Реферат: Поліпшення теплонапруженого стану головок циліндрів форсованих дизелів шляхом локального охолодження

Охолоджувані повітрям

Р_пов = 0,1 МПа

Клапан 85 170 85 1,2 ·10^-3 Втулка 100 235 83 1,5· 10^-3 Сумісне 75 170 86 2· 10^-3 Перспективний рівень форсування (Ре = 2,1 МПа) Серійний клапанний вузол 130 305 100 -

Охолоджувані повітрям

Р_пов = 0,1 МПа

Клапан 100 220 102 0,7 ·10^-3 Втулка 128 305 100 0,9· 10^-3 Сумісне 85 220 104 1,3· 10^-3

У третьому розділі уточнено моделі, які дозволяють проаналізувати ТНС головки циліндрів автотракторного та тепловозного ДВЗ для випадку використання локального охолодження зони перетинки між отворами під сідлами клапанів. Модель з достатньою точністю дозволяє враховувати наявність у вогневому днищі каналів системи локального охолодження, як засобу зниження термічних напружень.

Проаналізовані проблеми руйнування найбільш теплонапруженого фрагменту головки циліндрів - перетинки між отворами під сідла клапанів. Встановлено, що такий дефект, як прогоряння та тріщини перетинки між отворами під сідла клапанів зустрічаються, в головках циліндрів, як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва.

Виникнення такого дефекту пояснюється насамперед значними температурними градієнтами, що виникають у вогневому днищі головки під час роботи двигуна.

Розробка комплексу моделей теплонапруженого та деформованого стану головки циліндрів складається з таких основних етапів: створення геометричної моделі в тримірній постановці, створення скінчено елементної моделі, розробки схеми призначення та саме призначення ГУ задач теплопровідності та механіки, виконання розрахунків та їх аналіз. Наведені етапи є визначальними для кожної головки циліндрів дизелів різних типів.

Скінченоелементна модель головки циліндрів автотракторного дизеля 4ЧН 12/14 представлена на рис.5, а головки циліндру тепловозного дизеля 16ЧН 26/27 на рис.6.

При призначенні ГУ задачі теплопровідності по ділянках теплообмінної поверхні розрахункових моделей було проаналізовано результати відомих розрахунково-експериментальних досліджень професорів Г.Б. Розенбліта, М.Д. Чайнова, М.Х. Дьяченка та інш. При розробці схеми ГУ задачі теплопровідності були використані експериментальні данні термометрії головок циліндрів, виконаної на кафедрі ДВЗ НТУ “ХПІ”.

Здобувачем розроблена розрахункова модель головки циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 та головки дизеля 16ЧН 26/27 з системою каналів локального повітряного охолодження зони вогневого днища (охолоджувані сідла клапанів та зона перетинки між сідлами клапанів).

Відомих даних недостатньо для відтворення з задовільною точністю умов теплообміну в каналах локального охолодження, тому ці задачі були вирішені за допомогою фізичного експерименту на безмоторному стенді.

У четвертому розділі наведено результати експериментально-розрахункового дослідження моделювання умов локального повітряного охолодження зони вогневого днища фрагменту головки циліндрів дизеля 4ЧН 12/14. Метою цієї частини дослідження було уточнення ГУ задачі теплопровідності при дослідженні ТНС головки циліндрів з системою локального охолодження вогневого днища, зокрема зони перетинки між сідлами клапанів.

Фрагмент головки циліндрів нагрівався до заданої температури за допомогою плавильної електропечі відкритого типу за рахунок вільної конвекції та теплообміну випромінюванням.

Уточнення значень ГУ задачі теплопровідності по ділянках теплообмінної поверхні каналів локального повітряного охолодження виконано шляхом вирішення зворотної задачі теплопровідності за експериментальними даними термометрії фрагменту головки циліндрів.

Значення ГУ теплообміну по ділянках каналів локального охолодження головки дизеля 4 ЧН 12/14 змінюються: від 300 до 450 Вт/м² К , а від 30 до 85 ^о С .

Температури в контрольних точках порівнювались з експериментальними даними термометрії головки циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 на режимі з N_e = 110кВт та n = 2000хв^-1 , проведеноїпроф. Є.І. Третяком на кафедрі ДВЗ НТУ “ХПІ”.

Різниця в розподілі температур між експериментальними даними термометрії головки циліндрів 4ЧН 12/14 проф. Є.І. Третяка та розрахунковими, відрізняється менше ніж на 3 %, що дозволяє вважати модель адекватною.

Результати розрахунку ТНС та деформацій головки дизеля 4 ЧН12/14 для варіантів з існуючим та перспективним рівнем форсування наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Результати розрахунку ТНС головки дизеля 4 ЧН12/14

Існуючий рівень форсування (Ре = 0,9 МПа)
Точки	1	2	1	2	2
Показники	t , о С	t , о С	i , МПа	i , МПа	max, мм
Серійна головка			315	308	400	360	0,14
Охолоджувана повітрям	Рпов = 0,1 МПа		270	240	375	350	0,09
	Рпов = 0,2 МПа		260	230	350	330	0,07
	Рпов = 0,3 МПа		250	220	300	290	0,06
Перспективний рівень форсування (Ре = 2,1 МПа)
Серійна головка			515	470	450	390	0,24
Охолоджувана повітрям	Рпов = 0,1 МПа		423	380	420	370	0,17
	Рпов = 0,2 МПа		416	370	390	360	0,15
	Рпов = 0,3 МПа		412	365	340	325	0,12

В якості критерію для оцінки напружень, що виникають в головці циліндрів, було обрано інтенсивність напружень.

Отримані в ході експериментально-розрахункового дослідження значення ГУ задачі теплопровідності були використані для проведення уточненого розрахунку теплонапруженого та деформованого стану головки циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 з системою локального повітряного охолодження вогневого днища.

Розрахункове температурне поле вогневого днища головки циліндрів автотракторного дизеля 4ЧН 12/14 при роботі дизеля на режимі з Р_е = 0,9 МПа наведено на рис. 7, а розрахункове температурне поле вогневого днища охолоджуваної повітрям головки циліндрів, для варіанту з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Р_пов = 0,1 МПа наведено на рис. 8.

Розрахункові значення температур вогневого днища головки, для варіантів з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Р_пов = 0,1; 0,2; 0,3 МПа наведено в табл.2.

У п’ятому розділі наведені практичні рекомендації щодо покращення умов роботи головок циліндрів форсованих дизелів.

Сформульовано рекомендації для покращення умов роботи пари стрижень клапана - направляюча втулка: раціональні зазори, режими охолодження, матеріали направляючої втулки та умови змащення.