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

рение давлений в междукольцевых объемах (для каждого кольца) и давления под поршнем (в воздухомерном ресивере).

Для определения влияния на утечку газов .подпора за по­ следним кольцом, возникающего при работе двухтактного дви­ гателя .из-.за давления в ресивере, при проведении эксперимен­ та на стенде поршень поднимался в положение, близкое к ВМТ, а в ресивере создавалось давление ..воздуходувкой типа РУТ, имеющей посторонний .механический привод.

Р и с. 22. Принципиальная схема стенда для определения коэффициента расхода.

Над поршнем поддерживалось постоянное давление при помощи перепускного клапана, замеры производились только после стабилизации всех измеренных величин.

Коэффициент расхода определялся как отношение замерен­ ного и теоретического расходов

Величина теоретического расхода утечки для подкритической области истечения подсчитывалась по выражению

5ѵпр — величина площади просвета для уплотнения; К — показатель адиабаты для воздуха; Ро— давление среды, в которую происходит истечение;

Рн, Ѵк — параметры воздуха над поршнем.

Для .надкритической области истечения величина расход­ ной функции принималась постоянной, ранной 2,145. Экспери­ ментальное определение р, проводилось в два этапа.

I этап. На поршень устанавливалось одно кольцо. Пло­ щадь просвета определялась по изложенной выше методике. Расчетное определение утечки производилось в соответствии с уравнением (33) для надкритической н подкрнт.ической об­ ластей истечения. Как показали эксперименты, значительный рост коэффициента расхода наблюдается до давлений в ци­ линдре порядка 5— 6 атм. Дальнейшее увеличение давления не приводит к .заметному росту р. Стабилизация коэффициен­ та расхода при значениях перепада давлений меньших второ­ го критического в этом случае может быть объяснена гем, что характер течения газа в лабиринте, образованном поршневы­ ми кольцами, существенно отличается от характера течения газа через щель с острыми кромками [39]. В рассматриваемом случае течение является неустановнвшпмся, неупорядоченным. Принимая во внимание, что основная утечка газов имеет .ме­ сто при давлениях, значительно превышающих указанное, в расчетах вполне допустимо использование постоянного значе­ ния коэффициента расхода. Для уплотнения, состоящего .из одного кольца, величина экспериментально определенного коэффициента расхода составила ц=і0,79—0,84.

II этап. На поршень устанавливалось 5 колец. Измере­ ние давлений за каждым кольцом позволило установить фак­ тический перепад давлений на каждом кольце. Расход воздуха через все уплотнения в этом случае определяется расходом через кольцо, на которое приходится максимальный .перепад давления (он может быть близок к критическому перепаду или равен ему). В этом случае теоретический расход утечки опре­ делялся по фактическому перепаду давлений на этом кольце и площади просвета, замеренной для этого кольца. Величина коэффициента расхода .в этом случае составила р= 0,3—0,5 (в зависимости от давления над поршнем и геометрических соотношений просвета).

Анализ характера распределения перепадов давления на каждом кольце, приведенный в табл. 1 0 , свидетельствует о том, что их величины .изменяются в довольно узких пределах. До­ статочно близки и величины площадей просвета у каждого кольца при постановке новых поршневых колец в изношенные цилиндровые -втулки. (В этом случае отсутствует закономер­ ность в уменьшении площадей просветов от первого к послед­ нему кольцу). Поэтому при расчете утечек в качестве зели-

68

чины [проходного сечения для лабиринтного уплотнения из 3-х и более колец, можно рекам видовать принимать среднюю арифметическую величину из площадей просвета для всех колец.

При совместном износе колец и втулок .величины проход­ ных сечении уменьшаются от первого к последнему кольцу. В- этом случае следует в качестве Ssnp принимать минимальную площадь просвета для одного из последних колец. Характери­ стика уплотнения для этих двух случаев приведена .в табл. 1 2 .

Давление над поршнем изменялась ступенчато (в пределах от Одо 1 0 кг/см2) .

При работе двигателя качество уплотнения, безусловно, из­ меняется в сторону улучшения. Этому способствует наличие масляной пленки, быстро меняющееся давление и малое вре­ мя, .в течение которого осуществляется основная утечка газов. Однако при работе двигателя возможны и нарушения уплот­ нения, связанные е вибрацией колец, отрывам кольца от зер­ кала цилиндровой втулки при перекладке поршня и т. п. Кро­ ме того, на работающем двигателе изменение качества уплот­ нения отдельного кольца (из общего числа колец, расположен­ ных на поршне) не может оказать .существенного влияния на

69

количество прорвавшихся тазов. Это объясняется -следующим обстоятельством.

При проведении эксперимента ла двухтактном двигателе было отмечено, что отри движении іпоршня и прохождении коль­ цевым .поясом зоны выхлопных и продувочных окон, м-ежк-оль- ц-евые объемы перед любым из колец с повышенной уплотняю­ щей способностью разгружаются непосредственно в ресивер продувочного воздуха и выхлопной коллектор. Эта особен­ ность является характерной для двухтактных двигателей с бесклапанным« схемами продувки.

Принимая во внимание, что для цилиндровой втулки, име­ ющей значительный износ, сумма всех междуколыцевых объ­ емов может составить величину порядка 5—7% объема каме­ ры сжатия, что может привести к пропорциональному увели­ чению утечки непосредственно в ресивер и .выпускной коллек­ тор через выпускные и продувочные -окна (-минуя последнее кольцо и картер), -оценка теоретического расхода газов утечки по средней суммарной -величине неплотностей для всех колец является наиболее приемлемой.

При проведении эксперимента на четырехтактном двигате­ ле было отмечено, что -меж-кольцевые объемы не успевают раз­ грузиться полностью. Для цилиндровых втулок с расположе­ нием продувочных и -выпускных окон -по всей окружности воз­ можна полная разгрузка межкольцевых объемов.

Следует отметить, что определение коэффициента расхода для -неплотностей -поршневых колец на -стенде при неработа­ ющем двигателе является допущением, однако в этом случае становится возможным более глубокое изучение -влияния на ■коэффициент расхода ц таких факто-ро-в, как форма .просветов, геометрических -соотношений площадей просветов и т. и., что невозможно осуществить на работающем д-вигателе, где пло­ щади просветов и их форма ие -остаются неизменной -величи­ ной, принятие же их неизменными приводит к равноценному допущению.

При экспериментальном -определении коэффициента рас­ хода га-зо-в утечки последние были заменены воздухом и при проведении расчета, и при -про-ведении эксперимента с замера­ ми утечек. Это также является допущением, так как коэффи­ циент -расхода за-висит от вязкости газов. В работе [34] авто­ ром рассматривался вопрос расчетного определения коэффи­ циента вязкости картерных газов -и оценивалась -погрешность, ■возникающая от замены газов воздухом при расчетах утечек. Так как при экспериментальном определении значений коэф-

70