Повышение технического уровня форсированных дизелей путем снижения тепломеханической напряженности распылителей форсунок (на примере дизелей типа ЧН 12/12) - Автореферат
Оценка методов снижения тепломеханической напряженности распылителей форсунок дизелей с позиции совершенствования их конструкции и обеспечения безотказности машин. Условия работоспособности распылителей в контексте эксплуатационных факторов воздействий.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК (НА ПРИМЕРЕ ДИЗЕЛЕЙ ТИПА ЧН 12/12)Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии "15 Центральный автомобильный ремонтный завод" Министерства обороны РФ. Официальные оппоненты: Лебедев Борис Олегович, доктор технических наук, профессор, Кулманаков Сергей Павлович, кандидат технических наук, доцент. Защита состоится 2 июля 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им.Анализ литературы показал, что требования к области допустимого изменения характеристик тепломеханической напряженности распылителей, при которой обеспечиваются требуемые характеристики форсированных дизелей, не вполне сформулированы. Обосновать область безопасных значений тепломеханической напряженности распылителей с позиций обеспечения безотказности форсированных дизелей и на этой основе сформулировать условия работоспособности распылителей, установить закономерности изменения их характеристик в функции конструктивных, производственных и эксплуатационных факторов (возмущений) и обосновать применимость методов синтеза рациональных параметров рабочего цикла и конструктивных параметров форсунок на стадии проектирования. На основе развития модели процессов преобразования энергии в рабочем цикле дизеля и применения модели определения сложнонапряженного состояния распылителей оценить возможности снижения тепломеханической напряженности распылителей до безопасного уровня ограничением теплового потока за счет воздействия на показатели рабочего цикла и применения теплозащитного экранирования. Определить совокупность рациональных параметров рабочего цикла форсированного дизеля и конструктивных параметров форсунок, обеспечивающих требуемое снижение тепломеханической напряженности распылителей и применимость безразборных методов и средств технического обслуживания форсунок без демонтажа с двигателя. Предмет исследования - закономерности изменения ограничительных параметров распылителей по тепломеханической напряженности в функции показателей рабочего цикла, конструктивных и регулировочных параметров форсунок, обеспечивающие безотказность форсированных дизелей.На основании анализа работ научных школ ЦНИТА, ЦНИДИ, НАТИ, НАМИ, ВИСХОМ, ГОСНИТИ, СПБГАУ, МВТУ, МАДИ, АГТУ, ВПИ, ЮУРГУ и др. установлено, что, несмотря на достигнутый технический уровень бесштанговых форсунок, современные технологии их производства (ремонта) и достаточную культуру технического обслуживания, в процессе эксплуатации происходит существенное ухудшение их работоспособности. Литературные данные (Грехов Л.В., Николаенко А.В., Трусов В.И. и др.) и данные автора устанавливают максимальные величины изменения параметров в процессах производства (ремонта) и эксплуатации и вероятности их появления, что необходимо для анализа (Проников А.С. и др.). Для этого автор рекомендует методы: нормирования (регламентирующий область изменения параметров); нагрузочного резервирования (параметрической избыточности), реализуемый за счет уменьшения безопасных значений ограничительных параметров (до температуры 160 ОС, критерия теплонагруженности до 4,5); уменьшения области возмущений (их величин и вероятности) и безразборного восстановления работоспособности форсунок. Моделирование выполнялось на характерных для исследуемого дизеля режимах средних нагрузок и частот вращения при условии неизменности мощности двигателя, что обеспечивалось корректированием подачи топлива и учитывалось изменением величины коэффициента избытка воздуха и изменением продолжительности процесса сгорания (Драгунов Г.Д., Лазарев Е.А., Woschni G.). тепломеханическая напряженность распылитель форсунка Пятая глава посвящена разработке и последующему исследованию эффективности комплекса методов и средств снижения теплонапряженности и теплонагруженности распылителей за счет: применения полного теплозащитного экранирования распылителей; охлаждения наддувочного воздуха; совершенствования конструкции форсунок применением узла регулирования давления начала впрыскивания топлива и их приспособления к использованию современных безразборных методов и средств технического обслуживания форсунок.
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Список литературы
1. Установлена целесообразность совершенствования конструкции форсунок применением на стадиях проектирования, производства (ремонта) и эксплуатации следующих методов: нормирования; нагрузочного резервирования; уменьшения области возмущений и безразборного восстановления работоспособности. Они реализованы на основе обоснования, разработки и исследования следующих методов и средств, предусматривающих: полное теплозащитное экранирование распылителей с образованием разделенных воздушных закрытых и открытой полостей; охлаждение наддувочного воздуха; модернизацию форсунок разработкой узла регулирования давления начала впрыскивания топлива и их приспособлением для использования современных безразборных методов и средств технического обслуживания.
2. Сформулированы условия обеспечения работоспособности форсунок по ограничительным параметрам тепломеханической напряженности распылителей в виде критериев работоспособности, базирующиеся на установленных закономерностях изменения этих ограничительных параметров в функции показателей рабочего цикла, конструктивных и регулировочных параметров форсунок.
3. Установлены закономерности изменения ограничительных параметров форсунок дизелей типа ЧН 12/12 по тепломеханической напряженности распылителей в функции конструктивных, производственных и эксплуатационных факторов (возмущений) и обоснована необходимость уменьшения их безопасных значений до значений температуры носка распылителя 160 ОС, критерия теплонагруженности 4,5 и величин монтажных деформаций.
4. Установлена целесообразность увеличения коэффициента избытка воздуха до 2,1-2,2 за счет охлаждения наддувочного воздуха до температуры 80-90 ОС для требуемого ограничения теплового потока в распылитель, определены рациональные конструктивные параметры теплозащитного экрана и спроектирован оригинальный распылитель, ограничительные параметры которого находятся в допустимой области.
5. Результаты моделирования, подтвержденные экспериментально, показали: что экранирование распылителя позволяет на режимах нагрузочных характеристик уменьшить температуры носка на 70-90 °С, уплотняющей поверхности иглы - на 30-40 °С, эти температуры находятся в допустимой области и не превышают соответственно 160 и 130 °С, что гарантирует его работоспособность; граничное значение теплового потока в распылитель, при котором целесообразно применение теплозащитного экрана, характеризуется значением критерия тепловой нагруженности не более 4,5 и может быть определено при выполнении проектировочных расчетов двигателя; наиболее эффективным средством снижения тепломеханической напряженности распылителей при форсировании дизелей является совместное применение охлаждения наддувочного воздуха в штатном охладителе дизеля до значений тк = 80-90 ОС и теплозащитное экранирование распылителя. Допустимый уровень форсирования дизеля без ущерба для работоспособности распылителя увеличивается на 30-35 % по сравнению с исходным вариантом.
6. Разработаны и внедрены рекомендации по совершенствованию технологии сборки двигателя, компенсирующие влияние многочисленных случайных факторов, нарушающих характеристики форсунок на начальных стадиях эксплуатации вследствие роста монтажных деформаций и повышения тепломеханической нагруженности и напряженности распылителя.
7. Применен узел регулирования давления начала впрыскивания топлива, исключающий необходимость разборки форсунок при технических обслуживаниях и обеспечивающий ее приспособленность к современным способам диагностирования и регулирования без демонтажа с двигателя с одновременной безразборной очисткой от нагаро-смолистых отложений. Достаточная безотказность модернизированной форсунки установлена ускоренными циклическими испытаниями.
8. С участием автора внедрены средство и методика поддержания и восстановления стабильности характеристик форсунок, реализованные в простом ручном приспособлении, обеспечивающем возможность технического обслуживания форсунок, включая их безразборную очистку от нагаро-смолистых отложений в статико-динамическом режиме.
9. Применение разработанных методов и средств в дизелях типа ЧН 12/12,5 с наработкой до 1000 моточасов обеспечивает достижение допустимых показателей и ограничительных параметров в том числе: увеличение номинальной мощности на 8-10 %, снижение удельного расхода топлива в среднем на 8-11 %; температуры отработавших газов до 40 ОС и дымности отработавших газов до 30 %; нахождение ограничительных параметров форсунок по тепломеханической напряженности распылителей в допустимой области.
11. Внедрение результатов исследования обеспечивают экономический эффект более 10100 рублей на двигатель типа ЧН 12/12 за срок службы (в ценах 2007г.), что подтверждается соответствующими расчетами.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ
1. Кондренко В.А Условия работоспособности форсунок по параметрам тепломеханической нагруженности и напряженности / В.А. Кондренко, Б.Л. Арав., Ю.А. Рудик // Экологическая безопасность транспорта: сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора А.А. Мельберт. - Барнаул: 2006. - С. 85-90 с.
2. Кондренко В.А К вопросу определения соотношения между безопасными и допустимыми ограничительными параметрами распылителей форсунок по тепломеханической нагруженности и напряженности на стадии проектирования / В.А. Кондренко, Б.Л. Арав., Ю.А. Рудик // Экологическая безопасность транспорта: сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора А.А. Мельберт. - Барнаул: 2006. - С. 90-94.
3. Кондренко В.А. К вопросу обеспечения стабильности характеристик форсунок форсированных дизелей / В.А. Кондренко // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: науч. вестник ЧВВАКИУ.Челябинск, 2006. - Вып. 18. - С. 98-102.
4. Кондренко В.А. Влияние конструктивных и технологических факторов на стабильность характеристик форсунок Форсированных автомобильных дизелей / В.А. Кондренко // Повышение экологической безопасности автотракторной техники. - Барнаул: Изд-во АЛТГТУ, 2006. - С. 79-86.
5. Кондренко В.А Особенности моделирования рабочего цикла при изменении характеристик форсунок вследствие нагаро-смолоотложения / В.А. Кондренко // Повышение экологической безопасности автотракторной техники. Барнаул: Изд-во АЛТГТУ, 2006. - С. 73-79.
7. Кондренко В.А. Эффективность снижения тепломеханической нагруженности и напряженности распылителей форсунок форсированных дизелей за счет охлаждения наддувочного воздуха / В.А. Кондренко, В.С. Кукис // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования (Москва 4-7 декабря 2007). - М.: Академия наук о земле, 2007. - С. 46-48.
8. Кондренко В.А Влияние охлаждения наддувочного воздуха на тепломеханическую нагруженность и напряженность распылителей форсунок дизелей типа ЧН 12/12 / В.А. Кондренко // Транспорт Урала - Вып. 1. - 2008. - С. 79-80.
9. Кондренко В.А Зависимость стабильности регулировочных параметров форсунок дизелей от конструктивных факторов / В.А. Кондренко // Материалы II съезда инженеров Сибири (20-21 марта 2008). - Ч. 2. - Омск: изд-во ОМГТУ, 2008. - С. 137-143.