книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

давления газов в коллекторах и цилиндре, т .е . методы, ос­ нованные на использовании уравнения неустановившегося те­ чения газов. Кратко существующие методы расчета изложены в книге Б. А. Захаренко [13].

Из методов расчета, основанных на использовании урав­ нения одномерного установившегося течения идеального сжи­ маемого газа наиболее широкое распространение получил ме­ тод А. С. Орлина [20, 2 l] . При умелом использовании опыт­ ных поправочных коэффициентов этот метод расчета проход­ ных сечений впускных и выпускных органов дает удовлетво­ рительные результаты.

Одним из недостатков существующих методов расчета яв­ ляется то, что они не отвечают на вопрос: при каких усло­ виях органы газораспределения различных двигателей будут обеспечивать примерно одинаковую картину течения воздуха и газов, а следовательно, будут эквивалентны в отношении обеспечения качества газообмена.

И. Г. Круглов [l5 ] предложил методику расчета, осно­ ванную на использовании уравнения расхода в критериальной форме, что позволило сформулировать условия обобщения опыт ных коэффициентов и результатов расчета.

Практически очень трудно создать два геометрически по­ добных двигателя, полностью удовлетворяющих условиям подо­ бия протекающих в них процессов газообмена. В технике ред­ ко осуществляется полное подобие, чаще всего подобие но­ сит приближенный характер. Предложенная U. Г. Кругловым методика также является приближенной. Однако, как утверж­ дает автор, выполненные по данной методике расчеты и опы­ ты на моделях дали удовлетворительную сходимость резуль­ татов с данными, полученными при испытании двигателей.

Значительное расхождение теории и практики обусловли­ вается многочисленными факторами, влияние которых на про­ текание процесса течения воздуха и газов через впускные и выпускные органы и смежные системы до сих пор не поддает ся учету. К числу таких факторов относятся:

230

-неустановившийся характер процесса течения газов через газовоздушный тракт двигателя (продувочный ресивер- цилиндр-выпускной трубопровод);

-трудность учета влияния на процессы газообмена большого числа геометрических и конструктивных парам|тров

переходных патрубков от цилиндра к ресиверам, формы, диа­

-необходимость учета при проектировании впускных

ивыпускных органов технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на надежность и долговечность конструк­ ции. Например, должно быть обеспечено охлаждение перемычек выпускных окон или отвод тепла от выпускных клапанов и др. Для корабельных двухтактных двигателей должны быть учтены особые условия их эксплуатации (при пониженных давлениях на всасывании в компрессор и повышенных давлениях на вы­

пуске и д р .). Вследствие исключительной сложности процес­ сов газообмена трудно дать обобщенные рекомендации о ра­

231

I этап - проектирование - предварительный выбор про­

эксплуатации к проектируемому) производят выбор фаз газо­ распределения и перечисленных выше параметров, т .е . опре­ деляют располагаемые угол-сечение и время-сечение впуск­

ния впускных и выпускных органов удовлетворяют принятым условиям газообмена, характеризуемым давлением и темпера­ турой в начале и конце основных периодов газообмена.

2. Расчет кривой изменения давления в цилиндре дви­ гателя - эта задача решается при помощи методов расчета, основанных на использовании уравнения неустановившегося течения газов. Эти методы весьма сложны и применяются при специальных исследованиях процесса газообмена [21] .

П этап - проверка результатов расчета и изучение фи­ зической сущности отдельных процессов на модельных уста­ новках. Цель второго этапа - создание опытных образцов.

232

Создание моделей и проведение опытов является технически сложной задачей и требует для ее реиения высококвалифици­ рованных специалистов.

Шэтап - проверка опытных образцов на одноцилиндровых отсеках создаваемого двигателя. В двухтактных двигателях в обцеы случае весьма трудно перенести результаты, полу­ ченные при исследовании газообмена на одноцилиндровой установке, на развернутый (многоцилнндровый) двигатель. Особенно это относится к многоцилиндровым двигателям, ко­ торые имеют выпускную систему с выпуском в один коллектор от нескольких цилиндров, а также ко всем двигателям, у ко­ торых выпускная система значительно отличается от выпуск­ ной системы опытного двигателя. Поэтому окончательный вы­ бор геометрических размеров, формы, числа, угла наклона и расположения впускных и выпускных органов производится путем испытаний на развернутом двигателе.

1У этап - испытания и доводка развернутого двигателя. Целью этих испытаний является окончательная оценка

процесса газообмена по эффективным показателям, надежно­ сти и сроку службы двигателя.

Несмотря на то что суцествуюцие методы расчета носят приближенный характер, они позволяют значительно сокра­ тить объем доводочных работ, а поэтому расчет газообмена является обязательным при проектировании двигателей. В настоящее время ученые работают над совериенствованмем методов расчета, позволяющих использовать современную вы­ числительную технику. Создание таких методов значительно облегчит проектирование и доводку двухтактных двигателей.

§ 37. Основные конструктивные соотноиения впускных и выпускных органов двухтактных судовых двигателей

Форма и размеры впускных и выпускных окон

Впускные и выпускные окна имеют различную форму

(р и с .6 8 ).

233

Хорошее качество газообмена может быть получено при любой из указанных форм окон.

ра от продуктов сгорания и по возможности создать интен­ сивное вращательное движение воздуха в цилиндре для обес­ печения хорошего смесеобразования. Это должно быть дости­ гнуто при минимальной потере продувочного воздуха.

В большинстве случаев применяются прямоугольные и ром­ бовидные впускные окна, так как при одинаковой высоте они позволяют получить наибольшее проходное сечение по сравне­ нию с окнами другой формы. При выборе размеров впускных окон стремятся получить необходимое проходное сечение за счет увеличения их ширины. Уменьшение высоты впускных окон уменьшает долю потерянного хода поршня и возможность заброса продуктов сгорания в продувочный ресивер, что спо­ собствует улучшению качества газообмена.

Для ориентировочного определения размеров впускных окон рекомендуются следующие конструктивные соотношения:

234

каналов выпускных окон не оказывает существенного влияния на процесс газообмена.

Для ориентировочного определения размеров выпускных окон рекомендуются следующие конструктивные соотношения:

1. Суммарная ширина выпускных окон в долях длины ок­ ружности цилиндра:

- при контурной (петлевой) схеме

2 в в = (0,17 f 0,27) ЯD ;

- при прямоточной (ПДП)

Z e fl = (0,50 г 0,6 2 )^2 ).

Суммарная ширина выпускных окон 2 б в составляет мень­ шую долю длины окружности цилиндра в сравнении с впускны­ ми 2 вп .

Перемычки между выпускными окнами необходимо охлаждать.

235

кромки окна до днища поршня при положении его в НМТ, в до­

гателях обычно на один цилиндр приходится четыре клапана.

§ 38. Фазы газораспределения впускных и выпускных I органов двухтактных

дизелей

Ниже приводятся значения фаз газораспределения двухтактных двигателей.

Приведенные в табл. 6 значе­ ния фаз газораспределения могут быть использованы как ориентиро­

Рис. 69. Выпускной вочные при выборе фаз у вновь клапан.

236

проектируемого двигателя. Величина фаз газораспределения оказывает существенное влияние на эффективные показатели двигателя. Поэтому выбору фаз газораспределения при про­ ектировании нового двигателя должно быть уделено особое внимание. Обычно при тепловом расчете двухтактных двига­ телей с прямоточными схемами газообмена задаются действи­ тельной степенью сжатия £ = '^ ~ » За начало сжатия прини­ мают момент закрытия впускныхсорганов (точка а рис. 28),

аза конец расширения - момент открытия впускных ор­

В действительном цикле Va # Ve . Выпускные органы открываются с опережением (точка в' рис. 28) относительно впускных (точка в рис. 28).

237

От правильно выбранного угла опережения открытия вы­ пускных органов зависят качество газообмена и располага­ емая энергия газов в момент начала выпуска.

Располагаемая энергия X rg, I кг выпускных газов в момент начала выпуска (точка в' рис. 70), которая может быть использована при их адиабатном расширении до пара­

ружающей среды.

Рис. 70. Диаграмма располагаемой энергии выпускных газов двухтактного двигателя.

При адиабатном расширении работа

(149)

•в

Работа противодавления

238

быть использована в турбине, установленной на выпуске. Ста энергия может быть использована в идеальном случае полностью, если газы будут расширяться в цилиндре до па­ раметров окружающей среды ( р0 , Т0 ). При определении энергии, которая может быть реализована в турбине, рабо­

230