автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Исследование и разработка способов повышения работоспособности распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизелей

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЪиСШЕ ИНЕЕНЕРНОЕ МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О.МАКАРОВА

На правах рукописи

СЕЛИВЕРСТОВ Михаил Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ШШПЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК ВДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность 05.08.05 "Суповые энергетические, установки и их элементы (главные и вспомогательные)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени .кандидата технических наук

Ленинград 1986

Работа, вышншеаа в Центральной ордена Трудового Краевого Знааеыс научяо-исслеховательскоы. институте морского флота.

НаучныЗ руководитель: доктор технических наук, ст.а.с. Б*Ф.Бооьоавов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

!&.СЛ1олшшнав

кандидат технических наук, ст.н.с. ¿.Л.Зедеяихиа

Ведущее предприятие - Балтийское центральное проектдо коаст-зукторское бюро

зо

Зацита состойся 1986 г. в /4 час в

аудитории £ /6 аа заседании специализированного Совета

при Ленинградской ордена Октябрьской Револвцва высшей ивленернои учшшце икени адмирала С.0.Макарова.

0< диссертацией можно ознакомиться, в библиотеке училища.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность раб-о а ы. В проекте " Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1986 -1990 годы и на период до 2000 годе предусматривается неуклонный .рост объема перевозок, производимых водным транспортом, и дальнейшее совершенствование в этой связи технической оснащенности отечественного флота. При этой вопросы повышения качества и надежности машин при одновреиенном уменьшении габаритов, металлоемкости, энергопотребления и снижении денешшх затрат на еденицу конечного полезного эффекта являются наиболее актуальным для народного хозяйства страны.

Энергетические установки совреиенных судов оснащаются высоко-форсированныш дизелями, узлы которых подвержены повышенным механическим и тепловым нагрузкам. Тепровоэ состояние деталей камеры сгорания является одним из основных факторов определяющих работоспособность дизеля и его эксплуатационную надежность. Большо! вклад в исследование и решение это! проблемы внесли такие ученые, как В.М.Бузник, Г.А.Давыдов, А.К.Костин, Ы.К. Овсянников, Р.М.Петри-чепко, Г.Б.Розенблиг, В.С.Свменов и др.

Анализ опыта эксплуатации судовых дизелей показывает, что узлом наиболее подверженном отказам является топливная аппаратуре, и в частности распылители форсунок. Отказы форсунок являются причиной 20-45% ( в зависимости от типа двигателя 3 всех вынужденных остановок судов в море, а трудозатраты» на их обслукивание могут достигать 15-25^ от общих трудозатрат на обелуаивание дизелей.'

Наиболее распространенные причины выхода из строя распылителей - эакоксовнванпе их сопловых отверстий и осмоление игл растлителей. Еа скорость протекавия данных процессов оказывает влияние целый ряд факторов, но доминирующим при этом является тепловое

состояние распылителя форсунки. Даннш вопросам посвящены работы Ю.Я. аомина, Р.В. Русинова, В.Г. Алялышева, Е,С. Едановского, А .В. Николаенко, В.Н. Долинина, З.М. Климова, А.. И. Зеленихина, И А. Ыичкина, Б.Н. Семенова, H.Li. Боровского, А.А. Грина, Л.Н. Карпова, М.Г. Рыбакова, Б.С. Агеева, В.В. Чурсина и других автор* Влияние теплового состояния особенно велико при работе дизелей на высоковязких топливах, так как эта топлива вследствие своего фракционного состава и повышенного содержания асфалъто-сшлистых веществ, обладают повышенной склонностью к образованию лаков и нагаров на нагретых поверхностях.

В настоящее время для снижения температуря распылителей фор судак судовых дизелей в основном применяются автономные системы охлаждения, хотя в ряде случаев, в частности для среднеоборотных дизелей, добиться необходимого снижения теплового состояния ыояш применением более простых технологически, а следовательно и боле« дешевых способов. Все это делает актуальным исследование и разработку рациональных способов сшшения теплового состояния распылителей в целях обеспеченна безотказной работы 'форсунок дизелей.

Цель и основные задачи исследования. Целью настоящих исследований являлись повышение надежности в эксплуатации и увеличение сроков слунбц форсунок судовых среднеоборотных дизелей путем снижения теплового состояния распылителей. Для чего необходимо бшю решить следующие основные задачи;

разработать эффективный метод оценки теплового состояния распылителей форсунок дизелей и выбора рационального способа его сшшения:

провести исследование возможных способов снижения теплового состояния; распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизеле и осуществить выбор наиболее рационального из них.

Методы исследования. Применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Достоверность математической модели оценивалась сравнением результатов, полненных расчетный путем, с результатами непосредственного замера температур распылителя на натурных образцах форсунок. Реализация разработанного метода оценки теплового состояния распылителей и выбора рационального способа его сниаения осуществлялась с помощью ЭВИ ЕС 1020.

В работе были использованы современные измерительные приборы и аппаратура. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном стенде и в эксплуатационных условиях на двух типах судовых дизелей.

Научная новизна. Проведено исследование влияния различных факторов, эксплуатационных и конструктивных, на температуру распылителей форсунок судовых дизелей. Дано математическое описание процессов теплообмена протекающих в форсунке, учитывающей влияние радиационного теплового потока на температуру распылителя, и позволяющее получать характер распределения температур по ее длине.

Исследована возможность применения экранирования распылителей ."■•орсунок судовых среднеоборотных дизелей, и целью снижения их температуры, вместо более сложных л дорогостоящих автономных систем охландения. При этом выявлено влияние степени экранирования торцевой поверхности распылителя на скорость образования лаковых пленок на его игле, а такае показана возиоеность предотвращения закоксовыва-ния сопловых отверстий распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизелей применением полного экранирования, обеспечивающего .снижение температуры носка распылителя яа 30-35°С.

Практическая ценность работы и ее реализация. Предлокенный в работе цетод оценки

теплового сосгояниа распылителей ..орсунон судовых дизелей позволяет выбрать наиболее рациональный способ снвгеяия их температуры.

Разработаны рекомендации по снпжепию температуры распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизелей применением экранирования.

На базе проведенных исследований были разработаны конструкции защитных экранов, которые внедрены на судах Советского Дунайского пароходства.

Материалы диссертации могут быть использованы проектно-конст-рукторскимн а исследовательским организациям: при разработке способов снижения теплового состояния распылителей форсунок судовых дизелей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на первой бассейновой научно-технической конференции в Эконошя топливно-энергетических ресурсов " ( Ленинград, 1933г. ), на всесоюзной ыеаотраолевоЗ научно-технической конференции " Развитие дизельных двигателей, топливной аппаратуры и повышение эксплуатационной экономичности " ( Ленинград ВДЩШ - ЩИТА, 1935г. ), а такне на ¿0, 21, 22, 23 и научно-технических конференциях ЦНИИ аорского ¿лота { Донияград, 1980, 1981, 1932, 1983, 1984 гг.■

Публикации. Па теие диссертации опубликовано 5 статей.

Структура и обьеи работы. Диссертация • состоит из введения, четырех глав, заклатения и списка использовш ной литературы из Ш наименований» Содержит 112 страниц шшшоши аого текста, 16 таблиц и рисунков.

(ВДЖ'АШЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности теш и кратную общую характеристик работы.

Первая глава посвящена анализу современного состояния рассматриваемого вопроса, постановке цели и определению основных задач исследования.

. Как показывает статистика,.наименее надежны элементом судового дизеля, е период эксплуатации, являются распылители форсунок. Все причины нарушения работоспособности распылителей форсунок судовых дизелей условно могло разбить на две группы: технологические и эксплуатационные. При этом основная доля отказов распылителей обусловлена эксплуатационными факторам, среди которых одним из наиболее ваташх является применяемое топливо: его физико-химический состав и физическое состояние перед впрыском в камеру сгорания дизеля. Современные высоковязкие топлива, применяемые в судовых дизелях, характеризуются широким фракционным составом, высокой вязкостью и плотностью, а также повышенным содержанием механических примесей и асфальто-смолистых веществ. Наиболее типичными отказами распылителей при работе двигателей на вязких топливах являются закоксовывание сопловых отверстий и зависание игл распылителей.

При этом основным фактором, определяющим скорость закоксо-вывання сопловых отверстий распылителя, является его температура. Она влияет также на скорость образования лаковых пленок на иглах распылителей, которые приводят либо к повышенным износаы, либо к зависанию игл распылителей в направляющих.

Большинство авторов при рассмотрении теплового баланса форсунки Принимает процесс теплообмена между рабочим газом в камере сгорания и распылителем конвективным, метзду тем, ^эядом проведен-

-а -

пах я последнее вреля жссдедоваали установлено, что золя теадоты, передаваемая стенкам камеры сгорания радиацией, соизмерена с долей теплоты, передаваемой конвекцией. Необходимо такте отметить, что тепловой бадане форсунки практически во всех работах не имеет достаточного математического обеспечения, что не позволяет анализировать тепловое состояние форсунка.

Анализ существуюдпх способов оценки теплонапряжеЕности распылителей форсунок дизелей показывает, что они не дают возможности определять тепловое состояние распылителя при изменении эксплуатационных ..акторов, Резеду тем, как показали эксперименты, проведенные рядом исследователей, эксплуатационные .¿акторы оказызаит существенное влияние на температуру распылителе! форсунок, л таким ^акторам моано отнести: гзнос топливной аппаратуры, износ цшшндро-поршневой группы, перегрузка ДВС, разрегулировку топливной аппаратуры, температуру охлагдаюдед воды, температуру воздуха в ДО, сорт применяемого топлквг БаЕнейшиы эксплуатационным ^актором, оказывающим влияние на тепловое состояние распылителей, является температура подогрева вязких сортов топлива.

Б результате выполненного анализа существующих способов сниаена] теплового состояния распылителей установлено, что при эксплуатации судовых дизелей на гопливах повышенной а высокой вязкости наряду с применение:: автономных: систем охлаждения достаточно элективным является зспользование теплоизолирующие прокладок е экранирование распылителей, которые пока на нашли широкого применения на флоте.

В- соответствии с этим для достижения поставленной цели были определены следующие основные задача исследования:

провести теоретическое исследование теплового баланса форсунки с учетом основных ¿акторов, оказывающих влияние на ее тепловое состояние;

разработать эшгзктиванй метод оценка теплового состояния распы-

лителей форсунок дизелей и выбора рационального способа его снижения',

провести исследование возмогших способов снижения теплового состояния распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизелей и осуществить выбор наиболее рационального из них;

разработать ряд различных вариантов конструктивного исполнения защитных экранов в зависимости от существующих типов форсунов, провести стендовые и эксплуатационные испытания с оценкой техипко -экономической эффективности от их прииенения;

разработать практические рекомендации по применении защитных экранов распылителе« форсунок гизелеИ на судах Циниорфлота.

Вторая глава посвящена теоретическому исследований процессов теплообиева, протекающих в корпусе форсунки и ее распылителе, а танке разработке методики выбора рационального способа снижения теплового состояния последнего.

Для определения величины радиационной составляете:: в оСЬе^ .теплообмене, протекающем в камере сгорания двигателя, был проведен комплекс расчетно - экспериментальных исследований.

Исследования, проведенные на дизеле 4НФД-24 ( рис.1 ), показали С ряс.2 ), что доля радиационной составляющей в осщек теплообмене дизеля данного типа составляет приблизительно 27-28,5/». 1'акшл образец, радиационная составляющая играет существенную роль б процессах теплообмена в цилиндрах судовых среднеоборотных двигателе]; :: ее необходимо учитывать при рассмотрении теплового баланса распылителя форсунки. !

В основу метода оценки теплового состояния распылителей и выбора рационального способа его сникения пологен расчет характера .распределения температур по длине форсунки. Это потребовало разработки математической модели исследуемого объекта и составления уравнений теплового баланса для отдельных характерных участков еюрсуякт;

р^Яа.

д &

& & &

%/с ЛОЙО

. / /6Л

'ООО

с

ЦО£!>

цоег цою дорг

-а» (О

/,О ЛО зо «0 £0

Рис.1. Диаграммы рабочего процесса и динамика тешюввделения при работе на номинальной режиме дизеля 4ЩЦ-24

%

48 Ц4

<?а Ца. Ч*

- г • /у / N

лЧ V»

• ч

го /а

о

40 & 30 4Ю

6,0 &

& &

40

Ркс.2» Изменение оптической плотности, удельных

суммарного и радиационного тепловых потоков в зависимости от угла поворота коленчатого зала дизеля 4ЩЦ-24

----с учетом изменения температуры

пламени по углу поворота коленчатого вала

( рис.2 ). При зтoií били приняты следующие допущения:

форсунка - цилиндрический стеравнь конечной длины, градиент температуры по радиусу которого равен "О"; ■

значения теплопроводности и коэффициентов теплоотдачи считается известия.*.!, течение топлива по капззш и воды в крышке, а такзе процеегк теплообмена в них является установившимися, физические параметры топлива и воды остеются постоянными, а сам теплообмен стабилизирован.

Участок борсувки I-I. На данной участке теплота подводится к форсунке из камеры сгорания конвекцией и радиацией и отводится от него теплоотдачей в топливо и теплопроводностью через корпус .орсун-ки к ее участку II-II. Для расчета характера распределевия температур по дл;:яе участка I-I нз базе ураввения теплового балансе получено следугаее выражение:

^ ifU¿-<£rÁ Г/ Г,' t 77

где /2/ - теглкратурз форсунки на участке I-I, Е;

Jty - теплопроводность материала форсунки, Вт/м-К; У - п.-оцадь сечения форсунки, ц2; J^ - температура в камере сгорания, К;

- температура топлива, К; сСг/ - коэффициент теплоотдача от горячий газов в камере сгорания

к торцевой поверхности распылителя, Br/i£ К; о^г - кеэф.упцпент теплоотдачи от горячих газов в камере сгорания к ц^пндрической поверхности распылителя, Вт/к2- К* коэффициент теплоотдачи от распылителя к топливу, Зт/м^- к;

/Ф

cC-rt -

¿a*9*- элективная степень черноты излучателя; Um—t ~ периметр цилиндрической поверхности форсунки, к;

/1-7

¡Jw - суммарный перииетр топливных каналов па участке.

форсунки I-I, и; Ц> - угол поворота коленчатого вала, соответствуют

процессу тепловыделения, Ш»; So = 5,67 Вт/ь£ К^ - постоянней Стекала - Попытана* £ - коэффициент, учитывающий тайность дизеля ( для двухтактного яязеляЛ = I, для четырехтактного дизеля - 2 ). Участок Форсунки II-II, На данной участке происходит передача теплоты от форсунки к топливу и к охлакдавдей нидкостп цилиндров. Для расчета характера распределения температур пс длине этого участка полечено следующее выраввиие:

d IL, aCrc /у f\

4 f_~ 'iC.*-._J

м /лй=- ■án^í'áa^i-áí^é!

где Tft - температура форсунки на участке II-II, Г.",

Zi^r. - температура вадвосги, ооаждаоцей кршку цилиндров, У.', езСа/лг - коэффициент теплоотдачи к еидйосги охлаждающей

крышу цилиндров, Вт/Ц2' Ii; Alf - теплопроводность материала крышки цилиндров, "т/ц-И; - теплопроводность воздуха в зазоре крышка цкяикдроь -. _ корсунка, Ът/и-31; l/таю ~ периметр топливных каналов на участке форсунки ii-ii,

~ геометрические размеры форсунки, и ( си. рио.З ), Участок Форсунки III-III, I участку форсунки III-III теплота подводится теппопроводвостью от участка форсунки II-II, ж отводился - к воздуяу в НО. Для расчета характера распределения теиператур по длине данного участка было получено следующее вырагенис:

где £ - температура «¿орсункп ва участке 1П-111, К\

%s

't

/sad. - температура воздуха в ЫО, К;

Ьлао>. - коэффициент теплоотдачи от форсунка к воздуху 03 - приведенный диаметр форсунки на участке III-HI, и.

Для получения характера распределения температур по все£ длине форсунки необходимо решить систему дифференциальных уравнен^ з которую будут входить рассмотренные выае уравнения ( 1-3 ). laKaj система уравнений позволяет не только определять температуру ва каждом участке .орсунки, но и выявить влияние на нее различных факторов как эксплуатационных, так и конструктивных. Варьируя данными ...акторами, можно добиться такой температуры распылителя, которая обеспечила бы. его нормальное функционирование. Необходимые для расчета величины параметров, входящих в уравнения, применительно к конкретному типу дизеля могут быть получены экспериментальный путем и из его паспортных характеристик. Поскольку решение данной системы дифференциальных уравнении трудоемко, была разработана npoi рамиа для ее решения на 3311 £01020 ( язык Фортран - 4 ).

3 качестве примера выбора рационального способа снижения теплового состояния распылителя форсунки был исследовав вопрос перевода дизеля на более вязкое топливо. Выбор рационального способа снижения теплового состояния в данном случае базируется аа расчете характера распределения температур по длине форсунки и средних температур ва ее отдельных участках при работе на дизельном и тяжелом тошшвах. Наибольших! интерес представляет температура форсунки на участке L-I, так как последний является наиболее тешю-

напрягеннш. Зная температуру данного участка, при работе двигателя ва дизельноми тяжелом топливах, а такте максимально

цопустшлув температуру распылителя /А*. , -обеспечивающую его безотказную работу, иокно проанализировать возмогные варианты ее снижения. На практике возможны два случая:

I. (ТЛ « (V). < £

Б этом случае дополнительных мер по снижению температуры распылителя ве требуется.

Б этоы случае долины разрабатываться мероприятия по снижению температуры распылителя. Наиболее простым путей снижения температуры форсунки на участке I-I является установка термоизолирующей про- \ кладки в радиальный зазор между распылителей и крышкой цилиндров. i Тогда количество теплоты, подводимое к участку форсунки I-I из каперы сгорания, сократится ва величину - ;

¡Lw oíZ/rr 7у)_л_ • ;

J^-f ' ( тепло, поступающее через цилиндричео- ;

кую поверхность форсунки).

Рассчитав при полети сисгеин дифференциальных уравнений тейпе- ■. ратуру (Т&Ь, с учетом вышеизложенного иокно в свою очередь получить два результата:

В этан случае мер, принятых для снижения таипературы распылителя достаточно.

2. (7f?£ •> Та*.

Ъ этоы случае необходимо принять дополнительные иеры для сеиде- i

ния температуры распылителя, который может явиться экранирование.

нений, цокно рассчитать площадь поверхности, которуи необходимо экранировать. В случае, если по конструктивным соображениям создамг защитного экрана невозможно лли экранирование не обеспечивает необходимого уровня снизевия теплового состояния распылителя форсуI ки, необходимо создание форсунки с автономной системой охлаждения. Тогда, добавив к правой части уравнения теплового баланса ( 1,2 ), член характерезувдлЛ отвод теплоты охлаждающей зидхостыо, который з обцем виде будет -

уравнении, предварительно задавииеь »*, иогно подобран

рабочую жидкость, а такае ее оптимальную температуру и площадь поверхности охлаэдащих каналов.

Аналогичным, образом, вопрос выбора рационального способа сниле ния температуры расшвгатезя могет быть решен и при росте его теплового состояния аод воздействием других эксплуатационных факторов.

Глава третья посвящена оценке эффективности разраб< тайного метода выбора рационального способа сниаения температуры распылителя сорсункя» Она проводилась путем сопоставления расчетам: данных с опытныж значениями температур форсунки, полученными при испытании дизеля.

В качестзе установки для ароведзиия расчетно-экспериыентальши исследовании, был принят судовой вспомогательный двигатель 4Н4>Д-24.

Для расчета характера распределения температур по длине серийно:! сорсункг данного дизеля была использована система дифференциальных уравнений С. 4 ), построенная аа базе уравнений ( I } - ( 3 ).

Задавшись я воспользовавшись системой дифференциальных урав-

, при помощи системы дифференциальных

- г? -

<

При граничных условиях: где

п - Я сбагаЭ . я _ /£ ■ О^яиЭ ' ¿И?

аз ^

7///'- & . р/у/'С

/

Затем расчет был повторен при /еловик, иго торцевая гоэерх-' ность распылителя экранирована и подвод теплоты к ц.'-л-ндргческоГ: поверхности распылителя отсутствует.

где /Ъ- - степень экранирования тордезо '; поверхности рз.егьл;1теля.

Данные, полученные э результате расчетов, приведет на рис. 5.

Для проведения те-рмомзтрирования з распылитель форсунки, оборудованной оапптным экраном, обеспгшшаюции степень экранирования были установлены три хромель-копе левые термопари с диаметром проводки 0,2 им.

Регистрация температур осуществлялась автоматическим са.\;о-пииуциы потепшюметроы типа ПС1-10, суммарная погрешность измерений не превышала 3$. Результаты термо^етрировакпя приведены на рис. 4 и 5.

В ходе испытаний танае проводилось осцт1логразированке процессов сгорания з цилиндре дзигатзлл, давления впрыска топлива и характера подъема иглы форсунки, ¿ля получения данных о давлении сгорания в цилиндре двигателя и давлении впрыска ?оп-

(5)

Рис.4. Результаты термометои^оваиия распылителя форсунки

1С л ) - температура защитного экрана; 2( * ) - температура носка распылителя; 3(*> ) - температура в районе рабочей

Т,а

ш

420

380

г _/___

/а

г ^ ✓

Ц224 Ц225

0,230

длю

Рис.5. Сопоставление результатов расчета с данными эксперимента

1С*) - распределение -температур то длине участка 1-1 серийной форсунки, полученное расчетным цутеи;

2(*) - расгоеделение температур по длине участка 1-1 форсунки, оборудованной защитам экраном, обеспечивающим экранирование 90% торцевой поверхности распылителя, подученное расчетный цутем;

1а, 2а, За - температуры -распылителя, полученные в результате натурных испытания форсунки

яива на дазэль- бшш установлены тензоыетрические датчики среднего и высокого дазления. Характер подъема, иглы определялся при помощи датчика индуктивности. Для регистрации сигналов от датчиков использовался илейровын осциллограф Н-115 с тензоцетрической установкой УТС1-ЗГ-12. Анализ получанных осциллограф показал, что установка, защтного экрана иа распылитель форсунки не вызвала практически никаких изменений процесса впрыска топлива, характера подъема. лгаы н процесса сгорания в цилиндре дизеля.

Анализ графиков, приведенных на рис.5, показывает, что данные, полученные расчетным путел, практически совпадай? с результатами терыометрирования распылителя форсунки. На основании этого могно сделать вывод о достаточной степени надеяностн математической модели и метода выбора, рационального способа снижения температуры распылителя форсунки. Проведенные исследования такле показала, что применение экранирования позволяет снизить температуру коска распылителя на 30°С, что подтверждает вффективность применения экранирования, как способа снижения температуры распылителе;:.

В четверто.й главе приведены результаты экспериментальных исследований, подтвердивших возможность увеличения сроков слуг.йы распылителей форсунок судовых среднеоборотных дизелей путем экранирования.

С это!: целью были проведены испытания по определению елия-ния степени экранирования: торцевой поверхности распылителя на скорость образования лаковой пленки на игле. В соответствии с ос-г-човной задачей исследований испытания проводились на вспомогательном дизеле 4ЛЩ-24 т/х "Зртнэе* Советского Дунайского пароходства- Перед началом испытаний на дизель 4Щ1-24 бшш установлены 4 форсунки с новши распылителями, разработанные для них накаднне гайки по своеыу конструктивному исполнению обеспечивали

экранирование соответственно 0, 15, 50 и 85% торцевой поверх- . ности растлителей. В ходе испытаний наработка дизеля составила 519 ч, По окончании испытаний лаковые пленки, образовавшиеся на иглах распылителей, были исследованы на приборном комплексе Ммо-МЖмл^ , позволяющем производить обработку изображения, полученного на оптической микроскопе в проходящем и отраженном свете, а также получать фотографии микрообъектов при заданном увеличении. Проведенные исследования показали, что поверхность иглы распылителя с экранированием торцевой поверхности 8555 практически не отличается от поверхности иглы эталонного, не работав-пего растлителя. Наибольшая концентрация лаковых отложений наблюдалась на поверхности иглы не экранированного распылителя и распылителя с экранированием торцевой поверхности 15$. Игла распылителя со степенью экранирования торцевой поверхности 50% имела на рабочей поверхности лаковую пленку, но ее цвет и характер структуры показывает, что процесс лакообразования в данном случае находится в начальной стадии, а следовательно, скорость лакообразования у нее меньше, чем у распылителя с неэкраннрован-ной торцевой поверхностью и с экранированием 15/5 торцевой поверхт ностн.

Оценка лаковых отложений на иглах распылителей, проведенная по ОСТ 24.06009, подтвердила вышеизложенное.

Одной из причин выхода из строя распылителей, как уже отмечалось ранее, является закоксовывание его сопловых отверстий, поэтому были проведены сравнительные испытания ва скорость за-ноксовывания сопловых отверстий распылителя серийной форсунки и форсунки, оборудованной защитным экраном. Испытания проводились на дизеле 4ЩЦ-24.

За основные параметры контроля скорости закоксовывания были приняты параметры, ■рекомендуемые методикой ускоренных испытаний Н.С. Ццановского. На рис.6 приведены графики зависимости как-

Рис. б . График зависимости максимального давления впрыска топлива от наработки форсунки дизеля 4ЙЗД-24. • 1(*> - серийная форсунка; 2СМ - форсунка, оборудованная защитным экраном.

симального давления впрыска топлива от наработки серийной форсунки и форсунки, оборудованной занятный экраном. Анализ данных графиков показывает, что кривая роста максимального давления впрыска топлива более пологая у форсунки, оборудованной защитным экраном, при этом за 40 ч работы оно возросло у серийной форсунки на 8,0 мПа, а у фор- , сунки, оборудованной защитным экраном, - только на 4,0 ыПа. Визуаль- : вый осмотр распылителей по окончанию испытаний показал, что распылитель форсунки, оборудованной защитным экраном, закоксован значитель- -. но меньше, и в отличии от распылителя серийной форсунки, у него отсутствуют "бороды". Все это свидетельствует о том, что скорость зако-ксовывания распылителя форсунки, оборудованной защитным экраном существенно нияе скорости закоксовывания распылителя серийной форсунки. Полученные в ходе исследований результаты позволили разработать универсальную конструкцию защитного экрана, обеспечивающего "полное" ' экранирование торцевой поверхности распылителя.

Еа базе проведенных исследований, подтвердивших эффективность применения экранирования, была разработана конструкция защитного. экрана для распылителей форсунок дизеля 8НФД-48А11 . Иглы распылителей ¿орсунок дизелей данного типа при работе на топливах повышенной вязкости подвержены интенсивному образованию лаковых отложений при-

г

водящему к их зависанию или повышенным кзносам. Испытания защитного экрана данной конструкции были проведены на дизеле 8НФЯ-48А^ т/х "Таллин" Советского Дунайского пароходства. Результаты испытаний показали, что данная конструкция защитного экрана не только повышает надежность распылителей з эксплуатации и увеличивает срок юс службы, но и позволяет, поскольку отсутствует нагар на цилиндрических поверхностях 'распылителей, сократить затраты на обслуживание форсунок. Экономическая эффективность от внедрения защитных экранов на двигате-; лях ЁН0Д-48А11 составляет 687 рублей на I двигатель в ход.

- 24 -

основные шведа

I» Решена задача повшения надежности в эксплуатации и увеличения сроков службы форсунок судовых средаеоборотных дизелей ЛЗтем использования длят этой цели экранирования, обеспечивающего снижение температуры распылителей.

I.I.. Проведенный анализ отказов распылителей форсунок дизелей показал, что одной из основных причин их выхода из строя явл» ется закоксовывание сопловых отверстий распылителей и образование лаковых пленок'на рабочих поверхностях их игл. При этом основным фактором, определяющим скорость образования лаковой пленки и нагг ра, является температура распылителя; с ее увеличением скорости закоксовыания распылителя и образования лаковых пленок возрастаю?

1.2. Теоретические и экспериментальные исследования показа' ли, что величина радиационного теплового потока в судовых среднеоборотных .двигателях соизмерима с величиной теплоты, передаваемое конвекцией, и поэтому его необходимо учитывать при составлении уравнения теплового баланса распылителя и расчетах распределения ■ температур по длине форсунки. F

Е.З. 3 результате экспериментальных исследований установле-.¡о, что. с увеличением степени экракирозгнкя скорость лакообразования на иглах распылителей сгибается. Так, при экранировании <35$ торцевой повв2>:<коста раелстхтеля лаковые пленки на игле после 500 ч работа отсутствовали полиостью.

I.4. Сравнительные испытания, проведенные на дизеле 4ЕЩЦ-24 показали снижение скорости закоксовывапия сопловых отверстий рао гсалитеяя ¿орсунки, оборудованной защитным экраном, на I2-I5JS, по сравнению с распылителем серийной форсунки.

2» Разработан и рекомендован метод оценки теплового состоян распылителей и выбора рационального способа его снижения, как при

переводе дизелей на более вязкое топливо, гак и при проектировании топливной аппаратуры для новых типов дизелей.

2.1. Дано математическое описание процессов теплопередачи, протекающих"в форсунке, учитыванцее основные факторы, оказывающие влияние на тепловое состояние последней, и позволяющее получать характер распределения температур по ее длине.

2.2. Разработана программа "Решение системы дифференциальных уравнений для определения характера распределения температур по длине форсунки", обеспечивающая реализацию метода оценки теплового состояния на электронно-вычислительной ишине типа ЕС IC20.

2.3. Выполненные расчетно-экспериментальные исследования подтвердили эффективность разработанного метода оценки теплового состояния распылителей и выбора рационального способа его снижения. Его применение обеспечивает значительное сокращение сроков исследований.

3. На базе проведенных исследований разработаны и рекомендованы конструкции защитных экранов для форсунок дизелей судов Минморйлота и проведены эксплуатационные испытания по оценке эффективности их применения.

3.1. Для судовых среднеоборотных дизелей разработаны и рекомендованы следующие конструктивные исполнения защитных экранов: полное экранирование торцевой поверхности распылителей -дизели НЗД-24 я ЩД-ЗбАМ, частичное экранирование торцевой поверхности распылителей - дизели Н£>Ц-48АМ и НЗД-48Ш2.

3.2. Эксплуатационные испытания, проведенные на дизеле шщ-48а.И, подтвердили эффективность применения экранирования как способа сникекия температуры распылителей, необходимой для повышения их надежности в эксплуатации и увеличения срока службы.

3.3» ^Защитные экраны, обеспечивающие снижение теплового состояния распылителей форсунок судовых дизелей, внедрены в Со-

ветскоы Дунайском пароходстве на двигателях 8ЕЩ-48М/ , расчетный экономический эффект - 637 рублей на I двигатель в год.

Основные положения диссертационной работы опубликованы:

1. Селиверстов ¿[.В. Влияние излучения на теплообмен в дизелях

и пути снижения теплонапряженности распылителей. - Тр.ЦНИИШ, 1982, вып.278, о.45-51.

2. Селиверстов М.В. Расчет радиационной составляющей в общем теплообмене двигателя ШЩ-24. - В кн.: Экономия топливно-энергетических ресурсов на судах. Сб.науч.тр./ЦНШШ. - Л.; Транспорт, 1983, с.52-55.

3. Селиверстов М.З. Выбор способа снижения тешганапрякенности распылителей при работе дизелей на тяжелых тошшвах. - В нн.: Доклады первой научно-технической конференции "Экономия

топливно-энергетических ресурсов на флоте".- Л.,1983,с.5б-59,

4. Селиверстов М.В» Термометрирование распылителя форсунки, оборудованного защитным экраном. - В кк.:Судовые энергетические установки и оборудование. - Л.; Транспорт, 1984, с.77-80.

5. Селиверстов М.В., Кальгин В.П. Влияние степени экранирования торцевой поверхности распылителя на его работоспособность. -3 кн.: Техническая эксплуатация дизельных энергетических установок. Сб. науч. тр. /ЦНИИ®. - Л.; Транспорт, 1985,

с. 87-90.

Отпечатано на ротапринте БИ1К5. Тир.120 экз. 3ак.235 .K-20I71.14.02.86.

Бесплатно.