ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДИЗЕЛЯ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЯ
Аннотация
Форсирование судовых двигателей внутреннего сгорания по среднему эффективному давлению сопровождается ростом максимального давления цикла, повышением теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы и интенсификацией их изнашивания. Износ деталей цилиндропоршневой группы приводит к увеличению зазора между поршнем и зеркалом цилиндра. Следствием увеличения зазора являются снижение теплоотвода от поршня к стенкам цилиндра и возрастание прорыва газов, имеющих высокую температуру, из камеры сгорания в зазор. Критическое повышение температуры поршня может привести к его разрушению и выходу двигателя из строя. В статье представлены наиболее характерные виды разрушений поршня. Целью проведенных исследований являлась оценка влияния двух указанных факторов на температурное состояние поршня. Расчет процессов теплообмена в кольцевом канале, выполненный с использованием дифференциальных уравнений энергии и неразрывности, а также критериальных уравнений течения жидкости в плоских каналах, позволил определить температуру газов и боковой поверхности поршня при различных значениях зазора между поршнем и цилиндровой втулкой и различных расходах газа в зазоре. Расчет выполнялся для двигателя ЧН 18/20, имеющего поршень, изготовленный из алюминиевого сплава. Было установлено, что увеличение количества газов, поступающих в зазор из камеры сгорания, оказывает более существенное влияние на температурное состояние поршня по сравнению с величиной зазора, возрастающего вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя. Сделан вывод о том, что именно количество газов с высокой температурой, поступающих в зазор, приводит к существенному повышению температуры поршня. Повышение температуры поршня вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы необходимо учитывать при определении его теплонапряженного состояния. Для обеспечения допустимого температурного уровня поршня в процессе эксплуатации необходимо разрабатывать конструкторские и технологические мероприятия, направленные на снижение расхода газов через зазор между поршнем и зеркалом цилиндра.
Ключевые слова
судовые двигатели внутреннего сгорания, детали цилиндропоршневой группы, износ, прорыв газов, теплообмен в плоских каналах, температурное состояние поршня, надежность судовых дизелей
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Конкс Г. А. Мировое судовое дизелестроение. Концепция конструирования, анализ международного опыта / Г. А. Конкс, В. А. Лашко. - М.: Машиностроение, 2005. - 512 с.
Сорокин В. А. Технико-эксплуатационные характеристики отечественных и зарубежных судовых дизелей мощностью до 3 МВт / В. А. Сорокин, М. Ю. Иванов // Наука и транспорт. - 2013. - № 1 (5). - С. 70-77.
Безюков О. К. Состояние и перспективы судового двигателестроения в России / О. К. Безюков, В. А. Жуков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2017. - № 2. - С. 40-53. DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-40-53.
Чайнов Н. Д. Конструирование двигателей внутреннего сгорания / Н. Д. Чайнов [и др.]. - М.: Машиностроение, 2008. - 496 с.
Кавтарадзе Р. З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях / Р. З. Кавтарадзе. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. - 472 с.
MAHLE Aftermarket [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.mahle-aftermarket.com (дата обращения: 30.08.2018).
Гурвич И. Б. Износ и долговечность двигателей / И. Б. Гурвич. - Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1979. - 175 с.
Григорьев М. А. Износ и долговечность автомобильных двигателей / М. А. Григорьев, Н. Н. Пономарев. - М.: Машиностроение, 1976. - 248 с.
Григорьев М. А. Обеспечение надежности двигателей / М. А. Григорьев, В. А. Долецкий. - М.: Машиностроение, 1990. - 322 с.
Чайнов Н. Д. Обобщенная модель анализа теплового и напряженно-деформированного состояния деталей цилиндро-поршневой группы / Н. Д. Чайнов, Л. Л. Мягков // Сборник научных трудов «Авиационно-космическая техника и технология». - 2001. - Вып. 26: Двигатели и энергоустановки. - С. 4-8.
Белогуб А. В. Геометрические и силовые граничные условия при анализе напряженно-деформированного состояния поршней методом конечных элементов / А. В. Белогуб, М. А. Зотов, М. А. Максимова // Двигатели внутреннего сгорания. - 2013. - № 2. - С. 70-75.
McClure F. Numerical modeling of piston secondary motion and skirt lubrication in internal lubrication engines: Requirements for Degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering / F. McClure. - Massachusetts Institute of Technology, 2007. - 241 p.
Левтеров А. М. Трехмерная конечноэлементная модель анализа нестационарных термоупругих напряжений поршня быстроходного дизеля / А. М. Левтеров, А. Н. Авраменко // Двигатели внутреннего сгорания. - 2008. - № 2. - С. 49-55.
Леванов Г. И. Экспериментальные исследования трибосопряжения «поршневое кольцо-цилиндр» / Г. И. Леванов, И. В. Мухортов // Двигатели внутреннего сгорания. - 2012. - № 2. - С. 64-66.
Madden D. Part 1: Piston friction and Noise study of three different piston architectures for an automotive gasoline engine / D. Madden, K. Kim, M. Takiguchi. - SAE Technical Paper, 2006. - 9 p. - № 2006-01-0427. DOI: 10.4271/2006-01-0427.
Kwang-soo K. Part 2: The Effects of Lubricating Oil Film Thickness Distribution on Gasoline Engine Piston Friction / K.S. Kim, T. Godward, M. Takiguchi, S. Aoki. - SAE Technical Paper, 2007. - 9 p. - № 2007-01-1247. DOI: 10.4271/2007-01-1247.
Таран С. Б. Модульное конструкторско-технологическое проектирование чугунных поршней высокофорсированных дизельных ДВС / С. Б. Таран [и др.] // Двигатели внутреннего сгорания. - 2012. - № 2. - С. 102-105.
Пылев В. А. Автоматизированное проектирование поршней быстроходных дизелей с заданным уровнем длительной прочности / В. А. Пылев. - Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2001. - 332 с.
Рождественский Ю. В. Радиальное профилирование направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания / Ю. В. Рождественский, А. И. Гусев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. - 2006. - № 11 (66). - С. 78-84.
Белогуб А. В. Учет технологических факторов, влияющих на точность получения внешней поверхности юбки поршня и оценка возможности снижения брака на производстве / А. В. Белогуб, А. С. Стрибуль, Н. Л. Сапич // Двигатели внутреннего сгорания. - 2005. - № 2. - С. 111-114.
Алехин В. И. Анализ влияния технологических дефектов на прочность литых тонкостенных поршней ДВС / В. И. Алехин, А. В. Белогуб, О. В. Акимов // Двигатели внутреннего сгорания. - 2012. - № 1. - С. 96-98.
Жуков А. А. Методика оценки эксплуатационных свойств материалов поршней ДВС / А. А. Жуков, В. А. Жуков, М. А. Тарасов // Сборник научных трудов «Авиационно-космическая техника и технология»:. - 2001. - Вып. 26. - С. 103-104.
Шпаковский В. В. Продление ресурса двигателя внутреннего сгорания установкой поршня с корундовым слоем / В. В. Шпаковский // Двигатели внутреннего сгорания. - 2014. - № 1. - С. 123- 126.
Костин А. К. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: справ. пособие / А. К. Костин, В. В. Ларионов, Л. И. Михайлов. - Л.: Машиностроение, 1979. - 224 с.
Овсянников М. К. Тепловая напряжённость судовых дизелей / М. К. Овсянников, Г. А. Давыдов. - Л.: Судостроение, 1975. - 258 с.
Гаврилов Ю. А. Приближенная оценка коэффициента теплообмена при ламинарном и турбулентном течении жидкости в плоских каналах / Ю. А. Гаврилов, Г. Н. Дульнев // Инженерно-физический журнал. - 1972. - Т. 23. - № 4. - С. 612-617.
Халатов А. А. Теплообмен и гидродинамика ускоренного потока в плоских криволинейных каналах / А. А. Халатов, А. С. Коваленко. - Киев: Наук. думка, 2006. - 224 с.
Лепский А. Г. Анализ возможности формирования интегрального показателя для оценки теплонапряженности деталей судового двигателя / А. Г. Лепский, А. А. Дамаскин // Вестник Мурманского государственного технического университета. - 2008. - Т. 11. - № 3. - С. 451-457.
Об авторах
Жуков Владимир Анатольевич - доктор технических наук, доцент
va_zhukov@rambler.ru.zhukovva@gumrf.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Мельник Олеся Владимировна - кандидат технических наук
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Тузов Леонид Васильевич - доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»
