7.2. Результирующая температура

При расчетах стационарных тепловых потоков не пользуются переменными значениями _г и Т_г, а приводят их к постоянным значениям исходя из условия равенства теплоты, передаваемой за цикл при переменном и установившемся тепловом потоке, т.е.

, (122)

где Т_гр – результирующая по теплоотдаче температура газа.

Под результирующей температурой по теплопередаче Т_гр имеется в в виду такая температура (условная) газов в цилиндре, при которой, если бы она сохранялась постоянной за цикл, в охлаждаемую среду передавалось бы такое же количество тепла, какое передается при действительном характере изменения температуры:

, (123)

где – продолжительность цикла в градусах угла поворота коленчатого вала;

= 720^ ПКВ – в 4- тактных двигателях;

= 360^ ПКВ – в 2- тактных двигателях.

. (124)

В практических расчетах и определяют планиметрированием площадей и под кривыми изменения по углу поворота коленчатого вала и (рис. 42):

Рис. 42. Зависимость и от угла поворота коленчатого вала

;

; (125)

где m - - масштаб _г и (α_гТ_г) по оси ординат.

Т_гр  (Т_г)_ср так как коэффициент теплоотдачи _г выше при высокой температуре газов.

Для определения _г в 2- тактных ДВС используется формула Эйхельберга:

. (126)

Для 2-х тактных и 4- тактных формула Семенова В.С.;

; (127)

При охлаждении гладкостенных цилиндровых втулок водой применяют зависимость

, (128)

где м/с – скорость воды.

30 вопрос теплонапряженности

Показатели теплонапряженности

Повышение удельной мощности ДВС с наддувом ограничивается в основном двумя факторами: уровнем механической напряженности и уровнем теплонапряженности деталей ЦПГ. Причем современные ДВС по механическим напряжениям имеют достаточный запас прочности.

Теплонапряженность характеризуется тепловым состоянием деталей и оценивается комплексом показателей.

Показатели, характеризующие теплонапряженность, подразделяют на две группы: непосредственные и косвенные.

К непосредственным относят температурные напряжения в стенках деталей и температуры в определенных характерных точках. Температурные напряжения зависят от перепадов температур в стенках. Например, температурное напряжение втулок цилиндров находим по формуле

, (129)

где - коэффициент линейного расширения металла втулки,

Е – модуль упругости металла,

 - коэффициент Пуассона,

- перепад температур по толщине стенки:

;

, (130)

где q – удельный тепловой поток;

 – коэффициент теплопроводности.

Механические напряжения для втулки

,

т.е. механические напряжения уменьшаются с увеличением толщины стенки, а температурные напряжения с ростом толщины стенки, наоборот, увеличиваются. Поэтому в современных цилиндровых втулках выполняют специальные отверстия, через которые проходит охлаждающая вода.

Температуры в определенных точках:

1.Температура поршня над канавкой первого кольца. От нее зависит состояние масляной пленки, подвижность колец Т = 150180 С. При Т 230 ^С происходит лакообразование, газы прорываются к тронку, тронк расширяется и клинит.

2.Температура внутренней поверхности втулки цилиндра на уровне первого уплотнительного кольца при положении поршня в ВМТ  190 С по тем же причинам, но больше 150 ° С при работе на сернистом топливе.

3. Максимальная температура днища поршня со стороны газов 430-500 С для достаточной прочности и долговечности. 4. Максимальная температура днища крышки цилиндра 350-370 С. 5. Максимальная температура днища поршня со стороны масла меньше 200 С для предотвращения лакообразования. 6. Максимальная температура посадочного пояса выпускного клапана

меньше 500 С.

К косвенным показателям теплонапряженности относят удельный тепловой поток в охлаждающую среду, температуры отработавших газов и деталей ЦПГ в местах, удобных для измерения, условные критерии теплонапряженности.

Удельный тепловой поток удобен для оценки теплонапряженности тем, что он может быть определен двумя разными способами: экспериментальным путем и аналитически в результате расчета теплопередачи.

По величине удельного теплового потока может быть дана оценка теплонапряженности двигателя в процессе его проектирования, при модернизации и в эксплуатации.

Опытные значения удельного теплового потока Вт/м²:

, (131)

где G – расход охлаждающей жидкости, кг/ч.;

F – внутренняя поверхность цилиндра;

Т_вых.в, Т_вх.в – температура охлаждающей жидкости на выходе и входе.

Расчетное значение удельного теплового потока может быть определено из уравнения теплопередачи:

,

. (132)

Для определения _г можно использовать, например, формулу Эйхельберга.

, (133)

где ₀ – продолжительность цикла.

. (134)

Здесь Р – в кПа, если в Па, то

. (135)

Из условных критериев напряженности часто используют условные критерии, численные значения которых при изменении эксплуатационных факторов изменяются пропорционально величине удельного теплового потока. Например, критерий, предложенный Костиным А.К. для оценки теплонапряженности поршня

, (136)

где в = 0,185 для 4- тактных, в = 0,329 для 2- тактных, Т₀ = 293К.

Опытные данные показывают, что на основании термометрирования одного из двигателей серии для любых точек поршня может быть подобрана эмпирическая формула в виде линейной зависимости температуры конкретной точки от критерия теплонапряженности:

, (137)

где _i и b_i – эмпирические коэффициенты, зависящие от расположения рассматриваемой точки, конструктивной формы поршня и условий его охлаждения. При этом прямая пропорциональная зависимость между температурой поршня и критерием теплонапряженности сохраняется на любых режимах работы двигателя. Таким образом, в эксплуатации двигателя значения температур в отдельных точках поршня могут быть оценены с помощью критерия теплонапряженности без непосредственных измерений. Достоинство условного критерия теплонапряженности – возможность его определения по показаниям штатных приборов.

Он характеризует теплонапряженность двигателя в целом и не может характеризовать напряженность отдельного цилиндра и его деталей в случае отклонения параметров рабочего процесса в цилиндре от средних значений по двигателю.

При эксплуатации широко используют в качестве косвенного показателя температуру выпускных газов. Достоинство – оценка каждого цилиндра в отдельности, доступность непосредственного измерения штатными приборами. Но иногда, при плохом распыливании тяжелого топлива или при повышенной нагрузке, происходит закоксовывание и залегание поршневых колец из-за перегрева днища поршня. Но температура газов на ранней стадии существенно не меняется. При работе на тяжелый винт и неизменной по сравнению с номинальным режимом цикловой подаче температура выпускных газов уменьшается, а температура поршня растет. Поэтому при этом режиме переводят двигатель на работу по ограничительной характеристике.

Наиболее достоверным из косвенных показателей является температура деталей ЦПГ в местах, удобных для измерения, и сравнение с эталонными показателями. При увеличении температуры можно автоматически уменьшать подачу топлива.

31 вопрос максимальные температуры деталей цпг.

Температуры в определенных точках:

1.Температура поршня над канавкой первого кольца. От нее зависит состояние масляной пленки, подвижность колец Т = 150180 С. При Т 230 ^С происходит лакообразование, газы прорываются к тронку, тронк расширяется и клинит.

2.Температура внутренней поверхности втулки цилиндра на уровне первого уплотнительного кольца при положении поршня в ВМТ  190 С по тем же причинам, но больше 150 ° С при работе на сернистом топливе.

3. Максимальная температура днища поршня со стороны газов 430-500 С для достаточной прочности и долговечности. 4. Максимальная температура днища крышки цилиндра 350-370 С. 5. Максимальная температура днища поршня со стороны масла меньше 200 С для предотвращения лакообразования. 6. Максимальная температура посадочного пояса выпускного клапана

меньше 500 С.