Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый




Скачать 255.04 Kb.
НазваниеТепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый
страница2/3
Дата конвертации27.02.2013
Размер255.04 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3

Таблица 2. Результаты измерения температур



Двигатель: КамАЗ-740.13.Г(8ЧН 12/12, ε=11,53) конвертированный на природный газ с искровым зажиганием.

Режим работы: Ne=174,3 кВт; Me=757 Нм; часовой расход воздуха – Gвозд =0,1068 г/ч и газа Gгаза=0,0046г/ч на 1 цилиндр; n=2200 мин-1; давление наддува – pk=1, 47бар; суммарный коэффициент избытка воздуха – αв=1,338; максимальное давление цикла – pz=74,6 бар при угле поворота коленчатого вала – φ =3790; угол опережения зажигания – φ опережения впрыск.=23,70.

Деталь

Поршень

Головка

№ датчика

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ХК

Расстояние r, мм

57,8

41,7

33,8

13,1

9,0

44,7

18,0

9,0

56,0

40,0

Температура, 0С

320

327

257

243

242

322

242

257

200

188



Сравнительный анализ экспериментальных значений локальных температур, полученных на идентичных номинальных режимах газового двигателя КамАЗ -740.13.Г и базового дизеля КамАЗ-7405 показывает, что:

  • локальные температуры доработанного поршня газового двигателя Тгаз в целом близки к локальным температурам поршня дизельного двигателя с экспериментальной головкой цилиндра, обеспечивающей усиленную закрутку заряда;

  • максимальную температуру поршень газового двигателя имеет на кромке камеры и ее значение составляет Тгаз2=327 0С, несмотря на то, что горловина камеры сгорания газового двигателя по сравнению с горловиной камеры дизеля существенно расширена, а степень сжатия в ~ 1,5 раза снижена;

  • поршень дизельного прототипа имеет максимальную температуру также на кромке камеры сгорания. В случае экспериментальной головки цилиндра ее значение Тдиз.эксп.2=298 0С ниже, чем у серийной Тсер.эксп.2=328 0С. Эти температуры практически совпадают с температурами в аналогичной точке газового двигателя;

  • температуры на днище камеры в поршне газового двигателя Тгаз3=257 0С, Тгаз4=243 0С и Тгаз5=242 0С также сопоставимы с температурой на днище камеры дизеля Тдиз.сер.6=254 0С. Температуру Тдиз.экс.6 зафиксировать не удалось. Однако, исходя из общей тенденции снижения температур поршня при установке на дизеле экспериментальной головки, можно утверждать, что по величине эта температура близка аналогичной температуре поршня газового двигателя;

  • на головке цилиндра максимальная температура имеет место в межклапанной перемычке, где ее значение равно 257 0С. Это указывает, что поршень газового двигателя испытывает большие термические нагрузки, чем головка цилиндра.

Таким образом, снижение степени сжатия в ~1,5 раза при переводе дизельного процесса на природный газ с искровым зажиганием не приводит к снижению теплонапряженного состояния поршня. Осуществление газожидкостного (газодизельного) цикла с запальной дозой дизельного топлива требует сохранения степени сжатия газового двигателя на уровне степени сжатия дизеля, что приведет еще к большему увеличению тепловых нагрузок на основные детали. В любом случае, газовый двигатель, независимо от способа осуществления рабочего процесса, при прочих равных условиях испытывает большие термические нагрузки, чем дизель, что подтверждает необходимость детального исследования теплового состояния деталей дизельного двигателя при его конвертировании в газовую модификацию.

В третьей главе приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований рабочего процесса и теплового состояния поршня газового двигателя.

На основе анализа экспериментальных индикаторных диаграмм газового двигателя определены термические граничные условия III рода для теплового состояния поршня двигателя с искровым зажиганием, работающего на природном газе. В качестве контрольных точек для оценки точности задания граничных условий использованы экспериментальные значения локальных температур поршня.

На рис. 4-а приведены термические граничные условия для поршня газового двигателя. Распределение граничных условий III рода (α и Т) по радиусу поршня со стороны рабочего тела приведено на рис. 4-б.

Расчет теплового состояния поршня произведен с использованием программного комплекса ANSYS. Для чего на начальном этапе расчета создана трехмерная модель, которая может использоваться также при проведении работ по расчету напряженно-деформированного состояния, обусловленного термическими и механическими нагрузками.

На рис. 5 показано расчетное температурное поле поршня газового двигателя с указанием мест расположения датчиков температуры (ИМТК), а также результаты измерения локальных температур поршня этими датчиками. Максимальная относительная погрешность (8,4%) имеет место в точке, расположенной на периферийной части поршня (на радиусе r = 57,8 мм). Это означает, что термические граничные условия III на участках поршня определены с удовлетворительной точностью.

В целях оценки изменения температур поршня в характерных точках при переводе дизеля на природный газ проведено исследование теплового состояния поршня двигателя КамАЗ-7405, работающего на дизельном топливе, в т.ч. со слоем нагара.

При решении задачи оценки теплового состояния поршня базового дизеля были использованы рекомендации из диссертационной работы Д.О. Онищенко. Для расчета использованы теплофизические данные материала поршня, сплав АЛ-4, и неризисторной вставки под первое поршневое кольцо.



а) б)

Рис. 4. Термические граничные условия на участках боковой поверхности и кольцевых канавках (а) и на участках огневого днища поршня (б) газового двигателя с искровым зажиганием




Рис. 5. Температурное поле верхней части поршня двигателя, работающего на природном газе (Ne=174 кВт, n=2204 мин-1, αв=1,34) с указанием результатов измерения (в скобках) и мест расположения ИМТК.

Для расчета теплового состояния поршня базового двигателя использованы граничные условия (ГУ), полученные на основе опытных исследований, проведенных в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Экспериментальные ГУ взяты из работы Д.О. Онищенко.

Сравнительный анализ тепловых состояний поршней газового двигателя и базового дизеля КамАЗ показал:

  1. В случае газового двигателя, работающего на природном газе с зажиганием от электрической искры, слои нагара на поверхности поршня практически отсутствует и он лишен естественной для поршня обычного дизеля тепловой изоляции. Это способствует повышению локальных тепловых потоков, подающих на поршень со стороны высокотемпературного рабочего тела, что приведено в таблице 3.


Таблица 3. Значения температур в контрольных точках

Параметр

Дизель

Дизель

Газовый ДВС

с искровым зажиганием

Локальная температура, 0С

С нагаром

Без нагара




Максимальная

333

323

324

На днище КС

296-236

306-255

247-261

В области верхнего кольца

266

272

270




  1. Высокое значение температуры на кромке камеры в поршне газового двигателя можно объяснить высокими значениями скоростей перетекания из камеры сгорания в поршне в надпоршневой объем и обратно, приводящими к интенсификации конвективного теплообмена, а также более растянутым (по сравнению с дизелем) во времени тепловыделением.

  2. Поршень газового двигателя с искровым зажиганием со степенью сжатия ε=11,5 на номинальном режиме работы (Ne=176 кВт (240 л.с.), n=2200 мин-1) имеет локальные температуры, близкие к локальным температурам поршня базового дизеля (ε=17). Отсюда следует, что при прочих равных условиях поршень газового двигателя подвергается большим тепловым нагрузкам, чем его базовый дизель КамАЗ, работающий на жидком дизельном топливе. Это свидетельствует о более высокой тепловой напряженности поршня газового двигателя по сравнению с базовым дизелем при прочих равных условиях (например ε).

В четвертой главе расчетным путем определены изменения давлений, температуры и тепловыделения в камере сгорания газового двигателя КамАЗ 740.13Г с искровым зажиганием.

Расчетные значения давления получены с помощью программного комплекса, разработанного в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для задач трехмерного нестационарного моделирования рабочих процессов газовых и газожидкостных двигателей с учетом химической кинетики.

Для оценки влияния изменения параметров рабочего процесса на теплообмен в газовом двигателе использованы программные комплексы NKIU и DIESEL-RK, разработанные в МГТУ им. Н.Э. Баумана, в основе которых лежит квазистационарная постановка расчетной задачи.

Наличие экспериментальных индикаторных диаграмм позволило провести верификацию математических моделей, а затем использовать их для расчета тех режимов, для которых опытные результаты отсутствуют. Таким образом, в начале задача расчёта параметров рабочего процесса свелась к моделированию его для газового двигателя с искровым зажиганием в целях обеспечения идентичных (с экспериментальными данными) результатов. В первую очередь было достигнуто совпадение интегрального закона тепловыделения моделируемого процесса с заданным законом тепловыделения. При применении программного комплекса «DIESEL-RK» это обеспечивается варьированием двух параметров: показателя сгорания и продолжительность сгорания , входящих в выражение закона И.И. Вибе (рис. 6).



Рис. 6. Сравнение экспериментально заданной () и полученной в результате расчёта рабочего процесса () дифференциальных (а) и интегральных (б) характеристик тепловыделения, индикаторных диаграмм (в), и температур газа в цилиндре (г) на режиме номинальной нагрузки (Ne=174 кВт, n=2204 мин-1, αв=1,34).

Для оценки осредненного по поверхности коэффициента нестационарной теплоотдачи  для газового двигателя используется формула, предложенная Р.З. Кавтарадзе, так как применение других -формул расчета газового двигателя продемонстрировало сильный разброс результатов, полученных при совершенно идентичных исходных данных, что показано на рис. 7.




Рис. 7. Изменения коэффициента теплоотдачи (Вт/(м2К)), вычисленные по различным формулам.


Для варианта исследуемого газового двигателя с искровым зажиганием уточнены значения эмпирических коэффициентов в -формуле для расчета коэффициента теплоотдачи следуя методике, предложенной Р.З. Кавтарадзе и В.А. Федоровым.

Такой подход позволил определить интегральные значения коэффициента теплоотдачи αинт(φ) рис. 8, обеспечивающие при расчетах тепловое состояние поршня наиболее идентичное с экспериментальным.

Конвертирование дизеля на природный газ может быть реализовано и по газодизельному циклу. Выполнены прогнозирование и сравнительный анализ тепловых нагрузок, возникающих в камерах сгорания газового двигателя с искровым зажиганием и газожидкостного двигателя.

Расчеты осредненного по поверхности камеры сгорания и локального на поверхности поршня теплообмена показали, что тепловые нагрузки со стороны рабочего тела в газовом двигателе с искровым зажиганием меньше, чем в газожидкостном двигателе (рис. 8). Разность по тепловым нагрузкам обусловлена наличием лучистого теплового потока в газожидкостном двигателе, генерированного твердыми частицами сажи, когда как в газовом двигателе с искровым зажиганием выделение сажи практически отсутствует. Кроме того, в газовом двигателе с искровым зажиганием на тепловоспринимающих поверхностях практически отсутствует отложение нагара, снижающее тепловые нагрузки на основные детали двигателя.




а)




б)

Рис. 8. Интегральные коэффициенты теплоотдачи в камере сгорания газового двигателя с искровым зажиганием () и газожидкостного двигателя () на режиме номинальной мощности (а) и на режиме максимального крутящего момента (б)


На рис. 9 и 10 приведены результаты расчета локального коэффициента радиационно-конвективного теплообмена. Как видно, значения этого коэффициента в случае газового двигателя с искровым зажиганием меньше, чем для газожидкостного двигателя. Это обусловлено двумя факторами:



Рис. 9. Локальные коэффициенты теплоотдачи в камерах сгорания газового двигателя с искровым зажиганием () и газожидкостного двигателя () на номинальном режиме работы




Рис. 10. Локальные коэффициенты теплоотдачи в камерах сгорания газового двигателя с искровым зажиганием () и газожидкостного двигателя () на режиме максимального крутящего момента



  • в газовом двигателе с искровым зажиганием лучистый тепловой поток пренебрежимо мал по сравнению с газожидкостным двигателем;

  • снижение степени сжатия в газовом двигателе по сравнению с базовым дизелем осуществляется с изменением формы камеры сгорания. Форма камеры сгорания оказывает существенное влияние на скорости газа в камере сгорания и вследствие этого на интенсивность конвективного теплообмена, т.е. конвективные тепловые потоки в газовом двигателе с искровым зажиганием будут меньше, чем в газожидкостном двигателе.

Таким образом, при конвертировании дизеля на природный газ следует иметь в виду, что тепловые нагрузки со стороны высокотемпературного рабочего тела в газовом двигателе с искровым зажиганием меньше, чем в газодизеле. Однако тепловые нагрузки непосредственно на основные детали двигателя, образующие камеру сгорания, в случае газожидкостного двигателя будут снижаться из-за наличия теплоизолирующего слоя нагара, тогда, как в случае искрового зажигания такой тепловой барьер отсутствует. Немаловажно также то, что механические нагрузки и эмиссия шума в газовом двигателе с искровым зажиганием ниже, что подтверждается сравнительным анализом индикаторных диаграмм.

Моделирование рабочих процессов двух вариантов двигателей, конвертированных на природный газ, показывает, что при прочих равных условиях (давление наддува, коэффициент избытка воздуха, максимальная мощность и крутящий момент) преимущество по экономическим показателям остаётся у газожидкостного двигателя. Этот эффект по большей части обусловливается особенностью протекания процесса сгорания.

Однако газовый двигатель с искровым зажиганием характеризуется более низкими тепловыми нагрузками на основные детали, более плавным протеканием рабочего процесса, приводящим к умеренным значениям скорости нарастания давления и максимальной температуры цикла. Эти факторы, со своей стороны, обеспечивают низкие уровни шума двигателя и выбросов оксидов азота. Кроме того, следует учесть, что в продуктах сгорания газового двигателя с искровым зажиганием практически отсутствуют твердые частицы сажи. На основании этого можно заключить, что при конвертировании серийного дизеля КамАЗ-7405 на природный газ предпочтительно осуществление варианта с искровым зажиганием.

1   2   3

Похожие:

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconВ данной дипломной работе исследовано влияние напряженно-деформированного состояния шатуна на работу шатунного подшипника. В качестве объекта исследования был
Роцесса, динамический расчет, уравновешивание двигателя, расчет маховика, расчет теплового состояния поршня, расчет на прочность...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconПовышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей путем совершенствования методов и средств распознавания ее состояний
Повышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconТехнический отчет о результатах проведенных испытании масляной дисперсии нанодисперсных порошков «nanovit» на автобусах Лиаз и Нефаз и влиянии данного состава на показатели работы автомобильного дизельного двигателя камаз-740. 31
«nanovit» на автобусах Лиаз и Нефаз и влиянии данного состава на показатели работы автомобильного дизельного двигателя

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconАнализ состояния конкурентной среды в сфере энергетического угля
К каменным углям относятся марки: г (газовый), гж (газовый жирный), гжо (газовый жирный отощенный), д (длиннопламенный), дг (длиннопламенный...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconСайт группы 04-102 (2006 года поступления)
Электрическое поле в вакууме. Закон Кулона. Закон сохранения заряда. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЛабораторная работа №1 Контрольный осмотр двигателя Цель работы
...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconАвтоматический стенд для контроля параметров акселерометра adxl202AE. Фото устройства см здесь схема привода шагового двигателя и способ управления приводом шагового двигателя
Схема привода шагового двигателя и способ управления приводом шагового двигателя

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЛабораторная работа №9 Испытание асинхронного короткозамкнутого двигателя
Ознакомиться с особенностями пуска и реверсирования, а также с работой двигателя при обрыве фазы

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconВопросы к экзамену по электротехнике для группы э-31 Основные характеристики электрического поля: напряженность, электрический потенциал, электрическое напряжение. Диэлектрическая проницаемость
Общий случай неразветвленной цепи переменного тока: векторная диаграмма, коэффициент

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЭлектрическое поле. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда
...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница