Файл: Устинов А.Н. Исследование поршневых колец дизелей.pdf

§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА ПРИ УТЕЧКАХ

ЧЕРЕЗ КОЛЬЦА

ъ

Расход газа через неплотности поршневых колец для каж­ дого участка индикаторной диаграммы подсчитывается іпо об­ щепринятой формуле .истечения

где ц — коэффициент расхода для данного вида неплотностей, /(=0,9854-0,975 —'поправочный коэффициент, учитывающий вязкость газов утечжіи, Ssnp —среднее значение площади про­ света уплотнения, ф — экспериментальная расходная функция.

критическое истечение для расчета' функции истечения в этом случае не представляется возможным, так как выражения ('29) не могут быть применены для лабиринтов уплотнения, обра­ зованного последовательным рядом поршневых колец с раз­ личной по .величине площадью проходного сечения у каждого кольца.

В выражениях ,(28) и (29) принято:

Яо — давление среды, в которую происходит истечение; Рк и Ѵф — параметры газа над поршнем;

t — время, в течение которого подсчитывается утечка. Аналогичной является и расчетная методика, принятая в

где Рі — давление перед последним кольцом, ата; t\ — температура газов перед кольцом, °С;

ц—коэффициент истечения (для сверхкритической обла­ сти ц=0,24).

/рез —проходное сечение.

Однако выражение (30) применимо, каік отмечает К. Энг­

56

лиш, для случаев, когда давление ів уплотняемом пространстве постоянно. Кроме того, реальное уплотнение заменено простым сечением, величина которого принималась примерно 0,4 мм2 на каждые 1О0 мм диаметра .цилиндра. Такая величина про­ ходных сечений соответствует новому двигателю в период при­ работки.

При расчете утечек по выражению (28) для каждого из участков параметры Ро и Рк іпіриниімаются неизменными, что справедливо для бесконечно большого числа участков, а ог­ раничение числа участков (m=3fi) незначительно снижает точность расчета. Истечение газов через неплотности принято адиабатическим, средние значения показателей адиабаты і«іК» на линиях сжатия « расширения выбраны в соответствии с ре­ комендациями, имеющимися в литературе.

Для двухтактных двигателей весь .процесс истечения газов за цикл условно можно разделить на три периода:

Первый период — утечка газов из камеры сгорания через неплотности норш-невых колец) продувочные и выпускные ок­ на в ресивер продувочного воздуха и выпускной коллектор. В первом .периоде имеет .место истечение в надкритической обла­ сти. Утечка в картер в этот период также имеет место.

Второй .период —утечка газов ,в картер с момента открытия до закрытия выпускных окон происходит в .надкритической и подкритической области.

Третий период —после закрытия выпускных окон и начала сжатия до начала горения. Протекает в подкритической и над­ критической областях.

Для четырехтактных дизелей .разделение йа периоды доста­ точно производить по величине перепада давления над порш­ нем и в картере.

Подразделение на периоды является условным и сделано с целью выявления участков по. углу поворота коленчатого вала, когда утечки достигают наибольших значений.

Основные утечки происходят за I и III периоды, когда дав­ ление в цилиндре является наибольшим. Если для четырех­ тактного дизеля утечка газов на участке сжатия снижает ко­ эффициент избытка воздуха при .сгорании а, увеличивает по­ тери^ мощности в целом за .цикл и влияет на индккаторные и эффективные показатели, то для двухтактных дизелей влияние утечек на показатели рабочего процесса является более слож­ ным.

В этом случае утечки оказывают влияние не только на пе-

57

речислѳняые показатели, а также на .процесс .наполнения дви­ гателя. При этом в каждом из периодов утечки оказывают раз­ личное .влияние на .изменение -параметров рабочаго процесса. В первом .периоде увеличение утечек приводит, в основном, к увеличению .коэффициента -остаточных газов уг и .возрастанию температуры заряда Та. Совместное влияние этих дЬух фак­ торов в конечном -счете приводит к снижению коэффициента наполнения гр,. Утечка газов во втором периоде незначитель­ ная и -существенного влияния на параметры рабочего процесса не оказывает. В третий период .рост утечек, в основном, при­ водит к снижению а, что предопределяет дальнейшие измене­ ния в характере протекания рабочего процесса.

■Особенностями истечения газов .в двухтактных двигателях является наличие подпора из ресивера 'продувочного воздуха, повышающего давление за последним кольцом, а также умень­ шение прорыва газов в картер -ввиду утечки части газов в ре­ сивер .продувочного воздуха и выпускной коллектор. Однако в -первом -периоде имеет место утечка газов .в картер, происхо­ дящая вследствие того, что междукольцевые объемы .при дви­ жении .в районе продувочных и выпускных -окон не успевают полностью разгрузиться, что отмечалось рядом исследовате­ лей [47], [52], а также было отмечено автором при .проведении экспериментов на двигателях Д 19/30. (Еще менее вероятна разгрузка междукольцевых объемов для четырехтактных дн-- зелен).

Имеющий место подпор из ресивера продувочного воздуха не -оказывает существенного влияния на расход газов, так как при давлениях продувочного воздуха в 1004-200 мм рт. от., что имеет место в -большинстве безладду-вных двигателей, 'отно­ шение Ро!Рк изменяется незначительно.

Расчет ра-схода газов утечки для иодкріитической и надкри­ тической областей истечения производится -по уравнению (28). При этом значение функции ф сл-еду-ет определять по экспе­ риментально полученной зависимости от перепада Давления

іНеобходимость использования такой зависимо­

сти вызвана тем, что тип и геометрические -соотношения данно­ го лабиринтного -уплотнения не позволяют при -определении расхода'газа применять рекомендации, имеющиеся в-техни­ ческой литературе, например, для лабиринтных уплотнений турбин.

Недостаточно исследован вопрос и о характер-е течения га­ зов -в уплотнении. В -связи с этим автором было проведено эк-

58

4

опериментальное исследование по определению критического перепада давления в уплотнении данного вида.

На специально оборудованном стенде (отсек двигателя с неподвижным поршнем, устаноівленным вблизи НМТ) наме­ рялся расход воздуха при постоянном давлении над поршнем, величина которого изменялась .в широких пределах от Р?. до

•минимального, равного 2,5 ата.

В этом случае критический перепад давлений достигается

симости от степени изношенности деталей ЦПГ, приведена в табл. 9.

Для уплотнения из пяти колец И. Л. Лютовым [27] экспе-.

При значительных .наносах в этой работе .критический перепад давлений не определялся. Несколько заниженное значение

(р2) в указанной работе следует объяснять тем .обстоя­

тельством, что при расчетах утечек было принято .завышенное значение коѳфіфициента расхода. (Подробнее о выборе Значе­ ния коэффициента расхода говорится в § 3 данной главы).

59

При проведении экспериментов по определению критиче­ ских перепадов давлений площади проісветов у каждого из ко­ лец изменялись в тех же пределах, которые имели место при проведении моторных испытаний. Было установлено, что для лабиринтного уплотнения из 4-х и 5-й колец критический пе­

репад давлений —0,04ч-і0Д)9, причем величина его в

значительной степени зависит от изношенности поршневых ко­ лец и цилиндровых втулок.

При наличии у каждого из колец критического перепада давлений =0,535 общее критическое отношение давле­

ний для лабиринта из 5-и колец в первом приближ-еінии будет равно произведению -критических отношений давлений для каждого из колец. В этом случае общее критическое отноше­

ние давлений составит (^-)кр =0,0435, что довольно близко-

к экспериментально определенному критическому перепаду для цилиндра с малыми износами деталей ЦПГ.

Величина критического перепада давлений, эксперимен­ тально определенная для всего лабиринта, имеет условное зна­

Анализируя характер течения газов через кольцевое уплот­ нение, наиболее .вероятным является предположение о том, чтокритический перепад давления устанавливается на одном коль­ це, имеющем наименьшую площадь проходного сечения для

60