Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Двигатели внутреннего- сгорания,
остаются основным силовым агрегатом во многих отраслях народного
хозяйства благодаря их высокой экономичности,достаточной
долговечности,, значительному диапазону агрегатных мощностей и универсальности применения.
В настоящее время перед двигзтелестроителями стоят задачи по коренному повышению качества двигателей, их технического уровня, производительности, надежности и экономичности. Особое внимание должно уделяться улучшению их экономичности и эффективности в эксплуатационных условиях,т.к.производительность машин.действительный ресурс двигателей и эксплуатационные расходы в существенной мере определяются условиями эксплуатации (климатическими условиями,степенью загрузки двигателя,частотой и интенсивностью смен режимов и т.п.).
Совместное влияние вышеперечисленных условий эксплуатации чаще всего наблюдается при работе двигателей в высокогорных районах, которые составляют значительную долю площадей Казахстана и республик Средней Азии.
Исследованиями советских и зарубежных авторов установлено, что при эксплуатации дизелей в высокогорных районах вследствие снижения, главным образом, плотности воздуха наблюдается существенное ухудшение эффективных и экономических показателей, повышение тепловой напряженности, снижение ресурса и надежности.
Однако несмотря на достаточно пристальное внимание к данной . проблеме в подавляющем большинстве экспериментальных исследований объектам испытаний был собственно двигатель без штатных объектовых систем (охлаждения, смазки, газообмена и т.п.). Между тем, изменение атмосферных условий приводит и к изменению условий и характеристик систем двигателя, что,в сваю очередь, ухудшает технико-экономические показатели собственно двигателя и транспортно-силовой установки в целом.
В условиях высокогорья существенно ухудшаются и пусковые качества дизелей, связанное со снижением параметров конца такта сжатия и понижением температуры окружающей среды. Исследования пусковых качеств дизелей в реальных условиях высокогорья до настоящего времени практически не проводились, тогда как обеспечение им требуемых эксплуатационно-технических показателей возможно лишь при надежном его запуске.
Рекомендуемые авторами ограничения режимов работы двигателей в высокогорных условиях по внешним параметрам,без учета их совместной работы со штатными системами и внутрицилиндровых процессов, могут привести в эксплуатации либо к недобору мощности, либо к неоправданно высоким ее значениям.
... Однако особую опасность для двигателей с алюминиевыми поршнями и головками в высокогорных условиях, как показали результаты исследований, представляет специфический вид разрушения их огневых .поверхностей - "эрозия" или т.н."выгорание", обусловленное длительным периодом задержки воспламенения из-за низких значений коэффициента избытка воздуха и, как следствие, высокими показателями динамики цикла. Физические причины квааидетонацибнного сгорания и его влияние на эрозионное выгорание деталей камеры сгорания не до конца определены. Проведение же натурных экспериментальных исследований двигателей предполагает большие материальные и трудовые затраты, что, по- видимому, послужило причиной выполнения большого ряда исследований с имитацией высокогорных условий. Однако адекватность существующих методик имитаций реальным высокогорным условиям, особенно при наличии систем двигателя, до настоящего времени недостаточно подтверждена.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение эксплуатационно-технических характеристик транспортного дизеля 6 Ч 15/15 в ВГУ путем проведения теоретических и экспериментальных исследований в реальных высокогорных условиях.Поиск эффективных путей улучшения его характеристик, обеспечивающих надежную и экономичную работу.
Диссертационная работа являлась основной частью работ, проводимых Министерством оборонной промышленности СССР по теме "Исследование и совершенствование высокогорных характеристик транспортных двигателей отрасли ".приказ N 398 от 05.11.86г.
Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
-
Расчетко-теоретический анализ особенностей протекания рабочего процесса дизеля . и характеристик его систем в условиях высокогорья.
-
Техническая разработка и создание специальной экспериментальной базы для проведения экспериментов в натурных условиях высокогорья.
-
Комплексные экспериментальные исследования дизеля в составе штатных объектовых систем с изучением особенностей протекания рабочего процесса и определением степени влияния внешних условий на его технике-экономические показатели, эффективность работы его систем (охлаждения, смазки .пусковые качества и т.п.), исследованием причин эрозионных разрушений деталей КС и поиском эффективных путей повышения эксплуатационно-технических характеристик силовой установки.
-
Анализ и обобщение результатов исследования с уточнением математической подели рабочего процесса и методики имитации высокогорных условий для удешевления эзтрат при доводке новых перспективных двигателей.
ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. 8 кзчестве объекта исследования использован дизель б Ч 15/15 (УТД-20).широко используемый в различных транспортных,подъемно-транспортных и доролшо-строитель-ных машинах.Основным метсдем исследования принят метод экспериментальных исследований дизеля в составе штатных объектовых систем в реальных условиях выескорья на высоте 3340 м в специально созданной высокогорной испытательной станции,оснащенной современными измерительными средствами з соответствии с ГОСТ 14846-81. Для изучения закономерностей и численных опенок влияния высокогорных условий на показатели силовой установки использованы результаты параметрических испытаний в объектовых условиях при нормальных физических условиях, а также методы теоретического и расчетного анализа на математических моделях исследуемых процессов .
НАУЧНАЯ HCEHSHA. Б результате выполненных исследований получены следующие основные теоретические и экспериментальные данные, определяющие новизну работы:
1. Впервые в реальных высокогорных условиях проведены экспериментальные исследования дизеля з составе штатных объектовых систем;получены данные о елиянии внешних условий на показатели
дизеля типа 5Д20 (6 Ч 15/15) к зЙсКтибкость работы его систем. Установлено,что работу дизеля в высокогорных условиях лимитирует штатная система охлаждения,что приводит к значительному недобору мощности.
-
Показана и экспериментальна подтверждена возможность повышения эксплуатационно-технических показателей силовой установки путем снижения угла опережения подачи топлива и изменением условий смесеобразования углублением распылителей форсунок.
-
Установлено,что длительная тепловая подготовка топлива, связанная о повышением периода индукции топлива из-за низких значении oi. .приводит к существенному повышении показателей динамики цикла.Это приводит к резкому росту термических и механических нагрузок на детали камеры сгорания и снижению их работоспособности- их эрозии или т.н."выгоранию".
4.Получены экспериментальные данные по влиянию высокогорных условий и квззидетонационного сгорания на тепловое состояние деталей ЦПГ и работоспособность деталей КС.
.5. Впервые в реальных высокогорных условиях на высоте S340 м проведены пусковые испытания от штатных систем пуска и предложены мероприятия по повышению пусковых качеств.
6. Разработана математическая модель процессз газообмена, достоверность которой подтверждена экспериментально, позволяющая прогнозировать суммарный расход воздуха двигателем при изменении атмосферных условий и предложена методика расчета расходных характеристик систем газообмена для имитации высокогорных условий.
TTD А Т/ТШТТ7.~Ч,' * СТ OLMT7T Л (О'^ТТ. ТТ*»гт '"Л^гі^" ^-">т -,..-tr..-^mfMim--.i4.y4V
І— .-.і v- i.-ij_.w. .л.» „i^i l/^.M'w4^. .4-./1 і- .-'-~ - ~т~ :.ч ? г.- і. -г*-1'*'' "- - —- - "^-v
исследований двигателей в ЗГУ на высоте 3340 м над уровнем моря создана испытательная станция,сснапеннал всеми средствами измерения и регистрации параметров двигателей. Излученные результаты исследования и сравнительный анализ позволяют расширить и уточнить полученные ранее данные з работе двигателей,в условиях зысо-ксгсрья, служат исходным базовым материален при проектировании и доводке новы:-; перспективных дизелей, поелнззнзченных для эксплуатации в рагл;:чкых климатических зонах, з также доводке и соЕер-аенствеванин их гнетем.
Результаты исследования внутрп^'-линдревь": процессов позволяет рзелнеить представление с зигике прецесез эрезионного рззрулекня огневых ловерхностей деталей камеры сгорания.
Предложены мероприятия по повышению эксплуатационно-технических характеристик силовой установки в ВГУ.
Отличительной особенностью предложенных мероприятий по повышению эксплуатационно-технических показателей силовой установки в высокогорных условиях является их доступность и простота, не тре-буюіцая коренных переделок двигателя и систем.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты теоретического и экспериментального исследования использованы в НИИ двигателей ( г.Москва), заводе "Трансмаш" (г.Барнаул), машиностроительном заводе им.В.Я.Ленина (г.Курган) при выполнении комплексной программы по совершенствованию высокогорных характеристик двигателей отрасли.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались:
На научно-технических конференциях АЗЙ в 1985-1988 гг.
На научно-техническом совете КИИД в 1988-1990гг.
На всесоюзном научно-техническом семинаре "Теплообмен и теялснапряженность двигателей и их работа на неустановившихся режимах", ЛГИ им.М.И.Калинина, 18-19 января 1988 г.
На Всесоюзном семинаре по ДВС при ШГУ им.Н.Э.Баумана 19 апреля 1990 г.
На межотраслевой научно-технической конференции "Системы и методы стендовых испытаний транспортных турбопоршневых и газотурбинных двигателей",ГОЩ, 20-21 ноября 1S9C г.
Ка Всесоюзной отраслевой конференции молодых исследователей, г.Алма-Ата, 20-22 декабря 1989 г.
На научно-техническом семинаре кафедры "ПТМ и Г" КааНТУ г.Алматы,17 мая 1994 г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах.
СТРУКТУРА й ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из зведення,четырех глав и заключения,списка литературы,приложений и материалов о внедрении.Содержит {36 страниц основного текста, 37 страниц с иллюстрациями, U таблиц и Ц страниц с оглавлением и списком литературы, включающим з0 наименований литературных источников .