Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 118

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

современных корабельных дизелей с точки зрения эффектив­ ной мощности и экономичности, как это явствует из мате­

риалов исследований и заводских инструкций, имеет своей нижней границей температуру 75-80°С, а верхней границей -

температуру 90-95°С.

Верхняя граница определяется не только вероятностью вскипания воды в полости охлаждения дизеля, что может

привести к местным перегревам деталей и их повреждениям, но, в ряде случаев, и увеличением расхода топлива.

§ 4. Влияние режима охлаждения на тепловую

напряженность деталей двигателя

Тепловая напряженность дизеля оценивается температура­

ми на поверхности деталей и температурными перепадами в

характерных точках деталей цилиндрово-поршневой группы, непосредственно определяющими работоспособность и эксплуа­ тационную надежность этих деталей.

При работе двигателя с постоянной нагрузкой с повыше­ нием температуры охлаждающей воды перепад температур по толщине деталей цилиндрово-поршневой группы AtCT и максимальное давление цикла p z уменьшаются (см рис.8.4,

8.5), поэтому снижается и напряженность деталей. Перепад

температур Д t ст возрастает и напряжения увеличиваются

при резком уменьшении температуры охлаждающей воды и

увеличении нагрузки.

Местный перегрев деталей может наступить при пониже­

нии давления в системе охлаждения или при попадании

воздуха. Давление в системе охлаждения выбирается таким,

чтобы в полости охлаждения дизеля не было развитого кипе­

ния охлаждающей воды.

Повышение давления в полости охлаждения двигателя смещает момент возникновения поверхностного кипения в

зону более высоких температур охлаждающей воды и вызывает

247

увеличение коэффициента теплоотдачи от стенок цилиндров

в воду. Понижение давления воды в полости охлаждения дизе­

ля смещает момент возникновения поверхностного кипения в зону более низких температур. Образование пара в поло­

сти охлаждения дизеля приводит к возникновению "паровых мешков" и местному перегреву стенок цилиндров.

§ 5. Влияние температуры охлаждающей воды на износ деталей двигателя

Влияние температуры выходящей из двигателя воды -bWl на износ деталей показано на рис. 8.9. На рисунке видно,

 

 

что оптимальная темпе­

 

 

ратура охлаждающей

 

 

воды, при которой де­

 

 

тали дизеля имеют

 

 

наименьшую скорость

 

 

изнашивания, состав­

 

 

ляет 75-90°С. При

 

 

работе дизеля рабочая

 

 

поверхность втулок

 

 

цилиндров подвергает­

30 ко 80 60 7D 80 90 ЮО twa*C

ся коррозионному из­

Рис. 8.9. Влияние

на скорость

носу, интенсивность

которого зависит от

изнашивания деталей: I - верхние

двух факторов: темпе­

поршневые кольца; 2 - втулка

цилиндра двигателя

(по данным

ратуры стенок цилинд­

Н.Ф.Почтарева)

ров и химического со­

 

 

става топлива. Поверхности деталей,

омываемые водой,

подвергаются износу от действия электрохимической корро­ зии и кавитационной эрозии.

248

I. Влияние температуры выходящей из дизеля воды на

коррозионный износ рабочей поверхности втулок цилиндров

Рабочая поверхность втулки цилиндра подвергается кор­

розионному износу под действием агрессивных веществ,

образующихся при сгорании топлива. При сгорании топлива

вцилиндре дизеля образуются углекислота, сернистый

ангидрид, водяной пар, в незначительных количествах окис­

лы азота и альдегида. В зависимости от условий контакти­

рования со стенками цилиндра химически агрессивных ве­

ществ,входящих в состав продуктов сгорания, наблюдается газовая (химическая) и электрохимическая коррозия.

При сгорании топлива в цилиндре дизеля образуется

большое количество водяных паров (на I кгс топлива около I кгс водяного пара).>Если на стенках цилиндров осядет небольшое количество водяных паров, то и этого, оказыва­ ется, достаточно для возникновения интенсивной электро­ химической коррозии даже при незначительном содержании

втопливе серы.

Обязательным условием выпадения конденсате на стенках цилиндра является превышение температуры насыщения водя­ ных паров t^'C .содержащихся в продуктах сгорания, над температурой поверхности втулки t 6T°C.

Температура точки росы водяных паров зависит от коли­

чества воздуха, поступающего в цилиндр, и его влагосодер-

жания. Она возрастает с увеличением нагрузки дизеля и максимального давления цикла и уменьшается с увеличением коэффициента избытка воздуха.

Температура точки росы продуктов сгорания i p °C

повышается с увеличением нагрузки

дизеля и

зависит от

коэффициента избытка воздуха сх

и содержания серы

в топливе (рис. 8.10). Как видно

на рисунке максимальная

температура точки росы продуктов сгорания

t p °С намного

превышает температуру конденсации водяных паров t Hj!0aC

249

 

 

 

 

(5 = 0$) и растет с увеличе­

 

 

 

 

нием нагрузки дизеля (умень­

 

 

 

 

шением а ) и содержания серы

 

 

 

 

S °/0.Увеличение содержания се­

 

 

 

 

ры приводит к резкому повыше­

 

 

 

 

нию износа деталей цилиндрово­

 

 

 

 

поршневой группы (рис. 8.II).

 

 

 

 

Основным фактором, опре­

 

 

 

 

деляющим коррозионный износ

 

 

 

i5 S %

рабочей поверхности втулок

 

 

 

цилиндров при низких темпера­

Рис. 8.10. Зависимость точ­

турах стенки (охлаждающей во­

ды) , является выпадение кис­

ки росы продуктов сгора­

ния от коэффициента из­

лотного конденсата

на поверх­

бытка воздуха <*

и со­

ности трения. Паровая часть

держания серы в топливе

S %(по Мюллеру)

[6]

продуктов сгорания представ-

 

 

 

 

ляет собой двухфазную смесь

Нг0 + Н 250ц. ,

диаграмма

состояния которой при дав­

 

 

лении

I кгс/см z приведена

 

 

на рис. 8.12. Кривая конден­

 

сации

а

в области низких

 

 

концентраций идет круто вверх. Следует под­ черкнуть, что выпадение

конденсата происходит с вы­

сокой концентрацией H2S0M при низкой концентрации

H2S04

в паровой фазе.

 

Если в паровой фазе кон­

 

центрация

С', то конденса­

 

ция происходит при по­

Рис. 8.II. Влияние содер­

стоянной

температуре (про­

жания серн в топливе 5 %

цесс указан пунктирной ли­

и температуры охлаждающей

нией),

а в

образовавшей­

воды на износ поршневых

колец (по данным Г.А.Моро­

 

 

 

ся жидкости будет 85$ H2S04

зова)

250

 

(точка С

). По мере

 

 

снижения температуры стенки

 

 

скорость конденсации паров

 

 

Нг50%

увеличивается.

 

 

В цилиндре дизеля при тем­

 

 

пературе стенки t H2o<tRT-^tp

 

 

электрохимическая коррозия

 

 

протекает слабо, так как вы­

 

 

падающий на стенки в малом

 

 

количестве конденсат пред­

 

 

ставляет собой серную кис­

 

 

лоту

высокой концентрации;

 

 

при

 

интенсив­

 

 

ность

электрохимической

H250u

%

коррозии резко увеличива­

 

 

ется, так как на поверхно­

Рис. 8.12. Диаграмма,

сти выпадает большое количе­

состояния смеси

HoSO,.-

ство

конденсата

низкой

- Нг0 [6]

 

концентрации, обладающего

наибольшей агрессивностью.

В цилиндре дизеля условия конденсации зависят от температуры и расположения участка поверхности втулки относительно хода поршня. Участки с температурой ниже П0°С подвергаются повышенное износу, а на участках,

где температура превышает 140°С, износ в 2-2,5 раза ниже

Резкое увеличение коррозионного износа наблюдается при падении температуры стенки ниже 140-150°С, что совпа­

дает к максимальной температурой точки росы водяных

паров в цилиндре дизеля. При этом резко увеличиваются ко личество выпадающего конденсата и его агрессивность вследствие уменьшения концентрации. Для предотвращения

конденсации кислоты температура поверхности втулки ци­

линдра на значительной части хода поршня должна быть не ниже 190-220°С. Единственным способом повышения тем­

пературы рабочей поверхности втулки является повышение

251

температуры охлаждающей воды. Повышение температуры втулки цилиндра до указанного выше предела пока невозмож­

но по условиям сохранения смазки.

Интенсивность электрохимической коррозии в цилиндре

может быть снижена путем увеличения температуры охлаждаю­

щей воды в таких пределах, при которых температура в

верхнем поясе втулки цилиндра была бы не ниже 140-150°С. Для дизелей с наддувом это достигается при температуре

выходящей из дизеля воды X^ = 8&г95°С. Переход на более

высокие температуры (высокотемпературное охлаждение) ог­ раничивается термической стабильностью масла, термиче­

ской прочностью материала поршня (особенно алшиниевого)

врайоне верхней канавки под кольцо и высокими давлениями

всистеме охлаждения.

2.Влияние температуры охлаждающей воды на кавитационную эрозию втулок цилиндров

Кавитационная эрозия наблюдается на поверхностях

втулки и блока цилиндров, омываемых охлаждающей водой. Основная причина кавитационной эрозии - вибрация деталей во время работы дизеля. При температуре Ю0°С и нормаль­ ном атмосферном давлении в воде сами по себе образуются каверны (пузырьки), т. е. вода начинает кипеть. При

уменьшении давления pw в полости охлаждения температу­

ра кипения воды t Kvm= 100° j/p^1 понижается.

При вибрации втулки на ее поверхности, соприкасающей­

ся с водой, поочередно возникают области повышенного и

пониженного давления. На рис. 8.13 дана схема возникнове­

ния и разрушения пузырьков пара при вибрации втулки. При движении стенки втулки от воды на ее поверхности возникает область пониженного давления, вода вскипает

иобразуются пузырьки пара, происходит разрыв жидкости

иобразование каверн (пузырьков). При обратном движении

стенки на ее поверхности образуется область повышенного

252

s

Парогазобая CAiecb

<+)

Стенка

 

о

М

 

(+)

 

Ос

% с

Н

 

Рис. 8.13. Схема образова­

ния и захлопывания каверн (пузырьков пара) в полости

охлаждения двигателя : (5,v и К - путь, скорость

и ускорение колебаний втулки цилиндра): I - колебание стенки и жидкости - отрыв

жидкости от поверхности стенки:

Ft - сила притяжения жидкости; р2сила притяжения пара

f;>»f4 ^ - 5^= uodo кгс/смг

2 - изменение скорости v

и

3 - ускорения j

колебания по­

верхности втулки; 4 - сшпа

инерции жидкости

Pj<Pcu,

сила

сцепления молекул жидкости.

Кавитации нет; о - Pj>PCu, в точке А разрыв жидкости

образование каверны (пузырьки)

начало кавитации; 6 -.Pj>PpaSp.

силы захлопывания каверны (раз­ рушения пузырька) в точке о

начинается смыкание каверны,

наступает кавитационное разру­ шение

253

Смотрите также файлы