИ
НА ДВИГАТЕЛЯХ СМД-14
Надежность работы воздухоочистителя тесно связана с работой
системы эжекции. Небольшой подсос воздуха в уплотнениях еще
не уменьшает надежность очистки бункера, так как эжектор
спроектирован с достаточным запасом по производительности. Однако
Фиг. 86. Установка эжектора, отсосной трубки и
воздухоочистителя на двигателе СМД.
при забивании кассеты воздухоочистителя сопротивление
последнего повышается и разрежение в бункере увеличивается, поэтому,
как показали испытания, эжектор должен обеспечивать очистку при
повышении сопротивления воздухоочистителя до 600 мм вод. ст.
На фиг. 86 показана установка эжектора и отсосной трубки на
двигателе, которая крепится к трубке эжектора и патрубку бункера
воздухоочистителя с помощью шланга и хомутов.
При эксплуатации иногда наблюдалось значительное смещение
отсосной трубки от оси эжектора (на 3—6 мм) при допуске на смэ-
щение 1 —1,5 мм, что приводило к необходимости установки
центрирующего кольца.
10* 147

При длительной эксплуатации (2000 ч и более) были случаи
значительного подсоса воздуха в эжекционную трубку в местах
шланговых соединений, что вызвало необходимость установки
специальной гайки в месте крепления трубки к бункеру
воздухоочистителя.
В случае выхода из строя шланговых соединений вследствие
образования на них трещин применялись шланги с оплеткой.
Других неисправностей в процессе эксплуатации не наблюдалось.
Система эжекции работала нормально и обеспечивала надежное
удаление пыли из бункера воздухоочистителя.
Уход за системой эжекции прост и требует лишь наблюдения
за местами шланговых соединений, соосностью отсосной трубки
с соплом эжектора, целостностью отсосной трубки и надежным
закреплением эжектора на выпускной трубе.

ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М., Гостеоретиздат,
1951.
2. А р о н с Г. А. Струйные аппараты. М., Госэнергоиздат, 1948.
3. Болтинский В. Н. Тракторные и автомобильные двигатели. М.,
Сельхозгиз, 1953.
4. Бутаков С. Е. Воздухопроводы и вентиляторы. М., Машгиз, 1958.
5. Б а у л и н К- К. О расчете эжектора. «Отопление и вентиляция», 1938,
№ 6.
6. Б а у л и н К. К- Эжекторы. «Отопление и вентиляция», 1931, № 10.
7. Величкин И. Н. иЗубистова М. П. Влияние пыли на
изнашивание деталей двигателя. М., ОНТИ — НАТИ, 1957.
8. К о у з о в П. А., Безразмерные характеристики иылеотделителей —
циклонов. «Отопление и вентиляция», 1938, № 10.
9. Л о й ц я н с к и й Л. Г. Механика жидкости и газа. М., Физматгиз. 1959.
10. М а е в В. Е. Современные способы очистки воздуха для тракторных
двигателей. М., ЦИНТИМАШ, 1961.
11. Метод ускоренных стендовых испытаний деталей двигателя на
износостойкость. М., ОНТИ-НАТИ, 1959.
12. О р л и н А. С, Вырубов Д. И. и др. Двигатели внутреннего
сгорания. Т. I. M., Машгиз, 1957.
13. П о ч т а р е в Н. Ф. Влияние запыленности воздуха на износ поршневых
двигателей. М., Воениздат, 1957.
14. П и р у м о в А. И. Аэродинамические основы инерционной сепарации, М.,
Госстройиздат, 1961.
15. Смухнин П. Н. и К о у з о в П.А., Центробежные пылеотделители —
циклоны. М., Главная редакция строительной литературы, 1935.
16. Степанов Л. М. иФедоренко B.C., Искрогасители для
подвижных и стационарных тепловых установок. М., Изд-во Мипкомхоз РСФСР, 1958.
17. Щ у р о в С. А. и Бондарен ко Ф. А. Некоторые вопросы очистки
воздуха у тракторных двигателей. Вып. 7. М., Машгиз, 1958 (НАТИ).
18. Щ у р о в С. А. и Б о н д а р е н к о Ф. А., Обзор конструкции
современных зарубежных тракторных воздухоочистителей. ОНТИ — НАТИ, 1959.
19. Bart \V. Bercei nung und Auslegung von Zyklogna'scneidern auf Crund
neuerer Untersuchungen «Brennstoff— Uarme—Kraft», Bd. 8 H. J., 1956.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Воздухоочистители 5
Пыль и ее влияние на износ деталей двигателя 5
Характеристика пыли, поступающей в двигатель 5
Влияние пыли на износ гильзы и поршневых колец 9
Конструкции современных отечественных и зарубежных тракторных
воздухоочистителей 13
Отечественные воздухоочистители 14
Зарубежные воздухоочистители 18
Выводы 23
Анализ и оценка конструкций циклонных воздухоочистителей сэжекцион-
ным удалением пыли тракторных и комбайновых двигателей .... 24
Теоретические основы расчета воздухоочистителей 36
Рлсчет циклопа 36
Выводы 50
Расчет масляно-контактной ступени очистки 50
Анализ совместной работы циклонов с масляной ступенью
воздухоочистителя 54
Выводы 58
Испытания воздухоочистителей для двигателей СМД 58
Стендовые испытания воздухоочистителей 58
Эксплуатационные испытания воздухоочистителей 70
Основные неисправности циклонных воздухоочистителей 75
Уход за воздухоочистителем 76
Эжекторы, искрогасители и глушители двигателей тракторов и комбайнов 77
Эжектор для автоматического удаления пыли из бункера циклонного
воздухоочистителя 77
Условия работы и требования, предъявляемые к эжектору 77
Выбор схемы и оценка конструкции эжекторов для автоматического
удаления пыли из бункера циклонного воздухоочистителя .... 78
Краткий обзор теории расчета эжекторов 88
Теоретические основы расчета вихревого эжектора с наружным
газовым соплом 91
Пример расчета вихревого эжектора для удаления пыли из бункера
воздухоочистителя 101
150

Испытание эжектора с осевым и вихревым потоками и эжектора с
искрогасителем на безмоторной установке 109
Искрогасители 122
Конструкции искрогасителей двигателей внутреннего сгорания и
оценка их работы 122
Работа конусно-вихревого искрогасителя совместно с эжектором 128
Соотношение геометрических параметров конусно-вихревого
искрогасителя 130
Наименьший диаметр частицы-искры, достигающей ограничивающей
поверхности конуса искрогасителя . 134
Пример расчета конусно-вихревого искрогасителя, работающего
с эжектором 139
Глушители 142
Глушение шума на выпуске газов у двигателей тракторов и комбайнов 142
Конструкции глушителей, объединенных с эжектором и
искрогасителем, и результаты их испытаний 144
Результаты полевых испытаний системы эжекции на двигателях СМД-14 147
Литература 149

Редактор издательства Л. И. Егоркина
Технический редактор В. Д. Элькинд
Корректор А. М. Усачева
Переплет художника Ю. И. Соколова
Сдано в производство 24/X 1962 г. Подписано
к печати 25/11 1963 г. Т-02835
Тираж 2000 экз. Печ. л. 9,75 (2 вкл.)
Бум. л. 4,88 Уч.-изд. л. 9,75
Формат 60X90/16 Зак. 1186 Цена 59 коп.
Типография № 6 УЦБ и ПП Ленсовнарлоза,
Ленинград, ул. Моисеенко, 10

ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Страница
7
табл. 2
39
43
57
95
108
Строка
4-я графа
2-я снизу
5-я сверху
8-я »
24-я »
4-я »
3-я »
Напечатано
90
Яд
1пр = 8,78 мм
Rc = 225 мм
Должно быть
40
Мер = д *~
Яд
Lnp = 8,78 см
Р = 0
Rc ** 22,5 мм
В. А. Кихтенко, Ю. П. Хлебников. ,3аказ 1186.