Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 143
Скачиваний: 1
Рис. 44. Поршень дизеля W 24/30:
а — цельноалюмннневын неохлаж даемын; б — алюминиевый с кольцевой проточкой; в — алюминиевый со змеевиком; г — составной с о х л а ж д е нием взбалтываемым маслом
Рис. 45. Поршень дизеля V8V 23/23
80
в связи с небольшой скоростью циркуляции масла в кольцевой полости.
При создании высокофорсированного мощного судового ди |
||
зеля V6V 40/54 (12ЧН 40/54, Ne = 7300 |
л. с., п. = 450 |
об/мин, |
ре = 18 кгс/см2) фирма остановилась |
на составном |
поршне |
головка — из теплостойкой стали, тронк — из кованого |
алюми |
ниевого сплава (рис. 46). Рабочие поверхности кольцевых канавок в головке подвергнуты газопламенной закалке и обладают высокой износостойкостью. Головка интенсивно охлаждается взбалтываемым маслом, которое первоначально поступает в периферийную кольцевую полость, а затем направляется в центральную часть головки.
Детали этого поршня обладают вы сокой износостойкостью. При достаточ ном охлаждении наиболее важных зон поршня (температура в зоне первой кольцевой канавки не превышает 140— 150° С) и минимальном зазоре между головкой и втулкой цилиндра повы шается долговечность поршневых колец и канавок, уменьшается износ втулок цилиндров. При работе этих дизелей на тяжелом топливе за 1000 ч работы износ канавок для поршневых колец составляет 4—5 мкм, а износ втулок
цилиндров |
10—20 мкм. |
двухтактного |
||||
|
В |
процессе |
доводки |
|||
дизеля |
KZ |
57/80 (9ДН |
57/80, |
Ne = |
||
= |
6750 л. |
с., |
п = 225 |
об/мин, |
ре = |
|
= |
7,35 кгс/см2) были проведены сравни |
тельные исследования эффективности охлаждения поршней маслом двумя способами: циркуляционным и комбинированным (струйная подача масла на днище и взбалтывание его). Эти исследования показали значительные преимущества комбини рованного охлаждения, при котором обеспечивается интенсивный отвод тепла от днища в нижнем положении поршня струями масла, а в верхнем положении — взбалтываемым маслом. Охлаждение зоны компрессионных колец производится исключительно взбал тываемым маслом.
При комбинированном способе охлаждения температура у ка навки первого компрессионного кольца и внутренней стороны днища поршня примерно на 70° ниже, чем при циркуляционном охлаждении.
Конструкция поршня дизеля KZ 57/80, сравнение температур ных полей головок для вариантов масляного охлаждения этого поршня дизеля показаны на рис. 47.
6 Е . А. Н икитин |
81 |
Поршни дизелей АЛКО. Тепловозный дизель 6-539 (6ЧН 31,8/33,
Ne = 1000 л. с., п = 740 об/мин, ре = 7,73 кгс/см2) имел не охлаждаемый поршень из алюминиевого сплава. При переходе на новый, более форсированный тип дизелей 244 (16ЧІТ 22,9/26,7,
Ne = 2350 л. с., п — 1000 об/мин, ре = 12,1 кгс/см2) для повы шения надежности была усложнена конструкция поршня и вве дена циркуляция охлаждающего масла через кольцевые каналы, образованные между телом поршня и напрессованным на него бандажом. Для уменьшения зазора между поршнем и втулкой
Рис. 47. Конструкция и температурные поля головок поршня дизеля KZ 57/80 с масляным охлаждением:
а — кон струкц и я поршня; б — при ц и ркуляц ион ном охлаж дении ; в — при ко м б ин ир о ванном охлаж дении
поршень и его бандаж изготовляли из кремнеалюминиевого сплава
суменьшенным коэффициентом линейного расширения (рис. 48, а).
Впроцессе эксплуатации этих дизелей имели место повышен ный износ и разбивание канавки первого компрессионного кольца.
Всвязи с этим на дизелях типа 251 следующей, более форсирован
ной модификации |
(16ЧН |
22,9/26,7, Ne = 3000 л. |
с., п = |
= 1000 об/мин, ре = |
15,5 |
кгс/см2) для снижения износа |
под ка |
навки первых компрессионных'колец в бандажи заливали вставки
из |
нирезиста. |
|
|
|
|
|
При новой, весьма значительной форсировке дизелей 251F |
||||
(16ЧН |
22,9/26,7, Ne — 3900 л. с., |
п = 1100 |
об/мин, |
рс = |
|
= |
18,4 |
кгс/см2) на них устанавливался |
составной |
поршень, |
име |
ющий тонкостенную головку из теплостойкой стали и алюминие вый тронк (рис. 48, б).
Три компрессионных кольца, расположенных ниже тонкой цилиндрической стенки головки, имеют интенсивное охлаждение вследствие взбалтывания масла в периферийной кольцевой по лости головки.
82
Поршни дизелей Зульцер. На двухрядных тепловозных дизе лях 12LDA28 (12ЧН 28/36, Ne = 2300 л. с., п = 750 об/мин,
Ра = Ю,4 кгс/см2) устанавливались поршни из кремнеалюминие вого сплава, идентичные по конструкции с поршнями дизеля АЛКО 244. В первых поршнях этого типа двигателей 12LDA28 для уплотнения стыка между напрессованным бандажом и основ ным телом поршня накладывался сверху сварочный шов. При эксплуатации было обнаружено, что из-за высоких температурных напряжений в сварочном шве появляются трещины. В то же
Рис. 48. Поршни дизелей АЛК.О:
а — 244; б — 251 F
время оказалось, что при прессовой посадке бандажа обеспечи
вается надежное уплотнение стыка, поэтому в дальнейшем шов не накладывали.
На |
более |
форсированных дизелях |
16LVA24 (16ЧН 24/28, |
Ne = |
3000 л. |
с., п = 1100 об/мин, ре = |
12,1 кгс/см2) устанавли |
вались такие же поршни, но со вставкой под первым компрес сионным кольцом.
При |
дальнейшем |
повышении форсировки дизелей 16LVA24 |
до Ne = |
4000 л. с. |
(іі = 1100 об/мин, ре = 16,1 кгс/см2) фирма |
была вынуждена перейти на новую конструкцию цельноалюминие вого поршня со змеевиком для циркуляции охлаждающего масла. Эти поршни также имели вставку в зоне первых компрессионных колец.
С точки зрения эффективности системы охлаждения этот пор шень не являлся наилучшим, так как поверхность охлаждения его спиральных каналов была относительно невелика, а скорость движения масла в них не могла быть достаточно высокой. Боль шие массивы металла в верхней части поршня и высокая тепло проводность алюминиевого сплава исключали возможность обес
6* |
83 |
печения достаточного охлаждения зоны компрессионных колец, поэтому этот поршень был заменен новым, отлитым из кремние алюминиевого сплава, с кольцевой полостью для взбалтывания охлаждающего масла (рис. 49). Этот поршень, также как н поршни предыдущих вариантов, имеет жаростойкую вставку под первым компрессионным кольцом.
В процессе доводки дизелей 16LVA24 мощностью 4000 л. с. возникли трудности, вызванные систематическими задирами порш ней тропками. Сначала всегда образовывалось блестящее, заполи рованное пятно на нерабочей стороне'
|
|
|
тронка, а затем на нем возникал очаг |
||||||||
|
|
|
постепенно развивающегося |
задира. |
|||||||
|
|
|
Проблема надежной работы |
трущейся |
|||||||
|
|
|
пары тронк |
поршня — втулка |
цилиндра |
||||||
|
|
|
была решена лишь после установки масло |
||||||||
|
|
|
съемных колец выше поршневого пальца, |
||||||||
|
|
|
что позволило |
обеспечить |
интенсивную |
||||||
|
|
|
смазку |
тронка |
поршня, |
компрессионных |
|||||
|
|
|
колец и втулки цилиндра. |
На дизелях |
|||||||
|
|
|
Поршни дизелей Мирлис. |
||||||||
|
|
|
KVSM12 (12ЧН 38,1/45,7, |
/Ѵс = |
2172 л. с., |
||||||
|
|
|
п = 375 об/мин, |
ре = 8,4 |
кгс/см2) |
приме |
|||||
|
|
|
нялись цельнолитые чугунные поршни, |
||||||||
|
|
|
охлаждаемые в полости головки взбалты |
||||||||
|
|
|
ваемым маслом. Эффективность охлажде |
||||||||
Рис. 49. Поршень дизеля |
ния этих поршней была невелика вслед |
||||||||||
ствие наличия толстых стенок, |
ограничи |
||||||||||
I6LVA24 |
|
|
|||||||||
При создании |
|
вающих камеру охлаждения. |
|
Майор |
|||||||
более форсированного дизеля |
КѴ12 |
||||||||||
(І2ЧН 38,1/45,7, |
Ne = 5000 |
л. |
с., |
п = 525 |
об/мин, |
ре = |
|||||
= 14,1 кгс/см2) |
стали устанавливать поршни, состоящие |
из чу |
|||||||||
гунного тронка |
и тонкостенной |
головки из теплостойкой |
стали. |
В головке размещали четыре компрессионных кольца. Поршень интенсивно охлаждался взбалтываемым маслом, которое сначала поступало в кольцевую периферийную полость, а затем — в цен тральную часть поршня (рис. 50).
Поршни дизелей Майбах. Общая тенденция перехода от циркуля ционного охлаждения поршней к охлаждению их взбалтываемым маслом при повышении форсировки дизеля отразилась также на опытно-конструкторских и исследовательских работах фирмы Майбах. Выпуская в течение многих лет дизели с поршнями, имеющими циркуляционное охлаждение, эта фирма в настоящее время ведет работы по испытанию составного поршня (головка из теплостойкой стали, юбка алюминиевая), имеющего интенсив
ное охлаждение взбалываемым маслом (рис. 51), так как |
дизели |
||
последних выпусков |
имеют высокий |
уровень форсировки (опыт |
|
ный дизель 20ЧН |
22/23: Ne — 5000 |
л. с., п = 1500 |
об/мин, |
ре — 17,2 кгс/см2). |
|
|
|
84
Поршни дизелей Купер-Бессемер. На тепловозных дизелях
FVA16DRT (16ЧН 22,9/26,7,1Ne = 2230 л. с., п = 1000 об/мин,
ре = 11,5 кгс/см2) устанавливаются алюминиевые поршни, со стоящие из двух основных частей: собственно поршня и напрес сованного на него бандажа с канавками для компрессионных ко лец. Между бандажом и поршнем образованы кольцевые каналы, к которым через шатун и поршневой палец подводится охлажда ющее масло. По своей конструкции поршни в основном анало гичны поршням фирмы АЛКО.
В |
связи |
с |
повышением |
форсировки |
дизеля |
FVDL |
(16ЧН |
22,9/26,7, |
Ne — 2750 л. |
с., п = 1000 |
об/мин, |
ре = |
|
= 14,3 |
кгс/см2) |
стали применяться поршни, отлитые из ковкого |
чугуна. По отверстию в стержне шатуна и поршневом пальце охлаждающее масло подается во внутреннюю масляную полость, образованную под днищем поршня. Охлаждение поршня обес печивается взбалтываемым маслом в полости под днищем. Горя чее масло сливается из поршня в камеру через отверстия, распо ложенные на периферии ниже пояса компрессионных поршневых колец (рис. 52).
Поршни дизелей Нордберг. Во время доводки судового дизеля
FMD-1116-FISC (16ЧН 28/30,5, Ne = 3600 л. с., п =900 об/мин,
ре — 12,2 кгс/см2) были испытаны поршни следующих вариантов.
1. Цельный алюминиевый со вставкой из никелевого чугуна под верхним компрессионным кольцом, имеющий струйное охла ждение маслом.
85
Испытания дали неудовлетворительные результаты в связи
сповышенным износом канавки верхнего компрессионного кольца.
2.Алюминиевый сварной с циркуляционным масляным охла ждением. Головка — кованая, из алюминиевого сплава. К ней
приваривался тронк поршня, в который заливалась вставка из никелевого чугуна для верхнего компрессионного кольца. Масло, охлаждающее поршень, поступало по отверстию в шатуне. Поршень этого варианта имел меньший износ канавки верхнего
кольца, |
чем цельноалюминиевый поршень. |
|
|
|
||||
|
|
■3. Отлитый из теплостойкого высокопроч |
||||||
|
|
ного |
чугуна, |
имеющий интенсивное охлажде |
||||
|
|
ние |
взбалтываемым маслом. |
|
|
|
||
|
|
За период испытаний на стенде износ кана |
||||||
|
|
вок поршневых колец на этом поршне практи |
||||||
|
|
чески не наблюдался. |
|
|
|
|||
|
|
Поршень последнего варианта был принят |
||||||
|
|
для серийного производства. |
|
В |
тече |
|||
|
|
Поршни дизелей Дженерал Моторе. |
||||||
|
|
ние многих лет фирма неизменно применяет |
||||||
|
|
чугунные поршни со вставкой, имеющие эффек |
||||||
|
|
тивное охлаждение взбалтываемым маслом. |
||||||
|
|
При переходе от первоначальной конструк |
||||||
|
|
ции |
двухтактного |
тепловозного |
дизеля |
567А |
||
|
|
(16ДН 21,6/25,4, Ne = 1350 л. с., /і=800 об/мин, |
||||||
|
|
= 5,1 кгс/см2) к более форсированной моди |
||||||
|
|
фикации 567С (16ДН 21,6/25,4, |
Nc = 1950 л. с., |
|||||
|
|
іі = |
835 об/мин, |
ре = 7 кгс/см2) была |
изме |
|||
|
|
нена конструкция поршня в месте сочленения |
||||||
Рис. 52. |
Поршень |
поршневого |
пальца с шатуном. Палец |
стал |
||||
дизеля |
FVDL |
крепиться к шатуну двумя болтами. |
При этом |
|||||
|
|
он опирался |
на |
подшипник вставки |
по всей |
длине, что существенно снизило удельную нагрузку в головном подшипнике и повысило его износостойкость.
На следующей модификации — дизеле 567D1 (16ЧН 21,6/25,4, Ne — 2000 л. с., и = 900 об/мин, ре = 7,25 кгс/см2) были сняты концентрические ребра на внутренней стороне центральной части днища поршня и добавлено четвертое компрессионное кольцо. Три верхних компрессионных кольца покрыты хромом (рис. 53, а).
При переходе на более форсированную модификацию — ди
зель |
567D3A (16ЧН 21,6/25,4, Ne = 2500 |
л. с., |
п = 900 об/мин, |
ре = |
8,35 кгс/см2) конструкция поршня |
была |
изменена. Для |
увеличения прочности днища и улучшения его охлаждения восемь ребер таврового сечения были заменены на 24 широких и более тонких радиальных ребра, которые были расположены на большем наружном диаметре, чем в предыдущем варианте. Ребра соединялись внизу широким кольцом. Толщина днища го ловки и ширина ребер были увеличены (рис. 53, б), а компрес сионные кольца опущены по сравнению с положением колец на
86