ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 0
прорыва газов. На остальных кольцах 'перепады давлений яв ляются доікритическими, хотя .и могут быть довольно близкими к критическим.
Это предположение подтверждается имеющимися в лите ратуре [47], [31], [1і8] сведениями о характере распределения давлений по кольцевому уплотнению., полученными как па ра ботающем двигателе, так и на отсеке с неподвижным поршнем. Данные, содержащиеся в указанных литературных источниках, довольно близки к результатам, полученным автором. Обоб щая их, можно представить характер распределения давлений для лабиринтного уплота^ния еД-то кольцами при максималь ном давлении в 'цилиндре Р7.=60 к г /с м 2 в табл. 10.
|
|
|
|
|
t Таблица 10 |
|
|
Поршневые кольца обес Уплотнение изношено, |
|||
|
|
печивают качественное |
имеет место прорыв га |
||
Номера колец, за ко |
уплотнение |
зов |
|||
|
|
|
|
||
торыми измеряется |
|
перепад дав |
|
перепад дав |
|
|
давление |
давление за |
давление за |
||
|
ления, при |
ления, при |
|||
|
|
кольцом Р, |
ходящийся |
кольцом Р, |
ходящийся |
|
|
кг! см2' |
на данное |
кг/см'2 |
на данное |
|
|
|
кольцо |
|
кольцо |
1-е кольцо |
344-36 |
0,583 |
384-40 |
0,68 |
|
2-е кольцо |
184-20 |
0,544 |
224-24 |
0,59 |
|
3-е кольцо |
114-12 |
0,604 |
144-15 |
0,63 |
|
4-е |
кольцо |
54-6 |
0,478 |
84-9 |
0,585 |
5-е |
кольцо |
2,5 |
0,455 ' |
5 |
0,588 |
Полный перепад дав- |
|
|
|
|
|
Ленин для (всего уп- |
|
0,042 |
|
0,084 |
|
лотнения |
|
|
Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что при качественном уплотнений близкий к критическому перепад давления устанавливается на двух последних коль цах. При уплотнении, не обеспечивающем достаточной герме тичности, на .всех кольцах перепад меньше критического, что и приводит к возрастанию критического перепада давления по мере увеличения изношенности поршневых колец и цилиндро вых втулок.
Анализируя изменение давления за поршневыми кольцами (рис. 18), нетрудно заметить, что величины перепадов, при ходящихся на каждое кольцо и подсчитанных по величине мак-
61
Рати
|
|
270 |
|
О |
|
90 |
|
180 оС° |
|
Р л с. |
18. |
Характер |
изменения давления |
газов |
за |
поршневыми |
|||
кольцами |
в зависимости от угла поворота коленчатого |
вала: |
|||||||
1 — давление за 1-м |
кольцом; |
2 —давление |
за |
вторым |
коль |
||||
цом; |
3 — давление |
за |
третьим |
кольцом; |
4 — давление за чет |
||||
|
|
|
|
вертым кольцом. |
|
|
% |
|
9
Рис. 19. Зависимость функции истечения ф от перепада давления и степени изношенности двигателя.
62' ’
сіі'малы-іого давления за кольцами, ,в действительности явля ются несколько заниженными, так как величины максимумов давлений смещены по фазе и в каждый данный момент дейст вительный перепад несколько выше условного 'расчетного.
Приведенные в таблице величины давлений за 5-м послед ним кольцом нельзя отождествлять с давлением в картере. Снятые о осциллограмм, они сдвинуты по фазе по отношению к давлению над поршнем, а характер .изменения давления за 5-м кольцом является более плавным, чем для первых колец. При продолжении движения газов в зазоре между юбкой порш ня и втулкой цилиндра происходит дальнейшее снижение дав-' ления, сопровождающееся приближением кривой давления в этой полости, объем которой весьма велик по сравнению с междукольцевы'міи объемами,-к атмосферной линии. Парис. 19 приведены графики зависимости функции истечения от пере пада давлений и степени изношенности двигателя, полученные в результате экспериментального определения критических перепадов.
Исследования, выполненные на цилиндрах двигателей Д 19/30, Ч 26/34, Ч 10,5/13 показали, что при соблюдении ус ловия равенства относительных площадей просветов в уплот
нении из 4-н5 поршневых колец значения ( тг )кр и величины
*К
расходных функций могут быть обобщены ('максимальные рас
хождения в значениях |
-Д1 |
и ф не превышали 1 0 %). |
||
\Учитывая |
|
^ |
|
трудоемкость экшериментоі? по |
значительную |
||||
|
|
к |
|
определению ( w- )кр и ф, для ориентировочных расчетов уте-
чек можно пользоваться предложенной зависимостью, доста точная достоверность которой подтверждается и результатами работы И. Л. Лютова [27], выполненной на цилиндре двигате ля NVM — 24. Экспериментальная относительнай расходная функция, предложенная И. Л. Л ютовым для уплотнения с раз личным числом колец приводится на рис. 20. Значение отно сительной расходной функции Ф .подставляется в выражение
0=2,145ч/усл.-Ф |
f |
0 кгjceк, |
(31) |
|
) |
V |
RT0 |
' |
к ’ |
•где ФІ(р=2,145 — критическое |
значение функции |
истечения; |
/уел-—условная площадь проходного сечения, м2\ ц — коэффициент расхода;
Р0, Т0—параметры газа перед уплотнением, кг/м2,
К°.
63
Из графика ФЭКс следует, что для уплотнения из 5-ти ко лец величина критического перепада давлений составляет
( р~.)кр—'0,024, что достаточно согласуется с выводами автора. Относительная расходная функция
Ф/
ф = ^ і-
Фкр’
где Ф / — абсолютное значение расходной функции (в нашем обозначении ф);
Фкр —критическое значение функции истечения.
Фэне'
Абсолютное .значение расходной функции для уплотнения ■из 5-и колец в опытах И. Л. Л ютова составляет
Ф'і = 2,145 • Факс= 2,145- 0,46 = 0,98.
Такое же значение имеет расходная функция, полученная ав тором для уплотнения, имеющего относительную площадь про ходных сечений 0,06%, что соответствует случаю износа де талей ЦПГ, близкому к предельно допустимому.
Анализ индикаторной диаграммы как четырехтактного, так и двухтактного двигателя показывает, что приблизительно «а 190°—200° поворота коленчатого вала давление в цилиндре превышает 2,5—чЗ,5 ата и только на участке в 160° п. к. в. мень ше указанной величины.
Как показали расчеты, на последнем участке (160° п. к. в. при малых давлениях в цилиндре) -величина утечки даже при
64
значительных .износах деталей ЦПГ не превышает 9—10% от общей утечки за цикл. Сказанное позволяет использовать при расчетах постоянное для данного износа деталей значение
расходной функции ф, соответствующее критическому перепа ду давления. Точность рас чета утечки в этом случае остается вполне достаточ ной. Для выбора значения
величины расходной функ
ции в зависимости от степе |
|
|
||||||
ни изношенности |
уплотне |
|
|
|||||
ния |
можно |
использовать |
|
|
||||
экспериментальную |
зависи |
|
|
|||||
мость |
і|)=/ |
(^- |
• 1 0 0 % |
) |
|
|
||
представленную |
на ірис. |
2 1 . |
Рис. 21. |
Экспериментальная |
||||
На |
основании |
расчета |
||||||
зависимость |
i|>=/(Ss/Sn-100%) |
|||||||
утечек газа |
для |
каждого |
|
|
участка корректированной индикаторной диаграммы по урав нению (28), определяется суммарная утечка газов за цикл для любых состояний деталей ЦПГ, отличающихся величиной про ходных сечений в кольцевом уплотнении.
§ 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ГАЗОВ
ЧЕРЕЗ ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА
Для количественной оценки величины расхода газов, про рывающихся в картер (а также ресивер .продувочного воздуха и выхлопной коллектор в двухтактных двигателях) через не плотности поршневых колец, необходимо учитывать в расче тах утечек по приведенным выше формулам значение коэф фициента расхода (истечения) для данного вида неплотно стей.
В справочной литературе рекомендации по выбору значе ний коэффициента расхода для неплотностей поршневых колец имеют значительные расхождения в абсолютных значениях ц, поэтому рядом исследователей принималось р = 1 . В табл. 11 приведены значения р, сравнение которых подтверждает от сутствие -единого мнения в этом вопросе. Кроме того, большин ство рекомендаций по выбору р относятся к случаю истечения газов через щель с острыми кромками. Геометрические лее со отношения такой щели не являются тождественными гео-мет-
5. Заказ 16-16 |
65 |
рнческим соотпоиюння.м серповидного зазора, образованного недостаточно плотно прилегающим к зеркалу цилиндровой втулки поршневым кольцом.
В работе [27] приняты'значения ц=і0,85 без проверки, на основании рекомендации, содержащихся в работах [45], [39], [40]. Кроме того, значение коэффициента расхода ц=0,85 по лученное для одного кольца (либо для одной щели), для всего кольцевого уплотнения не соответствует условию действитель
ного движения газа в уплотнении, образованном |
последова |
|||
тельным .рядам таких щелей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица II |
Авторы |
Значение |
коэф |
Область |
применения |
фициента рас |
||||
|
хода, |
р. |
|
|
К. Энглиш [47] |
0,24 |
|
Для одного кольца |
|
С. Фуру.хама [40] |
0,86 |
|
Для одного кольца |
|
С. А. Чаплыгин [45] |
0,74 |
|
Для щели с острыми кром |
|
Ф. 11. Франкель [39] |
0,85 |
|
ками |
|
|
» |
|
||
А. Н. Устинов [38] |
0.35—0,55 |
Для всего уплотнения |
Величина общего для уплотнения коэффициента расхода при условии близких значений относительных площадей про света у каждого кольца в первом приближении должна быть равна произведению коэффициентов расхода у каждого коль ца и для 5-и колец
Ц о б щ = Ц і • Ц2- Ц з- Ц-Г Ц5*
Для определения значения коэффициента расхода для уп лотнения, образованного поршневыми кольцами, автором было проведено экспериментальное исследование [38) на специаль ном стенде— одноцилиндровом отсеке двигателя, схема кото рого приведена на рис. 22. В цилиндровые втулки с различ ной степенью износа устанавливались новые и изношенные кольца. Перед установкой поршня замерялись действительные площади просвета каждого кольца во втулке. Испытания про водились с использованием цилиндров и поршней двигателей Д 19/30; Ч 25/34; Д 30/50.
Давление в цилиндре создавалось сжатым воздухом от компрессора, расход воздуха утечки замерялся протарирован ной двойной диафрагмой. Одновременно производилось изме-
66
5snp=16 |
м м 1 |
|||
участ |
и °пке |
Участок |
||
Номера ков |
° П / С б |
|||
|
|
|||
|
|
|
||
0 |
285 |
|
280—290 |
|
1 |
295 |
|
290—300 |
|
2 |
305 |
|
300—310 |
|
3 |
315 |
|
Э10—320 |
|
4 |
325 |
|
320—330 |
|
5 |
335 |
|
330^-340 |
|
6 |
345 |
|
340—350 |
|
7 |
355 |
|
350—360 |
|
8 |
3,2 |
160—6,4 |
||
9 |
8,16 |
6.4—10 |
||
10 |
12,5 |
10—15 |
||
11 |
17,5 |
15—20 |
||
12 |
25 |
|
20—30 |
|
13 |
35 |
|
30—40 |
|
14 |
45 |
|
40—50 |
|
15 |
55 |
|
50—60 |
|
16 |
65 |
|
60—70 |
|
117 |
75 |
|
70—80 |
|
18 |
85 |
• |
80—90 |
|
19 |
95 |
90—100 |
||
20 |
105 |
|
100—ШО |
|
21 |
115 |
|
110—120 |
|
22 |
125 |
|
120—І30 |
|
23 |
135 |
|
130—140 |
І
Таблица 2
-Расчеты утечек м корректировка индикаторной диаграммы для двигателя с изношенными цилиндровыми втулками
Параметры средней точки |
участка |
|
|
|
|
Корректирование начальных параметров следующего участка |
||||||||
|
|
|
|
<Ь |
- у Р-10< |
dt сек |
Р |
d GjT кг |
|
|
t |
7 |
с |
|
5 см |
V см? |
^ср |
V м*/кг |
|
|
|
|
Gm - |
пг; n» |
V/ _ Ü2L . |
E |
s |
|
|
|
|
кг/см2 |
|
|
|
|
|
Gm— 1 dGy-p |
|
Vm “ Gm |
&— •1 |
S |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i aE |
cu |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QE |
-t |
|
12,885 |
4130 |
1,545 |
0,653 |
2,06 |
154 |
0,00278 |
0,317 |
0,47- ІО-5 631,53-10-5 |
1,6 |
0,596 |
|
2,20 |
0,00 |
|
10,2 |
3370 |
2,31 |
0,534 |
2,12 |
208 |
0,00278 |
0,36 |
0,706-ІО-5 630,824-10- |
4,58 |
0,476 |
|
2,80 |
0,00 |
|
7,65 |
2650 |
3,84 |
0,421 |
1,81 |
302 |
0,00278 |
0,403 |
0,96ІО"5 629,864-10-5 |
1,55 |
0,368 |
|
4.56 |
0,10 |
|
5,34 |
2000 |
6,00 |
0,318 |
1,49 |
425 |
0,00278 |
0,43 |
1,259-10-s 628,605-40-5 |
1,48 |
0,271 |
|
7,34 |
0,20 |
|
3,33 |
1432 |
9,73 |
0,228 |
1,24 |
652 |
0,00278 |
0,43 |
1,65-ІО-5 626,955-10- |
1,4 |
0,191 |
12,15 |
0,38 |
||
1,74 |
982 |
15,6 |
0,156 |
1,24 |
1000 |
0,00278 |
0,43 |
2,37-ІО-5 624,585-10- 5 |
1,29 |
0,129 |
20,2 |
0,40 |
||
0,637 |
670 |
26,13 , |
0,407 |
1,24 |
1565 |
0,00278 |
0,43 |
3,72-ІО-5 620,865-40-5 |
1,28 |
0,092 |
31,6 |
1,00 |
||
0,72 |
510,4 |
40,23 |
0,0825 |
1,24 |
2220 |
0,00278 |
0,43 |
5.30-10-5 615,563-10-5 |
3,60 |
0,0795 |
53,8 |
1,40 |
||
0,0333 |
499,4 |
59,03 |
0,0807 |
1,24 |
2720 |
0,00178 |
0,43 |
4,12-10-5 611,445-10-b |
1,35 |
0,0870 |
60,6 |
2,28 |
||
0,1935 |
544,8 |
60,03 |
0,0887 |
1,24 |
2610 |
0,01 |
0,43 |
2,08ІО“ 5 |
609,365-10-5 |
0,30 |
0,0933 |
59,4 |
2,20 |
|
0,444 |
615,9 |
'57,33 |
0,1010 |
1,24 |
2400 |
0,00139 |
0,43 |
2,85-10-5 606,515-10-5 |
0,80 |
0,1106 |
52,6 |
2,18 |
||
0,865 |
735,1 |
49,3 |
0,121 |
1,24 |
2020 |
0,00139 |
0,43 |
2,40-10-5 604,115-40-5 |
0,91 |
0,134 |
44,6 |
2,50 |
||
1.74 |
982 |
35,43 |
0,162 |
1,24 |
1480 |
0,00278 |
0,43 |
3,50-10-5 600,615-10-5 |
1,15 |
0,198 |
27,3 |
1,37 |
||
3,33 |
1432 |
22,43 |
0,238 |
1.24 |
975 |
0,00278 |
0,43 |
2,30-10-5 598,315-10-5 |
4,15 |
0,284 |
18,0 |
1,20 |
||
5,34 |
2000 |
13,33 |
0,334 |
1,24 |
633 |
0,00278 |
0,43 |
1,50-10-5 |
596,815-40-5 |
1,15 |
0,390 |
12.55 |
0,85 |
|
7,65 |
2650 |
9,57 |
0,443 |
1,24 |
■465 |
0,00278 |
0,43 |
1,10-10-5 595,715-10-5 |
1,25 |
0,505 |
|
8,55 |
0,04 |
|
10,2 |
3370 |
6,66 |
0,567 |
1,39 |
343 |
0,00278 |
0,43 |
0,915-10-5 594,800-10-5 |
1,30 |
0,635 |
|
5,77 |
0,00 |
|
12,89 |
.4130 |
4,62 |
0,695 |
1,68 |
258 |
0,00278 |
0,4'17 |
0,800-10-5 594,00-10-5 |
. 1,47 |
0,760 |
|
4.7 |
0,00 |
|
15,57 |
4900 |
3,68 |
0,825 |
1,87 |
212 |
0,00278 |
0,397 |
0,702-10-5 593,298-10-5 |
1,5 |
0,880 |
|
2,95 |
0,00 |
|
18,15 |
5610 |
3,11 |
0,945 |
1,98 |
182 |
0,00278 |
0,383 |
0,52-10-5 |
592,678-10-5 |
1,53 |
1,00 |
|
2,48 |
0,00 |
20,65 |
6340 |
3,00 |
1,07 |
2,00 |
167 |
0,00278 |
0,38 |
0,56-10-5 592,118-10-5 |
1,54 |
1,42 |
|
2.17 |
0,00 |
|
22,89 |
6950 |
2,87 |
1,17 |
2,02 |
156,5 |
0,00278 |
0,375 |
0,53-10-5 591,588-10-5 |
1,54 |
1,22 |
|
I'74 |
0,00 |
|
24,87 |
7510 |
2,3- |
1,27 |
2,11 |
135 |
0,00278 |
0,35 |
0,123-40-5 591,465-10-5 |
1,54 |
1,31 |
|
0,72 |
o ’o o |
|
26,2 |
7904,6 |
1,289 |
1;33 |
1,78 |
97 |
0.00278 |
0,3 |
0,098-10-5 590.367-10-5 |
1,54 |
1,35 |
0,2 |
0,00 |
||
|
|
|
|
|
|
SrfGyT—40,633 |
10 5 кг; 6,44 |
% |
|
|
|
|
|
І