книги из ГПНТБ / Устинов А.Н. Исследование поршневых колец дизелей

4

опериментальное исследование по определению критического перепада давления в уплотнении данного вида.

На специально оборудованном стенде (отсек двигателя с неподвижным поршнем, устаноівленным вблизи НМТ) наме­ рялся расход воздуха при постоянном давлении над поршнем, величина которого изменялась .в широких пределах от Р?. до

•минимального, равного 2,5 ата.

В этом случае критический перепад давлений достигается

симости от степени изношенности деталей ЦПГ, приведена в табл. 9.

Для уплотнения из пяти колец И. Л. Лютовым [27] экспе-.

При значительных .наносах в этой работе .критический перепад давлений не определялся. Несколько заниженное значение

(р2) в указанной работе следует объяснять тем .обстоя­

тельством, что при расчетах утечек было принято .завышенное значение коѳфіфициента расхода. (Подробнее о выборе Значе­ ния коэффициента расхода говорится в § 3 данной главы).

59

При проведении экспериментов по определению критиче­ ских перепадов давлений площади проісветов у каждого из ко­ лец изменялись в тех же пределах, которые имели место при проведении моторных испытаний. Было установлено, что для лабиринтного уплотнения из 4-х и 5-й колец критический пе­

репад давлений —0,04ч-і0Д)9, причем величина его в

значительной степени зависит от изношенности поршневых ко­ лец и цилиндровых втулок.

При наличии у каждого из колец критического перепада давлений =0,535 общее критическое отношение давле­

ний для лабиринта из 5-и колец в первом приближ-еінии будет равно произведению -критических отношений давлений для каждого из колец. В этом случае общее критическое отноше­

ние давлений составит (^-)кр =0,0435, что довольно близко-

к экспериментально определенному критическому перепаду для цилиндра с малыми износами деталей ЦПГ.

Величина критического перепада давлений, эксперимен­ тально определенная для всего лабиринта, имеет условное зна­

Анализируя характер течения газов через кольцевое уплот­ нение, наиболее .вероятным является предположение о том, чтокритический перепад давления устанавливается на одном коль­ це, имеющем наименьшую площадь проходного сечения для

60

прорыва газов. На остальных кольцах 'перепады давлений яв­ ляются доікритическими, хотя .и могут быть довольно близкими к критическим.

Это предположение подтверждается имеющимися в лите­ ратуре [47], [31], [1і8] сведениями о характере распределения давлений по кольцевому уплотнению., полученными как па ра­ ботающем двигателе, так и на отсеке с неподвижным поршнем. Данные, содержащиеся в указанных литературных источниках, довольно близки к результатам, полученным автором. Обоб­ щая их, можно представить характер распределения давлений для лабиринтного уплота^ния еД-то кольцами при максималь­ ном давлении в 'цилиндре Р7.=60 к г /с м 2 в табл. 10.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что при качественном уплотнений близкий к критическому перепад давления устанавливается на двух последних коль­ цах. При уплотнении, не обеспечивающем достаточной герме­ тичности, на .всех кольцах перепад меньше критического, что и приводит к возрастанию критического перепада давления по мере увеличения изношенности поршневых колец и цилиндро­ вых втулок.

Анализируя изменение давления за поршневыми кольцами (рис. 18), нетрудно заметить, что величины перепадов, при­ ходящихся на каждое кольцо и подсчитанных по величине мак-

61

Рати

9

Рис. 19. Зависимость функции истечения ф от перепада давления и степени изношенности двигателя.

62' ’

сіі'малы-іого давления за кольцами, ,в действительности явля­ ются несколько заниженными, так как величины максимумов давлений смещены по фазе и в каждый данный момент дейст­ вительный перепад несколько выше условного 'расчетного.

Приведенные в таблице величины давлений за 5-м послед­ ним кольцом нельзя отождествлять с давлением в картере. Снятые о осциллограмм, они сдвинуты по фазе по отношению к давлению над поршнем, а характер .изменения давления за 5-м кольцом является более плавным, чем для первых колец. При продолжении движения газов в зазоре между юбкой порш­ ня и втулкой цилиндра происходит дальнейшее снижение дав-' ления, сопровождающееся приближением кривой давления в этой полости, объем которой весьма велик по сравнению с междукольцевы'міи объемами,-к атмосферной линии. Парис. 19 приведены графики зависимости функции истечения от пере­ пада давлений и степени изношенности двигателя, полученные в результате экспериментального определения критических перепадов.

Исследования, выполненные на цилиндрах двигателей Д 19/30, Ч 26/34, Ч 10,5/13 показали, что при соблюдении ус­ ловия равенства относительных площадей просветов в уплот­

нении из 4-н5 поршневых колец значения ( тг )кр и величины

*К

расходных функций могут быть обобщены ('максимальные рас­

определению ( w- )кр и ф, для ориентировочных расчетов уте-

чек можно пользоваться предложенной зависимостью, доста­ точная достоверность которой подтверждается и результатами работы И. Л. Лютова [27], выполненной на цилиндре двигате­ ля NVM — 24. Экспериментальная относительнай расходная функция, предложенная И. Л. Л ютовым для уплотнения с раз­ личным числом колец приводится на рис. 20. Значение отно­ сительной расходной функции Ф .подставляется в выражение

/уел-—условная площадь проходного сечения, м2\ ц — коэффициент расхода;

Р0, Т0—параметры газа перед уплотнением, кг/м2,

К°.

63

Из графика ФЭКс следует, что для уплотнения из 5-ти ко­ лец величина критического перепада давлений составляет

( р~.)кр—'0,024, что достаточно согласуется с выводами автора. Относительная расходная функция

Ф/

ф = ^ і-

Фкр’

где Ф / — абсолютное значение расходной функции (в нашем обозначении ф);

Фкр —критическое значение функции истечения.

Фэне'

Абсолютное .значение расходной функции для уплотнения ■из 5-и колец в опытах И. Л. Л ютова составляет

Ф'і = 2,145 • Факс= 2,145- 0,46 = 0,98.

Такое же значение имеет расходная функция, полученная ав­ тором для уплотнения, имеющего относительную площадь про­ ходных сечений 0,06%, что соответствует случаю износа де­ талей ЦПГ, близкому к предельно допустимому.

Анализ индикаторной диаграммы как четырехтактного, так и двухтактного двигателя показывает, что приблизительно «а 190°—200° поворота коленчатого вала давление в цилиндре превышает 2,5—чЗ,5 ата и только на участке в 160° п. к. в. мень­ ше указанной величины.

Как показали расчеты, на последнем участке (160° п. к. в. при малых давлениях в цилиндре) -величина утечки даже при

64

значительных .износах деталей ЦПГ не превышает 9—10% от общей утечки за цикл. Сказанное позволяет использовать при расчетах постоянное для данного износа деталей значение

расходной функции ф, соответствующее критическому перепа­ ду давления. Точность рас­ чета утечки в этом случае остается вполне достаточ­ ной. Для выбора значения

величины расходной функ­

участка корректированной индикаторной диаграммы по урав­ нению (28), определяется суммарная утечка газов за цикл для любых состояний деталей ЦПГ, отличающихся величиной про­ ходных сечений в кольцевом уплотнении.

§ 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ГАЗОВ

ЧЕРЕЗ ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА

Для количественной оценки величины расхода газов, про­ рывающихся в картер (а также ресивер .продувочного воздуха и выхлопной коллектор в двухтактных двигателях) через не­ плотности поршневых колец, необходимо учитывать в расче­ тах утечек по приведенным выше формулам значение коэф­ фициента расхода (истечения) для данного вида неплотно­ стей.

В справочной литературе рекомендации по выбору значе­ ний коэффициента расхода для неплотностей поршневых колец имеют значительные расхождения в абсолютных значениях ц, поэтому рядом исследователей принималось р = 1 . В табл. 11 приведены значения р, сравнение которых подтверждает от­ сутствие -единого мнения в этом вопросе. Кроме того, большин­ ство рекомендаций по выбору р относятся к случаю истечения газов через щель с острыми кромками. Геометрические лее со­ отношения такой щели не являются тождественными гео-мет-

рнческим соотпоиюння.м серповидного зазора, образованного недостаточно плотно прилегающим к зеркалу цилиндровой втулки поршневым кольцом.

В работе [27] приняты'значения ц=і0,85 без проверки, на основании рекомендации, содержащихся в работах [45], [39], [40]. Кроме того, значение коэффициента расхода ц=0,85 по­ лученное для одного кольца (либо для одной щели), для всего кольцевого уплотнения не соответствует условию действитель­

Величина общего для уплотнения коэффициента расхода при условии близких значений относительных площадей про­ света у каждого кольца в первом приближении должна быть равна произведению коэффициентов расхода у каждого коль­ ца и для 5-и колец

Ц о б щ = Ц і • Ц2- Ц з- Ц-Г Ц5*

Для определения значения коэффициента расхода для уп­ лотнения, образованного поршневыми кольцами, автором было проведено экспериментальное исследование [38) на специаль­ ном стенде— одноцилиндровом отсеке двигателя, схема кото­ рого приведена на рис. 22. В цилиндровые втулки с различ­ ной степенью износа устанавливались новые и изношенные кольца. Перед установкой поршня замерялись действительные площади просвета каждого кольца во втулке. Испытания про­ водились с использованием цилиндров и поршней двигателей Д 19/30; Ч 25/34; Д 30/50.

Давление в цилиндре создавалось сжатым воздухом от компрессора, расход воздуха утечки замерялся протарирован­ ной двойной диафрагмой. Одновременно производилось изме-

66

І