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

I

полненный для неохлаждаемого поршня двигателя 6ЧН 21/21' в соответствии с дайной методикой, показал следующий ха­ рактер распределения теплопотоков:

через поршневые кольца в цилиндровую втулку и охлаж­ дающую воду 25—30%

непосредственно от поршня в цилиндровую втулку и охла­ ждающую воду ТО—75%

§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА (КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛА, ОТВЕДЕННОГО ОТ ПОРШНЯ ПОРШНЕВЫМИ КОЛЬЦАМИ й

Аналитические способы оценки тепла, отведенного черед поршневые кольца, являются приближенными, так как точ­ ность расчета в значительной степени определяется правиль­ ностью выбора граничных условий, что не всегда возможно. Многие исследователи при рассмотрении этого вопроса отда­ ют предпочтение эксперименту, что, на наш взгляд, вполне оправдано.

В настоящее время в литературе содержится весьма огра­

делить суммарное количество тепла, отданное рабочей по­ верхности цилиндра рабочим телом, кольцами от поршня и теплоту, эквивалентную работе трения поршневых колец. Вы­ делить из этого суммарного теплопотока любую составляю­ щую — сложная задача;

измерение и регистрация температурных полей самого поршневого кольца на работающем двигателе также затруд­ нено. Этим объясняется отсутствие в литературе сведений о температурных полях поршневого кольца на работающем дви­ гателе, а лишь приводятся результаты, полученные методом электротепловой аналогии;

на работающем двигателе действительный теплообмен характеризуется мгйовенными значениями коэффициентов теплоотдачи, использование которых 'усложняет расчет, дела­

Ш

При испытаниях охлаждаемых поршней оценивались зна­ чения коэффициентов теплоотдачи при струйном и циркуля­ ционном охлаждении, а также влияние формы и размеров охлаждающей полости на теплоотдачу.

Моделирование теплового состояния поршня осуществля­ лось следующим образом. Количество тепла, подводимого к поршню и регулируемое трансформатором, задавалось из ус­ ловия обеспечения равенства температур на поверхности поршня на стенде и на двигателе. Соответствие характера распределения температур внутренних поверхностей поршня на стенде и двигателе достигалось путем регулирования рас­ хода воды, охлаждающей цилиндровую втулку, и, масла, ох­ лаждающего поршень.

При проведении экспериментов . на стенде с вариантами поршней, которые.не были испытаны на двигателе, мощность нагревателя и расходы масла и воды устанавливались равны­ ми величинам, зарегистрированным при испытании на стенде поршня, температурное состояние которого на двигателе из­ вестно и было смоделировано на стенде при данных значени­ ях мощности нагревателя и расходах воды и масла.

При отработке методики, проведения испытаний поршней на безмоторной установке было отмечено, что получить на стенде характер распределения температур, полностью иден­ тичный тепловому состоянию поршня на двигателе, практиче­ ски невозможно.

Вместе с тем, была отмечена определенная закономерность и выявлена причина возникновения несоответствия темпера­ тур поршня на двигателе и безмоторном стенде в случае ра­ венства количеств подведенного к поршню тепла.

Сказанное можно пояснить следующим образом. В тех слу­ чаях. когда с помощью нагревателя на поверхности поршня достигается характер распределейия температур (и их уро­ вень), ' идентичный зарегистрированным при испытаниях на двигателе, температура в районе верхних компрессионных колец на стенде на 30—40° С выше, чем на двигателе. В этом случае температурное поле поршня, полученное эксперимен­ тально на стенде, очень близко совпадает с температурным полем, рассчитанным по методике Б. Я- Гинцбурга [12].

Если же путем изменения мощности нагревателя устано­ вить величины температур в зоне верхних компрессионных колец равными для случая испытаний на двигателе, то это равенство достигается при значительно меньших температу­ рах поверхности днища поршня.

Заказ 1846 из

теле в сторону увеличения количества тепла, отводимого в охлаждающее масло и некоторого уменьшения доли тепла, отводимой через кольца.

Сопоставляя результаты, приведенные в табл. 17, с оцен­ кой тепла, отводимого кольцами (табл. 16), следует отметить, что наибольшее расхождение относится к неохлаждаемым поршням.

В качестве предположения, несколько объясняющего ука­ занное несоответствие, следует отметить, что, очевидно, дан­ ные, приведенные в работах [2], [6], [8], [9], [13], [17] учи­ тывают не только тепло, переданное непосредственно кольца­ ми в цилиндровую втулку и охлаждающую воду, но и тепло, отдаваемое в цилиндровую втулку верхним поясом поршня, включающим в себя всю зону расположения поршневых ко­ лец и головку поршня (на это обстоятельство и ссылаются некоторые авторы). Однако такое представление не позволяет правильно оценить роль поршневых колец с точки зрения выполнения ими функции отвода тепла от поршня и поэтому требует уточнения. Характер зависимости теплоотвода от поршня через кольца при различном числе колец может быть проиллюстрирован графиками, приведенными на рис. 50.

I

§ 3. ХАРАКТЕР ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ПОРШНЕВЫМ КОЛЬЦОМ, ПОРШНЕМ И ЦИЛИНДРОВОЙ ВТУЛКОЙ

В настоящее время отсутствует четкое представление (о характере теплообмена на рабочих поверхностях поршневого кольца. Нет ни одного литературного источника, в котором были бы приведены какие-либо данные о величине мгновен­ ных значений температурных колебаний на поверхностях кольца, о характере расположения изотерм в сечениях коль­ ца, полученных на работающем двигателе. Имеются лишь от­ дельные данные о характере распределения изотерм для кольца, полученные методом электротепловой аналогии [17].

Имеющиеся данные не позволяют оценить влияния до­ полнительного термического сопротивления теплопередаче от кольца из-за выделения в местам контакта теплоты, эквива­ лентной работе трения кольца о цилиндровую втулку. Кроме того, в работе [17] приводятся данные, свидетельствующие о- том, что е ростом быстроходности двигателя ухудшается «спо­ собность» поршневых колец отводить тепло от поршня. При этом отмечается, что часть теплоты трения поршневых колец, идет на повышение температуры поршня.’На рис. 51 приведен