Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

сравнению с нагрузками, воспринимаемыми поршнями четырех­ тактных дизелей, желательно обеспечивать высокую эффектив­ ность масляного охлаждения максимальным увеличением поверх­ ности камеры охлаждения головки поршня.

Для поршней двухтактных дизелей, имеющих обычно =

= 1,5, возможно увеличение поверхности камеры охлаждения головки поршня. Однако в этом случае к сложной отливке поршня из легированного теплостойкого чугуна должны быть предъ­ явлены жесткие требования о недопустимости каких-либо литей­ ных дефектов внутри и на поверхности охлаждения головки. Такая головка поршня должна обладать оптимальной тепловой подат­ ливостью и достаточной жесткостью в осевом направлении для восприятия давлений сгорания.

При наличии более простых по форме отливок головок порш­ ней, как показывает опыт длительной эксплуатации большого количества дизелей 12ДН 23/30, работоспособность поршней может быть обеспечена лишь в случае применения масла М14ВЦ или другого аналогичного масла, имеющего эффективную анти­ нагарную присадку.

5. Наличие окон во втулке цилиндра существенно ухудшает условия смазки поршневых колец, поршней и втулок цилиндров, в связи с чем выбор материалов этих деталей, их термической обра­ ботки и покрытий должен обеспечивать высокую износостойкость, повышенную сопротивляемость пластической деформации, мини­ мальную склонность к схватыванию и стабильную маслоемкость рабочих поверхностей трущихся пар.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОРШНЕЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Как известно, развитие железнодорожного транспорта связано со значительным увеличением мощности локомотивов. Так, на­ пример, мощность тепловозов, вводимых в эксплуатацию на аме­ риканских железных дорогах в 1960 г., составляла 1500—2000 л. с., а в 1968 г. она уже достигла 3000—3900 л. с., т. е. за восемь лет увеличилась в 2 раза. Тепловозные дизели мощностью 4000 л. с. созданы в ФРГ, Англии, Швейцарии, Бельгии; тепловозные дизели мощностью 4200, 5000 и 6300 л. с. — во Франции (1971 г.).

Вследствие возросшего объема морских перевозок грузов воз­ никла необходимость увеличить тоннаж и скорость движения су­ дов, что, в свою очередь, предопределило создание судовых дизе­ лей с повышенной агрегатной мощностью.

Необходимость повышения форсировки дизелей заставила ве­ дущие дизелестроительные фирмы развернуть интенсивные опытно­ конструкторские и исследовательские работы, в ходе которых поршни претерпели многочисленные конструктивные изменения.

Поршни дизелей СЕМТ-Пильстик. Дизели типа 8Ѵ = 16РА

(16ЧН 17,5/21, Ne = 1000 л. с., я = 1250 об/мин, ре =8,9 кгс/см2)

76

сначала выпускались с иеохлаждаемыми поршнями из алюмини­ евого сплава.

При создании более форсированных дизелей 16РА4Ѵ185 (16ЧН 18,5/21, Ne = 2400 л. с., я = 1500 об/мин, ре = 16 кгс/см2)

они испытывались с поршнями, циркуляционное охлаждение которых осуществлялось при помощи спирали-змеевика, заделан­ ной в головку поршня при отливке (рис. 40). Однако в связи с не­ достаточной эффективностью циркуляционного охлаждения на

показали, что коэффициент теплоотдачи остается прежним для циркуляционного охлаждения, а для охлаждения взбалтываемым маслом он возрастает до 2500 ккал/(м2-ч-°С), так как при цирку­ ляционном охлаждении средний коэффициент теплоотдачи в основ­ ном зависит от средней скорости циркуляции масла в каналах поршня, а при охлаждении взбалтываемым маслом— от средней скорости поршня, которая значительно выше.

Впроцессе доводки дизелей РС2Ѵ (16ЧН 40/46, Ne — 8000 л. с.,

п= 520 об/мин, ре — 15 кгс/см2) были проведены при темпера­ туре масла на входе в поршень 60° С исследования трех способов охлаждения: струйного, циркуляционного и взбалтываемым мас­ лом (рис. 41).

Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что при циркуляционном масляном охлаждении поршня

77

мощность дизеля повышается на 40%, а при охлаждении взбалты­ ваемым маслом — на 75% по сравнению с мощностью дизеля, име­ ющего неохлаждаемып поршень, при сохранении прежнего тем­ пературного уровня поршня.

На дизелях PC2V были первоначально установлены цельно­ алюминиевые поршни с кольцевой полостью для охлаждения взбалтываемым маслом и вставкой под первыми компрессионными кольцами, а затем они были заменены составными поршнями (головка стальная, тронк алюминиевый) также с охлаждением взбалтываемым маслом. Аналогичное изменение конструкции

в той же последовательности имело место при доводке дизеля РСЗ

(16ЧН 48/52, Ne = 14 700 л. с., п = 450 об/мин, ре =19,5 кгс/см2).

При исследовании поршней обоих вариантов на дизеле РСЗ было установлено, что температура на уровне первого компрес­ сионного кольца на цельноалюминиевом поршне со вставкой до­ стигала 190° С, а на составном поршне вследствие наличия тонкой цилиндрической стенки 150° С (рис. 42). Это объясняется тем, что по условиям механической прочности алюминиевого сплава при­ ходится ограничивать объем кольцевой масляной полости, обеспе­ чивая наличие толстой стенки между этой полостью и кольцами, и допускать значительную теплоотдачу от днища к кольцам.

цельноалюминиевый поршень с кольцевой полостью для взбал­ тывания масла, а затем составной поршень (головка из тепло­ стойкой стали, тронк алюминиевый), охлаждаемый взбалтываемым маслом (рис. 43).

78

Тонкостенная стальная головка позволяет поддерживать очень низкую температуру в зоне первого компрессионного кольца и обеспечивает выбор минимальной величины теплового зазора между головкой поршня и втулкой цилиндра. В результате этого снижается поступление в зону поршневых колец продуктов сгора­ ния топлива и улучшаются условия смазки колец, тронка и втулки цилиндра.

Поршни дизелей МАН. Тепловозные дизели 8V 22/30ASL (16ЧН 22/30, Ne = 2080 л. с., и. = 1000 об/мин, ре = 10,3 кгс/см2)

выпускались с литыми алюминиевыми неохлаждаемыми порш­ нями. При создании высокофор­

испытывались поршни следующих конструкций: цельноалюмнниевый неохлаждаемый (рис. 44, а); алю­ миниевый с кольцевой проточкой, уплотненной сверху сварным швом (рис. 44, б); цельиоалюминиевый со змеевиком для циркуляцион­ ного охлаждения (рис. 44, в; ре = = 16 кгс/см2); составной (головка из теплостойкой стали, тронк алю­ миниевый) с охлаждением взбалты­ ваемым маслом (рис. 44, г; ре =

=16 кгс/см2).

Последний вариант оказался

наиболее надежным.

При создании быстроходных судовых и тепловозных дизе­

эвтектического алюминиевого сплава, имеющие кольцевую по­ лость для охлаждения взбалтываемым маслом, образованную при специальном процессе ковки. Для поддержания нормального температурного состояния поршня в полость охлаждения через форсунки, установленные в картере, масло подается в количе­ стве 4,0 кг/(л. с. ч) (рис. 45).

На дизелях с большими диаметром цилиндра и ходом поршня также постепенно происходил переход от циркуляционного охла­ ждения поршней к охлаждению взбалтываемым маслом. Судовой

тронк чугунный. Масло для циркуляционного охлаждения порш­ ней подводилось сначала к периферийной кольцевой полости головки, а затем уже шло по каналам, выточенным в центральной части днища. Такое охлаждение не могло быть эффективным

79