Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Ван Юйянь. Обращенная циркуляция охлаждающей жидкости как фактор повышения экономичности дизеля : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 СПб., 2006 113 с. РГБ ОД, 61:06-5/2919

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС(АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ)

I. I. Влияние системы охлаждения на тепловое состояние ДВС и на его экономичность 15

1.2. Роль гидравлических задач в вопросах охлаждения ДВС

2. ГИДРАВЛИКА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА В ПОЛОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ РУБАШКИ ЦИЛИНДРА 41

2.1. Оценка конечных температур теплоносителя 41

2.2. Оценка скорости движения теплоносителя 50

2.2.1. Движение теплоносителя в полости охлаждения втулки 50

2.2.2. Узкая щель 60

2.3. Качественная оценка влияния направления течения охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра на интенсивность теплопередачи 64

2.3.1. Оптимальная температура теплоносителя 64

2.3.2. Качественная оценка теплового баланса потока теплоносителя в полости охлаждения втулки 67

2.3.3. Негативные стороны обращения циркуляции 69

3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 73

3.1 Объект исследований 73

3.2 Методика исследований характеристик рабочего процесса дизеля 77

3.3 Экспериментальная установка, приборы и оборудование 85

3.4. Методика обработки экспериментальных данных. Погрешности измерения и расчета 89

3.5. Результаты экспериментальных исследований 93

3.5.1. Исследование тоиливно-экономических и энергетических показателей дизеля 2495 при изменении направления движения охлаждающей воды в контуре охлаждения ДВС и дизеля 2495 со штатной системой охлаждения в условиях скоростной характеристики 97

3.5.2. Исследование технико-экономических параметров дизеля в условиях нагрузочной характерне гики 102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  

Введение к работе:

В настоящей диссертации под системой охлаждения (СО) понимается насосная система жидкостного охлаждения, т.е. система охлаждения, использующая в качестве теплоносителя капельную (текучую) среду (жидкость), в которой отсутствуют фазовые переходы. Перемещение теплоносителя в такой системе осуществляется насосом. Системы охлаждения этого типа наиболее широко представлены на двигателях небольшой мощности транспортного и общепромышленного применения. Кроме этого, они широко и всесторонне исследованы.

Функциональное назначение всякой системы охлаждения ДВС состоит в поддержании максимально допустимого температурного состояния деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) (крышки цилиндра, втулки, поршня). В большинстве реализованных систем охлаждения эти функции достигаются только отчасти и только на режимах номинальной (максимальной) мощности и (или) максимального (номинального) крутящего момента. Как правило, выполненные системы охлаждения гарантируют отвод теплоты с «запасом», обеспечивая заведомо большее снижение температуры на частичных нагрузках и, даже, на полной нагрузке, чем это необходимо по условиям эксплуатации ДВС. В создании подобного запаса есть определенный резон, продиктованный унификацией ДВС в пределах размерного ряда.

Например, дизель 64 12/14 был форсирован по мощности почти вдвое (с 65 кВт до 120 кВт) применением свободного газотурбинного наддува без переделок контура охлаждения и даже без изменения производительности насоса пресного контура. Подобная унификация позволяет решать производственные задачи. Но, очевидно, что исходный ([базовый) вариант двигателя имел заведомо «избыточную» систему охлаждения.

В условиях ДВС небольшой мощности, без наддува, уже не существует сколько-нибудь заметных способов воздействия на экономичность через рабочий процесс, через индикаторные показатели двигателя. По-видимому, на этом направлении ресурсы усовершенствования двигателя исчерпаны или близки к исчерпанию. Об этом убедительно свидетельствует опыт ЦІІИДИ по повышению топливной экономичности дизелей промышленного применения [Двигателестроение. -1982. -№10. -1986.-№1.].

Остается единственный и эффективный параметр управления — механический КПД. Его роль в повышении экономичности двигателя, как показывает практика доводки серийных и новых ДВС, трудно недооценить. І Іаряду с обширным комплексом технологических мероприятий, связанных, в частности, с применением новых типов уилошительных и скребковых колец, с управлением эпюрой давления колец, с созданием новых профилей головки и тропка поршня, резервом экономичности остается система охлаждения двигателя.

Совершенствование системы охлаждения производится, в основном, по двум направлениям. Первое направление совершенствования системы охлаждения связано с увеличением температуры охлаждающей жидкости. 11ри этом многими авторами отмечается рост топливной экономичности двигателя. Снижение расхода топлива связано с уменьшением мощности механических потерь, со снижением мощности сил трения в ЦПГ.

Однако, перевод двигателя на работу с повышенной температурой теплоносителя чреват, во-первых, существенной переделкой контура охлаждения, связанной с ростом давления в контуре охлаждения, с увеличением плотности арматуры, с изменением компоновки дренажно-компенсационной линии и.т.п. Резко повышаются требования к насосу СО в части увеличения кавитационного коэффициента быстроходности (иногда на 100...200 об/мип).

Во-вторых, ужесточаются требования к тепловым зазорам в сопряжении поршень-втулка. Увеличение температуры теплоносителя приводит к росту температуры поршня и втулки цилиндра. Рисунок BI иллюстрирует сказанное на примере 2 двигателей, малой мощности и дизель-генератора с небольшим наддувом [P.M. Петриченко. Диссертация.—Л., 1967. -с.85. Совершенно очевидно, что изменение (увеличение) температуры поршня и втулки изменяют температурный режим теплопередачи в сопряжении поршень-зеркало втулки. Сохранение подвижности и нормальной работы сопряжения неизбежно связано с изменением тепловых зазоров на головке поршня, на его колечном поясе и на тронке поршня. Это, по существу, означает разработку новой конструкции поршня.

В-третьих, изменение температурного режима ЦП Г требует применение новых смазочных материалов. Современный автор указывает, что «Повышение температуры охлаждающей воды при переводе двигателя на ВТО в известных пределах благоприятно сказывается на износе деталей ЦП Г. Гак, повышение средней температуры охлаждающей воды на 10 °С , с 80 °С до 90 °С , по данным фирмы «Инжиниринг Контрол», США, вызывает уменьшение изиосов втрое. Это объясняется более равномерным прогревом блока и втулки, уменьшением коробления и снижением коррозионного износа втулки. Однако если температура втулки превышает 145...160 °С , то может наблюдаться, при использовании отечественных минеральных масел, повышенный износ втулки, колец и поршня» [Ставицкий В.Г. Результаты сравнительных испытаний дизеля ЗД-6 при различных температурах охлаждающей воды. Судостроение. -1960.2.].

Сказанное позволяет констатировать, что перевод ДВС на охлаждение теплоносителем с повышенной температурой требует создания новой модификации двигателя и его систем, в том числе, с иными температурными зазорами, с иным контуром охлаждения, иным насосом и с иной системой смазки.

Второе направление совершенствования СО связано с воздействием на механический КПД двигателя изменением вектора потока охлаждающей жидкости без специального изменения температурного режима охлаждения. Речь идет, прежде всего, об изменении направления движения охлаждающей жидкости в контуре охлаждения при сохранении неизменной конструкции охлаждающего контура - арматуры, полостей охлаждения, насоса, системы автоматического контроля и теплообменных аппаратов.

Конечно, для двигателей с высокими технико-экономическими показателями, такими, как Д-49, B&W, MTU, система охлаждения не является избыточной и величина г)С00 не превосходит 12...17%. В то же время для ДВС малой агрегатной мощности, с невысокой степенью форсирования, величина относительного отвода теплоты в СО не мала. 1 Іозтому такие двигатели, грубо говоря, имеют избыточную систему охлаждения. Для малоразмерных дизелей существуют резервы подогрева втулки и поршня без перевода двигателя на охлаждение при повышенных

• температурах теплоносителя. Существует несколько решений задачи об изменении направления потоков. Например, в [Большаков В.Ф., Фомин Ю.Я., Павленно В.И. Эксплуатация судовых среднеоборотных дизелей. - М.: Транспорт. -1983. — 160с] предложен контур охлаждения ДВС, в котором подвод охлаждающей жидкости производится через несколько параллельно соединенных приточных коллекторов. При работе двигателя на малых нагрузках ограниченный расход жидкости подается только в верхний приточный коллектор, обеспечивая охлаждение только фланцевой части втулки и горячего стыка. Этот коллектор выполнен гак, что часть расхода теплоносителя перепускается на всасывающую линию насоса, см. рис. В2. При увеличении нагрузки подвод жидкости переключается на нижний приточный коллектор, выполненный тупиковым и в котором весь расход теплоносителя проходит через всю рубашку охлаждения.

В [Кригер A.M., Дискин М.Е., Новенников АЛ., Пикус В.И. Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей. -М.: Машиностроение. -1985. —176с] предложен комбинированный реверс потока в контуре охлаждения двигателя с внешним парообразованием. На низких нагрузках расход теплоносителя перепускается мимо блока. 11ри увеличении нагрузки регулятор расхода направляет поток в крышки цилиндров. Дальнейшее увеличение наїрузки сопровождается переключением на прямую схему циркуляции. Управляющим воздействием для регулятора расхода (трехходового крана) служит давление пара в расширительном баке.

Как видно, эти решения связаны с коренной переделкой контура охлаждения, с его усложнением.

Наиболее простой и естественный способ - реверс потока, при котором «холодный» теплоноситель вначале подается в крышку цилиндра, а затем переливается в рубашку блока. Такое охлаждение использовалось на дизелях 64 12/14, Ч 9,5/10, Ч 10,5/13, 8ЧН 26/26 и др. в 1981...1993 [Баталова. В.А. Температурные и гидродинамические режимы работы системы охлаждения головок цилиндров быстроходных дизелей. Диссертация соиск. учен. степ, к.т.н. —Л., ЛПИ, 1986.] и показало неплохие результаты при натурных испытаниях на заводах— изготовителях.

В связи с этим цель настоящего диссертационного исследования ставится как применение и внедрение простейшего реверса охлаждении или обращении циркуляции охлаждающей жидкости, на дизелях небольшой мощности, со средним эффективным давлением не выше (),5...0,6 МПа, без парообразования в контуре охлаждения, для улучшения эффективных показателей двигателя.

Объект исследования. Дизельный двигатель широкого народнохозяйственного назначения 24 95/110, номинальная мощность 17,5 кВт, максимальная частота вращения 2000 об/мин, производства машиностроительного завода г. Тайюань, КНР.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие общие задачи:

— практически реализовать обращенную циркуляцию охлаждающей воды в контуре охлаждения серийного двигателя и произвести сравни тельные испытания на характерных режимах внешней и нагрузочной характеристики. Изучить интегральные характеристики отвода теплоты в натурных условиях заводских стендовых испытаний;

- оцепить интегральные характеристики теплоотдачи в рубашке цилиндров при штатной и при обращенной циркуляции в условиях однофазной конвекции.

Методы исследования настоящей диссертации представлены следующие:

1. Сравнительное изучение характеристик двигателя при работе со штатной системой охлаждения и при обращении циркуляции в контуре охлаждения, на испытательном стенде и по требованиям завода-изготовителя.

2. Гидравлическое моделирование обтекания втулки цилиндра. 3. Численное моделирование режимов течения и теплоотдачи в

контуре охлаждения. Новизна результатов

1. Доказательство возможности заметного (на 10...15%) снижения удельного расхода топлива при изменении направления движения охлаждающей воды в контуре охлаждения на режимах внешней и нагрузочной характеристик. При этом максимальное снижение удельного расхода топлива наблюдается на дробных режимах работы. 

2. Доказательства снижения теплоотдачи и отвода теплоты от втулки цилиндра при обращении направления движения охлаждающей воды в рубашке цилиндра.

На защиту выноси гея следующие положении:

- в традиционной схеме охлаждения температура поверхности втулки возрастает вдоль направления движения воды, а при обращении направления движения, по меньшей мере, не увеличивается. Поэтому теплоотдача от поверхности охлаждения втулки в воду снижается при обращении направления движения воды в рубашке охлаждения;

- обращение направления движения охлаждающей воды в рубашке охлаждения не приводит к увеличению потерь напора в рубашке;

- обращение направления движения охлаждающей воды в рубашке увеличивает экономичность дизеля в среднем па 10...15%. Максимальное снижение расхода топлива (до 20...30%) достигается на дробных нагрузках и снижается на нагрузках, близких к номинальным значениям.  

Подобные работы
Гайсин Эльмир Маликович
Повышение топливной экономичности тракторных дизелей регулированием режимов их работы пропуском подачи топлива
Медведев Алексей Николаевич
Повышение топливной экономичности автомобильных дизелей отключением части цилиндров
Абдель Мунем Музхер Хашем
Оптимизация характеристик дизель - электрической силовой установки с целью повышения эксплуатационной топливной экономичности
Дудкин Виктор Иванович
Резервы повышения индикаторной экономичности и пути их реализации в современных тракторных дизелях
Крохотин Юрий Михайлович
Улучшение экономичности тепловозных дизелей путём совершенствования их топливной аппаратуры
Корнилов Геннадий Сергеевич
Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей
Гаев Валерий Дмитриевич
Повышение экономичности паровых турбин за счет оптимального проектирования проточных частей
Талда Геннадий Борисович
Повышение топливной экономичности и снижение токсичности бензиновых двигателей добавкой водорода к бензину
Валиев Шамиль Зуфарович
Использование стехиометрического состава горючей смеси для повышения топливной экономичности бензиновых двигателей
Басс Борис Абрамович
Повышение топливной экономичности бензиновых двигателей увеличением энергии источника искрового зажигания

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net