книги из ГПНТБ / Пимошенко, А. П. Кавитационные разрушения в малооборотных дизелях

образцы снимали, промывали в опиртобензольной смеси, про­ сушивали и взвешивали.

пературы в различных водных средах определяли при постоян­ ных значениях ряда величин гидростатических давлений и постоянном зазоре (20 мм) между «активным» и «пассивным» образцами. Ниже приводятся полученные результаты.

Водная среда — вода водопроводная. На рисунке 28 показана зависимость кавитационных разрушении от температуры воды при постоянных значениях гидростатиче­ ских давлений, равных 0,5; 1,5; 2,5; 3,0 ати.

Как известно, величина кавитационных разрушений опре­ деляется в первую очередь количеством кавитационных пузырь­ ков и газонасыщенностью воды [8,9, 19]. Так как с увеличением температуры воды уменьшается ее газонасыщенность и ослаб­

ляются демпфирующие свойства растворенных в воде газов, величина разрушений образцов при давлениях 0,5; 1,5 и 2,5-iaτπ (см. рис. 28, кривые 1, 2, 3) растет и достигает максимальных значений при температурах, равных соответственно 50, 65 и 80° С. Дальнейшее увеличение температуры воды ведет к уси­ лению парообразования внутри кавитационных пузырьков, ко­ торые благодаря этому вновь приобретают демпфирующие свойства. В результате, как видно по характеру указанных кривых, величина кавитационных разрушений уменьшается. Да­ лее из рис. 28 следует, что с ростом гидростатического давле­ ния максимум величины кавитационных разрушений образцов смещается в область более высоких температур. Так, если при давлении 0,5 ати (кривая 1) максимуму разрушений соответ­

ствовала температура 50° С, при давлении 1,5 ати (кривая 2) —

51

равных условиях, с повышением давления растет кавитацион­

ная (объемная) прочность воды.

Поэтому, анализируя абсолютные величины разрушений образцов по кривым 1, 2, 3, 4 (рис. 28), легко убедиться, что при переходе гидростатического давления за черту 2,5 ати ве­ личина кавитационных разрушений становится сравнительно

стабильной во всем интервале температур (кривые 3 и 4), а ее абсолютные значения ів 2—3 раза меньше полученных при дав­

лении 1,5 ати и ниже (кривые 1 и 2).

Водная среда — вода обессоленная и обес­ кислороженная. На рир. 29 показана зависимость (кри­

52

вые 1 и 4) величины кавитационных разрушений от темпера­ туры в обессоленной и обескислороженной воде при постоянных

соленной и обескислороженной воде достигают своего макси­

мума независимо от величины гидростатического давления при сравнительно низкой температуре, равной 50o C (кривые 1 и 4).

Абсолютная величина разрушений в этой среде при давлении

δG-imγ 1

_____ ___________ ,______

20 30 W 50 60 70 ÔO 9θfa

Рис. 2Q. Зависимость интенсивности кавитационных разрушений образцов

53

давлении 1,5 ати она падает более резко, и при температурах

70o C и выше абсолютные величины разрушений становятся

практически одинаковыми независимо от величины гидростати­ ческого давления.

температуры приводит к значительному снижению разрушений

Следовательно, обессоленная и обескислороженная вода

по сравнению с водой водопроводной дает заметное снижение

∆Gmг

70

60

SO

40

30-

20

10

«Шелл Дромус ойл „В”» и в воде водопроводной при постоянных гидроста­ тических давлениях и зазоре 20 мм:

1 — T=I,5 ати (вода водопроводная); 2 — P=I,5 ати (вода с присадкой); 3 — P=3,0 ати (вода водопроводная); 4 — P =3,0 ати (вода с присадкой)

54

кавитационных разрушений при низких давлениях и интервале температур от 54o C и ¡выше. При увеличении гидростатического давления (2,5÷3,0 ати и выше) водная среда меньше влияет на интенсивность разрушений; их абсолютные величины стано­ вятся сравнительно низкими в обеих средах.

Водная среда — вода водопроводная с при­ садкой «Шелл Дромус ойл „В”»-

На рис. 30 показана зависимость разрушений от темпера­ туры в воде водопроводной с 0,5-процентным содержанием при­ садки «Шелл Дромус ойл ,,В”» при постоянных давлениях 1,5 и 3,0 ати. Для сравнения здесь же приведена зависимость ка­

витационных разрушений образцов в воде водопроводной (без

присадки) при тех же значениях давлений.

Процентное содержание присадки 0,5 принято па осно­ вании ранее определенной зависимости разрушений от концент­

ные разрушения образцов в воде с присадкой, характеризуе­

55

C повышением гидростатического давления до 3,0 ати абсолютная величина разрушений уменьшается в 2—3 раза (кривая 4). При этом следует отметить, что с повышением тем­

пературы величина разрушений !постепенно растет. Если в диа­

пазоне температур до 720 C величина разрушений в воде с при­ садкой была в 1,5—2 раза меньше величины разрушений

образцов в воде без присадки (кривые 3 и 4), то при темпера­ турах свыше 72o C разрушения образцов в воде с присадкой становятся несколько больше аналогичных разрушений в воде без !Присадки.

Кривые 2 и 4 на рисунке 30 соответствуют оптимальной

концентрации присадки в воде 0,5%.

§13. Зависимость кавитационных разрушений от величины зазоров

Зависимость кавитационных разрушений от зазоров между

«активным» и «пассивным» образцами определялась при посто­

и 8ТД-48 наиболее интенсивные кавитационные разрушения втулок наблюдаются в районах верхних и нижних посадочных поясов, то есть в так называемых узких сечениях. Поэтому большой интерес представляло установить зависимость разру­ шений от зазоров между «активным» и «пассивным» об­

разцами.

Исследования проводились в широком диапазоне величин (от 0,1 до 30 мм), однако наибольшее внимание было уделено зазорам в пределах 0,1 ÷ 2,5 мм. Во всех водных средах ис­

8ТД-48, второй — при давлении 3,0 ати и температуре 60o C —

типу двигателей ДМ 650-VBF-90.

Ниже приводятся результаты исследований.

Водная среда — вода водопроводная. FIa

рис. 32 показана зависимость величины кавитационных разру­ шений «активных» образцов от величины зазоров между «ак­ тивными» и «пассивными» образцами, изменявшейся в пределах

0,1 — 30 мм. - √.'

Полученные данные позволили установить, что зависимость интенсивности разрушений «активных» образцов от величины

56

зазоров носит тот же характер, что и выведенная Борном [22]

где Zimin — положение минимума;

Zmax — положение максимума;

г— радиус излучателя;

п— номер гармоники;

λ— длина ультразвуковой волны.

Таким образом, можно предположить, что степень разру­ шения «активного» образца зависит от интенсивности излучае­ мого им ультразвукового поля на «пассивном» образце. При этом ультразвуковые волны, отражаясь от «пассивного» образ­ ца, возвращаются на «активный» и интенсифицируют кавита­ ционные процессы.

Было бы нелогично считать, что волны отражаются один

раз, а не многократно, до полного затухания. В силу этого

58

можно утверждать, что затухание волн идет медленнее, чем излучение новых, то есть происходит как бы нагнетание их.

В условиях нагнетания неизбежны интерференция падающих и отраженных ультразвуковых волн и, как следствие, усиление

разца и ускорения частиц воды, сделанный по формулам, при­ веденным в работе (15], подтвердил предположение о преобла­ дающем влиянии нагнетания и интерференции ультразвуковых волн на ускорение частиц воды.

Так, при использовании магнитостриктора с частотой ко­

лебаний 22 кГц ускорение частиц воды возросло в 36 раз по сравнению с ускорением образца.

Следовательно, можно утверждать, что с увеличением за­

зора между образцами интенсивность кавитационных разруше­ ний «активных» образцов изменяется по закону распределения

интенсивности ультразвукового поля, излучаемого «активным» образцом в направлении, перпендикулярном плоскости излуча­ теля, и зависит от нагнетания и интерференции ультразвуковых волн.

Необходимо отметить, что повышение гидростатического давления с 1,5 до 3,0 ати (см. кривые 1 и 2 рис. 32) снижает

Водная среда — вода обессоленная и обес­

кислороженная. На рис. 34 показаны зависимости кави­

тационных разрушений «активных» образцов от величины за­ зоров между «активными» и «пассивными» образцами в обес­ соленной и обескислороженной воде (кривые/ и 3) при посто­ янных значениях давлений и температур: P= 1,5 ати; ∕ = 50oC

Анализируя кривые 1 и 3 рис. 34, следует отметить, что,

хотя характер кривых несколько различный, однако в диапазо­ не зазоров от 0,1 до 2,5 мм максимум разрушений соответству­ ет у обеих кривых зазору 1,5 мм. Уменьшение или увеличение зазора по сравнению с указанным приводит к заметному сни­

жению разрушений. C повышением давления от 1,5 до 3,0 ати

абсолютные величины разрушений уменьшаются на 20%.

59

i=500C (вода водопроводная); 3 — P=3,0 ати. ∕=60oC (вода обессоленная и обескисло­ роженная); 4 — P=3,0 ати, tf=60°C (вода водопроводная)

Все сказанное в полной мере относится и к кривым 2 и 4, ио необходимо добавить, что при том и другом режиме ис­ следований степень разрушения образцов в водопроводной воде на 25÷30% ниже, чем в обессоленной и обескислоро­ женной.

Водная среда — вода водопроводная с при­

ных разрушений «активных» образцов от зазоров между «ак­

60