книги из ГПНТБ / Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей
..pdfСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ОСНОВНЫХ УЗЛОВ
ТУРБОПОРШНЕВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
к
л
t
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ОСНОВНЫХ УЗЛОВ
ТУРБОПОРШНЕВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Под редакцией д-ра техн. наук А. С. О Р Л И Н А
М о с к в а
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1974
Г"ко'КОНТРОЛЬНЫЙ
ЭКЗЕМПЛЯР.
УДК 621.438.004.69
А'/
W l?
Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей. Под ред. д-ра техн. наук А. С. Ор
лица. |
М., «Машиностроение», 1974, |
208 с. Авт.: |
Е. А. |
Никитин, П. М. Мерлпс, М. |
А. Салтыков, |
Г. Л. Васильев. |
|
|
В книге изложены результаты опытно-конструк торских работ н расчетно-экспериментальных доследо вании, выполненных за последние десять лет на Коло менском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куй бышева при создании форсированных турбопоршневых
двигателей |
II |
транспортного назначения. Рассмотрены |
|
с учетом |
анализом зарубежного опыта вопросы |
||
конструктивно-технологического |
совершенствования |
||
блоков цилиндров (блок-картеров), коленчатых валов, поршней, втулок цилиндров, подшипниковых узлов и отдельных детален клапанного механизма. Основное внимание уделено уточнению силовых схем, учету взаимодействия отдельных деталей при монтаже и ра боте, обоснованию требований к применяемым мате риалам, а также условиям обеспечения и возможного повышения усталостной прочности н долговечности.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся конструированием и иссле дованием поршневых двигателей и компрессоров.
Табл. 6, пл. 131, список лит. 47 назв.
Рецензент проф. В. К- Нечаев
3182—144 144—74 038 (01—74)
iS) Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Обеспечение необходимого повышения несущей спо собности ответственных деталей двигателей в условиях повышенной форсировки требует, помимо прогрессив ных конструктивных решений, широкого применения новых материалов, поверхностных упрочнений, анти фрикционных покрытий, жаростойких наплавок и пр.
Для обоснованного выбора направлений развития но вых дизелей и наиболее оптимальных конструктивных и технологических мероприятий при создании их деталей чрезвычайно важно иметь фактические данные по раз витию отечественного и зарубежного дизелестроения, позволяющие систематически проводить ретроспектив ный анализ качественных и количественных показате лей двигателей.
Исходной базой для принятия тех или других кон структивных и технологических решений должны слу жить сравнение и критическая оценка изменений кон струкции наиболее ответственных узлов, результатов их расчетных и экспериментальных исследований и эксплуатации.
Основной особенностью современных методов созда ния новых и модернизации серийных двигателей является проведение значительной части исследований и экспериментальных работ по доводке наиболее ответ ственных узлов и деталей на стендах специализирован ных лабораторий. Эти исследования охватывают ком плекс работ по тензометрированию, термометрированию (на горячих стендах) и разнообразным замерам для проверки усталостной прочности, износостойкости,
1
точности, быстродействия и других эксплуатационных качеств узлов и деталей.
За последнее десятилетие на Коломенском тепло возостроительном заводе нм. В. В. Куйбышева (КТЗ) накоплен значительный опыт по'созданию современных турбопоршневых двигателей. Проведенные исследова ния позволили создать новые методы расчетов и испы таний наиболее важных узлов и двигателей в целом.
В настоящей книге систематизирован опыт этого за вода по созданию и совершенствованию основных узлов высокофорсированных турбопоршневых двигателей.
ОСТОВЫ ТУРБОПОРШНЕВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Весьма жесткие требования, предъявляемые к современному двигателю в отношении массы, могут быть удовлетворены в основ ном рациональной конструкцией узлов остова (блока цилиндров, фундаментной рамы, масляной ванны), суммарная масса которых составляет 25—45% массы всего двигателя. Габаритные размеры двигателя, помимо принятой схемы его компоновки, также в зна чительной степени определяются конструкцией остова. От компо новки двигателя во многом зависит решение задачи обеспечения допустимой напряженности всех элементов остова от действующих усилий.
Выполнение последнего требования, непосредственно влияю щего на массу и габаритные размеры двигателя, является весьма трудной задачей вследствие сложности конструкции остова, а также наличия моментов и сил газов и инерции, переменных по величине и направлению.
В современных конструкциях турбопоршневых двигателей, помимо оценки напряженности элементов остова, серьезное вни мание должно быть обращено на деформации остова в различных плоскостях под действием указанных выше моментов и сил. Повы шенный уровень деформаций может неблагоприятно повлиять на надежность и работоспособность узлов, хотя и не несущих основных нагрузок, но в той или иной степени связанных с осто вом. К числу таких узлов можно, в частности, отнести различные кожухи крышек, приводы и-другие узлы, закрепленные на блоке. Кроме того, величины деформаций остова определяют также и плотность соединений между ним и указанными узлами.
Повышение степени форсировки и моторесурса современных турбопоршневых двигателей и требования к понижению их удель ной массы (отношение массы остова к максимальной мощности двигателя) и габаритных размеров заставляют отводить созданию остова больше времени, чем это имело место в период постройки нефорсированных двигателей-.
Интересно сравнить удельные массы остовов нефорсированных двигателей (37Д, 9Д) и современных турбопоршневых двигателей
40Д, 5Д49 и 2Д42 (табл, 1).
&
I.Удельные массы остовов двигателем
Двигатель
Параметры |
9 Д ( 8 4 Н |
37Д (6ДН |
■ІОД (1 2 Д Н |
2 Д 4 2 |
5 Д 4 9 |
|
|
|
30 /3 8 ) |
39/45) |
2 3 /3 0 ) |
(6-ІЧПН |
(1 6 4 н |
|
|
|
|
|
30 /3 8 ) |
2 6 /2 6 ) |
Мощность в л. с. . . . |
1100 |
2000 |
2500 |
1900 |
4000 |
|
Частота вращения |
|
|
|
|
|
|
в об/мин ................... |
600 |
500 |
785 |
715 |
1000 |
|
Удельная |
масса остова |
|
|
|
|
|
в кг/л. с......................... |
3,8 |
3,5 |
1,1 |
2,1 |
1,1 |
|
Удельная |
поршневая |
|
|
|
|
|
мощность в л. с./дм2 |
19,5 |
28,0 |
44,0 |
45,0 |
47,0 |
|
В приведенных данных следует отметить значительное сниже ние удельной массы остовов с ростом удельной поршневой мощ ности двигателей. Это свидетельствует о повышении общего уровня напряженности элементов остовов, что стало возможным при пе реходе к новым конструктивным схемам и материалам, а также благодаря длительной работе по улучшению технологии изго товления остовов.
Удельная масса остовов значительно снизилась при переходе к безрамным конструкциям [22], в которых основную силовую нагрузку несет блок цилиндров (блок-картер), поэтому он является базовым опорным узлом; к нему присоединяются остальные узлы и детали.
По созданию таких конструкций накоплен значительный оте чественный и зарубежный опыт.
Ниже приведены, на основании опыта Коломенского тепло возостроительного завода им. В. В. Куйбышева и некоторых зарубежных фирм, некоторые общие положения по конструиро ванию, расчету, исследованию и изготовлению остовов современ ных турбопоршневых двигателей.
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ остовов
В целом остов, как связанная система узлов, является несущей конструкцией, основные элементы которой нагружаются силами и моментами, возникающими вследствие давления газов в цилин драх и действия сил инерции вращающихся и поступательно дви жущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Все совре менные конструкции остовов различаются между собой по кон структивным схемам расположения коленчатого вала и распреде лению усилий по основным элементам остова.
Схемы расположения коленчатого вала
Все применяемые остовы по конструктивным признакам можно
восновном разделить на два типа.
1.Остовы с фундаментной рамой, в которой располагаются
подшипники коленчатого вала, закрытые сверху съемными крыш-
6