Тепловая напряженность в двигателях

Тепловая напряженность двигателя определяется абсолютной температурой стенок цилиндра (втулки, крышки, поршня) и температурными перепадами в стенках. В большинстве двигателей эти параметры не замеряются в условиях эксплуатации, а тепловое состояние стенок оценивается по косвенным показателям — температуре охлаждающей среды, температуре выпускных газов, среднему индикаторному давлению, положению топливной рейки, частоте вращения двигателя, а также путем “ощупывания” наружных поверхностей двигателя. Поддержание контролируемых параметров в определенных пределах обеспечивает такое тепловое состояние цилиндропоршневой группы, при котором завод-строитель гарантирует надежную работу двигателя.

В условиях эксплуатации всегда наблюдается отклонение внешних условий от тех, при которых устанавливались допустимые пределы контролируемых величин в условиях стенда, что может привести к увеличению уровня температур и температурных перепадов. Поэтому в последние годы на некоторые высокофорсированные главные двигатели устанавливается аппаратура непосредственного контроля температуры стенок.

Изменение уровня тепловой напряженности при работе по нагрузочной характеристике может быть проиллюстрировано с помощью эквивалентной стенки (Рис. 6). При увеличении нагрузки в цилиндре растет цикловая подача топлива, возрастает средняя и результирующая Трез температура газов. Следовательно, растут тепловые нагрузки, определяемые удельным тепловым потоком:

q = К (Трез — Тохл);

где К = 1 / (1 / αг + δ / λ + 1 / αохл) = λ / (λ / αг + δ + λ / αохл) — коэффициент теплопередачи;
αг — коэффициент теплоотдачи от газов к стенке;
λ — коэффициент теплопроводности стенки;
αохл — коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей среде;
δ — толщина стенки;
Трез — результирующая температура;
Тохл — температура охлаждающей среды.

Рис. 6 Изменение тепловой напряженности при изменении нагрузки двигателя

С ростом температуры газов в цилиндре увеличивается значение среднего показателя αг. Поэтому толщина первого слоя эквивалентной стенки, равная λ/αг, при увеличении нагрузки уменьшается, что совместно с ростом Трез приводит к увеличению как абсолютных температур стенки T1 и Т2, так и градиента температур ∂Т/∂Х (рис. №6) и соответственно тепловых напряжений в толще металла.

На малых нагрузках и на холостом ходу температура стенок цилиндра значительно снижается, что приводит к увеличению периода задержки самовоспламенения, переносу сгорания на линию расширения, неполному сгоранию топлива, которое выбрасывается в выпускной коллектор. Кроме того, в выпускной коллектор выбрасывается и смазочное масло, не “срабатываемое” в цилиндре при малой нагрузке. Скопление нефтепродуктов в выпускном тракте приводит к загрязнению тракта из-за коксования топлива, может явиться причиной пожара в выпускном коллекторе.

Поэтому при работе по нагрузочной характеристике на малых нагрузках необходимо увеличивать температуру охлаждающей жидкости на входе в двигатель, отключать воздухоохладители системы наддува, снижать подачу цилиндрового масла, практиковать периодическое выжигание нефтепродуктов в выпускном коллекторе путем кратковременного увеличения нагрузки двигателя, не допуская большого скопления горючих веществ в коллекторе. Режимы работы на сниженных нагрузках и на холостом ходу должны быть возможно короче по времени. Эти замечания в большей степени касаются главных двигателей, работающих по нагрузочной характеристике.

На режимах нагрузочной характеристики наблюдается качественное совпадение характера изменения температуры стенок цилиндра и температуры отработавших газов. Поэтому в эксплуатации оценка теплового состояния отдельных цилиндров по температуре газов является вполне обоснованной и наиболее простой формой контроля.

Смотрите также:
а) Изменение энерго-экономических показателей
б) Изменение механической напряженности

Сентябрь, 29, 2016 384 0
Читайте также