Зависимость параметров теплонапряженности от конструктивных и эксплуатационных факторов

Влияние конструктивных факторов

С точки зрения тепловой напряженности, толщина стенок цилиндропоршневой группы должна быть, возможно, меньшей, чтобы уменьшить термическое сопротивление стенок и улучшить теплоотвод. В то же время, при увеличении диаметра цилиндра, форсировке двигателей и росте Pz для повышения механической прочности необходимо увеличивать толщину стенок. Эти противоположные требования заставляют ограничивать максимальный диаметр цилиндров (Д < 980-1060 мм), искать такие конструктивные решения деталей и узлов ЦПГ, которые обеспечивали бы надежную работу двигателя как с точки зрения механической, так и тепловой напряженности. Эти решения нашли свое выражение:

  • В применении ребер жесткости в поршне и крышке при одновременном уменьшении толщины стенок;
  • В использовании составных крышек цилиндра с горизонтальным разъемом, из которых нижняя часть служит для отвода тепла, верхняя — для противодействия механическим усилиям от давления в цилиндре (двигатели МАН);
  • В применении кольцевых каналов в верхней части втулки для турбулизации потока охлаждающей воды и интенсификации охлаждения;
  • В применение выточек в верхней части втулки для уменьшения толщины стенок (двигатели Зульцер типа РД)
Рис. 1 Конструктивные меры для интенсификации охлаждения поршня, втулки, крышки

В последних модификациях двигателей распространенным решением является использование косых сверлений для охлаждения массивного “воротника” втулки, применение цельнокованных крышек со сверлениями для охлаждения и поршней ячеистого типа с охлаждением по принципу “взбалтывания” (рис. 1).

В 4-тактных двигателях встречаются поршни с заделанными в тело металла у поверхности камеры сгорания змеевиками для охлаждения.

Толщину стенок удается снизить и за счет применения более прочного материала (высоколегированной стали). Выбором более качественного материала удается поднять и верхний уровень допустимой теплонапряженности.

Распространенными решениями стали применение хромомолибденовых сталей, покрытие втулок и поршневых колец хромом, плазменное покрытие поршней, покрытие стенок камеры сгорания теплоизоляционным материалом, стеллитовые наплавки седел и тарелок клапанов.

Наряду с нанесением теплоизоляционного материала на поверхности стенок камеры сгорания, в качестве теплового барьера используются специальные отражательные листы, прикрепляемые на головку поршня; прорези в головке поршня — для создания “воздушного” барьера и облегчения работы колец; размещение в толще металла поршня специальных тепловых барьеров из теплоизоляционного материала (материал размещается в форму перед заливкой металла при изготовлении поршня литьем).

Некоторого снижения температуры деталей удается добиться интенсификацией охлаждения — увеличением скорости движения воды вокруг втулки при применении винтовых каналов в верхней части втулки, использование спиральных направляющих каналов в поршне, переход на “колпачковую” конструкцию крышки (за счет чего удается снизить темпера- туру бурта втулки), применение метода “взбалтывания” при охлаждении поршней (по данным, переход на охлаждение взбалтыванием позволил поднять (α2 с 1100 до 2500 ккал/м2 час оС), переход на водяное охлаждение поршней и форсунок, применение “натриевого” охлаждения клапанов и клапанов с водяным охлаждением.

Выравнивания поля температур удается добиться применением поршней с шаровидным головным соединением, в которых поршень может поворачиваться вокруг оси (двигатели Зульцер Z 40/48 и 65/65). Для выравнивания поля температур клапанов и их самопритирания применяется система механического проворачивания клапанов (двигатели Пилстик типа PC). У современных малооборотных двигателей клапан проворачивается набегающим потоком газов при выхлопе с помощью импеллера на шпинделе.

Конструкция топливной аппаратуры оказывает существенное влияние на теплонапряженность. Как говорилось ранее (Смесеобразование в цилиндре дизеля), диаметр сопловых отверстий и их углы наклона должны обеспечивать соответствие формы факела и формы камеры сгорания. Если это требование не выполняется и факел ударяется в стенки камеры сгорания, то неизбежно повышение местной тепловой нагрузки.

Смотрите также:

а) Влияние уровня форсировки, воздухоснабжения и рода охлаждающей жидкости
в) Влияние эксплуатационных факторов

Август, 20, 2016 261 0
Читайте также