X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В условиях эксплуатации поршневых энергоустановок степень теплоиспользования падает в связи с диссипацией механической энергии из-за утечки рабочего тела из камеры сгорания, дросселирования газов из надпоршневого пространство через неплотности ЦПГ и т.д. При увеличении неплотности ЦПГ снижаются такие технико-экономические показатели, как эффективная мощность, удельный и часовой расход топлива, повышается температура выхлопных газов, увеличивается количество вредных выбросов в атмосферу, значительно ухудшаются пусковые качества, снижается долговечность двигателя [3].

Основная причина увеличения утечки рабочего тела из камеры сгорания – износ сопряжения компрессионного кольца гильзы. Изнашивание втулок цилиндров зависит от тепловых процессов, связанных с генерацией тепла в камере сгорания, тепловыделением в зоне контакта трущихся деталей, а также от законов теплообмена и времени работы. Кроме того, на характер изнашивания влияют марка топлива, сорт масла, качества материала контактирующихся деталей и технической эксплуатации ДВС. Наиболее распространенным способом оценки ресурса ЦПГ является получение на основе опытных данных эмпирических зависимостей с их последующим уточнением по результатам стендовых и эксплуатационных испытаний.

В целом, техническое состояние ЦПГ впрямую определяет давление рабочего тела в цилиндре энергетической установки. В частности, зависимость давления сжатия от конструктивных размеров цилиндропоршневой группы и вязкости можно записать в виде [2]

(1)

где – средняя скорость поршня; – средняя скорость поршня при номинальной частоте вращения коленчатого вала; – время работы двигателя; ,– коэффициенты кинетической вязкости газа и масла; h – величина износа втулки цилиндра в относительных единицах.

Величину h можно определить из выражения

(2)

где t – безразмерное время, ; – время работы двигателя до капитального ремонта; – коэффициент пропорциональности.

Для втулки цилиндра величину коэффициента пропорциональности можно определить из выражения

(3)

_{где m – коэффициент тактности.}

Закон изменения давления в цилиндре двигателя можно записать уравнением

(4)

где Н_и– низшая теплота сгорания топлива, М – количество свежего заряда.

Следует учитывать, что на технико-экономические и ресурсные показатели ЭУ во многом определяются и герметичностью ЦПГ, которая зависит от конструкции уплотнения, технологии его изготовления и состояния в ходе эксплуатации. Кроме того, на работу уплотнения влияют давление и температура рабочего газа в цилиндре двигателя и характер их изменения. Для оценки влияния параметров рабочего процесса на утечку газа необходимо рассмотреть условия истечения газа в уплотнении, образуемом цилиндровой втулкой, компрессионными кольцами и поршнем [4, 5]. При нормальном состоянии рассматриваемого кольцевого уплотнения основной поток газа проходит через замки поршневых колец. Такое кольцевое уплотнение по характеру течения газа можно с достаточным основанием считать разновидностью лабиринтового. При этом величина коэффициента расхода замка поршневого кольца - параметр, во многом определяется распределением давлений в заколечных объемах. Для определения действительного расхода газа через канал G_д можно использовать выражение

(5)

где G_кр – величина критического расхода; q – параметр, учитывающий форму замка.

Для косых замков с углом наклона щели α = 45° параметр q можно определить из выражения

(6)

где l, S - продольный и поперечный размеры канала; - коэффициент давления.

Величина критического расхода определяется из выражения

, (7)

где k – показатель адиабаты; f – площадь проходного сечения канала на выходе; давление на входе; удельный объем газа на входе; – критическое отношение давлений.

Необходимо отметить, что на надежность и долговечность цилиндропоршневой группы оказывает влияние качество применяемого моторного масла. Достаточно перспективным является в этом направлении использование различных добавок к моторным маслам, которые снижают износ деталей ЦПГ, уменьшая, тем самым, механические потери на трение и увеличивая срок службы деталей ЦПГ.

Так, например, на российском рынке лидером является триботехнический состав компании «Супротек». Основным отличием данных добавок от присадок является то, что добавки взаимодействуют напрямую с металлами в местах трения, масло же является транспортировочной средой для состава в масляной системе ДВС. Данный состав в местах трения двигателя создает защитный металлический слой с особой структурой. Этот слой частично восстанавливает размеры и геометрию изношенных деталей, оптимизируя зазоры в парах трения, удерживает большее количество масла на поверхностях трения [1]. Для эффективного использования очень важно соблюдать методику разработчиков, описанную в инструкции по применению. Производитель заявляет следующие эффекты после применения их добавки: восстановление и выравнивание компрессии по цилиндрам; увеличение ресурса двигателя; увеличение мощности и приемистости двигателя; снижение расхода топлива; восстановление оптимальных характеристик работы двигателя; снижение шумности и вибрации (за счет очистки двигателя); улучшение экологических показателей работы ДВС; восстановление работоспособности гидрокомпенсаторов; защита двигателя при аварийной потере масла. Именно поэтому триботехнические составы рекомендуется применять как можно раньше, в том числе в целях профилактики и в новых ДВС.

Список использованных источников

1. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 256 с.

2. Тарасик В.П. Теория автомобилей и двигателей: Учебное пособие/ В. П. Тарасик, М. П. Бренч. – Мн.: Новое знание, 2008. – 400 с.

3. Яхъяев Н.Я. Прогнозирование работоспособности судовых двигателей внутреннего сгорания по износу деталей в узлах трения / Дисс… докт. техн. наук – Махачкала: ДГТУ, 2003.‒ 296 с.

4. Зейнетдинов Р.А. Основы термодинамического анализа теплоиспользования в поршневых двигателях // Известия СПбГАУ.– СПб., 2012. – № 28.– С.319-324.

5. Зейнетдинов Р.А. Системный анализ теплоиспользования в поршневых двигателях / Монография. – СПб.: СПбГУСЭ, 2012. – 171 с.

Код для цитирования: Скопировать