Главная страница сайта
Российские промышленные издания (узловые агрегаты)
1 [
2 ]
3 4 5 ...
20 
о во по 180 2W 300 360 а
щ
тоо
12000
8000 ШО
S00 310 360 380 400 420а'
Фиг. 102. Схема расположения кривошипов двигателя и диаграмма площадей открытия окон.
Фиг. 103. Форма продувочных и выпускных окон двигателя
2Д100:
п - радиальное сечение продувочного окна; б - радиальное сечение выпускного окна; в - развертка продувочного окна по диаметру 207 мм; г - развертка ВЫПУСКНОГО окна по диаметру 207 *ш.
о
- -+ 0,153 In р^-М
0,115
=--- = 2,58 кг/смК
[0.043 -h 0.02 + 1 Г'
0,75-1,4.10-6/1300 . , ,о , ,
rzo--Ь 0,153 1п 1,13 4- I
0,59-15,05-10-3
Полученное значение р„ лежит в допустимых пределах для прямоточных схем.
Пользуясь табл. 13, можно оценить величину а, равной 0,45. Тогда
Рц = а {Р, - Рр) -tPp- 0,45 (1,4-1,08) 1.08 = 1,22 кг/см\
Оцениваем объем цилиндра в конце свободного выпуска равным 17,0 л и по формуле (261) определяем время-сечение выпуска до начала продувки (свободного выпуска):
А'
15.55 0,75 /ТЗОб
= 0,57.10-3[0,692 -0,59 -0.0171 =4,84-10-6 Ле/с,
0,496-f 0,102 ) (-У' - 0,59 - 0.091п
Рц / \ Рр / * b
[(0.496+0.102If) () - = 0.59 - 0.091 Щ^
Объем цилиндра в момент начала открытия продувочных окон
1.= I. + + S .) = 1,22 + ? .4,45 = 16,0 л
где 5,2 и S 2 соответственно ходы нижнего и верхнего поршней от в. м. т. до начала открытия продувочных окон. Таким образом,
1/ 16.0 ,
Значения давлений в цилиндре в моменты открытия и закрытия окон определены экспериментально:
Давление в цилиндре в момент открытия выпускных окон
в кг/см............................ 4,6
Давление в ресивере продувочного воздуха в кг/см...... 1,4
Коэффициент избытка продувочного воздуха ........ 1,26
Площадь CML, соответствующая время-сечению открытия продувочных окон Fl в мм..................... 9000
Следовательно, время-сечение открытия продувочных окон (полное) A[ = Fi-K = 9000.0,275.10- = 24,7 10- м'сек.
Время-сечение открытия выпускных окон за время открытия продувочных окон соответствует площади CBHF:
Л2 = /2- = 7090.0,275-10-= 19,4-10-5 м^сек.
Средний объем цилиндра за период предварения выпуска
Давление в момент открытия продувочных окон
Порядок проведения расчета 213
где
V=Ii+i:± = ii:i + iM =15.55..
Таким образом, время-сечение выпуска до начала продувки больше время-сечения предварения выпуска на
4,84.10-6- 1.4.10-5 = 3,44.10-6 мЧек, что соответствует площади диаграммы, равной
ОШЛО- (площадь С BEG).
Знание этой площади позволяет определить положение ординаты EG и, следовательно, условный момент начала продувки (точка G, фиг. 102, в). Последний соответствует углу поворота кривошипа 156° после в. м. т. Проверим значение по диаграмме (фиг. 102, б)
У^=ПЛ л.
Таким образом, значение получается близким к тому, которое было выбрано выше.
Время-сечение продувки получается, если из площади CD ML вычесть площадь CDG, равную 640 мм
9000 - 640 = 8360 мм.
Время-сечение
Al = 8360.0.275.10- 22,9-10- м^сек.
Для определения время-сечения принудительного выпуска А2 необходимо из подсчитанного выше время-сечения открытия выпускных окон Ло-Ь Л2 вычесть время-сечение свободного выпуска Ло Л2 = Лд -h Л2 - л; = 1,4.10-6 + 19,4.10-6 - 484-10-6 = 15,96 10-6 Ле/с.
Принимая значение коэффициента расхода = 0,72, определим необходимое время-сечение А^.
По известному отношению = = 0,88 из диаграммы на фиг. 95
по кривой, соответствующей k = 1,4, величина определяется равной 1,35. После этого определяем время-сечение
д W/T- 16,95.1,5.1.0 /340.10-3
1п'\>пРнТоУ R 0,72-1,35.1.4-288/29,3
т. е. близко к располагаемому.
Для определения коэффициента выпускных органов v, отнесенного к принудительному выпуску, следует найти вес продуктов сгорания Gg, вытекающих за период выпуска до начала продувки, коэффициент ф^, а также удельный объем воздуха.
Температура конца процесса свободного выпуска
Г„ Г,() =1300(р = 894 абс.
\V п1к^. RTbRT
= [16.95.10-. 1,41.1.26-9.09. Ю']- ,.,g°,g.-.ga6.,o-3 = -О-
Таким образом, значение Vg лежит в допустимых пределах. Значение j>g=:l,4 взято из диаграммы (фиг. 95) по кривой, соответствующей = 1,3.
§ и. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ В ЦИЛИНДРЕ ПО УГЛУ ПОВОРОТА КРИВОШИПА
При процессах газообмена давление и температура в цилиндре изменяются по времени под давлением поступающего в цилиндр воздуха и вытекающей из цилиндра смеси продуктов сгорания и воздуха, что непосредственно связано с характером изменения по времени площадей открытия органов распределения. Большое влияние, особенно в двухтактных двигателях, оказывают динамические явления при течении воздуха и газов через цилиндр и смежные с ним системы.
За исходное положение при выводе расчетных соотношений обычно принимается разность весов поступающего в цилиндр за время t количества воздуха AG и вытекающих AGg за это время продуктов сгорания, которые определяют изменение веса газа в цилиндре.
Расчет основан на указанном выражении при использовании характеристического уравнения и уравнения адиабатического изменения состояния газов в цилиндре. Весь процесс, начиная с фазы предварения выпуска, делят по времени на участки. Для каждого участка продолжительностью времени А/ применяют соотношения установившегося движения в форме, позволяющей находить давление и температуру в конце участка при известных давлении и температуре в начале участка. В результате выявляются кривые изменения давлений и температур в цилиндре по времени, коэффициент избытка продувочного воздуха ср, баланс газов, а также параметры начала сжатия
Для процесса свободного выпуска давление р в конце каждого промежутка времени можно определять по формулам (232) и (233).
Концом периода свободного выпуска при такой схеме расчета целесообразно считать момент, когда давление снизится до величины, равной давлению рр в выпускной системе.
За время t количество вытекающего газа
Температура в цилиндре во время продувки
Т l-g п Тп-Тд 894360 .
~ГТа ~ , Т„ = 6.7957-5,8861 In In =Л
Таким образом,
г -РьКь Рг>Уп 4.6-10-14.М0- 1,22-17.Ы0- -10 -gm Щ-з
~RTb RTn~ 29,3.1300 29,3-894 -У.ОУ-ю .
При известном время-сечении принудительного выпуска величину определяют по формуле (240):
Изменение параметров в цилиндре по углу поворота кривошипа 21 &
При интегрировании давление р и температура газа Т в цилиндре на рассматриваемом промежутке t времени приняты постоянными.
Полное количество вытекающего газа при числе участков i равно
G -Уап 1
где V и Т„ - соответственно объем цилиндра и температура в цилиндре в конце периода свободного выпуска.
При установлении соотношений для процесса продувки напишем выражение изменения веса газа в цилиндре за время t применительно к рассматриваемому периоду:
ДС = АС - ДС, = М„- J Indt -1. J/. <248)
Изменение веса газа AG можно также определить по уравнению
Д0=-;, (249)
где индекс 1 относится к началу промежутка времени, 2 - к концу его.
Приравняв правые части выражений (248) и (249), после преобразования ЛОЛучим
/2-Р1- + (ДС -ДС,)=р,; +
(250)
В правой части полученного равенства считаем
Р-1 + Pi гр 714-72
Р =-2~ --2-
Температура газов в цилиндре зависит от количества продуктов сгорания и их температуры, а также от теплообмена между поступающим воздухом и стенками цилиндра. До последнего времени нередко считают справедливыми соотношения, основанные на предположении равномерного перемешивания продуктов сгорания с продувочным воздухом.
Вопрос теплопередачи через стенки требует специального исследования, так как точно не известны ни температура стенок, ни характер движения воздуха в цилиндре. Для двухтактных двигателей можно, как и выше, принять закон изменения температуры во время продувки подчиняющимся уравнению Т = Т^с-У'.
Если исходить из условий полного перемешивания продуктов сгорания и продувочного воздуха в количестве, равном A(j , не учитывая при этом теплопередачи, то в первом приближении
AG 7, + f7i (251)
Полученные два уравнения (250) и (251) с двумя неизвестными pi и Т% решают подбором.
и количество продуктов сгорания и воздуха, вытекающее за тот же период через выпускные органы:
Таким образом, можно определить значение коэффициента. избытка продувочного воздуха ср (проверить выбранное значение)
где 7 - удельный вес воздуха, отнесенный к условиям окружающей среды.
По уравнению весового баланса можно проверить правильность выбранных значений v и v-e и других параметров
+ = G + 5г,
где gr - вес впрыснутого топлива.
Полученные уравнения следует применять лишь в том случае, если известны значения i- и относящиеся к установленному способу расчета.
О явлениях неустановившегося движения при процессах очистки
и наполнения
Выше процесс очистки - наполнения и, в частности, процесс течения газов через органы распределения рассматривались как процесс установившегося движения В действительности процесс газообмена является нестационарным, поэтому все приведенн1,1е выше формулы, особенно в применении к быстроходным двигателям, следует рассматривать как полуэмпириче-скне. Подменяя действительный провесе фиктивным, протекающим при постоянных скоростях в органах распределения и постоянных давлениях по объему и времени в системе, необходимо вводить поправочные (опытные) коэффициенты для согласования теории с практикой. Оценка этих коэффициентов при проектировании является чрезвычайно трудной и может быть произведена лишь грубо ориентировочно только в том случае, если имеются данные, относящиеся к машинам, аналогичным по конструкции проектируемой
На течение процесса влияет закон изменения сечений распределительных органов по времени, конструкция и размеры продувочных и выпускных трубопроводов, начальные параметры' состояния в цилиндре и трубопроводах и другие многочисленные факторы
Ввиду исключительной сложности вопроса применим приближенный метод исследования. Обратимся к выводу расчетных соотношений применительно к процессам течения газов через впускные и выпускные органы.
Рассмотрим случай подводящей системы.
Имея Е виду неодинаковые проходные сечения органов распределения и трубопроводов заменим трубопровод, имеющий сечение f, трубопроводом с сечением / , равным сечению продувочных органов (эквивалентным в отношении влияния ва процесс). Изложенный ниже метод определения длины такого трубопровода справедлив и для трубопроводов с переменным поперечным сечением по длине.
В приближенном исследовании условимся считать справедливым уравнение неразрывности в следующем виде:
где Wg и Т 5 - скорость и удельный вес воздуха в трубопроводе;
w и К -скорость и удельный вес в цилиндре на выходе из продувочных органов.. Дифференцируя последнее выражение по t, получаем:
dt dt dt dt dt
Определим также весовое количество поступившего в цилиндр воздуха за весь процесс продувки:
Последние члены левой и правой части равенства разнятся незначительно. Неустановившееся движение проявляется главным образом в первой половине процесса наполнения, когда изменение площади сечения впускных и выпускных органов относительно невелико.
Основываясь на высказанном положении, можно последнее уравнение переписать в виде-
Isis Inln-
После преобразований и интегрирования этого выражения вдоль линии тока при длине подводящего трубопровода Ig имеем:
В этом случае сделано допущение, что удельный вес 1(5 постоянен по длине трубопровода Допустимость такого приближения определяется в большой степени введением в расчет соответствующих значений поправочных опытных коэффициентов.
Интегрирование уравнения движения применительно к подводящей .;истеме дает
dt ъ J
4- dx==-g Is
vdp.
(252>
где p - давление в цилиндре;
Ps - давление в подводящей системе. Из сравнения уравнений (218) и (252) видно, что величина / в уравнении (218) экви-
валентна
dx. Is
Наибольшую актуальность представляет исследование влияния ускоренных масс газо при процессе выпуска.
Повторяя рассуждения, аналогичные сделанным выше для случая короткого выпускного-трубопровода, получаем уравнение
dt Yd .
dx = -g
vdp.
(253>
где 1(1 - активная длина столба газа, соответствующая массе газов, влияющей на протекэг-ние процесса в цилиндре; ta - сечеиие струи;
- площадь сечения выпускных органов;
t d - удельный вес газов в выпускной системе. Как и ранее, имеем
dwt dt
le=-g] vdp. p
где
, 7e С fe Id J Ъ
При небольших перепадах давлений, как это нередко наблюдается в практике (и приближенно для значительных перепадов), можно принять
tdie = const,
тогда
Величина (и может быть установлена только экспериментально и притом не непо-Средственно, а подбором значений рд.
Заметим, что для ряда конструкций хорошие результаты в смысле совпадения с экспериментом получаются при отождествлении с длиной трубопровода. В этом случае уравнение (253) принимает вид
it -
vdp.
где Ip и fp - соответственно длина и площадь сечения трубопровода.
В левой части уравнения, кроме слагаемого -написанного для выходного сечения орга-
нов распределения, имеегся слагаемое, пропорциональное производной от скорости истечения по времени.
Коэффициент пропорциональности зависит от отношения сечения органов распределения и сечения струи от длины последней.
Правую часть уравнения можно обозначить через где w -скорость установившегося
движения, соответствующая перепаду давлений р - pp.
С учетом принятого обозначения уравнение (218) можно переписать так:
. uw
dt 2
Интегрируя в пределах от О до f и приписывая индексы 1 и 2 началу и концу промежутка времени t получаем:
, С° +° - +<° -о). (254)
{Wg+Wo)e - (и;в, - Шо)
При известной скорости может быть определено давление в цилиндре, для чего можно воспользоваться уравнением адиабатического изменения состояния:
dp dG
где k - показатель адиабаты,
G - вес газа в цилиндре в рассматриваемый момент времени.
В результате использования характеристического уравнения предыдущее выражение преобразовывается так:
. dp = kdG,
где V - объем цилиндра в рассматриваемый момент времени; Т - температура в цилиндре.
Изменение веса газа в цилиндре за элемент времени dt можно приближенно выразть <:лед.ующ1ш соотношением:
dG = -\i.ef,feWedt = -ii-eteWedt.
Подставляя полученное соотношение вместо dGg в выражение для dp, получаем
k Т
dp = -fXg - - ppfeWgdt.
Подстановка в уравнение вместо We его выражения иэ уравнения (254) и интегрирование в пределах выбранного участка времени дает:
k Т
РрО
{Wgj+wo) e
(Wgl- Wo)
Так как интегрирование проводится вдоль линии тока, то для возможности нахождения несложной расчетной формулы, выражающей зависимость между основными величинами, приходится вводить допущение о постоянстве по времени величины w (перепада давлений) в рассматриваемом промежугке времени.
Подсчет давлений связан с делением периода времени, соответствующего процессу очистки - наполнения цилиндра, на промежутки длительностью а = 5 7° угла поворота кривошипа; за этот промежуток величина может считаться постоянной.
Подстановка е = и позволяет привести подинтсгральное выражение к рациональной дроби. Интегрирование и подстановка пределов приводит к выражению:
k Т
Pi - Р\ = ~Ve -у Y~
(255)
Учитывая приведенные выше выражения, нетрудно определить расход газа Gg за время t:
Ge = {Pz - Pi)
\Wo J \ Wo I
Применяя аналогичную методику, можно найти изменение давлений и расход газа во время продувки - наполнения
§ 12. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И НАПОЛНЕНИЯ ЦИЛИНДРА
Целью экспериментальных исследований процесса очистки и наполнения цилиндра обычно является установление конструктивных и термодинамических параметров, обусловливающих хорошее качество указанных процессов. К таким факторам в первую очередь относятся форма, размеры и расположение органов распределения, впускных и выпускных систем, давление, температура и количество продувочного воздуха, давление в цилиндре в моменты открытия и закрытия продувочных органов и в начале сжатия. Экспериментальные работы помогают также уточнить расчетные формулы и установить значения термодинамических параметров и коэффициентов, входящих в эти формулы.
Критериями качества процесса очистки и наполнения, кроме коэффициентов наполнения и остаточных газов, являются коэффициент использования продувочного воздуха -п^, называемый иначе количественным к. п. д. продувки, и степень очистки -ц^, называемая также качественным к. п. д. Параметр представляет собой отношение количества продувочного воздуха, оставшегося в цилиндре после продувки, к количеству G воздуха.
поданного через продувочные окна за цикл. К. п. д. tqq определяется отношением:
где - количество остаточных газов в цилиндре после продувки. Величину G3 определяют экспериментально, часто на основе анализа проб газа, взятых из цилиндра во время процесса сжатия в различных точках при помощи установленных в стенках цилиндра управляемых клапанов.
Для оценки качества процесса газообмена применяют также коэффициент продувки 9, представляющий собой величину, обратную ti .
Исследование проводят на построенных двигателях или на специальных моделях. Выявление факторов, относящихся непосредственно к процессам очистки и наполнения, на работающем двигателе весьма сложно. Поэтому проводятся опыты на моделях, позволяющих ориентировочно выявить влияние того или иного элемента конструкции и определить рациональную его форму. Этот метод применяется при проектировании двигателя оригинальной конструкции, когда до постройки двигателя (или отсека) имеет смысл предварительно наметить конструктивные формы группы распределения.
Применяются модели следующих типов: плоские статические, объемные статические и объемные динамические.
Наиболее просто проводить исследовапие на плоской статической модели. В этом случае при эксперименте выявляется характер потоков в цилиндре наличие мертвых и вихревых зон, качество очистки. Роль продувочного воздуха выполняет вода или другая жидкость, которая должна быть подкрашена. Последнюю впускают в модель под небольшим напором. Для обеспечения четкой картины распределения потоков в цилиндре могут быть также применены опилки, подмешиваемые к жидкости до впуска ее в модель цилиндра. О качестве процесса судят по характеру потоков, которые фотографируются или снимаются на киноленту.
Несмотря на большую примитивность экспериментов, по ним можно ориентировочно наметить для предварительной компоновки форму и размеры окон. Подобные эксперименты можно проводить для тех петлевых схем, в которых основными профилирующими процесс потоками являются плоскопараллельные потоки. Петлевые эксцентричные и прямоточные схемы необходимо исследовать на объемных моделях, в которых легче приблизить характер потоков газов к характеру потоков в цилиндре работающего двигателя.
Эксперименты на объемных статических моделях проводятся одним иа следующих методов
Нередко применяется метод, при котором цилиндр, выполненный прозрачным, продувается вентилятором. Деталь, выполняющую роль поршня фиксируют последовательно в равных положениях. Характер потока в ци линдре может быть установлен при использовании дыма в качестве продувочного агента. Характер потоков можно установить также по наблюдениям за цветными шерстяными или шелковыми нитями, висящими на поперечных проволоках; последние укрепляют на стальном стержне, установленном по оси цилиндра. Нити одного цвета целесообразно располагать по окружности одинакового радиуса. Подобное устройство, наряду с направлением воздушного потока, позволяет выявить вихри, обнаруживаемые по неопределенному колебательному движению тех нитей, которые расположены в вихревых зонах.
Воздушные потоки в цилиндре можно установить также путем введения бенгальских огней в продувочные окна или же легких тел: деревянных шариков, обрезков бумаги, опилок, хлопьев метальдегида и т. п.
Скоростное поле в цилиндре выявляется путем измерений давлений в различных точках в цилиндре с помощью трубок. .
1 [
2 ]
3 4 5 ...
20
