Лекція 11 Тепловий баланс і теплова напруженість деталей двигуна
де - загальна кількість теплоти, введене в двигун паливом на заданому режимі; - теплота, еквівалентна ефективній роботі двигуна; - теплота, віддана охолоджувальної середовищі; - теплота, що буря з двигуна з відпрацьованими газами; - частина теплоти палива, що втрачається внаслідок неповного його згоряння; - теплота, віддана маслу; - залишковий член, що визначає втрати, не враховані складовими теплового балансу, - механічні втрати.
Тепловий баланс можна визначати у відсотках від усього коли-пра введеної теплоти. тоді
Тепловий баланс можна визначати у відсотках від усього коли-пра введеної теплоти. тоді
Теплоту, передану охолоджуючої середовищі через стінки ци-Ліндрен, головку блоку циліндрів, поршень і поршневі кільця, можна визначити за рівнянням
Теплоту, передану охолоджуючої середовищі через стінки ци-Ліндрен, головку блоку циліндрів, поршень і поршневі кільця, можна визначити за рівнянням
Мал. 11.1. Схема внутрішнього балансу теплоти двигуна:
- теплота, отримана при згорянні палива, - теплота, еквівалентна індикаторної роботі двигуна; - теплота, еквівалентна ефективній роботі двигуна; - теплота, передана стінок, що обмежують внутріціліндровие обсяг; - теплота, віддана охолоджувальної середовищі;
- загальна кількість теплоти, що міститься у відпрацьованих газах; - теплота, еквівалентна роботі, що витрачається на тертя і привід допоміжних механізмів; - теплота, передана охолоджуючої середовищі внаслідок тертя поршня і кілець; - частина теплоти палива, що втрачається через хімічної неповноти згоряння; - залишковий член; - теплота, відповідна кінетичної енергії відпрацьованих газів; - теплота, що втрачається внаслідок випромінювання; - теплота, що віддається відпрацьованими газами в охолоджуючу систему в випускному патрубку; - теплота, що буря з дви-гатель з відпрацьованими газами
Теплота, віднесена відпрацьованими газами,
де - кількість теплоти, віддаленої з циліндра з відпрацьованими газами, Дж / с; - кількість теплоти, введеної в циліндр двигуна зі свіжим зарядом, Дж / с; і - молярний теплоємності при постійному тиску відпо-венно продуктів згоряння і свіжого заряду, Дж / (кмоль ° С)]; - температура відпрацьованих газів, виміряна за випускним патрубком, ° С; - температура свіжого заряду на впуску в циліндр двигуна, ° С.
Теплоту визначають шляхом вимірювання кількості теплоти, відданої маслом воді в масляному холодильнику.
Теплоту визначають шляхом вимірювання кількості теплоти, відданої маслом воді в масляному холодильнику.
Величину при зазвичай окремо не підраховував і включають в залишковий член. який визначають за різницею:
Якщо випробування проводяться при. щось не виділилася з-за неповноти згоряння теплоту підраховують за висловом
де = А (1) LO
Таблиця 11.1
Таблиця 11.1
Складові теплового балансу (в%)
На рис. 11.2, а показана залежність складових теплового балансу від частоти обертання карбюраторного двигуна ГАЗ-53.
На рис. 11.2, а показана залежність складових теплового балансу від частоти обертання карбюраторного двигуна ГАЗ-53.
З підвищенням частоти обертання збільшується ефективно використана теплота з 20 до 24%. Кількість теплоти з ростом частоти обертання знижується з 30 до 20% при значному збільшенні теплоти.
З підвищенням частоти обертання збільшується ефективно використана теплота з 20 до 24%. Кількість теплоти з ростом частоти обертання знижується з 30 до 20% при значному збільшенні теплоти.
Теплота має найбільше значення при = 1200 ÷ 1600 об / хв. Теплота. спільно з становить при середній частоті обертання близько 10%, збільшуючись при підвищенні і зниженні частоти.
На рис. 11.2, б приведена навантажувальна характеристика двига-теля ГАЗ-53. У верхній частині малюнка показано зміна коефіцієнта α в залежності від навантаження.
Залежність складових теплового балансу від навантаження в ді-зеле ЯМЗ-238Н з наддувом при
Залежність складових теплового балансу від навантаження в ді-зеле ЯМЗ-238Н з наддувом при
= 2100 об / хв показана на рис. 11.2, в. Ефективно використовується теплота становить 36%.
При зміні навантаження від повної до 50% ефективний ККД, який визначається величиною. змінюється всього на 2% від його максі-мального значення, що досягається при. У охолоджуючу середу відводиться теплоти від 17% при повному навантаженні до 23% при з відпрацьованими газами відповідно від 39 до 33%. Характер зміни складових теплового ба-Ланса по швидкісній характеристиці дизеля показаний на рис. 11.2, м
11.2 Теплова напруженість
11.2 Теплова напруженість
Сучасна тенденція розвитку швидкохідних автотрактор-них двигунів характерна прагненням їх форсування по ско-ростному режиму та середньому ефективному тиску. Таке на-правління розвитку призводить до зростання механічних і теплових навантажень. Останні головним чином і визначають межу фор-сірованіе двигуна.
Теплова напруженість двигуна характеризує рівень тим-ператури його основних деталей і визначає допустиму з усло-вий міцності застосовуваних матеріалів термічну навантаження для них. Теплова напруженість характеризує також умови роботи тертьових пар.
У найбільш складних умовах по тепловій напруженості знаходяться вогневі днища головки блоку циліндрів і поршня, температурні поля яких характеризуються значною НЕ-рівномірністю в різних зонах. Температура поверхні цих деталей і особливо поршня істотно впливає на умови експлуатації двигуна і його надійність. Перегрів поршня, якщо при цьому недостатньо добре змащуються зв'язані деталі, викликає закоксовиваніє кілець, задираки робочої поверхні поршня і гільзи та інші дефекти. Внаслідок нерівномірного поля тим-температур в днище поршня і голівці вони деформуються, а ступінь теплової напруженості їх в зонах з різними температурі не-однакова, в результаті чого виникають тріщини і прогар в окремих-них місцях.
У найбільш складних умовах по тепловій напруженості знаходяться вогневі днища головки блоку циліндрів і поршня, температурні поля яких характеризуються значною НЕ-рівномірністю в різних зонах. Температура поверхні цих деталей і особливо поршня істотно впливає на умови експлуатації двигуна і його надійність. Перегрів поршня, якщо при цьому недостатньо добре змащуються зв'язані деталі, викликає закоксовиваніє кілець, задираки робочої поверхні поршня і гільзи та інші дефекти. Внаслідок нерівномірного поля тим-температур в днище поршня і голівці вони деформуються, а ступінь теплової напруженості їх в зонах з різними температурі не-однакова, в результаті чого виникають тріщини і прогар в окремих-них місцях.
Досягнення оптимальних умов по тепловому стану форсованого двигуна визначаються раціональною конструкцією теплосприймаючої деталей, порожнин охолодження і параметрами агрегатів системи охолодження. Велике значення має також правильне співвідношення між кількістю теплоти, що віддається в охолоджуючу двигун середу і видаляється з циліндра з відпрацьованими газами. Особливо в разі газотурбінного наддуву раціональний розподіл відводу теплоти сприяє підвищенню теплоспоживання і, отже, форсування двигуна. При цьому шляхом введення в циліндр більшого масового кількості повітря і відповідно (для дизеля) роботи на великих навантаженнях з більш високим значенням можна істотно знизити теплову напруженість двигуна.
Таким чином, вивчення факторів, що впливають на теплову напруженість відповідальних деталей двигуна має велике значення для забезпечення надійної його експлуатації.
У двигуні внутрішнього згоряння теплова напруженість основних деталей визначається величиною і характером протікання теплових потоків. Конструктивна складність деталей, раз-відмінність умов охолодження по поверхні деталей, неоднорідність термодинамічних параметрів робочого тіла по об'єму камери згоряння призводять до того, що умови тепловіддачі по поверхні деталей, що обмежують внутріціліндровие обсяг, неоднакові. Внаслідок цього теплові потоки, що проходять через окремі ділянки теплопередающей поверхні, різні. У процесі здійснення циклу теплопередающей поверхню змінюється. Зазначені та інші фактори, супутні протека-нию окремих стадій циклу (вихровий протягом газів, гідродинамічні процеси при впуску та випуску, зміна стану робочого тіла при згорянні і т. Д.) Істотно впливають на харак-тер теплових потоків.
У двигуні внутрішнього згоряння теплова напруженість основних деталей визначається величиною і характером протікання теплових потоків. Конструктивна складність деталей, раз-відмінність умов охолодження по поверхні деталей, неоднорідність термодинамічних параметрів робочого тіла по об'єму камери згоряння призводять до того, що умови тепловіддачі по поверхні деталей, що обмежують внутріціліндровие обсяг, неоднакові. Внаслідок цього теплові потоки, що проходять через окремі ділянки теплопередающей поверхні, різні. У процесі здійснення циклу теплопередающей поверхню змінюється. Зазначені та інші фактори, супутні протека-нию окремих стадій циклу (вихровий протягом газів, гідродинамічні процеси при впуску та випуску, зміна стану робочого тіла при згорянні і т. Д.) Істотно впливають на харак-тер теплових потоків.
Питомий тепловий потік в Вт / м2
Питомий тепловий потік в Вт / м2
де - кількість теплоти, що проходить через дану поверхню деталі, Вт; F - розглянутий ділянку поверх-ності, м2.
Теплові потоки в двигуні мають яскраво виражений Неста-стаціонарної характер.