Диплом (1219254), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Второй период характеризуется тем, что объемы и сообщены, поэтому топливо может поступать как из объема в объем так и обратно – из объема в объем . На клапан при этом действуют со стороны плунжера давление по площади поперечного сечения перьев клапана и поток топлива, перетекающего из объема в объем . Противодействуют этим силам давление и жесткость пружины клапана. Направление действия силы потока при отсечке, когда топливо перетекает из объема в объем изменяется. После израсходования энергии, сообщенной клапану при выходе запорного конуса седла из канала гнезда под действием силы жесткости пружины, которая в этот момент значительно превышает величину перепада давления , клапан начинает обратное движение, во время которого ему также сообщается ускорение. Под влиянием этого ускорения запорный конус седла клапана может так близко подойти к входному сечению канала гнезда, что перетекание топлива из объема в объем в объем затормозится, вследствие чего клапан будет подброшен на высоту, соответствующую равновесному состоянию сил, действующих на клапан, на которой он может на некоторое время задержаться, или на большую высоту, после чего снова начнет обратное движение.

Клапан войдет в канал гнезда после начала отсечки, причем обратное движение запорного конуса седла по каналу гнезда от момента его входа до момента посадки клапана на седло следует считать третьим, последним периодом движения клапана. На рисунке 3.4 изображена теоретическая кривая движения клапана системы ТНВД, на рисунке 3.5 зависимость проходной площади от подъема клапана.

Рисунок 3.4 – Теоретическая кривая движения нагнетательного клапана

Рисунок 3.5 – Зависимость площади между запорным конусом седла и конусом седла от подъема нагнетательного клапана

Таким образом, существенную роль на работоспособность нагнетательного клапана играет жесткость пружины.

Клапан при посадке освобождает собою объем, в результате чего давление в области нажимного штуцера снижается. Интенсивность снижения давления зависит от скорости перемещения клапана. На рисунке 3.6 показана кривая спада давления.

Из графика видно, что давление в нажимном штуцере сначала снижается медленно, потом всё более интенсивно, далее спад давления замедляется. А поскольку спад давления находиться в прямой зависимости от скорости клапана, то и она меняется по такой же закономерности. Изменение скорости клапана при его движении к седлу объясняется тем, что в период отсечки топлива плунжер и клапан перемещаются навстречу друг другу и сжимают топливо. Оно не успевает перетекать в отсечное отверстие втулки плунжера, и давление в надплунжерном объёме возрастает, что и тормозит движение клапана.

Рисунок 3.6 – Изменение давления топлива в конечной фазе впрыска

Уравнение движения клапана, когда его запорный конус седла входит в отверстие седла, определяется формулой

, (3.3)

где , – жесткость и предварительное сжатие пружины клапана, Н/мм;

, – ход разгрузки клапана и текущее значение хода от положения максимального его подъема к седлу, мм;

– площадь поперечного сечения клапана по запорному конусу седла, мм²;

, – давление топлива в нажимном штуцере и надплунжерном пространстве, МПа;

– масса клапан, г.

Масса клапана определяется формулой

. (3.4)

Это линейное дифференциальное уравнение 2-го порядка с постоянными коэффициентами (неоднородное). Данное уравнение можно представить в виде

. (3.5)

В окончательном виде закон движения клапана определяется формулой

. (3.6)

Из формулы (3.6) следует, что клапан будет осуществлять колебательное движение с периодом и, следовательно, время прямого и обратного хода клапана определяется формулой

. (3.7)

Из формулы следует, что с уменьшением жесткости пружины клапана увеличивается .

Движение клапана для различных значений представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Качественная картина движения клапана для различных значений

Разность определяется формулой

, . (3.8)

Анализ полученной формулы показывает, что с увеличением жесткости пружины уменьшается продолжительность закрытия клапана и сокращается период освобождения от остаточного давления в линии нагнетания и тем самым снижается вероятность подвпрысков топлива и как следствие снижается работоспособность клапана, а дымность дизеля изменяется.

Таким образом, теоретически обосновано влияние жесткости пружины на работоспособность нагнетательного клапана.

4 Определение влияния неисправностей клапана топливного насоса высокого давления на рабочий процесс дизеля в программе «Дизель-РК»

4.1 Описание программы «Дизель–РК»

Программа «Дизель–РК» предназначена для проведения расчетных исследований двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в широком диапазоне режимов работы [7, 8]. Программа «Дизель–РК» позволяет проводить расчет как отдельных режимов работы двигателя, так и расчет сразу нескольких режимов, образующих характеристику.

Программа «Дизель–РК» не позволяет исследовать неравномерность очистки и наполнения отдельных цилиндров, не рассматривает неустановившиеся процессы, как указанные выше программы; она в первую очередь ориентирована на процессы смесеобразования и сгорания в цилиндре, рассматривая нестационарные течения лишь в каналах, соединяющих цилиндр с другими элементами газовоздушного тракта. Программа «Дизель–РК» предназначена для:

- термодинамического анализа ДВС;

- исследования наддува;

- исследования влияния фаз газораспределения;

- исследование влияния топливной аппаратуры и формы камеры сгорания;

- исследования системы рециркуляции отработавших газов.

Высокое быстродействие программы «Дизель–РК» позволяет решать многопараметрические оптимизационные задачи, и прежде всего, задачи оптимизации формы камеры сгорания и топливной аппаратуры дизелей для снижения выбросов оксидов азота и твердых частиц.

Расчетные исследования проводятся очень быстро и без больших затрат. В результате каждого расчета, в удобной форме выводится информация о позитивных и негативных факторах развития каждой из топливных струй, включая их взаимодействие между собой. Это позволяет шаг за шагом проводить оптимальное проектирование камеры сгорания и конструкции распылителя, добиваясь наилучшего развития топливных струй с минимальными потерями от взаимодействия их между собой.

4.2 Настройка программы «Дизель–РК»

Работа в программе «Дизель–РК» начинается с создания проекта. Мастер создания проекта позволяет сформировать основные характеристики ДВС для последующей более тонкой настройки модели (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Загрузочное окно программного комплекса «Дизель–РК» и окно мастера создания проекта

При формировании основных характеристик выбирается: тактность и схема двигателя; число цилиндров; тип рабочего процесса; система охлаждения; диаметр цилиндра; ход поршня; номинальная частота вращения; степень сжатия; параметры окружающей среды; область применения; основные параметры наддува, если таковой имеется. Результаты расчетного исследования комплекс позволяет представить графически, а так же выводит таблицу с рассчитанными показателями.

Выбор расчетных точек осуществляется «галочками» в настройках программы. Если выбран только один режим, результаты расчета будут включать:

- таблицу интегральных параметров двигателя;

- диаграммы газообмена;

- диаграммы тепловыделения;

- индикаторные диаграммы;

- данные для визуализации развития топливных струй;

- протокол расчета.

Сканирование и оптимизация возможны только при расчете одного режима работы.

Если выбраны два или более режимов для расчета, то принимается, что задан режим расчета характеристики, при этом результаты расчета будут включать в себя только:

- набор значений параметров двигателя, которые могут быть отражены в виде графика характеристики;

- протокол расчета.

При расчете нескольких режимов, сканирование и оптимизация не возможны.

Способы расчета турбин и компрессоров следует задать в окнах настройки турбин и компрессоров.

В соответствии с выбранной конфигурацией расчета в «Таблице режимов» программы «Дизель–РК» следует задать параметры рабочего процесса для каждого из рассчитываемых режимов.

Настройка программного комплекса на работу дизеля 16ЧН26/26 на номинальном режиме осуществляется в несколько этапов.

Первый этап. «Мастер создания проекта» – это специальная программа, которая на основании самой общей информации о двигателе сформирует файл данных для расчета и исследования ДВС. При генерации файла данных «Мастер создания проекта» учтет наиболее характерные и часто встречающиеся в двигателестроении технические решения. Заданные геометрические и режимные параметры двигателя в «Мастер создания проекта» представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Заданные геометрические и режимные параметры двигателя в «Мастер создания проекта»

Параметры	Значение
Тактность	четырехтактный ДВС
Тип рабочего процесса	дизельный
Схема комбинированного ДВС	рядный
Число цилиндров	16
Система охлаждения	жидкостная
Диаметр цилиндра, мм	260
Ход поршня, мм	260
Номинальная частота вращения, 1/мин	1000
Степень сжатия	12,5
Параметры окружающей среды над уровнем моря: - давление, бар; - температура, К.	1 288
Область применения	на суше и на море
Степень повышения давления в компрессоре	2,42
Конструкция головки цилиндра	четырехклапанная

Второй этап. Ввод параметров элементов ДВС. После ввода основных параметров начинается настройка элементов ДВС. Она осуществляется в отдельных окнах, запуск которых возможен двумя способами:

а) выбором в меню «Параметры_КДВС» необходимого элемента ДВС;

б) нажатием по кнопке с видом этого же элемента на панели программы. Под настройкой понимается соответствие параметров настраиваемых элементов двигателя, параметрам реально существующего, расчетное исследование которого планирует оператор. Параметры элементов ДВС, вводимые в программе приведены в таблицах 4.2–4.6.

Таблица 4.2 – Параметры цилиндро-поршневой группы

Параметры	Значение
1	2
Диаметр цилиндра, мм	260
Ход поршня, мм	260
Степень сжатия	12,5
Число цилиндров ДВС	16
Номинальная частота вращения вала, 1/мин	1000
Головка (крышка) цилиндра
Температура головки (крышки) цилиндра	определить путем решения задачи теплопроводности для многослойной стенки
Материал крышки цилиндра	чугун
Средняя толщина стенки огневой поверхности крышки цилиндра, мм	18,2
Трение
Коэффициент А	0,1
Коэффициент В	0,08
Теплообмен и система охлаждения
Коэффициент в формуле теплоотдачи Вошни	110
Средняя температура верхней части втулки цилиндра, К	413
Система охлаждения	жидкостная
Параметры слоя накипи и литейной корки на охлаждения стенки системы охлаждения: - толщина, мм; - коэффициент теплопроводности Вт/м·К.	0,5 1
Средняя скорость охлаждающего агента в системе охлаждения двигателя на номинальном режиме, м/с	1,5
Давление жидкости в системе охлаждения, бар	3,09
Температура жидкости в системе охлаждения, К	353

Окончание таблицы 4.2

1	2
Кинематическая схема
Механизм преобразования движения поршня во вращение коленвала	кривошипно-шатунный
Длина шатуна: отношение радиуса кривошипа к длине шатуна	0,31
Поршень, кольца
Способ вычисления средней температуры поршня	по умолчанию
Материал поршня (головки поршня)	сталь
Эффективная площадь для расчета утечек через кольца, мм2	1
Количество колец в зоне I	3
Количество колец в зоне II	0

Таблица 4.3 – Параметры топливной аппаратуры и камеры сгорания

Продолжение таблицы 4.3

Окончание таблицы 4.3

Таблица 4.4 – Параметры газораспределения

Параметр	Значение
1	2
ВПускной коллектор
Длина, мм	2780
Диаметр, мм	397
Периметр поперечного сечения, мм	1250
Число цилиндров объединенных общим коллектором	8
Диаметр трубопровода, подающего воздух во впускной коллектор, мм	250
Коэффициент потерь Ksi_ni в тракте от охладителя надувочного воздуха до впускного коллектора	2
Поправочный множитель Cint в уравнениях коэффициентов теплоотдачи во впускном коллекторе и впускном канале	0,65

Продолжение таблицы 4.4

1	2
Расчет температуры стенки впускного коллектора: - А; - В.	Обычный коллектор 0 40
ВЫПускной коллектор
Длина, мм	2780
Диаметр, мм	189
Число цилиндров, объединенных общим коллектором	8
Поправочный множитель Cexh в формулах расчета коэффициентов теплоотдачи в выпускном коллекторе и впускном канале	1
Температура среды, охлаждающей коллектор, К	353
Коллектор с жидкостным охлаждением: - толщина стенки жаровой трубы, мм; - толщина воздушной прослойки между жаровой трубой и коллектором; - коэффициент теплопроводности материала жаровой трубы, Вт/м·К; - относительная площадь контакта жаровой трубы с выпускным коллектором в местах ее крепления; - отношение коэффициента теплоотдачи от жаровой трубы к воздушной прослойке к коэффициенту теплоотдачи в выпускном коллекторе.	3 8 24 0,1 0,75
Схема соединения выпускных коллекторов	b
Количество коллекторов, соединенных с одной трубой	1
ВПускные каналы
Конструкция	Разветвленные
Число каналов в цилиндр	2
Длина канала, мм	220
Размеры поперечного сечения заходной части канала: - диаметр канала, мм; - периметр поперечного сечения канала, мм.	85 267

Окончание таблицы 4.4

1	2
Поправочный множитель Cint.p в формуле расчета коэффициента теплоотдачи во впускном канале	1,3
ВЫПускные каналы
Конструкция	Разветвленные
Число каналов в цилиндр	2
Длина канала, мм	403
Размеры поперечного сечения выходной части канала: - диаметр канала, мм; - периметр поперечного сечения канала, мм.	81 253
Максимальная величина приведенной скорости истечения ОГ из цилиндра с учетом потерь	0,75
Время-сечение впуска
Фазы впуска: - начало, градусы до ВМТ; - окончание, градусы за НМТ.	54 Задать явно: 31
Диаграммы изменения проходного сечения	Задать в виде графика
Время-сечение выпуска
Фазы выпуска: - начало, градусы до ВМТ; - окончание, градусы за НМТ.	59 Задать явно: 41
Диаграммы изменения проходного сечения	Задать в виде графика

Таблица 4.5 – Параметры наддува

Продолжение таблицы 4.5

Окончание таблицы 4.5

В разделе «Топливо» выбирается Diesel No. 2 из библиотеки топлив.

Характеристики

Список файлов ВКР