Снижение тепломеханической нагруженности и износа направляющего прецизионного сопряжения совершенствованием конструкции распылителя топливной форсунки дизеля

• Автор: Ломакин, Георгий Викторович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание

Основные обозначения

Введение

1. Проблемы повышения технического уровня транспортных дизелей

1.1. Основные направления совершенствования рабочего цикла

1.2. Экономия топлива и выбросы вредных веществ с отработавшими газами

1.3. Тепломеханическая нагруженность и работоспособность распылителей

1.4. Цель и задачи исследования

2. Совершенствование распылителя и виды нагружения его элементов

2.1. Особенности конструкции опытного распылителя

2.2. Воздействие давления топлива на иглу и корпус распылителя

2.3. Тепловое воздействие рабочих газов на корпус распылителя
2.4. Теплообмен в топливных полостях и контактный теплообмен распылителя
2.5. Теплообмен в закрытой воздушной полости под экраном
3. Распределение температур, деформаций и напряжений в распылителе
3.1. Оценка тепловой и механической нагруженности распылителя
3.2. Снижение нагруженности распылителя совершенствованием конструкции
3.3. Особенности контактного нагружения элементов распылителя
4. Методика, экспериментальная установка и измерительная аппаратура
4.1. Подготовка топливных форсунок с исследуемыми распылителями
4.2. Методика экспериментального исследования
4.3. Экспериментальная установка и измерительная аппаратура
5. Экспериментальный анализ показателей дизеля и износа сопряжений
5.1. Оценка показателей дизеля с исследуемыми распылителями
5.2. Определение износа и интенсивности изнашивания сопряжений
5.3. Оценка ресурса прецизионных сопряжений распылителя
Заключение
Библиографический список
Приложение

Основные обозначения
п — частота вращения коленчатого вала, мин ;
Йт - расход топлива, кг/ч;
Н, — эффективная мощность, кВт;
Ее - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч);
Ре - среднее эффективное давление, МПа;
р - давление газов в цилиндре, МПа;
% - коэффициент эффективности сгорания;
Фг - продолжительность процесса сгорания, с, град ГЖВ;
Т — температура газов в цилиндре, К;
їт - температура топлива, С;
і - температура элементов распылителя, форсунки, С;
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м- С);
Р — плотность, кг/м3;
ср - удельная теплоемкость, Дж/(кг- С);
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-°С);
Яе - критерий Рейнольдса;
Ии — критерий Нуссельта;
ст - напряжение, МПа;
w — скорость, м/с;
р - поверхность, площадь теплообмена, м2;
N - нормальная нагрузка, радиальная сила, Н;
V — скорость скольжения, м/с;
Е - модуль упругости, Па;
Ь - характерная глубина контактного слоя, м;
1ь — линейная интегральная интенсивность изнашивания, м/м:
VI, ут - линейная и массовая скорость изнашивания, м/ч, кг/ч;
Р - время изнашивания, ч; ресурс, мч.

Введение
Улучшение топливной экономичности, эксплуатационных свойств и повышение удельной мощности дизелей являются важнейшими направлениями развития отечественного и зарубежного дизелестроения. Улучшение эксплуатационных свойств дизелей предполагает снижение выбросов вредных веществ с отработавшими газами, повышение ресурса агрегатов основных систем, снижение уровня шума и вибрации, а также обеспечение многотопливности. В значительной степени эксплуатационные свойства дизелей определяются работоспособностью топливоподающей аппаратуры, в частности распылителя топливной форсунки. Работоспособность распылителей в значительной степени определяется нагруженностью элементов направляющего прецизионного сопряжения.
Уменьшение выбросов вредных веществ с отработавшими газами с одновременным увеличением удельной мощности дизелей обеспечивается повышением давления впрыскивания топлива и сопровождается ростом температуры распылителя топливной форсунки. В результате высоких тепломеханических и гидродинамических нагрузок снижается ресурс прецизионных сопряжений распылителя. При анализе состояния распылителей в процессе эксплуатации дизелей отмечается, что 75% вышедших из строя распылителей имеет потерю гидравлической плотности вследствие преждевременного достижения предельного износа прецизионных сопряжений. Повышение ресурса прецизионных сопряжений распылителей топливных форсунок является одним из условий обеспечения высокого технического уровня дизелей.
Снижение нагруженности и износа прецизионных сопряжений совершенствованием конструкции распылителя для повышения ресурса при увеличении давления впрыскивания топлива является актуальной научной задачей. При решении этой задачи эффективность технических решений по совершенствованию конструкции распылителя форсунки определялась оценкой тепломеханической нагруженности и износа прецизионных сопряжений.

схема охлаждения форсунки в головке цилиндра и размещение термопар. Охлаждение форсунки осуществляется с использованием короткого медного стакана 7, ко торый заворачивается в огневое днище головки цилиндра и омывается охлаждающей жидкостью. В стакане 7 размещен распылитель 5, который крепится к форсунке гайкой 8. Уплотнительная прокладка 9 представляет собой стальную омедненную шайбу в сочетании с плотной спиралью из тонкой проволоки, охватывающей наконечник распылителя 5. Локальное охлаждение распылителя подводом охлаждающего агента в охлаждаемую зону обеспечивает по данным фирмы MTU высокую работоспособность и эксплуатационную надежность форсунок.
Не менее эффективно циркуляционное жидкостное охлаждение распылителя. С учетом современных требований по форсированию и расширению диапазона применяемых топлив на отечественных дизелях ЦНИДИ и завод «Коммунист» разработали и внедрили в производство унифицированную форсунку ФД-45 с охлаждаемым распылителем, в соответствии с рисунком 1.15. Полость охлаждения распылителя образована кольцевой проточкой вокруг запорного конуса и соединена с подводящими каналами в корпусе распылителя и форсунки. Тепловое состояние распылителя определялось на дизеле 6ЧН 26/34 с использованием дизельного и моторного топлива ДТ. В качестве охлаждающего агента использовались дизельное топливо и масло из системы смазки дизеля. Температура масла на входе в форсунку находилась в пределах 75...80 °С, а давление 0,37...0,38 МПа. Дизельное топливо на охлаждение форсунок подавалось при температуре 20...40 °С, под давлением 0,05...0,15 МПа. Введение охлаждения распылителя форсунки ФД-45 обеспечивает широкое регулирование теплового состояния распылителя и возможность дальнейшего форсирования дизелей типа ЧН 26/34, а также использование высоковязких топлив и масел, в соответствии с рисунками 1.16 и 1.17.
Работоспособность распылителя определяется главным образом максимальной температурой носика. Температура корпуса распылителя в зоне направляющей прецизионной поверхности на 36...40 °С ниже на всех режимах работы дизеля при использовании высоковязких топлив.