ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ВестникВГАВТ, выпуск 37, 2013 г. Раздел II. Судовое энергетическое оборудование и системы

УДК 621.431.74-242.3

В.М. Боровский, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

В.В. Алексеев, соискатель ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

Ю.И. Матвеев, доктор техн. наук, профессор ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ

Рассмотрены конструктивные мероприятия, направленные на повышение эффективности уплотнения деталей цилиндро-поршневой группы судовых среднеоборотных дизелей.

Ключевые слова: поршневые кольца, «лабиринтное» уплотнение, поршни, втулки цилиндров, износ, камера сгорания.

Поршневые кольца судовых ДВС предназначены для уплотнения объемов по обе стороны поршня, а также для передачи тепла от поршня к стенке цилиндра.

В большинстве случаев поршни в судовых ДВС имеют четыре канавки под компрессионные кольца, которые в совокупности работают как «лабиринтное» уплотнение. В процессе работы наружная поверхность компрессионного кольца изнашивается [1].

Повышенный износ колец существенно снижает технико-экономические и эксплуатационные показатели дизелей. В процессе работы дизелей продукты сгорания в цилиндре, имеющие давление Pz = 50^140 кПа, из камеры сгорания устремляются в тепловой зазор верхнего компрессионного кольца. Семенов В.С. приводит результаты исследований [2], в которых показано, что увеличение числа поршневых компрессионных колец в комплекте не отражается на давлении за первым кольцом в цилиндре. Поэтому износ первого кольца наибольший по сравнению с нижними. Горящие газы, приобретающие большую скорость (для двигателей НФД-48 скорость газов 75 м/с.), «сдувают» масляную пленку со стенки цилиндровой втулки в тепловом зазоре и нижней поверхности под кольцом (для НФД-48 S=56 мм2), прилегающей к концам кольца. Граничное трение поршневых колец на этом участке цилиндровой втулки нарушается, силы трения (кольцо - цилиндровая втулка) увеличиваются.

Поскольку распределение сил трения по поверхности поршневого кольца в этом случае неравномерное, это сказывается на появлении «флатера». Износ первого поршневого кольца, несомненно сказывается на ухудшении работоспособности остальных поршневых колец. На такте сжатия по мере приближения поршня к верхней «мертвой» точке сжатый воздух также будет «сдувать» масляную пленку (из-за разности давлений) в увеличенном из-за износа тепловом зазоре «замка» поршневого кольца.

В специализированной лаборатории ДВС авторами проведены исследования на действующем двигателе 6НФД-48и с целью повышения работоспособности деталей цилиндро-поршневой группы с использованием нового «лабиринтного» уплотнения поршневых колец [3,4,5]. На основании лабораторных исследований и натурных испытаний в судовых условиях с целью повышения ресурса деталей ЦПГ судовых дизелей предлагается в верхнюю поршневую канавку установить два компрессионных кольца. На внутренние поверхности каждого кольца со стороны поршня с образова-

В.М. Боровский, В.В. Алексеев, Ю.И. Матвеев

Повышение ресурса деталей цилиндро-поршневой группы судовых среднеоборотных ...

нием в продольном сечении угла, вершина которого должна лежать в плоскости контакта колец, выполнить скосы (фаски). Это позволит увеличить объем между кольцами и поршнем, в котором расширяются газы, поступающие в поршневую канавку из рабочей камеры цилиндра. В этом случае давление этих газов снижается и распространяется в поршневой канавке равномерно, что положительно сказывается на работоспособности деталей ЦПГ.

При постановке поршневых колец в поршневую канавку необходимо учитывать, чтобы их стыки были смещены по окружности на 180°, по отношению друг к другу, и располагались в плоскости качания шатуна.

При таком расположении поршневых компрессионных колец газы, попадающие в тепловой зазор верхнего кольца, упирается в сплошное тело нижнего кольца и дальнейший их путь прекращен. В этом случае исключается прорыв газов из рабочей полости цилиндра в картер, повышается индикаторный к.п.д. двигателя, уменьшается износ и поршневых колец, и цилиндровых втулок, устраняется вибрация колец типа «флатер» [5].

Результаты выполненных исследований предлагается использовать не только в судоремонтном производстве, но и в дизелестроительных предприятиях.

Список литературы:

[1] Кондратьев Н.Н. Отказы и дефекты судовых ДВС. М-ва, транспорт 1985 г., 152 с.

[2] Семенов В.С. Теплонапряженность и долговечность цилиндропоршневой группы судовых дизелей. М. Транспорт, 1977, 182 с.

[3] Боровский М.Ю., Матвеев Ю.И., Степанов А.В. Патент на полезную модель № 95750 от

22.03.2010 г.

[4] Боровский М.Ю., Матвеев Ю.И., Боровский М.Ю., Горелкин В.И. Патент на полезную модель № 105682 от 20.06.2011 г.

[5] Боровский М.Ю., Матвеев Ю.И., Боровский М.Ю. Патент на полезную модель № 111586 от

20.12.2011 г.

MPROVING RESOURCE PART CYLINDER-PISTON MEDIUM-SPEED DIESELS SHIP DESIGN CHANGES WITH RING SEALV

V.M. Bohr, V. V. Alekseev, Y.I. Matveev

We consider structural measures aimed at improving the efficiency of sealing parts of the cylinder-piston group of medium-speed marine diesel engines