Введение к работе
-
Актуальность темы. Анализ работы сельскохозяйственных (с.-х.) и землеройных агрегатов, использующих в качестве силовой установки дизельные двигатели, показывает, что в условиях эксплуатации их эффективность и производительность на 20 ... 25 % ниже установленной заводом-изготовителем. В связи с этим доказано, что применение газотурбинных двигателей (ГТД) вместо дизелей на таких агрегатах, имеющих случайный вероятностный характер внешней нагрузки, существенно снижает этот недостаток. Вместе с тем, работа ГТД на неустановившихся режимах приводит к уменьшению их долговечности. В настоящее время почти отсутствует анализ влияния протекания рабочего процесса в неустановившихся режимах на долговечность ГТД автотракторного типа, мало данных по изменению термодинамических показателей двигателя при выполнении агрегатом с ГТД различных видов работ (транспортных, пахотных, землеройных и др.), не разработаны методики и средства диагностики ГТД, работающих в неустановившихся режимах, отсутствуют данные о надежности и долговечности ГТД, работающих на нестандартных видах топлив и др. В связи с этим проблема повышения долговечности автотракторных ГТД в неустановившихся режимах с.-х. и землеройных агрегатов является актуальной и требует своего разрешения.
-
Цель н задачи исследования. Общей целью работы является повышение долговечности автотракторного ГТД, работающего в неустановившихся режимах с.-х. и землеройных агрегатов за счет разработки эксплуатационных и инженерно-технических мероприятий.
В соответствии с целью исследований предусмотрено решение следующих задач:
провести сравнительный анализ надежности и долговечности ГТД существующих типов и анализ методов и средств определения и обеспечения (повышения) долговечности ГТД в условиях эксплуатации с.-х. и землеройных агрегатов;
провести теоретических анализ режимов работы ГТД с.-х. и землеройных агрегатов, установить взаимосвязь их и термодинамических показателей двигателей на неустановившихся режимах;
разработать математические модели для определения температуры металла сопловых и рабочих лопаток ГТД автотракторного типа на неустановившихся режимах;
провести теоретические и экспериментальные исследования нестационарного теплонапряженного состояния лопаточного аппарата ГТД автотракторного типа;
провести теоретические и экспериментальные исследования влияния вида применяемого топлива на показатели долговечности ГТД автотракторного типа;
разработать математическую модель определения долговечности лопаточного аппарата автотракторного ГТД с учетом как частичных, так и неустановившихся режимов эксплуатации с.-х. и землеройных агрегатов;
разработать методику полевых, дорожных и стендовых исследований, создать экспериментальные установки, позволяющие имитировать эксплуатационные режимы и определять температуру деталей ГТД;
разработать эксплуатационные мероприятия, позволяющие повысить долговечность ГТД, такие как выбор рациональных режимов с учетом долговечности, применение топливо-водяных эмульсий и др.;
- разработать инженерно-технические мероприятия, повышающие
долговечность ГТД автотракторного типа на неустановившихся режимах -
сопловое регулирование и термозащитные и иротивоэрозионные покрытия
лопаток;
- разработать методы и средства диагностики технического состояния
и прогнозирования остаточной долговечности ГТД автотракторного типа.
-
Объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны одновальный и двухвальный ГТД с теплообменником и без него, оборудованные для проведения эксперимента в стендовых условиях и газотурбинный трактор типа «Кировец» в составе пахотного и транспортного агрегатов.
-
Научную новизну работы представляют:
математические модели определения температуры газа после камеры сгорания, температуры металла сопловой и рабочей лопаток по их высоте, температуры металла сопловой лопатки в ее поперечных сечениях на неустановившихся режимах;
математическая модель определения долговечности лопаточного аппарата ГТД, учитывающая как частичные, так и неустановившиеся режимы,
количественные и качественные характеристики нестационарного теплонапряженного состояния лопаточного аппарата ГТД;
количественные и качественные характеристики рабочего процесса ГТД при эксплуатации его на нестандартных видах топлив и топливо-водяных эмульсиях (ТВЭ);
обоснование выбора рациональных режимов работы ГТД в эксплуатации, учитывающих его долговечность.
1.5. Практическая ценность работы заключается в обосновании и разработке:
- рекомендаций по переводу ГТД для работы на низкосортных топли-
вах, их смесях и ТВЭ;
рекомендаций по выбору теплозащитных и противоизносных покрытий и по применению соплового регулирования, повышающих долговечность ГТД;
устройства для прогнозирования остаточной долговечности лопаточного аппарата ГТД;
рекомендаций по технической диагностике ГТД по показателям вибрации и анализу продуктов износа в масле.
Ре&тизация рекомендаций по результатам исследований позволит повысить долговечность ГТД автотракторного типа в неустановившихся режимах на 25 ... 33 %, что принесет экономический эффект, равный 1/5 стоимости нового газотурбинного трактора
1.6. Внедрение. Рекомендации по безразборному определению основ
ных показателей ГТД по параметрам вибрации и анализу продуктов износа
в масле, по повышению долговечности силовой установки с ГТД для трак
тора «Кировец», по определению остаточного ресурса ГТД с учетом режи
мов его работы, по использованию для ГТД низкосортных топлив, по вы
бору рациональных режимов работы (с учетом долговечности) были зало
жены в технические требования и использованы при создании опытного
образца газотурбинного трактора в ПО «Кировский завод».
Методика расчета и рекомендации по выбору рациональных режимов работы ГТД при эксплуатационных нагрузках траншейных экскаваторов использованы ВНИИЗЕММАШ при обосновании технических требований к перспективным моделям траншейных экскаваторов.
Материалы исследований использовались в учебном процессе С1ТГАУ, Новгородского ГУ, Вятской и Великолукской ГСХА.
-
Апробация. Результаты исследований по диссертационной работе доложены и одобрены на научных конференциях СПГАУ (ЛСХИ) в 1967 -1996 годах, Всесоюзной конференции по ДВС (ЛСХИ) в 1985 - 1991 годах, на постоянно действующем семинаре стран СНГ «Диаі поетика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей» в 1992 -1996 годах, на научной конференции Алтайского ПИ (1982), Саратозского ИМСХ (1988, 1989), Казанского СХИ (1992) и V Всесоюзном семинаре по «Теоретической механике» в МГУ (1991).
-
Публикации. По результатам исследований опубликовано всего 74 работы, в том числе 2 монографии (в соавторстве), 5 статей во Всесоюзных технических журналах, остальные в сб. Научных трудов СПГАУ (ЛСХИ), ВИМ, ЛИСИ и др. вузов. Получено 2 авторских свидетельства.
1.9. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов, указателя литературы и приложений. Работа изложена на ^страницах машинописного текста, содержит (53рис. и ІЗ.таблиц. Список литературы включает 37/Гнаименований.
