Тепловое состояние поршней

Тепловому состоянию поршня, который подвергается воздействию больших газовых и инерционных нагрузок, уделяется большое внимание. В автомобильных и тракторных двигателях допускается максимальная температура для алюминиевого поршня 300- 350° С для поршней из чугуна 400- 450° . Данные по температуре в центре днища поршня для разных оборотов вала двигателя ЗИЛ-130 представлены на рис. 464. (кривая 3). Если рассмотреть распределение температуры по поршню (рис. 465), то можно установить различие температур, определяемое конструкцией детали, разными условиями подвода и отвода тепла. [c.272]

ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЕЙ [c.64]

Этим уравнением определяют тепловое состояние поршня на всех его режимах работы (при пуске двигателя, выходе на режим, сбросе нагрузки и т. д.). При работе на установившемся режиме дизеля во всех точках поршня температура будет постоянной по времени, кроме поверхностных слоев со стороны камеры сгорания. Экспериментальными исследованиями, проведенными 40—50 лет назад [751, установлено, что амплитуды колебаний температуры в поверхностных слоях поршня не превышают 3—4 % от максимального значения и ими можно пренебречь. Исходя из этого допущения, а также принимая, что величины Я, и с материала от температуры не зависят, температурное по- ле поршня можно определять по уравнению Лапласа [c.64]

Таким образом, основными показателями теплового состояния поршней являются температурное поле с изотермами, линиями тепловых потоков, градиентами в нормальном, осевом и радиальном направлениях количество тепла, подводимого к поршню и отводимого от него в масло и воду наибольшая температура головки температура в зоне верхнего уплотнительного кольца и поверхностей, охлаждаемых маслом величины коэффициентов теплоотдачи от газов к поршню и от поршня в масло наибольшая температура масла в поршне и на выходе из него расход масла через поршень. Эти показатели теплового состояния поршня необходимо стремиться получать при проведении расчетных и экспериментальных исследований. [c.67]

Для исследований теплового состояния поршней наряду с экспериментальными широко применяют расчетные методы. Вызывается это тем, что в настоящее время расчетные методы отработаны в такой степени, что они позволяют с высокой точностью и с малой затратой времени рассматривать большое количество вариантов для оценки конструктивных факторов и условий работы поршня. К наиболее ранним методам расчета теплового состояния, применяемым широко и в настоящее время, относятся методы, в которых поршень заменяют идеализированной расчетной схемой — цилиндрическим стаканом [c.67]

Электрическое моделирование теплового состояния поршня. Возможности применения электрических моделей вытекают из метода электротепловой аналогии, при помощ,и которого устанавливают соответствие тепловых величин нагретого тела и электрических величин модели (табл. 12). [c.68]

Для изучения теплового состояния, поршней дизелей типа ДЮО [c.73]

Упрощенные методы расчета теплового состояния поршней с масляным охлаждением. Несмотря на относительную простоту электрического моделирования и на широкое распространение вычислительных машин, возникает необходимость в применении упрощенных методов расчета теплового состояния поршней. Такие методы необхо- [c.78]

Анализ распределения тепловых потоков в поршнях показывает, что в зоне уплотнительных колец радиальные потоки тепла во много раз выше осевых. При этом тепло от поршня к кольцу поступает через нижнюю плоскость ее, а затем проходит через кольцо к цилиндровой гильзе и к воде (см. рис. 37, б). С учетом этого на рис. 43 представлена схема, которая позволяет изучать тепловое состояние поршня, колец и гильзы. При этом термические сопротивления головки [c.82]

Перепады температур по участкам юбки и тепловые потоки определяются аналогично рассмотренному выше. В 1 главы IV показаны некоторые результаты анализа теплового состояния поршней с масляным охлаждением по расчетным схемам рис. 40, 42 и 43. [c.83]

Экспериментальные методы исследования теплового состояния поршней. Наиболее распространенным методом измерения температуры является применение термопар, заделанных в поршень, с периодическим подключением их к измерительной аппаратуре [23]. Концы термопар (рис. 44, а) выводят на контакты, запрессованные в текстолитовую колодку, которая укреплена на торце поршня. На торец гильзы устанавливают колодку с пружинящими контактами, изготовленными из термоэлектродного провода, одинакового с материалом термопары. Пружинящие контакты термоэлектродными проводами присоединяют к переключателю термопар и от него одной парой таких же проводов к термостату. Потенциометр подсоединяют к термостату медными проводами ( холодный спай). [c.83]

Тепловое состояние поршней с масляным охлаждением можно оценивать не только по результатам измерения температур в отдельных точках, но и по количеству отводимого в масло тепла [см. формулу (7)]. Такая оценка теплового состояния при сравнениях конструкций поршней, условий эксплуатации и т. п. является более надежной, чем измерение температуры. Как видно из формулы (7), для определения количества тепла необходимо измерять расход масла через поршень при помощи телескопического устройства. На дизелях типа ДЮО таким методом производили одновременные измерения расхода масла через нижний и верхний поршни (рис. 45, а). При измерении расхода масла через поршень варианта 14В внутреннюю трубку 16 прикрепляли к плите 15 (рис. 45, б), а наружную 17 — к приемному бачку 5, который установлен на торце гильзы. Между внутренней и наружной трубками имелся радиальный зазор в 1 мм (диаметр внутренней трубки был равным 17 мм, толщина стенки 1,5 мм, длина ее 287 мм). При установке трубок необходимо соблюдать их параллельность и обеспечивать заход внутренней трубки в наружную (в в. м. т.) не менее чем на 10 мм. [c.87]

Тепловое состояние поршня во многом зависит от количества масла, поступающего на его охлаждение, которое определяется компоновкой масляной системы, производительностью насоса, величинами зазоров в подшипниках коленчатых валов и т. п. Для экспериментальных исследований масляную систему дизеля оборудуют манометрами Рх, Ра И Т. Д. И термометрами Т , (рис. 47). Мерной шайбой измеряют количества масла, поступающего в дизель, а крыльчатыми расходомерами — к фильтрам и коренным подшипникам коленчатого вала. При установке расходомера между масляным коллектором 8 и входом в коренные подшипники 19 (рис. 47, б) возникают значительные падения давления из-за применения дополнительных труб, поэ-90 [c.90]

ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЕЙ НА НОМИНАЛЬНОМ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ [c.95]

Для оценки влияния толщины нагара на тепловое состояние поршней с масляным охлаждением на модели (см. рис. 36) определяли температурные поля. Распределение нагара принимали по рис. 62, а исходя из толщины его по краю головки. Коэффициент теплопроводности нагара принимался равным A, = 0,5 ккал/м ч° С. [c.116]

Рис. 64. Сравнение теплового состояния поршней дизелей с приводным и газотурбинным наддувом

Для составления системы алгебраических уравнений наиболее часто используют прием, при котором для каждого элемента составляют выражение для вычисления потенциальной энергии с учетом энергии от нагрузок. Исходя из условия, что в упругом состоянии равновесию тела соответствует минимум энергии, от выражения для потенциальной энергии элемента вычисляют частные производные по перемещениям узла в радиальном и осевом направлениях, суммируют производные (одноименные по номеру узла и направлению оси), сумму их приравнивают нулю и это дает алгебраическое уравнение. При расчете теплового состояния поршня составляют выражение для функционала [45], от которого находят частные производные по температуре узла. При этоМ Количество алгебраических уравнений в системе будет равно числу узлов. [c.132]

Рис. 93. Влияние конструкции и условий эксплуатации на тепловое состояние поршня с масляным охлаждением

Гц — площадь поршня, а Гр — площадь ребер. Из рис. 93, е видно, что увеличение поверхности охлаждающих ребер Гр оказывает малое влияние на тепловое состояние поршней с масляным охлаждением (даже увеличение их поверхности в 2 раза дает повышение теплоотвода в масло только на 14%, хотя снижается на 67° С). [c.177]

Используя схему рис. 42, был произведен анализ теплового состояния поршней с сохранением условий по подводу тепла такими же, как для рис. 93. Величины диаметров по зонам принимали й = 78 мм, 4" = 146 и ё " = 186 мм. При одинаковой толщине стенки Лет = 15 мм и постоянной величине коэффициента теплоотдачи в масло == = 1000 ккал/м ч° С температура наружной поверхности днища равна 394° С, а внутренней — 308° С. Для постоянной толщины стенки [c.180]

В главной камере намного ниже и процесс сгорания протекает мягче. Последнее явление вызвано большими сопротивлениями при перетекании газа, а также некоторым запаздыванием сгорания в главной камере при возрастающем объёме над поршнем. Кривая давления в цилиндре после в. м. т. протекает на участке аб выше линии давления в предкамере. При этом возникает обратный переток газов из рабочего цилиндра в предкамеру. Повышение давления в главном пространстве сгорания связано с неравномерным поступлением топлива в рабочий цилиндр в процессе выдувания из предкамеры и с понижением интенсивности горения в предкамере. Тепловое состояние предкамеры обеспечивает малое изменение периода запаздывания воспламенения топлива в предкамере в зависимости от числа оборотов. [c.255]

Ограничение разгона ротора при полном сбросе нагрузки всегда было одной из главных задач регулирования. Эта задача решается быстрым закрытием клапанов. Чтобы уменьшить мощность масляного насоса, часто применялись пружинные сервомоторы с высокой скоростью движения поршня за счет силы от пружины в сторону закрытия клапанов и с более медленным движением в обратную сторону. В таких сервомоторах пружина играет роль аккумулятора энергии, что вполне целесообразно. Сравнительно медленный ход в обратную сторону задерживает наброс нагрузки, что также благоприятно с точки зрения изменения теплового состояния лопаточного аппарата, но что ограничено требованиями экстренного регулирования. Времена [c.59]

В большинстве случаев высокий тепловой режим деталей ограничивает возможность увеличения литровой мощности п в первую очередь это относится к поршню, по тепловому состоянию которого устанавливают предел форсирования двигателя. Форсирование современных автомобильных и тракторных двигателей невозможно без совершенствования охлаждения и конструкции деталей, применения термостойких материалов и более качественных моторных масел. [c.274]

ДИМЫ для приближенной оценки отдельных вопросов, связанных с изменениями конструкции поршней и условий эксплуатации дизелей, а также при проведении экспериментальных исследований для получения- величин, которые не могут быть непосредственно измерены. Для приближенных расчетов был предложен ряд методов, среди которых наибольшее распространение получил описанный в работе [17], позволяющий рассчитывать тепловое состояние-неохлаждаемых и охлаждаемых поршней, однако он требует трудоемких вычислений. [c.79]

Принимая во внимание необходимость учета теплоты трения при расчетах теплового состояния поршня быстроходного дизеля и в то же время сложность непосредственного ее замера, можно использовать различные косвенные методы ее оценки. Одним из таких способов может служить расчет мощности потерь трения поршня по существующим приближенным формулам с последующим переводом мощности в теплоту. При подсчете теплоты трения поршня двигателя М-50 был принят следующий порядок расчета. Полагая, что основная доля работы трения поршня приходится на уплотнительные кольца, определяем мощность их трения, а затем теплоту. Для этой цели была использована зависиг,4ость, предложенная в работе [3]. На основании диаграммы давления в закольцевых пространствах считается, что тре1ше от давления газов развивает только первое и второе уплотнительные кольца, а остальные развивают трение от давления упругости. Принимая равными тепловые потоки в поршень и во втулку цилиндра, можно записать [c.251]

На модели были рассмотрены поля и тепловые потоки всех вариантов поршней дизеля 2Д100, а поршня варианта 14А по трем сечениям (см. рис. 34). Кроме того, изучалось влияние изменений коэффициентов теплоотдачи от газов к поршню, от поршня к маслу, температуры газов и температуры масла в каналах. Рассматривались температурные поля при изменении условий эксплуатации (отложение нагара в охлаждающих каналах, уменьшение и прекращение подачи масла в поршень, образование трещины в головке и др.) определялось тепловое состояние поршней с изменением коэффициента теплопроводности материала поршня, толщины и коэффициента теплопроводности керамического покрытия. [c.74]

Расчеты теплового состояния поршней с использованием ЭВМ. Электрическое моделирование обеспечивает исследование теплового состояния поршней с малой затратой времени простыми средствами, большой наглядностью и высокой точностью. Однако при расчетах термических напряжений точность ее оказывается недостаточной и тогда требуется проведение расчетов температур с использованием ЭВМ. Для расчетов применяют метсй конечных разностей, который позволяет заменять дифференциальное уравнение (2) системой алгебраических [14]. Алгебраические уравнения могут быть получены и непосредственно с использованием электрической модели. По закону Ома величина тока, протекающего через резистор го. соединяющий узлы 12 и 2в (рис. 38), определяется [c.75]

Перепады температур АГг, АГк, АГст и т. д. определяются как произведение теплового потока на соответствующее термическое сопротивление, т. е. АГр = QRp и т. д. Температура на границах участков определяется последовательным вычитанием из температуры газов падений температуры по участкам, т. е. Т = — ДТг и т. д. (см. рис. 40, б). Рассмотренный метод является простым, но он может вскрывать ряд существенных факторов для анализа теплового состояния поршней с масляным охлаждением (см. 1 гл. IV). [c.80]

В схеме применяют потенциометры типа ППТВ или УПЛ, переключатели термопар типов ПМТ-12, ПМТ-24 и импульсные трансформаторы с первичной обмоткой из провода диаметром 1,0 мм (100 витков), вторичной — 0.1 мм (6000 витков) и Ш-образным стальным сердечником сечением 20 X 17 В последние годы для автоматической регистраций -температуры поршня используют электронные потенциометры типа ЭПП-09 или КСП. Для увеличения продолжительности импульса в схему термопары параллельно включают накопительный конденсатор. Погрешность измерения при-этом не более 2—4° С. Для измерений температуры в поршнях дизелей типа ДЮО одновременно монтировалось до 18 термопар. Такое количество термопар достаточно для детальной оценки теплового состояния поршня или сравнения с расчетами. [c.85]

В эксплуатации тепловозные дизели работают с частыми переменами режима загрузки, что приводит к изменению теплового состояния поршней. Уровень наибольших температур, интенсивность и частота изменения их зависят от профиля пути, рода службы тепловоза (грузовой, пассажирский, маневровый), числа остановок в пути следования и т. п. На равнинном профиле тепловозные дизели работают с более постоянной нагрузкой, чем на горном. На перевалистом профиле (рис. 52) дизель 60—65% времени работает под нагрузкой, а ос-98 [c.98]

Тепловое состояние поршней меняется в эксплуатации также с изменением температуры воздуха в ресивере. Испытания на дизелях ЮДЮО дают следующую зависимость [c.121]

Давление воздуха в ресивере и температура его в эксплуатации изменяются и с температурой окружающей среды на каждые 10° С повышения температуры воздуха на дизелях ЮДЮО давление в ресивере снижается на 0,1 кгс/см , а температура его повышается пропорционально температуре окружающей среды, т. е. при температуре воздуха 40° С температура воздуха в ресивере может быть равной 85° С (вместо 60° С), а давление в ресивере 2,0 кгс/см. Отсюда следует, что при эксплуатации в условиях Среднеазиатской и Казахской дорог на тепловозах с дизелями, имеющими газотурбинньш наддув и охлаждение воздуха, в летний период будет повышенное тепловое состояние поршней, что отражается на надежности и сроках их службы. [c.121]

Нанесение покрытия и подслоя чаще всего производят плазменным способом [40]. Считается, что сцепление керамического покрытия с подслоем, а подслоя с основным металлом поршня имеется только механическое. Вследствие этого прочность сцепления в значительной степени зависит от качества подготовки поверхности поршней перед нанесением покрытий. Толщина покрытия, которая может длительно работать на поршне без отслоения, зависит от величины напряжений, возникающих в нем при нанесении, уровня рабочих напряжений, конфигурации камеры сгорания, наличия вьсточек и острых углов, а также от технологических факторов. Величина напряжений, возникающих в покрытии на дизеле, зависит от перепада температуры в нем, а также от различий в коэффициентах линейного расширения покрытия, подслоя и материала поршня (см. табл. 22 и 35). Учитывая напряженное состояние, конструктивные и технологические факторы, на головки поршней наносят покрытия толщиной 0,4—0,6 мм. При заданной толщине покрытия эффективность в снижении теплового состояния поршня определяется прежде всего коэффициентами теплопроводности керамики, которые до последнего времени еще мало исследованы. Данные, имеющиеся в литературе, по характеру изменения этого коэффициента от температуры, влиянию пористости и т. п. часто [c.122]

Рис. 65. Изменение теплового состояния поршня в зависимости от а — толщины керамического покры-тия йк б — коэффициента теплопроводности при постоянной толщине покрытия в — коэффициента теплопроводности материала пошня А,ст при постоянных величинах толщины и коэффициента теплопроводности покрытия Ом — теплоотдача поршня в масло Тх — температура поверхности керамики 72, Тг — температура соответственно наружной и внутренней поверхности головки

Тепловозные дизели значительную часть времени работают на холостом ходу и на малых нагрузках. На этих режимах имеет место неполное сгорание топлива. На дизелях 2Д100 эти продукты по дренажной трубе стекают на железнодорожный путь. На дизелях ЮДЮО на этой трубе установлен вентиль, который на малых нагрузках должен открываться, а на режимах, близких к номинальному, закрываться. Нарушения в управлении этим вентилем приводят к пригоранию его в трубе, а в последующем к зарастанию нагаром выпускного тракта и деталей турбокомпрессоров. В этих условиях уменьшается поступление воздуха в цилиндры, ухудшаются условия продувки их и повышается тепловое состояние поршней. Лучшим вариантом является переход на автоматическое управление вентилем. д [c.203]

Ивашкин Ю. И. Исследование теплового состояния поршня двигателя 8 ЧН 21/21. — В кн. Опыт создания турбин и дизелей. Свердловск, Средне-Уральское кн. изд-во, 1974. 187 с. [c.209]

Нормальная эксплуатация паровых машин требует выполнения ряда мероприятий как-то перед пуском — осмотра и смазки машины, установки поршня в положение за мертвой точкой, заправки масленок и пр. Пуск следует начинать с прогрева машины до момента выхода из продувочных кранов пара. Одновременно с прогревом создается вакуум в конденсаторе. После прогрева машины зключается смазка и открывается пусковой вентиль после нескольких оборотов закрываются продувочные краны с доводкой машины до нормальных оборотов. Нагружать машину следует постепенно после установившегося теплового состояния на холостом ходу. При нормальной работе машины не должно быть слышно стуков, ударов, скрипов и т. д. [c.343]

В книге рассмотрены особенности конструкции поршней, тепловозных дизелей, характер повреждений их в эксплуатации и сроки службы описаны методы исследования теплового и напряженного их состояния представлены результаты исследования влияния конструкции, технологии изготовления и условий эксплуатации на тепловое и напряженное состояние поршней приведены методы повышения надежности их работы в эксплуатации и ускоренных испыта- ний. [c.2]

Поршни тепловозных дизелей работают в более тяжелых условиях, чем поршни стационарных и судовых двигателей. При- движении тепловоза с составом по перевалистому профилю пути многократно изме- няется тепловое и напряженное состояние поршней. Известны факты, когда поршни, работавшие длительно и надежно на дизелях в стационарных или судовых условиях, часто выходили из строя при установке их на локомотивы. Тепловозные дизели работают длительное время на холостом ходу (от 30 до 60% в зависимости от условий эксплуатации), что приводит к отложению нагара (на выпускных окнах цилиндровых втулок, в клапанах, на деталях турбокомпрессоров и т. п.), пригоранию колец, ухудшению смазочных свойств масла и др. Все это в значительной степени осложняет условия работы поршней. На железных дорогах СССР тепловозные дизели могут работать при. температуре окружающего воздуха от плюс 45° С (Средняя Азия) и до минус 50° С (северная часть СССР и Сибирь) при изменениях атмосферного давления от 760 до 625 мм рт. ст. (на высоте 1500 м). Повышение температуры окружающей среды и снижение атмосферного давления увеличивает тепловые нагрузки на поршень из-за уменьшения коэффициента избытка воздуха. При снижении температуры окружающей среды возрастают давления сгорания и, как следствие, повышаются механические нагрузки на поршень. [c.3]

В книге сделана попытка обобщить опыт повышения надежностх поршней отечественных тепловозных дизелей с анализом зарубежных данных. Так, в главе I в систематизированном виде рассмотрены конструктивные особенности поршней, виды их повреждений, изменения характера повреждений и сроков службы в процессе усовершенствования конструкции, технологии изготовления и эксплуатации дизелей. В связи с тем что преждевременные выходы поршней из строя вызываются высоким уровнем температуры и напряжений, в главах II и III описаны методы экспериментального и расчетного исследований и приведены их фактические величины. Путем сопоставления температур и напряжений с характером трещин, образующихся в поршнях, показаны ( 4 гл. III) причины, механизм возникнойения и методы их устранения. На основе расчетных и экспериментальных исследований в главе IV рассмотрены общие методы снижения теплового и напряженного состояния поршней, а также влияние материала, качества изготовления, ремонта и условий эксплуатации на надежность и долговечность поршней. В этой же главе дан анализ методов ускоренных испытаний для сравнительной оценки конструктивных вариантов поршней, материалов, применяемых для изготовления, а также масел, используемых для охлаждения. Автор надеется, что книга будет полезна эксплуатационникам, а также конструкторам и научным работникам, занимающимся повышением надежности и долговечности поршней. Экспериментальные и расчетные методы, рассмотренные в книге, могут быть использованы для исследований теплового и напряженного состояний и других деталей дизелей (цилиндровых крышек, клапанов и т. п.). [c.4]

Наиболее важным показателем теплового состояния является температура и распределение ее по телу поршня, т. е. его температурное поле. Для большинства конструкций при расчете поршни тепловоз-пых дизелей можно заменять осесимметричным цилиндрическим телом. В таком теле отсутствуют тепловые потоки в окружном направлении, что позволяет объемную задачу теплопроводности свести к плоской. В кача тве расчетной схемы принимают сектор поршня с углом в один радиан (А0 = 1, рис. 34). При отсутствии полной осевой симметрии можно рассматривать раздельно несколько сечений. Для исследования поршней дизелей 2Д100 со спиральным каналом (варианты 14А, 14Б и 14В — см. рис. 2 и 4) в качестве основного принимали сечения ОА (см. рис. 34), проходящее через лыску против факела форсунки, ОВ — по оси пальца и ОС — вдоль оси выемки. [c.64]

В качестве электрической модели используют электропроводяш,ую бумагу [20], ванну с электролитом [78] или сетку из сопротивлений (рис. 36, а). Применение моделей для исследования теплового состояния представляет процесс, аналогичный расчету, различие только в том, что уравнения, описывающие распределение тепла, не решают вручную или с использованием ЭВМ, а моделируют, т. е. изготавливают электрическую модель, задают на нее требуемые граничные условия (потоки или температуру), измеряют потенциалы (температуру) и токи (тепловые потоки). Возможность моделирования уравнения (2) при помощи сетки из сопротивлений возникает вследствие того, что распределение потенциалов в сетке определяется уравнением Лапласа в конечно-разностной форме. Исходя из этого, электрическая модель (рис. 36, б) должна состоять из сетки сопротивлений, пропорциональных термическим сопротивлениям поршня, устройства для задания потенциалов, пропорциональных температуре на границах, и устройства для измерения потенциалов, пропорциональных температуре в теле поршня, а также токов, пропорциональных тепловым потокам. [c.68]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...