книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции

баний коленчатого вала. Однако основными силами, от кото­

рых зависит изменение механической напряженности деталей

к.ш.м. во время эксплуатации двигателя, являются силы

давления газов и силы инерции поступательно-движущихся

масс. Рассмотрим графики изменения этих сил за один цикл для четырехтактного и для двухтактного дизеля.

Рис. 3.1. Изменение сил, действующих на поршень,

в течение рабочего цикла: а) четырехтактный двигатель; б) двухтактный двигатель

На рис. 3.1. даны графики изменения сил, действующих

за один цикл на поршень кривошипно-шатунного механизма

двигателя. Графики позволяют определить амплитуду движу­ щей силы Д Р . Из графиков имеем:

60

61

Таким образом, амплитуда касательных сил и, следо­

вательно, касательных напряжений также пропорциональна максимальному давлению сгорания р t . Запас прочности для касательных напряжений

62

щихся деталей;

R - радиус кривошипа;

со - угловая скорость вращения коленчатого

вала; Л - отношение радиуса кривошипа к длине

шатуна;

а. - угол поворота коленчатого вала.

Как видно из формул (3.24), (3.25), величина сил

инерции деталей кривошипно-шатунного механизма конкрет­

ного двигателя определяется только величиной угловой

скорости коленчатого вала.

Силы инерции поступательно движущихся масс двухтакт­

ного двигвтеля уменьшают амплитуду движущей силы, а

четырехтактного - увеличивают ее. Следовательно, при

равных условиях четырехтактный двигатель будет больше

напряжен в механическом отношении.

Механические напряжения от сил инерции поступательно движущихся и вращающихся масс могут превысить максималь­ но допустимые значения и даже привести к поломке или аварии двигателя, если число оборотов превысит максималь­ но допустимые значения, например, при разносе двигателя. В этом случае резко возрастают нагрузки на подшипники коленчатого вала в результате чего происходит подплав­ ление подшипников и заклинивание коленчатого вала.

В коленчатом вале и в некоторых других деталях

могут возникать крутильные колебания, приводящие к

появлению опасных напряжений. Для уменьшения крутильных

колебаний применяется ряд конструктивных мер: выбирается наиболее благоприятная схема заклинки кривошипов, уста­ навливаются демпферы или антивибраторы. Однако крутиль­

ные колебания могут возникнуть и достигнуть опасных

64

может проявиться не сразу, а спустя значительное время. Это обязывает инженера-механика и личный состав, обслужи­

вающий двигатели, понимать физическую сущность явлений

и предвидеть опасность тех или иных механических пере­

грузок. Перегрузка может привести к немедленной полошее

детали и к немедленному выходу двигателя из строя, если механические напряжения в некоторых деталях превысят

предел прочности или удельные давления в подшипниках

станут больше возможной их грузоподъемности.

Перегрузка двигателя в отношении механической

напряженности может произойти в следующих характерных

случаях. .

При значительном изменении угла опережения подачи

топлива в сторону его увеличения резко возрастает мак­

симальное давление сгорания и увеличивается жесткость

работы двигателя. На нагрузках, близких к полным, меха­

нические напряжения могут превысить максимально допу­ стимые.

К таким же последствиям может привести влияние

внешних условий, связанное со значительным снижением

температуры воздуха на входе в двигатель. Увеличение

максимального давления сгорания и жесткости работы должно в этом случае контролироваться.

Нарушение регулировки двигателя по цикловой подаче топлива , применение нестандартного топлива,, имеющего сниженное цетановое число, общая перегрузка дизеля, снижение температурного уровня режима охлаждения также вызывают увеличение максимального давления сгорания, повышение жесткости работы двигателя.

Превышение допустимого числа оборотов вызывает

увеличение сил инерции поступательно движущихся и вра­

щающихся масс, превышение удельных давлений на подшипни­ ки коленчатого вала и,как следствие, их подплэвление.

Правила эксплуатации судовых дизелей обязывают лич­

ный состав периодически контролировать нагрузку двигате-

66

лей по косвенным показателям механической напряженности,

в частности, по величине p z которая может быть

измерена на корабле такими приборами, как максиметр или

механический индикатор. Контроль максимального давления сгорания особенно важен на нагрузках двигателя, близких к полным.

>§ 3. Тепловое состояние деталей двигателя

Тепловое состояние деталей цилиндро-поршневой группы

определяется температурой на поверхности этих деталей и перепадом (градиентом) температур между нагреваемой и охлаждаемой поверхностями. Большое значение для обеспе­ чения надежной работы двигателя имеет сохранение в заданных пределах температуры в отдельных точках ряда деталей.

I. Максимальная температура на поверхности поршня.

Максимальная температура устанавливается, как пра­

вило, на поверхности, не­ посредственно соприкасаю­ щейся с горячими газами,

в центре донышка поршня

или по его краям (см. рис. 3.3). Эта температу­ ра определяет механиче­ скую прочность материа­ ла поршня.

Предельно допустимыми температурами для различ­

ных материалов, исполь­

зуемых при изготовлении

поршней, являются следую­

щие:

Рис. 3.3. Схема распределе­ ния температур по сечению

S7

материала резко понизится, что может привести к появлению трещин, остаточных деформаций, и, в конечном итоге,

квыходу поршня из строя.

2.Максимальная температура порпня в районе распо-

ложения верхнего уплотнительного кольца.

Так как уплотнительные кольца пораня, в том числе

верхнее кольцо, нормально работают только при наличии смазки, то температура поршня в районе верхнего уплот­

нительного кольца характеризует условия смазки кольца и

интенсивность разложения масла в канавках поршня при

данной температуре. Если температура поршня в районе расположения поршневых колец превысит максимально

допустимый предел, то масло начнет интенсивно разлагать­

ся с образованием лака и других продуктов распада,

нарушится смазка кольца. В результате образования плот­

ных лаковых отложений поршневое кольцо теряет подвиж­

ность или, как принято говорить, "пригорает", или "зависает". Данный процесс будет прогрессировать до тех пор, пока не произойдет задир поршня.

Опыт доводки и эксплуатации отечественных и зарубеж­ ных дизелей показывает, что предельно допустимой темпе­ ратурой в районе уплотнительных поршневых колец при использовании стандартных масел с присадками следует

считать температуру 200°С. Для быстроходных форсирован­

ных дизелей этот предел может быть повышен до 220-240°С. Для колец трапецеидального сечения - до 245°С. Увеличе­

ние верхнего предела температуры в районе уплотнитель­

ных поршневых колец во многом определяется стойкостью

масла против разложения его в условиях высоких температур

68

и давлений. Эффективным средством, повышающим стойкость

масел, является применение специальных присадок.

3.Максимальная температура на поверхности днища

поршня со стороны, охлаждающейся маслом.

Данная температура характеризует интенсивность разложения масла на охлаждаемой поверхности и интенсив­

ность отложения слоя лака. Образование слоя лаковых

отложений приводит к ухудшению теплоотвода от поршня и

кзначительному росту температурного уровня поршня во

всех его точках; превышение максимального предела темпе­

ратур нарушает надежность и долговечность работы двигате­

ля. Предельной температурой поверхности поршня, охлаждае­

мой маслом, при которой скорость лаковых отложений нахо­ дится в допустимых пределах, следует считать температуру около 200°С (если для двигателя используются стандартные масла).

4.Температура рабочей поверхности втулки в верхней

части, в районе верхнего положения поршневых колец. Данная температура характеризует: во-первых, условия

работы масла, смазывающего втулку в этом районе; во-вто­

рых, условия конденсации паров воды, содержащихся в

заряде воздуха и образующихся при сгорании топлива. Интенсивность конденсации капельной влаги на рабочей

поверхности втулки зависит от парциального давления паров воды в заряде воздуха, поступающего в цилиндр двигателя,

паров воды, образующихся при сгорании топлива (на каж­

дый килограмм сгоревшего топлива в среднем образуется

около 1,17 кг водяного пара), и от парциального давления насыщения пара, соответствующего температуре

на поверхности втулки. Во время процессов сжатия воздуш­

ного заряда, горения и расширения продуктов сгорания

парциальное давление водяного пара возрастает пропорцио­ нально увеличению давления в цилиндре и становится больше

69