Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf

где Ъ - постоянный коэффициент, учитывающий размеры

цилиндра, тактность двигателя и участок детали,

для которой проводится исследование.

Та же формула может быть выражена через другие величины:

Связь между тепловым потоком и температурой в харак­ терных точках как поршня так и втулки цилиндра устанавли­ вается в виде уравнения

что свидетельствует о линейной зависимости между темпе­

ратурой и удельным тепловым потоком. Возрастание теплово­

го потока является причиной повышения температуры деталей цилиндрово-поршневой группы. Коэффициенты к, и кг

остаются постоянными для исследуемой точки детали и могут

быть оценены с помощью предварительных экспериментов.

Следует оговориться, что все приведенные выше рас­

суждения справедливы только при постоянном термическом сопротивлении стенок и используются для оценки изменения

температуры деталей вследствие изменения нагрузки, внеш­ них условий, нарушения регулировки и т. д. При изменении

теплопроводности стенок (по причине лакоили нагарообразований, а также из-за отложения накипи в заруба-

шечном пространстве) эти формулы применять нельзя.

Несмотря на уменьшение теплового потока ^ , температуры

деталей в перечисленных случаях растет.

80

§ 6. Влияние отложений накипи, нагара и лака на тепловое состояние деталей цилиндрово­

поршневой группы

Процессы отложения накипи на поверхности втулок и

крышек цилиндров, отложения нагара (лака) на поверхно­

стях поршня всегда сопровождают работу двигателя и ока­

зывают существенное влияние на его тепловое состояние. Эти явления имеют одинаковые последствия и одинаковый характер проявления, поэтому рассматриваются вместе.

На рис. 3.7 показана схема отвода тепла от стенки,

1__________

%Л-2

81

где <S, д.- толщина и коэффициент теплопроводности стенки;

8еД - толщине и коэффициент теплопроводности отложений.

Даже при небольшой толщине слоя отложений накипи

или нагара (лака) термическое сопротивление резко воз­

растает. Коэффициент теплопроводности нагара в сотни

раз, а накипи в десятки раз меньше, чем теплопроводность

стали, чугуна или алюминия. Теплопроводности их имеют

следующие значения:

сталь Л, = 40 ккал/м ч град;

нагар К = 0,09-0,10 ккал/м ч град;

накипь К = 0,20-0,60 ккал/м ч град.

Формулы, полученные в результате рассмотрения тепло­ передачи в цилиндре двигателя, позволяют сделать качест­ венный анализ изменения теплоотвода и температуры на

поверхностях стенки (детали). При анализе предполагаем,

уменьшится вследствие уменьшения коэффициента теплоотда­ чи от газа к охлаждающей воде

Перепад температур уменьшится, так как уменьшится тепловой поток cj,.

Соотношение перепадов температур на стенке и на слое отложений определится по формуле

82

отвода тепла при отсутствии отложений показана сплошной линией, при наличии отложений - пунктирной линией.

На тепловое состояние поршня оказывают влияние не только отложения со стороны охлаждающей жидкости (т. е. масла), но и отложения на боковой поверхности поршня и в канавках поршневых колец, так как поток тепла от поршня отводится через боковую поверхность поршня и

через поршневые кольца к охлаждающей воде. На рис. 3.8 показана схема теплоотвода от поршня к охлаждающей воде через втулку при от­

83

Л 4 = 40 ккал/м ч град. Со стороны охлаждающей поверхно­ сти имеется отложение слоя лака толщиной 8г= 0,5 мм, коэффициент теплопроводности которого Л.г=2,0 ккал/м ч. Какой величины достигнет температура донышка поршня?

Примем: схГср= 200 ккал/м2ч град; Т м = 80°С температура масла, охлаждающего

поршень;

<хм = 2000 ккал/м1ч град - коэффициент теп­ лоотдачи от масла к поршню;

ТГз = П00°С - средняя заменяющая температура

газа.

Определим коэффициент теплоотдачи к<

тТГза Гс(+ к чТм 1100 290+1000-80 _ЗД0 000

на 50°с и достигнет значения 310 С.

Полученный в данном примере результат подтверждается экспериментальными данными. Высокая температура на по­ верхности поршня, омываемой маслом, приводит к интенсив­ ным лаковым отложениям и к возрастанию температуры поршня. Так, при испытаниях дизеля Д100 через 20 часов после начала работы температура донышка поршня составля­ ла 450°С, а через 100 часов уже достигала 520°С. Внутрен­

няя поверхность поршня, омываемая маслом, имела максималь­ ную температуру 260°С и минимальную около 190-200°С.

84

§ 7. Возможные последствия тепловых перегрузок и косвенные показатели теплового состояния

двигателя

Тепловое состояние наряду с механической напряжен­

ностью определяет надежность и долговечность работы дви­

гателя. Завод гарантирует установленную мощность, эко­

номичность и ресурс двигателя только в том случае, если

показатели тепловой напряженности не будут превышать

предельно допустимого уровня. Это значит, что темпера­

тура таких деталей, как поршень, втулка, клапан, лопатки газовой турбины турбокомпрессора будут находиться в пределах, которые обеспечат нормальную смазку, а механи­ ческая прочность материала будет поддерживаться на до­

статочно высоком уровне.

Во время работы двигателя на его показатели будут

влиять многие эксплуатационные факторы, вследствие чего

возможна тепловая перегрузка двигателя. К этим факторам

следует отнести:

-отложение накипи на нагретых поверхностях крышек

ивтулок цилиндров, охлаждаемых водой;

-перегрузкудвигателя по крутящему моменту;

-нарушение регулировки угла опережения подачи

топлива и нарушение регулировки фаз газораспределения;

-нарушение регулировки равномерности подачи топ­

лива по цилиндрам и неисправная работа топливоподающей аппаратуры;

-изменение внешних условий (температуры, влажности

идавления воздуха перед компрессором, температуры охлаж­

дающей воды, противодавления за турбиной и разрежения на всасывании);

-изменение характеристик турбокомпрессора вслед­

ствие загрязнения направляющего аппарата и лопаток ком­ прессора , а также соплового аппарата и лопаток газовой

турбины;

85