Повышение долговечности турбокомпрессоров автотракторных двигателей путем использования гидроаккумулятора в системе смазки - Автореферат

Повышение долговечности турбокомпрессоров автотракторных двигателей путем использования гидроаккумулятора в системе смазки 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве кандидата технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет». Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Межецкий Геннадий Дмитриевич кандидат технических наук, доцент Никитин Александр Владимирович Защита диссертации состоится 22 декабря 2010 г. в ___ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г.Затраты на устранение отказов турбокомпрессора составляют 12 % затрат на устранение всех отказов в двигателе. Одним из таких устройств является гидроаккумулятор, устанавливаемый в систему смазки турбокомпрессора. Определена вероятность выхода турбокомпрессора на критические по коэффициенту надежности режимы работы подшипникового узла. Оснащение гидроаккумулятором не требует внесения значительных изменений в конструкцию как турбокомпрессора, так и самого двигателя, что позволяет оснащать им двигатели, уже находящиеся в эксплуатации. Для корпуса турбины: (1) где c1 - удельная теплоемкость материала корпуса турбины, ; m1 - масса турбины, кг; Тт, - температура корпуса турбины, ?С; ? - время, с; qot - отвод тепла от турбины подшипнику и в окружающую среду: (2) где qп и qokp - соответственно тепло, отведенное к подшипнику и в окружающую среду: qп = a1F1 (Тт - Тп) (3) qokp = a2F2 (Тт - Токр) (4) где F1, F2 - площади поверхности отвода тепла от турбины к подшипнику и от турбины в окружающую среду соответственно, м2; Тт, Тп, Токр - температуры турбины, подшипника, окружающей среды, ?С.Аналитическими исследованиями установлено, что вследствие изменения условий теплообмена на режиме остановки двигателя температура деталей турбокомпрессора значительно возрастает по выражению (7), превосходя значения, при которых моторное масло интенсивно теряет свои смазочные свойства (более 150 ?С). Расчетным путем определено, что снижение вязкости масла при росте температуры повышает вероятность выхода подшипникового узла (около 27 %) на режим граничной смазки (? <1) даже при допустимом техническом состоянии. Использование гидроаккумулятора в системе смазки турбокомпрессора снижает в 1,18 раза интенсивность изменения его технического состояния в зависимости от пробега, что позволяет прогнозировать соответственное увеличение межремонтного ресурса. Выбранная схема включения гидроаккумулятора в систему смазки турбокомпрессоров отличается простотой, надежностью. Эффективность использования гидроаккумулятора заключается в повышении межремонтного ресурса турбокомпрессоров на 18 %, снижении затрат на обеспечение долговечности системы газотурбинного наддува.

1. Одним из эффективных путей повышения мощности двигателей является наддув с использованием турбокомпрессоров. Однако форсирование двигателя, усложнение его конструкции неизбежно сказывается на показателях надежности. Отказы турбокомпрессора составляют около 7 % от общего числа отказов силовых агрегатов КАМАЗ семейства ЕВРО. Наиболее часто возникают отказы турбокомпрессоров в виде закоксовывания деталей, подтекания масла и заклинивания ротора. Основной причиной возникновения этих отказов (более 70 %) является повышенный температурный режим изза недостаточных охлаждения маслом и теплоизоляции.

2. Аналитическими исследованиями установлено, что вследствие изменения условий теплообмена на режиме остановки двигателя температура деталей турбокомпрессора значительно возрастает по выражению (7), превосходя значения, при которых моторное масло интенсивно теряет свои смазочные свойства (более 150 ?С). Этот рост зависит от конструктивных параметров турбокомпрессора и особенно от режима работы двигателя перед остановкой, характеризуемого величиной твыхл. Установлено, что с увеличением твыхл с 300 до 420 ?С температура подшипникового узла возрастает со 150 до 180…190 ?С.

3. Расчетным путем определено, что снижение вязкости масла при росте температуры повышает вероятность выхода подшипникового узла (около 27 %) на режим граничной смазки (? < 1) даже при допустимом техническом состоянии. При несоблюдении правил эксплуатации температура подшипникового узла возрастает до 240…245 ?С, что приводит к выходу турбокомпрессора на критический тепловой режим работы.

4. Стендовые испытания подтверждают установленные аналитические зависимости. Данные, полученные аналитическим и опытным путем достаточно хорошо согласуются между собой, относительная погрешность составляет 2,1 %. Учитывая достаточно сложный вид уравнения, описывающего процесс изменения температуры во времени, была проведена его аппроксимация на ветви нагрева (? = 0…180 с) полиномом второй степени с помощью экспериментальных данных. Использование гидроаккумулятора в системе смазки турбокомпрессора снижает в 1,18 раза интенсивность изменения его технического состояния в зависимости от пробега, что позволяет прогнозировать соответственное увеличение межремонтного ресурса.

5. Определены субоптимальные значения конструктивного и режимного факторов работы гидроаккумулятора: оптимальное значение времени истечения ?и при объеме гидроаккумулятора V = 2 л составляет 50 с. Выбранная схема включения гидроаккумулятора в систему смазки турбокомпрессоров отличается простотой, надежностью. Отсутствует необходимость внесения значительных конструктивных изменений в систему смазки. Это позволяет оснащать гидроаккумулятором автомобили, находящиеся в эксплуатации.

6. Эффективность использования гидроаккумулятора заключается в повышении межремонтного ресурса турбокомпрессоров на 18 %, снижении затрат на обеспечение долговечности системы газотурбинного наддува. В результате сокращаются простои в ТО и ТР на 1,1 %, а себестоимость перевозок - на 0,093 %. Годовой экономический эффект составляет 2817 руб./авт. Окупаемость гидроаккумулятора наступает на втором году эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Коркин, А. А. Оценка эффективности гидроаккумулятора для смазки турбокомпрессора / А. С. Денисов, А. А. Коркин, А. А. Гафиятуллин, А. Р. Асоян // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (45). - С. 63-68 (0,625/0,16 печ. л.).

2. Коркин, А. А. Анализ факторов, влияющих на работоспособность подшипникового узла турбокомпрессора / А. С. Денисов, А. А. Коркин, А. Р. Асоян // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2010. - № 3 (465). - С. 53-57 (0,5/0,17 печ. л.).

3. Патент на полезную модель № 69159 Российская Федерация, МПК F01М 1/08. Система смазки турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания / Денисов А. С., Коркин А. А. ; заявитель и патентообладатель Денисов А. С. -№ 2007130636/22 ; заявл. 10.08.2007 ; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 34.

4. Коркин, А. А. Целесообразность использования гидроаккумуляторов для смазки турбокомпрессоров / А. С. Денисов, А. А. Коркин // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 7-10 (0,13/0,06 печ. л.).

5. Коркин, А. А. Эффективность гидроаккумуляторов для турбокомпрессоров / А. С. Денисов, А. А. Коркин // Проблемы эксплуатации и экономичности двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгосударственного науч.-техн. семинара. 23-24 мая 2007 г., Саратов / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - Вып. 20. - С. 170-173 (0,2/0,1 печ. л.).

6. Коркин, А. А. Перспективы использования гидроаккумуляторов в системах смазки турбокомпрессоров / А. А. Коркин // Механики - XXI веку / Бр. гос. ун-т. - Братск, 2008. - С. 284-285 (0,25/0,25 печ. л.).

7. Коркин, А. А. Анализ надежности силовых агрегатов КАМАЗ-ЕВРО / А. С. Денисов, В. Н. Басков, А. А. Коркин, А. А. Шохин, О. В. Федоров, О. В. Литвинова // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2008. - С. 4-8 (0,25/0,05 печ. л.).

8. Коркин, А. А. Обоснование конструктивных и режимных параметров масляного аккумулятора турбокомпрессора / А. С. Денисов, А. А. Коркин // Проблемы эксплуатации и экономичности двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгосударственного науч.-техн. семинара. 13-14 мая 2008 г., Саратов / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - Вып. 21. - С. 61-63 (0,13/0,06 печ. л.).

9. Коркин, А. А. Оптимизация параметров гидроаккумулятора масла для турбокомпрессора / А. С. Денисов, А. А. Коркин // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2010. - С. 21-27 (0,44/0,22 печ. л.).

10. Коркин, А. А. Обоснование параметров масляного аккумулятора ДВС / А. А. Коркин // Проблемы эксплуатации и экономичности двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгосударственного науч.-техн. семинара. 2009 г., Саратов / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - Вып. 22. - С. 51-53 (0,13/0,13 печ. л.).

11. Коркин, А. А. Повышение надежности турбокомпрессоров применением гидроаккумулятора / А. А. Гафиятуллин, А. С. Денисов, А. А. Коркин // Проблемы эксплуатации и экономичности двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгосударственного науч.-техн. семинара. 27-29 мая 2010 г., Саратов / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - Вып. 23. - С. 47-51 (0,25/0,08 печ. л.).

12. Коркин, А. А. Исследование переходных тепловых процессов при остановке ДВС / А. С. Денисов, А. А. Коркин, А. Р. Асоян, А. М. Сычев, С. А. Стрижиченко, А. С. Синягин // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2010. - С. 13-20 (0,5/0,08 печ. л.).

13. Коркин, А. А. Экспериментальные исследования эффективности гидроаккумулятора масла в системе смазки турбокомпрессоров ДВС / А. А. Гафиятуллин, А. С. Денисов, С. В. Земцов, А. А. Коркин // Научно-техническое творчество : проблемы и перспективы : сб. статей V юбилейной Всероссийской научно-технической конференции-семинара / под общ. ред. канд. техн. наук А. П. Осипова. - Самара, 2010. - С. 97-99 (0,32/0,08 печ. л.).

14. Коркин, А. А. Повышение надежности турбокомпрессоров установкой гидроаккумулятора в систему смазки / А. С. Денисов, А. А. Коркин // Научное обозрение. - 2010. - № 4. - С. 31-40 (0,63/0,31 печ. л.).

Размещено на .ru