автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования дизеля воздушного охлаждения в отсеве с ограниченным воздухообменом

р'гб од

На прааах рукописи

1 7 пит

АЛЕКСАНДРОВ Николай Евстафьооич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВ/ШИЯ ДИЗЕЛЯ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В ОТСЕКЕ С ОГРАНИЧЕННЫМ ВОЗДУХООБМЕНОМ

05.04.02 топлоаыз двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических науя

Барнаул 16&5

Работа выполнена в Челябинском оыешом военном езтоыоСипьнйм'кк-жемврном училище имени главного маршала бронетанковых обйск ПЛ. Рот* МИСфбоа.

Научные руководители; достор технических на/к, профессор B.C. Куше; , кандидат тахничьских наук, доцонт БЛАрао

Официальные оппоненты: 1

доктор технических наук, профессор . О.НЛобедев;

кзддйдйТЛохничеасмх наук, профессор Л.В.Нвмаоа

Ввдуи(вв прэдприяШ * Лб «АйгаЙдмвпь» (г.Бзрнаул)

и?/ V ■ •

Защкга «зетбится « » октября Швг.в 14чзооа HS 4йОодакии дйсеортационЦбгб Совета Д664.2&.61 яри Алтайской государственном Тохничае*6и университете Км. И И,- ПбМ^бва fto адресу: 656033, Г* барнауй, ftp/ Ленина. 46, АйтЛУ , ю>нферемц*«Л ■

Ваши <тыоы «а автореферата дзук ЕйтыПляргк, ¿¿варонныо втаГью yvpsis-Дёнкя, проси« иапразлйть fid 65С035, г; Geneva. (ф. ikiWJC. «2, jpe-

G диссертацией МШ о&цжецмтъея в библиотеке университета.-Авгбрбф«р8грвм«»м ¿¿MfleJ^j 1896 г. Ученый ©ЩШарь дотееетздианного совета ДОФШ,61 Д-рШЛ наук, йвофассор ОАСИНИЦЫН.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования, Широкое рвслродтранеииэ И не» прерывное разтпиэ лптомо5нльидп техники в качает? <Э ащшлноЙ выддигают проблему рационального расходования энергсрвдурсоа.

Основными направлениями развития дтрзны на период Д9 2QQQ г, ста-пится задачу "допасти до 40*15 % от <3§Щ?Г9 выпуска прдизподдтча дизельных фугопых яатомобилвй и пптолдогдоа д умзн&шениым на ¡39*30 % (rio сравнению с бензиновыми) удельным потреблением , ' Строитольстлр зяаодрп по производству диз-элеЯ воздушного охлшкда* пня ЩРЗ) q г, Нижним Цопгородп я г, Кустшиэ,ярэдпошгээт 5ущ?8тпеииое расширения сферы применения этих дцигателчй, р том число на перспективных образцах «ogn/cws машин.

Опыт производства молких сорий ДОО на 8тих заводах локааап сущв-стаэнную неравномерность топлоуохйничеекоЗ напряженности" деталей ци-линдропсрщнеоой группа различных цилиндров и выход их из строя вслвдст-tma прогорания псршиай и ronceos цишидрое, наиболее удаленных от вентилятора, Исполыозпни.а автомобильной техники о сложных условиях эксплуатации еще более затр/дняат проблему обеспечения приемлемой тепломеханической напряженности датплей ДБО,

рассматриваемые с диссертационном исследовании проблемы частично рассматривались iJ работах Ю.Мацкерле, Д.Р.Послолоаа, В.В.Зфроса, й.ЛЛраоз, О.И. Костина и других авторов. Однако а указанных работах решение проблемы снижения тепломеханической напряженности деталей двигателя не рассматривалось во взаимосвязи с затратами мощности на функционирование системы воздушного охлаждения. • '

Ецв меньше исследований по оценке влияния , конструкции моторного ■ отсека на показатели устанавливаемого в «его дизеля воздушного охлаждения. Вместе с тем проблема обеспечения приемлемой тепломеханической наг.ря-

жеиности ДВО о роторных отсехах с ограниченным воздухообменом бе» суще-стевнного- увеличения затрат мощности на функционирование системы воздушного охлаждения и снижения экономичности дизеля остается важной и • трудно решаемой.

В связи с тем что на показатели работы дизеля воздушного охлаждения существенное влияние оказывают организация рабочего процесса, конструктивные особенности трасс подвода, распределения и отвода охлаждающего воздуха, необходимы исследование теоретических возможностей и разработка практических способов обеспечения его эффективной работы в отсеках с ограниченным воздухообменом.

Сказанным выше определяются важность и актуальность исследований, направленных на повышение эффективности функционирования дизеля воздушного охлаждения в отсеке с ограниченным воздухообменом.

Таким образом, существует реальная научная проблема, состоящая в решении противоречий между:'

а) недостаточной изученностью влияния параметров рабочего цикла дизеля воздушного охлаждения и конструктивных параметров моторных отсекоь и системы воздушного охлаждения на тепломеханическую напряженность его деталей и .необходимостью ее снижения при выполнении ограничений по экономичности дизеля;

б) практически« отсутсподем комплексно разработанных рекомендаций по ограничению •»еплоотдачи в системы охлаждения н смазочную и конструкции моторного отсека и системы воздушного охлаждения, обеспечивающих оптимальные затраты мощности на функционирование системы воздушного охлаждения; ,

: в) отсутствием объективных данных, устенаапиваггщих качественную и количественную взаимосвязь между уровнем тепломеханической напряжен- ■ ногти деталей ДВО и затратами мощности на функционирование системы воздушного охлаждения.

Сказанное позволяет утверждать, что оыбранная для диссертационного исследования научная проблема яоляется актуальной.

Цель настоящего исследования заключалась о разработке мероприятий, обеспечивающих повышенно надежности и экономичности дизелей воздушной охлаждения, работающих в отсеках с ограниченным воздухообменом.

Объектами исследования яапяпись быстроходные,дизели воздушного охлаждения типа 8 48 12/12.5 и 1 ЧВН 12/ <2.5 и отсск с ограниченным воздухообменом для установи» в него дизеля 8 ЧВ 12/12.5.

Предметом исследования служила система специальных средств и мо-тодов енижония теплоотвода о системы охлаждения и смазочную, перераспределения потоков охлаждающего воздуха « снижения сопротивления воздушного тракта моторного отсека и системы охлаждения дизпла. Согласно гипотозо исследования:

3) вшолненио ограничений по тепломеханической напряженности дизе-, ля воздушного охйю*деиия может быть обеспечено оптимизацией тсапоаого баланса, перераспределением потоков схлаадакяцсго воздуха мйжду.зпемеи-* таыи системы охлаждения и уменьшением сопротивления воздушного тракта' моторного отсека;

5) между уровнем тепломеханической напряженности деталей ДВО и затратами мощности на функционирование системы воздушного ох*чаздения су-•цествуа? тесная взаимосвязь. ^

Цель рзВсты я выдпшугав топаггеэа предопределили постановку и ро-ше>шэ сяодухтда задач меелвдстзшп:-

1. Тсорвтмчоогов.исспедашшка возкгожнойтвй повышения эффективности фуккцискироватет дтвпай воздушного охлаждения и отсекахЪ .ограни-чонным'воздухооененои на основе рационального выбора параметров рабочего цикла п организации подвода, распределения и отвода охлаждающего воздуха.

г. Разработку методики' экспериментального исследования рабочего цикла, толлоаого баланса, теплового состояния двигателя и системы воздушною охлаждения. Разработку методики моделирования условий моторного отсека и экстремальных климатических условий.

3. Исследование и выбор рациональных параметров рабочего цикла, обеспечивающих снижение Теплоотдачи в систему охлаждения при выполнении ограничений по тепломеханической напряженности и экономичности дмзо-ля.

4. Исследование и рационализацию конструктивных параметров моторных отсеков и системы воздушного охлаждения, обеспечивающих ее эффективной функционирование., '

МоУоды исследования. В работе использовались расчетмо-вналитические. теоретический и экспериментальные методы, привлекались электронно-вычислительная техника, специальная измерительная и регистрирующая аппаратура.

Научная попита. В диссертации:

из база анализа параметров рабочего цикла и теплового баланса дизеля воздушного охлаждения установлены условия достижения экономически целесообразного теплосъема в систему охлаждения и затрат мощности на ее функционирование; ! .

разработаны рекомендации для обеспечения рациональных параметров моторного отсека и его элементов, обеспечивающих согласование его гидравлических характеристик с характеристиками системы воздушного охлаждения дизеля;

разработаны методы обеспечения равномерного охлаждения многоцилиндрового дизеля воздушного охлаждения на основе дефлектирировгния и; локального масляного охлаждения;

разработаны принципы снижения тепловых потоков о системы охлаждения и смазочную на основа рационального выбора порамотрос рабочего цикла

и локального масляного охлаждения теплонапряженных зон для обеспечения приемлемой тепломеханической напряженности и затрат мощности на функ-. ци.онипоавнио системы воздушного охлаждения.

Практическая ценность:

экспериментально установлены закономерности изменения экономичен ски целесообразного топяогьема о зависимости от сопротивления тракта системы воздушного охлаждения дизоля;

якслериментально установлены наиболее тепяонапряженные цилиндры и причины неразномерного охлаждения ряда деталей;

разработана и создана экспериментальная установка, защищенная авторским свидетельством на изобретение, позволяющая имитировать экстремальные температурные условия при испытаниях дизеля воздушного охлаждения с минимальными затратами и демпферироеанием колебаний температуры воздуха при работа дизеля на переходных режимах;

выявлена необходимость тщательной сборки, устранения утечек, и контроля герметичности тракта системы воздушного охлаждения а эксплуатации;

разработан и создан Индикатор для контроля состояния факта системы .воздушного охлаждения дизеля,

Результаты работы могут быть использованы при разработке систем

воздушного охлаждения дизелей и отсеков для их установки, а также при мо-

,<4 • ' •

дернизации существующих систем. Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских и прсаетно-конструкторских организациях, занимающихся разработкой и созданием систем воздушного охлаждения дизелей и корпусных машин с их применением.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивалась достаточным объемом экспериментов, подбором и применением современных мето-

дов исследования и измерительной аппаратуры, контролем погрешностей и си* , «тематической ео проверкой, а также выполнением рекомендаций соответствующих стандартов на испытания и корректной статистической обработкой экспериментальных данных на ЭВМ. Результаты расчатно-аналитичесхих и теоретических исследований сопоставлялись с результатам» контрольных экспериментов и имели высокую повторяемость. Научные положения, выводы и практические рекомендации обоснованы результатами, полученными в ходе проведенных экспериментов.,

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ходе разработки НИР "Совершенствование'дизелей воздушного охлаждения для военной автомобильной техники", на которую получен положительный отзыв заказчика. Результаты работы также внедрены и используются при чтении некоторых тем дисциплины "Двигатели" и расчетах систем воздушного охлаждения в ходе выполнение курсовых работ и выпускных квалификационных работ в Челябинском высшем военном автомобильном инженерном училище, а также в Военной академии тыла и транспорта (г. С.-Петербург), Рязанском военном автомобильном институте и Челябинском государственном техническом университете. Вышеуказанное подтверждвносоответстоующими актами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных и межвузовских научно-технических конференциях и семинарах: "Повышение топливной экономичности автомобилей и тракторов* (г. Челябинск, НИТИ, 1987 г.); 'Проблемы формирования рациональных эксплуатационных характеристик двигателей военной автомобильной техники*. {г. Ленинград, ВАТТ, 1990,1991 гг.); "Совершенствование мощиостных, экономических и экологических показателей ДВС" (г. Владимир, ВГГ 1991,1995 гг.); "Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных маШИН"; (г. Челябинск, ЧВВАИУ, 1991-1993 гг.).\ ч

Публикации. По тема диссертации опубликовано 17 работ.

На защиту выносится:

1. Результаты теоретического исследования позможноствй повышения эффективности функционирования дизелей воздушного охлаадвния а отсеках с ограниченным воздухообменом на основе рационального аыбора параметров рабочего цикла и организации подвода, распределения и отводя охлаждающего воздуха.

2. Результаты экспериментального исследования и выбора параметров рабочего цикла дизеля воздушного охлаждения, обеспечивающих снижение теплоотдачи о систему воздушного охлаждения при выполнении ограничений по тепломеханической напряженности я экономичности дизеля.

3. Результаты экспернмвнтвпьмвго исследования и Выбора конструктивны* параметров моторные отсеков И системы воздушного охлвждоиия. обеспечивающих ее эффективное функционирование.

Структура работы. Диссертация содержит 17й страниц машинописного текста. 67 рисунке я, 8 таблиц м состоит из введения, пяти глав, заточения, списка литературы, включающего 123 наимеиозаииЯ, а том число 10 - на иностранных языка*, й приложения.

Во владении обосновываются актуальность темы догссертации. оо научная исвязиа, цель м задачи, приводятся основные положения работы, выноси-мыв иа защиту.

3 первой главе анализируются услоаия применения объектов е дизвлгт-«и воздушного охлаждения и слияние «окефуетианы* параметров ешгтем вес-душисто оалыкдаца ы «лоторных шеокоэ на тсяясшоа состояние дизеля. Пот-хаиэ. что иощ^стьга и удельные ¡параметры дюзлей воздушного ояиякгшл (ДВО), опрвдеявювз» границы их применения, еостааяякгп щ «кзгецкдагш югтвиейяпя* по потрввсВ мощности ♦ 12~20 кЗт/д, по удельной каоеаг&.4-А.? кгЛсВт; «а |у»кячкъа игшшах ¡га нитрозой «ощнзея» - дэ 23 кЗгДт, по исА вас®«Э&А0 ягйВг, «а догах

/мгросгай иоиэости - до 23 еЯтйх. па ^г-гэакЗ шаж—2.0.4.0 кг/кВт, Имеет

место тенденция к сохранению доли ДОО е номзнклатуре двигателей гусеничных машин, в связи с большей приспособленностью ДВО к адиабатмзации рабочего цикла вполне вероятно а будущем появлений ДВО качественно иного уровня с частичной или полной адиабатацией по уровню энергетических, акономнчоских и масеогабаритных показателей, наиболее полно отвечающих ужасточающимся требованиям.

Анализ результатов испытаний выпускаемых отечественных ДВО для автомобильной техники показал существенную' неравномерность тапломоханн-чоской напряженности деталей цилиндропоршнввой группы различных цилиндров и выход их из строя ослодегеио прогорания поршней и головок цилиндров, наиболее удаленных от вентилятора. Использование автомобильной техники в сложных условиях мсплу«тсци» вщ» 6or.ee затрудняет проблему обеспечения приемлемой тепломеханической напряженности деталей ДВО вследствие снижения плотности охлаждающего воздуха и увеличения его запыленности.

б особо неблагоприятных условиях работают дизели, устанавливавшею а моторныо отсею« корпусш»г шижн, имеющие» сопротивление воздушного тракта более 200 им год. ст.. что седет к сущйстсенйоиу ограничению воздуха обмен?.м снижению аффошаности системы воздушного охлаждена.

Решение проблемы оптимизации теплового состояния ДВО диктует кз-

1 «

оСходммость снижения тегтоийханкчйааа иапраженносг» деталей ДВО и обеспечений оа равномерности для однотипных дотатой и узлов. Киающиасг, данные свидетельствуют о наличии опр&даленг.ых ограничении, осязанных с поаышакной теплоаой напряженностью деталей ДОО,

В рассматриваемой глаао проводам анализ теплового состояния двигателя как критерия аффешзносто работы системы охлаждения. На основана;; изучения специальной литературы и патентного фонда по обсуждашой про» блаыа похазано, что одним на основных направлений повышения аффектиз-ностм отвода теплоты от датаягЯ двйгвтелч является оптимизация распреде-

ления охлаждающего воздуха между охлаждаемыми поверхностями деталей системы охлаждения.

Другими направлениями обеспечения нормального теплового состояния двигателя могут быть перераспределение тепловых потоков в его детали на основе применения локального масляного охлаждения и воздействие на рабочий цикл в направлении изменения теплоотдачи о стенки внутрицилиндрового пространства.

Вторая глава посвящена рвсчетно-экспвриментпльному исследованию возможностей повышения эффективности применения ДВО в отсеках с ограниченным воздухообменом с учетом двух условий:

приемлемого уровня тепломеханической напряженности двигателей;

умеренных затрат мощности на функционирование системы охлаждения.

Анализ состояния деталей двигателя типа Ч ВЦ 12/12,5 позволил выпоить наиболее опасные с точки зрения тепломеханической напряженности зоны и установить предельные и рабочие значения температур поршня, головки цилиндра и цилиндра.

Анализ экономических показателей современных дизелей воздушного ехл&едения показал, что можно установить границы трех областей, определяемых различными значениями удельных затрат мощности N фсо на функционирование системы охлаждения (рис, 1):

1 - N «со < 0,075 - область экономически целесообразного применения ДВО в моторных отсеках;

2 - N фсо=0,075...0,100 - переходная область;

3-/7 »со5* 0,1 - область экономически нецелесообразного применения ДВО а моторных отсеках.

Затраты мощности на функционирование системы охлаждения в основном зависят от величины теплоотдачи в систему охлаждения и сопротивления воздушного траста системы и моторного отсека.

к-

1'ис. I. Амисимоои/ мслдя иплооиочги в cihmcmíi ОХЛПДПШМ И ШЧЧАОДИИММИ 301 (>(11 ül-ilt мицност и расколом ксщ^л на о^/нпдпни' ДЮ при его aciûHOWxf » MOioiMiHi огсгки

ч _ . , wv »t

-Риа,' 8, Зсщиеимосиь нь*да допустимым сопис-гивдениЕи enaáyüHOf о \ о акт о и экономически целесооьрцзнои теплоотдццкй в сис16му ох/|смдьния . • . " *

и

Установлено, что при ограничении Л^*со-0,05...0,10. что обеспечивает приемлемую экономичность днзопп, соответствующая экономически целесообразная теплоотдача в систему охлаждения двигателя снижается по мере роста сопротивления воздушного тракта о соотношении (рис. 2):

Г Д/У Vм

Отсюда следует, что обеспечение эффективности применения ДВО о отсеках с ограниченным воздухообменом будет зависать от резервов уменьшения теплоотдачи а си стоку охлаждения и сопротивления воздушного тракта.

Выполненный автором анализ показал, что совершенствование моторного отсека должно проводиться а направлении организации входа и выхода охлаждающего воздуха с целью уменьшения сопротивления на трассе и ограничения роста объемного расхода воздуха путем исключения подогрева охлаждающего воздуха на входе а оошипятор. Так. повышение температуры охлаждающего воздуха с 40 до 60 *С при неизменном массовом расходе воздуха сопровождается (при сохранении тепловой напряженности деталей) увеличением объемного расхода воздуха с 1300 дсМ500 м3/ч, ростом затрат мощности П+ы а 1.5 раза и существенным ухудшенном экономичности двигателя. Исследование; влияния расхода охлазедзкацега воздуха УЬхв нз тепловое состояние деталей; тепловой баланс; параметр« системы охлаждения и экономичность двигателя показало малую эффективность увеличения расхода У<жз с точки зрения снижения температур деталей и о то же йремя-зкаишичесхуга нецелесообразность этого мероприятий с точки зрения роста затрат мощности # *со и ухудшения экономичности. Установлена рациональная величина удельного расхода воздуха на охлаждение цилиндров и головок для <^орсиро-панных режимов работы двигателя типа ЧВН 12У12,5, состйпляющал порядка Зб-./О кг/кВт. ..„•

м

При этом установлена высокая эффективность локального масляного охлаждения, в частности поршня (рис. 3}. Применение масляного охлаждения позволяет снизить температуру о зона верхнего .поршневого кольца t па на 30 *С при соответствующем росте N ©со всего из 15 что связано с необходимостью охлаждения масла. Аналогичный аффект, достигаемый за счет упо-личения Voxn. сопровождается значительным ростом J7«co и розким ухудшением экономичности.

Автором показано, что вследствие разницы условий охлаждения и лещ-вода тепла, а также особенностей конструкции наблюдается рассогласование между необходимыми расходами охлаждающего еоздуха для обеспечения приемлемого уровня топлонапряженносги отдельных деталей. При наличии деталей с чрезмерным уровном теплонапряжаиностя (для двигателей типа ЧВН 12/12.5 такой деталью является гортань) целесообразно изменение их конструкции, в частности, применение локального «аспяного охлаждения. В то же время глубина охлаждения определяется на только эффектом снижения температуры, но и ростом теплоотдачи а смазочную систему, ведущим к поело-дующему росту затрат мощности í?«co. В зтой ебязя установлена рациональ-нгя глубина охлаждения, дооплгвзкая при удельном расходе масла, равном Vm=0,Q3...0,09 л/(минкВт).

Следующим резервом снижения теплоотдачи в систему охлаждения является ограничение теплоотдачи в стенки внутрицилиндроаого пространства, достигаемое рациональным выбором рараметров рабочего цикла, в первую очередь коэффициента избытка воздуха а.

. Исследовании влияния увеличения а за счет изменения давления наддува Рк й снижении температуры наддувочного воздуха fct на показатели рабо-

300

°с ^£00

д. ; 100

tn '• Без носл^ох л.

- . ~~ С мае —■ .л, охл.

40

60

Ne-

80

100

vM/v„0-

eco

"охл

Глаоина охлохцения

Рис. 3. Влияние-масляного охлождения но темперотуру детолей, БЕлииины : теплоотдоч и 30тр0т мощности: в-1 ЧВ 12/12,5 О - ЧВ 14/20,5 i Д- 1 ЧВ 15/16 ) 0 г целесообоазная глььина охлохдения •

чого цикла, тепловое состояние деталей,.тепловой баланс, параметры системы охлаждения и экономичность двигателя (рус. 4. 5,6,7) показало:

большую оффеетионость охлаждения наддувочного воздуха по сравнению с увеличением давления наддува, дополнительно увеличивающего механические нагрузки на детали дизеля, уровень шума и вибраций.'Как следует из рис. 4, 5, величину давления наддува следуо', ограничить значениями Р«=0,18...0,20 МПа р основном из-за условия ограничения механической напряженности дизаля;

рациональная глубина охлаждения наддувочного воздуха составляет t к=60 'С {рис. 5, 6) и ограничивается дальнейшим ростом суммарной теплоотдачи а охлаждающий воздух и соответствующим увеличением затрат мощности ¿"у »со и некоторым ухудшением экономичности. .

Выполненные исследования позволили установить необходимое распределение охлаждающего воздуха по потребителям: оребрению головок и цилиндров, масляному радиатору и охладителям наддувочного воздуха, при котором с избранными параметрами рабочего цикла обеспечивается приемлемая экономичность дизеля д9=230...235 г/кВт-ч и умеренные температуры основных деталей, обеспечивающие их достаточную работоспособность: головки в зоне межклапанной перемычки 215 *С, поршня в зоне верхнего поршневого кольца - 200 "С, цилиндра в верхнем поясе -145 'С.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности применения исследуемого ДВО е моторном отсеке с общим сопротивлением воздушного тракта до 1,5...2,0 кПа при наличии резервов, связанных с возможным засоре нием тракта а эксплуатации.

5-1; 1 к ; '^л =900 н3/и

Рис. 4. Влияние довления наддувочного воздуха на повскетры оавоигго цикла

ДЕТОЛЕй, ТЕПЛОВОЙ БО/ЮНС И ПОРОМЕТРЫ СИСТЕМУ ВОЗДУШНОГО ОХЛОХДЕНИЯ

&Ы-. Ьи Рг-1А Ш, ЛрЗ.ЮГЯэ

Рис. 7. Влияние гЕнпЕРатаРы наддувочного воздуха на тепловое состояние детолей, тепловой волане, порометоы систему охлохдения и экономичность двигатЕля -

В третьей м четвертой главах описаны объекты и методик« исследования, экспериментальные установки, мртоды измерений и анализа. Даны оценю« погрешностей измерений.

Первый этап исследований . предусматривал расчетно-експериментальмое исследование возможности обеспечения эффективности применения ДВО а моторным отсеках с ограниченным воздухообменом, Для его

выполнения Оыла разработана соответствующая методика исследования рабочего цикла, теплового баланса и теплового состояния двигателя о использованием одноцилиндровой установки, обеспечивающая получение экспериментальных данных и на их основа расчетных значений составляющих теплового баланса, потребных расходов охлаждающего воздуха, затрат мощности на функционирование системы охлаждения и других параметров, характеризующих эффективность функционирования системы воздушного охлаждения и дизеля в целом.

Второй этап был посеящен изучению аэродинамической обстановки в развале цилиндров двигателя 8 ЧВ 12/(12,5 и выполнялся на основе разработанной методики и соответствующей экспериментальной установки, позволяющей определить направления и величины скоростного напора.потоков охлаждающего воздуха.

Третий этап предусматривал аэродинамическое исследование моторно-■ го отсека и системы воздушного охлаждения1 форсированного дизеля 8 ЧВН 12/12,5 о целом и их отдельных элементов: вентилятора, цилиндров, головок, масляного радиатора, охладителей наддувочного воздуха, жалюзи, впускных и Ьыпускных каналов, колесных ниш и др. Для е га выполнения были разработаны соответствующие методики и экспериментальные установки:

методика аэродинамического исследования и экспериментальная установка, включающая все элементы системы воздушного охлаждения форсированного дизеля;

методика моделирования условий моторного отсека и экстремальных климатических условий и соответствующая экспериментальная установка, защищенная авторским свидетельством на изобретение № 1В38590;

Разработанные методики и экспериментальные установки, оснащенные современной измерительной аппаратурой, обеспечивали последовательность экспериментирования, сопоставимость и повторяв,, зстъ результатов, достаточную точность определения измеряемых и рассчитываемых величин.

В лптсГ: гла а о приведены результаты исследований по практической реализации мероприятий, обеспечивающих эффективность функционирования ДВО а моторном отсеке за счат рационализации параметров системы охлаждения и моторного отсека.

Результаты исследования аэродинамической обстановки а развале цилиндров дизеля 8ЧВ 12/12,5 (рис. 8, 0) показали существенную неравномерность скоростного напора и соответственно расхода охлаждающего воздуха между отдельными цилиндрами и головками. Основной поток воздуха распространяется с плавно уменьшающейся от 20 до 7 м/с схоростъю движения вдоль левого ряда цилиндров. Значительный отаоц воздуха к масляному радиатору и формирование застойных зон у торца топливного насоса высокого давления и между 7 и 3 цилиндрами ведут к ухудшению условий охлаждения 7 и 8 цилиндров и головок (скорость движения воздуха в их межреберных каналах снижается до 2-5 м/с). Ото находит отраженно в увеличении их максимальной температуры на 25...30 *С по сравнению с остальными цилиндрами и перегреву, имеющему место в эксплуатации.

Применение разработанного и запатентованного дефлектора (патент №9200515) (см. рис. 7, й) обеспечивает повышение равномерности охлаждения деталей и соответствующей снижение температуры 7 и 8 цилиндров и головок на 10...1 Б 'С, что исключает причина их возможного перегрева.

гз

1Би/с » }18«/с| »15,% {Н.5%» » 1го°с АI ¿12о°а 14 ¿1?^ А1А

йселгктос Коспо«Л1

£ ЛППППППП,

Зс " ~

1ВСРС

-р д

I ]Т| р] |Т| ру

6% Э.Чк 13?: 18% 13% 11.5%

почмач 1гб°с 1гг°с 1з6°с

Рис. 8. АэРодинаиииЕскоя оБсгановка в розаале цилиндров двигателя 8 ЧВ 12/12,5 <Ке=1} в=1 >

ЧЛ т^пм? 6Я:»— м°с

5% 75°С

тг

Т, Ш Щ

Ж Ш

8% 75°С

Рис. - 9. Азродиномическоя овстоновка в . оозволе цилиндров двиготеля 8 ЧВ 12/12,5 при установке дополнительного дефлекторо ('"'?= 1; п-1 ) .

Дьлъивйшоо «териюнсгосланк» параметров системы воздушного охлаждения проводило«» на основ«'получтнмо е результата расчзтно-»«пвриабнтапьного исследования целесообразного распределения оклаи-доющего воздуха по потребителям дизвпа типа ЧВН 12/12.5, представленного о табл.!. v

Тебпица1

Цвлосообразное'распраделониа охлаждающего воздуха по потребителям для дкаепя типа ЧВН 12712,5

Наименование потребителя - Расход воздуха

мЧ* *

Цюшдры и головки дбигатала 1.2 60

^важный радиатор 0.« 30

Ошдагапи наддувочного воздуха 0,2 10

Указанное распределение было обеспечено и« «снова аэродинамического исследования системы воздушного охлаждения к ео элементов ореСрониык цдаамдров«топсвок, маслкного радиатора повышенной производительности и «кладяшгей наддувочного воздуха. Увеличений расхода ошаждакацдао воздуха е3«епемшаша» вентклягором с по&ш&нноЙ частотой срсщзика, расз^д-ныо хафатрйвпии кагорого представлены ка рте. 10 м еоидательствуят о достаточна» рэдсрзах производительности и высокой эффективности со всем диапазоне рвшйва. ' .

Э коте ркиаитальио опредепенмыо аародинакйчеииз »аракгердапим элементов и воздушного трапа а «целом (рис. 10} гаидстеяьстауют о возможности обеспечения целаесз^азаого распределения ехлаоедакяцею воздуха по потребителям на осносе рч^авкгяьксга дсфлетфсзакия и ши&тш фронтальной поверхности масляного и еийгятслеС» кад^вочивпэ езаду-ка. Аиализ согласованности характерней» мкпяшарг м «гзду^^гго тргета

0,5 '. 1,0 ■ 1,5

г,0 • • 2,5 Ум —

. 4,0

!РиС. 10, совмецение гидровлицеских'хооактеристик.ВОЗДуинОГО , трокто и вентилятора | .'■'■, .-...'•- '

—■>характеристика вентилятора)—— — хозокТЕоис^ика во-Циинаго тоак!а ьез зтечек воздухом. О ч1 "'О характеристика воздушного трокго с атЕикоми воэдаха; " хавдктЕРистика возданного трокта с »четом моторного отсеко- -

гь

свидетельствует о. достаточных резервах согласованности и невозможности срыва вентилятора в аону помпажа при повышении сопротивления воздушного тракта до 2,5 кПа о случае установки двигателя в моторный отсек с ограниченным воздухообменом, либо вследствие значительного засорения оребрения воздушного тракта,

.'., Одновременно установлено существенное влияние технологических неплотностей,, возникающих при сборка, и загрязнения оребрения на аэродинамические характеристики тракта и расход охлаждающего воздуха, В этой связи автором разработано устройство "Индикатор для контроля состояния воздушного тракта" (свидетельство на' полезную модель N9 91603032),

Специальное исследование было пссаящено рационализации моторного отсокз с целью снижения его аэродинамического сопротивления и улучшение условий работы в нем дизеля воздушного охлаждения.

Сравнение аэродинамических характеристик различных защитных устройств на оходо воздуха в моторный отсок указывает на целесообразность применения продольных жалюзи, имеющих аэродинамическое сопротивление на 200...Э50 Па меньшое, чем щелевые жалюзи и решетки.

Организация подвода воздуха к вентилятору на основе специального впускного канала существенно снижает сопротивление тракта в целом и исключает попадание части нагретого в система рхлаждения воздуха на вход вентилятора, что,как отмечалось ранее, недопустимо, так как сопровождается увеличением потребного расхода охлаждающего воздуха, повышением температуры деталей и неэффективной работой системы охлаждения в. целом. Разработаны рекомендации по рациональному расположению колесных ниш и организации выхода охлаждающего воздуха-из отсека.

В результате установлено (см, рис. 10) приемлемое по качостоу согласование характеристик вентилятора и моторного отсека о дизелем воздушного охлаждения в цолом, с запасом на засорение воздушного тракта на 10..,15

ВЫВОДЫ

Выполненный анализ состояния попроса позволил обобщить достоинства дизелей воздушного охлаждений и их недостатки при эксплуатации о сложны* условиях, в частности ловышонную тепломаханячосхуга напряженность основных деталей и значительные затраты мощности нз функционирование системы охлаждений. Указанное ограничивает как возможности форсирования дизелей воздушного охлаждения, так и эффективность их применения в отсеках с ограниченным воздухообменом. Определяющую роль о формировании уровня тепломеханической напряженности играет теплоотдача в систему охлаждения, связанная с затратами мощности на со функционирование. С другой стороны, организация подвода, распределения и отвода1 охлаждающего ^ воздуха позволяет повысить эффективность его использования, т, е. обеспечить при равном его количестве и затратах мощности на функционирование ; системы охлаждения больший тэплосъем и соответственно снижение тепломеханической напряженности основных деталей. > ;

В ходе диссертационного исследования разработаны: методика экспериментально-теоретического исследования рабочего цикла, теплового баланса и теплового состояния двигателя с использованием одноцилиндровой установки, обеспечивающая получение экспериментальных данных и на их основе расчетных значений составляющих теплового баланса, потребных расходов охлаждающего воздуха, затрат мощности на функционирование системы охлаждения и соответственно экономических поазателей двигателя;

рование системы охлаждения' и соответственно вхономичвских поазатолай двигателя;

'методика моделирования условий моторного.отсека и экстремальных климатических условий и соответствующая экспериментальная установка, защищенная авторским свидетельством на изобретение № 1638590;

методика исследования аэродинамической обстановки в развала цилиндров двигателя 6ЧВ 12/12,5 и соответствующая вкспоримонггольная установка, позволяющая определить направления и величины скоростного напора потоков охлаждающего воздуха;

дефлектор (патент На $20051$), обеспечивающий повышение равномер-' ностм охлаждения отдельных цилиндров и соотватствующев снижение температуры? « В цнпийдров на Ю...15 *С;

индикатор для контроля состояния тракта системы воздушного охлвждо-тшвокегшуатации. - ' г 1

Проваленные теоретические и экспериментальные исследования позволили сыявитъ ряд закономерностей и сдадать сыводьк . -

1, Затраты мощности на функционирований системы охлаждения о основном зависят от величины теппосыми» е шегеиу охлаждения и сопроша-ланиа воздушного трат «истомы cxnassam lips; ограничонии N фсо=0,05^.0ч10ч что с5аспеч«®кт upaounwyvo акаконкч*«юсп. дзшагиш, соответствующий зкономичасй! цзпасообразиыЙ теплосъем в систему схлег-дения должен снижаться по мора роста сопротивления воздушного тракта в соотношении:

Qpxa ГАРа^4 -

2. При наличии деталей с чрезмерным уровнем теллонапряжскнссти ц^ лесообразно изменение их конструкции, в частности примииаиио локального масляного охлаждения или их теплоизоляция. ... . .

3. Ограничение теплоотдачи о стенки внутрицилиндрового пространства обеспечивается рациональным выбором пэраметров рабочего цикла, в первую

очередь коэффициента избытка воздуха а.

4. Более эффективным способом увеличения а является охлаждение

наддувочного воздуха, менее эффективным яэляотся повышение давления наддува, дополнительно увеличивающее механические нагрузки на детали дизеля, уровень шума и вибраций,

5. Рекомендуемая величина давления наддува составляет Р!?г0,18...0,20 МПа и ограничивается ростом механической напряженности деталей дизеля вследствие значительного увеличения значения Рим. уровнем шума и вибраций.

6. Глубина охлаждения наддувочного воздуха определяется не только эффектом еиижения температуры доталей. но и ростом теплоотдачи в систему охлаждения от орабрения охладителей наддувочного воздуха, т. о, увеличением затрат мощности на функционирование системы охлаждения. Цег.гсообргг-ная глубина охлаждения наддувочного воздуха составляет 1 «=СО *С и ограничивается дальнейшим ростом суммарной теплоотдачи о охлаждающий воздух и соответствующим увеличением затрат мощности на функционирование системы охлаждения и ухудшением экономичности.

7. Рациональная глубина локального масляного охлаждения достигается при расходе масла на охлаждение поршней и головок цилиндров

Ум я 0,08...0,09 л/(мин кВт) и ограничивается дальнейшим ростом суммарной

теплоотдачи в охлаждающий воздух за счет роста теплоотдачи а масло, соответствующим увеличением затрат мощности на функционирование» системы охлаждения и ухудшением экономичности.

Э. Рациональная величина удельного расхода воздуха на охлаждение цилиндров и голоеоч составляет <;охл335...40 кг/кВт и ограничивается негффех-

тотностью дальнейшего увеличения росходя охлахадоющого воздуха лри роэ> ком повышении затрат на функционирование системы охлаждения.

О, Цспосоаррззнс) слодугащап распределение охлаждающего воздуха по потребителям; вроброние npponos « цилиндров г 60 масляный радиатор. 30 "¡в, охладителя цаддуречного воздуха НО

10, При уаданных параметра* наряду ç приемлемой экономичностью, соот вотирующей 08=230,„205 г/(кОт ч), достигаются следующие темпяршуры оздвнмх ДРГапеЛ, обеспечивающая цх>Д05тат9чнук> pagPTOçnpçoOjioçn»: .го-погда в зоне межадзпрннр»! рррчмычхи 'Ç, поршня о гонэ верхнего поршневого кольца ' 2Ç0 'Q, ципчидра в рержем ngstçQ » 145 "О,

Попученныо рязулитоты сводетольструщ Р возможности применения исспедуеыопз ДСО о мрторнзд отсекд с сопротивлением »<?гдуцмого тракта до 1,б...г,0 кПа прц чатши резервов, радзанцых а возможным засорением тракта в эксплуатации и pççîçy его сопротизпанигт на 10...15 %,

Таким cGpaacy, проведенное дирсертецаднор исследование полностью достигло псстввденцо0 цели и показало, что дизели воздушного охлаждении имеют существенные резервы по o6ççiit}45HVîio их аффективного функционирования в моторных отсска* с ограниченным воздухообменом.

Результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах: ■ . ■

1, А."9хсан/1Р58 НЕ., Apea Б-Л, Моделирование рабочего цикла дизеля воздуш-иогд охла^еипя ç использованием ЭВМ ЕС-1035 II Сб. науч. работ ЦВВАИУ,'Рып.5,-Челябинск; ЧВВАИУ.1387.-С.10-24.

2. Александре® Н Е., Арав БД Особенности применения ди-юлей воздушною охлаждения в моторных отсеках // Сб. науч. работ ЧВВАИУ,- Вып.е,- Челябинск: ЧВВАИУ, 1031- С.в2-65.

u

3. Александров НЕ., Арав Б.Л. П/ги повышении аффактиамостИ лрймйнйний дизопой воздушного охлаждении о мотерны* отсека* II Сб. материалов йсч-Союзной научно-технической конференции. « Челябинск: Ц!1ГИ,1087.« СЛО-10.

•Í. Александров Н Е. Влияние параметров маддуаочною воздуха на таплоно*. состйянио дизеля воздушного охлаждения й его зкономичиость // Сб. науч. трудов ЧВВАИУ.- Вы п.Г.- Челябинск: ЧЯВЛИУИ080.- С.12-10.

5. АлехСандроа НЕ. Й/шякйз расхода охлаждающего воздуха на теллопоо состояние дизеля создушшзгв Охлаждения я его з«анемичность // Сб. науч. Трудов ЧООАИУ.- Оып.У.-ЧалябйКОсЧОПАИУ.ЮОЭ.- С.20-23.

6'. Александров Н Е. Датч;и частота сращения пала: Информационный листо/. - Челябинск: ЦНТИ,10Э0.- С. 3-0.

7. Александров Н Е. и др. Дизели воздушного охлаждения // Техника и воору*. wmvíé.'r tflÜJV Мз4.-СЛ-0. -

6. Александрой КЕ. бТиПедовяние возможности оптимизации организации даизкйний воадука а иожцилнндровои пространства дизеля' Урзл-744 П. C6.¡ науч. трудоа ЧВВАИУ.- Сып.2.- Челябинск, 1092.- С.М2.

8. Алйкймдроз Н.Е. Методика и результаты исследования системы воздушного1 ОгЛаждвни!* форсированного дизеля// Сб. Материалов научно-пракгическогй ссияшра. - Владимир: ОПТУ,1095- С.144.

Í& Александров Н.Е. Оптимизация гидравлических характеристик системы бОздушного охлаждения II Об, иатериаловг 2-го всесоюзного научно-практического семинара. -Владимир: ВПИ, 1991.-C.1S.

VАлександров Н.Ё, повышенно эффективности системы воздушного охлаж '■» дения в закрыты* моторных отсеках. - Л.: ЛСХИ.1990.- С.73.

Аяаштдрбе- Н Е. Соаершвнстаоваиив организации движения воздуха в иежцилиндроеом пространство дизеля Урал-Г447/ Сб. материалов научно'' технической конференции, - Челябинск ЧВВАИУ), Í991.-C;l7',.

13. Александрой Н.Е. Согласован«« гидравлических характеристик моторного отсека и системы воздушного охлаждения дизопя Урал-744 II Сб. материалов научно-технической конференции. «Челябинск ЧВЗАИУ, 1ВЭ1.-С.17-18.

14. А.с. 1633500 СССР. МКИ G01 М 15/00. Устройство для температурных испытаний двигателя I Араэ Е.Л., Александров Н.Е. №610763/06; Заяз. 30.11.SQ; Опубл. 30.03.S1. Бюл.-1 12,-За

15. Пат. Россия..МКИ F 01 Р 11/10. Двигатель внутреннего сгорания / Александров Н.Е., Пимшин В.Г. М92005151/06. Заян. 02.11.02. Реш. о выдаче патента от 29.06.95. , ■

, 10. Свидатольство на полезную модель. Россия. ЫПК G 01 119/08. Индикатор для контроля технического состояния тракта системы воздушного охлаждения двигателя / Алоксандров Н.Е. и др. №33103082; Задал. 13.02.86.

17. Совершенствование дизелей воздушного охлаждения для военной аотомо-б'ЛЛаНОй техники /.Александрой Н.Е. и др. И Технический отчет о НИР №48602.-Челябинск: ЧВВАИУ,1989.-404 е.

Тга. ЧЗБАИУ. Зм. Ц0 il.O7.0G