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, оС | t, оС | 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 Ре= 0,9 МПа наведено на рис. 7, а розрахункове температурне поле вогневого днища охолоджуваної повітрям головки циліндрів, для варіанту з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Рпов = 0,1 МПа наведено на рис. 8.
Розрахункові значення температур вогневого днища головки, для варіантів з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Рпов = 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.
Основний ефект від застосування системи локального охолодження - зниження температури випускного клапанного вузла і, як наслідок, зменшення різниці температур між сідлами випускного та впускного клапанів.
Це дозволяє розвантажити зону перетинки між отворами під сідла клапанів та знизити температуру вогневого днища головок циліндрів форсованих дизелів.
На конструктивні варіанти по поліпшенню умов роботи клапанного вузла та головки циліндрів було отримано патенти України.
ВИСНОВКИ
У дисертаційному дослідженні розв’язана важлива науково-практична задача - визначення впливу локального повітряного охолодження як засобу зниження максимальних температур, напружень та деформацій головки циліндрів автотракторного дизеля 4ЧН 12/14 та головки циліндра тепловозного дизеля 16ЧН 26/27. Вирішення задачі дозволило одержати наступні наукові і практичні результати:
1. Уточнено комплекс моделей теплонапруженого та деформованого стану головок циліндрів автотракторного та тепловозного ДВЗ, для випадку використання локального охолодження зони перетинки між отворами під сідла клапанів.
2. За результатами розрахунково-експериментального моделювання з використанням уточненого комплексу моделей теплонапруженого та деформованого стану головок циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 та дизеля 16ЧН 26/27, отримані значення температур, напружень та деформацій для головок циліндрів при роботі дизелів на теплонапруженому режимі, у тому числі для перспективних рівней форсування.
3. Проведено моторний експеримент з дослідження умов роботи пари стрижень клапана - направляюча втулка при застосуванні локального повітряного охолодження. Для режиму з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Рпов = 0,1 МПа таNe= 79,36 кВт при n = 1600 хв-1 зниження температури охолоджуваного клапана при навантаженні, близькому до номінального, по стрижню клапана склало в середньому 80 - 125 оС, що дозволило стабілізувати зазор в парі стрижень клапана - направляюча втулка по висоті, поліпшити умови змащення та поліпшити умови роботи клапанного вузла.
4. Створено вузлову модель клапанного вузла, що дозволяє розрахунковим шляхом обґрунтовано обирати раціональні значення зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка
5. Експериментально визначено характер зміни зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка та тиску відпрацьованих газів в зазорі в залежності від режиму роботи двигуна, що дало змогу уточнити значення ГУ теплообміну по ділянках теплообмінної поверхні пари стрижень клапана - направляюча втулка, ідентифікувати вузлову модель.
6. Проведено фізичне моделювання локального повітряного охолодження перетинки між отворами під сідла клапанів на оригінальному безмоторному стенді та розрахунково-експериментальне дослідження ТНС головок тракторного та тепловозного дизелів штатного та модернізованого виконання.
7. Розроблено варіанти конструкції головок циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 та дизеля 16ЧН 26/27 з системою локального повітряного охолодження вогневого днища, що дозволило провести експериментально-розрахунковий аналіз з визначення впливу характеристик локального охолодження на ТНС головок циліндрів.
8. Зниження температури центральної частини вогневого днища на 50 - 80 оС, досягнуте за рахунок локального охолодження, дозволило поліпшити умови роботи головки циліндрів за рахунок зниження максимальних напружень вогневого днища в середньому на 25 - 30 %.
9. Розроблено рекомендації з поліпшення ТНС клапанного вузла та головки циліндрів форсованого дизеля. Технічні рішення з поліпшення умов роботи деталей клапанного вузла та головки циліндрів захищені 4-ма патентами України.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Тринёв А.В., Авраменко А.Н., Амброзик A. Анализ теплонапряженного состояния выпускного клапана форсированного тепловозного дизеля. // Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2004. - №1. - С. 58-60. Здобувачем проведені розрахунки полів температур та напружень випускного клапана тепловозного дизеля.
2. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Моделирование теплонапряженного состояния биметаллического клапана тепловозного дизеля. // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр.- Харьков: ХНАДУ. - 2005. - № 16. - С. 286-288. Здобувачем виконано розрахунковий аналіз полів температур та напружень біметалевого випускного клапана тепловозного дизеля.
3. Тринёв А.В., Гончар П.Д., Авраменко А.Н. Результаты экспериментального исследования теплового состояния седла выпускного клапана в условиях локального охлаждения. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 1 (20). - С. 27 - 35. Здобувачем проведені розрахунки полів температур варіантів сідел клапанів.
4. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Влияние уровня форсирования рабочего процесса и материала направляющей втулки на изменение зазора в паре клапан – направляющая втулка тепловозного дизеля Д80. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 2-3 (21-22 ) - С. 41 - 48. Здобувачем визначена залежність зміни зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка в залежності від матеріалу втулки та форсування двигуна, а також проведено розрахунковий аналіз полів температур в парі.
5. Тринёв А.В., Косулин А.Г., Авраменко А.Н. Использование локального воздушного охлаждения клапанного узла для форсированных автотракторных дизелей. //Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2005. - № 1. - С. 75-80. Здобувачем проведені розрахунки полів температур варіантів охолоджуваних повітрям випускних клапанів та направляючих втулок в залежності від режиму роботи двигуна.
6. Тринёв А.В., Авраменко А.Н., Москалёв И.А. Оценка влияния геометрии тарелки клапана на теплонапряженное состояние выпускных клапанов автотракторного дизеля. // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2005. - № 2. - С. 76-80. Здобувачем проведені розрахунки полів температур та напружень варіантів випускних клапанів автотракторного дизеля.
7. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Актуальность исследования теплообменных процессов в сопряжении стержень клапана – направляющая втулка для быстроходных форсированных дизелей. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 4 (23) .- С.4 - 10. Здобувачем обґрунтована необхідність застосування розрахунково-експериментальних методик для уточнення значень граничних умов в парі стрижень клапана – направляюча втулка.
8. Тринев А.В., Авраменко А.Н. Математическая модель теплонапряженного состояния крышки цилиндра. // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2006. - № 2. - С. 18 - 28. Здобувачем була розроблена модель теплонапруженого та деформованого стану головки циліндра тепловозного дизеля Д80.
9. Тринев А.В., Авраменко А.Н. Влияние воздушного охлаждения огневого днища на теплонапряженное состояние крышки цилиндра тепловозного дизеля. // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр. –Харьков: ХНАДУ. - 2006. - № 20. - С. 88 - 91. Здобувачем була розроблена конструкція головки циліндра з каналами локального охолодження та проведено розрахунок полів температур, напружень та деформацій.