Анотація до роботи:

Авраменко А.М. Поліпшення теплонапруженого стану головок циліндрів форсованих дизелів шляхом локального охолодження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 - двигуни та енергетичні установки. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2008.

Дисертація присвячена розрахунково-експериментальному аналізу шляхів покращення теплонапруженого та деформованого стану теплонапружених елементів головок циліндрів сучасних перспективних ДВЗ. Як основний засіб зниження складових теплонапруженого та деформованого стану головки циліндрів розглядається локальне повітряне охолодження зони вогневого днища головки, зокрема перетинки між сідлами клапанів, а також охолодження випускних клапанів та направляючих втулок. Проведено розрахунково-експериментальне дослідження елементів головки циліндрів двигуна 4ЧН 12/14, та розрахункове дослідження головки тепловозного дизеля Д80.

В представленій роботі акцентується увага на необхідності уточнення граничних умов задач теплопровідності та механіки при вирішенні задач теплонапруженого стану елементів головок циліндрів, враховуючи можливості сучасних програмних комплексів.

У дисертаційному дослідженні розв’язана важлива науково-практична задача - визначення впливу локального повітряного охолодження як засобу зниження максимальних температур, напружень та деформацій головки циліндрів автотракторного дизеля 4ЧН 12/14 та головки циліндра тепловозного дизеля 16ЧН 26/27. Вирішення задачі дозволило одержати наступні наукові і практичні результати:

1. Уточнено комплекс моделей теплонапруженого та деформованого стану головок циліндрів автотракторного та тепловозного ДВЗ, для випадку використання локального охолодження зони перетинки між отворами під сідла клапанів.

2. За результатами розрахунково-експериментального моделювання з використанням уточненого комплексу моделей теплонапруженого та деформованого стану головок циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 та дизеля 16ЧН 26/27, отримані значення температур, напружень та деформацій для головок циліндрів при роботі дизелів на теплонапруженому режимі, у тому числі для перспективних рівней форсування.

3. Проведено моторний експеримент з дослідження умов роботи пари стрижень клапана - направляюча втулка при застосуванні локального повітряного охолодження. Для режиму з надлишковим тиском охолоджуючого повітря Р_пов = 0,1 МПа та N_e = 79,36 кВт при n = 1600 хв^-1 зниження температури охолоджуваного клапана при навантаженні, близькому до номінального, по стрижню клапана склало в середньому 80 - 125 ^оС, що дозволило стабілізувати зазор в парі стрижень клапана - направляюча втулка по висоті, поліпшити умови змащення та поліпшити умови роботи клапанного вузла.

4. Створено вузлову модель клапанного вузла, що дозволяє розрахунковим шляхом обґрунтовано обирати раціональні значення зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка

5. Експериментально визначено характер зміни зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка та тиску відпрацьованих газів в зазорі в залежності від режиму роботи двигуна, що дало змогу уточнити значення ГУ теплообміну по ділянках теплообмінної поверхні пари стрижень клапана - направляюча втулка, ідентифікувати вузлову модель.

6. Проведено фізичне моделювання локального повітряного охолодження перетинки між отворами під сідла клапанів на оригінальному безмоторному стенді та розрахунково-експериментальне дослідження ТНС головок тракторного та тепловозного дизелів штатного та модернізованого виконання.

7. Розроблено варіанти конструкції головок циліндрів дизеля 4ЧН 12/14 та дизеля 16ЧН 26/27 з системою локального повітряного охолодження вогневого днища, що дозволило провести експериментально-розрахунковий аналіз з визначення впливу характеристик локального охолодження на ТНС головок циліндрів.

8. Зниження температури центральної частини вогневого днища на 50 - 80 ^оС, досягнуте за рахунок локального охолодження, дозволило поліпшити умови роботи головки циліндрів за рахунок зниження максимальних напружень вогневого днища в середньому на 25 - 30 %.

9. Розроблено рекомендації з поліпшення ТНС клапанного вузла та головки циліндрів форсованого дизеля. Технічні рішення з поліпшення умов роботи деталей клапанного вузла та головки циліндрів захищені 4-ма патентами України.

Публікації автора:

1. Тринёв А.В., Авраменко А.Н., Амброзик A. Анализ теплонапряженного состояния выпускного клапана форсированного тепловозного дизеля. // Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2004. - №1. - С. 58-60. Здобувачем проведені розрахунки полів температур та напружень випускного клапана тепловозного дизеля.

2. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Моделирование теплонапряженного состояния биметаллического клапана тепловозного дизеля. // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр.- Харьков: ХНАДУ. - 2005. - № 16. - С. 286-288. Здобувачем виконано розрахунковий аналіз полів температур та напружень біметалевого випускного клапана тепловозного дизеля.

3. Тринёв А.В., Гончар П.Д., Авраменко А.Н. Результаты экспериментального исследования теплового состояния седла выпускного клапана в условиях локального охлаждения. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 1 (20). - С. 27 - 35. Здобувачем проведені розрахунки полів температур варіантів сідел клапанів.

4. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Влияние уровня форсирования рабочего процесса и материала направляющей втулки на изменение зазора в паре клапан – направляющая втулка тепловозного дизеля Д80. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 2-3 (21-22 ) - С. 41 - 48. Здобувачем визначена залежність зміни зазору в парі стрижень клапана - направляюча втулка в залежності від матеріалу втулки та форсування двигуна, а також проведено розрахунковий аналіз полів температур в парі.

5. Тринёв А.В., Косулин А.Г., Авраменко А.Н. Использование локального воздушного охлаждения клапанного узла для форсированных автотракторных дизелей. //Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2005. - № 1. - С. 75-80. Здобувачем проведені розрахунки полів температур варіантів охолоджуваних повітрям випускних клапанів та направляючих втулок в залежності від режиму роботи двигуна.

6. Тринёв А.В., Авраменко А.Н., Москалёв И.А. Оценка влияния геометрии тарелки клапана на теплонапряженное состояние выпускных клапанов автотракторного дизеля. // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2005. - № 2. - С. 76-80. Здобувачем проведені розрахунки полів температур та напружень варіантів випускних клапанів автотракторного дизеля.

7. Тринёв А.В., Авраменко А.Н. Актуальность исследования теплообменных процессов в сопряжении стержень клапана – направляющая втулка для быстроходных форсированных дизелей. //Вестник науки и техники. - НТУ “ХПИ”, ООО “ХДНТ”. - Харьков: ООО “ХДНТ”. - 2005. - № 4 (23) .- С. 4 - 10. Здобувачем обґрунтована необхідність застосування розрахунково-експериментальних методик для уточнення значень граничних умов в парі стрижень клапана – направляюча втулка.

8. Тринев А.В., Авраменко А.Н. Математическая модель теплонапряженного состояния крышки цилиндра. // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2006. - № 2. - С. 18 - 28. Здобувачем була розроблена модель теплонапруженого та деформованого стану головки циліндра тепловозного дизеля Д80.

9. Тринев А.В., Авраменко А.Н. Влияние воздушного охлаждения огневого днища на теплонапряженное состояние крышки цилиндра тепловозного дизеля. // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр. –Харьков: ХНАДУ. - 2006. - № 20. - С. 88 - 91. Здобувачем була розроблена конструкція головки циліндра з каналами локального охолодження та проведено розрахунок полів температур, напружень та деформацій.

10. Шеховцов А.Ф., Тринев А.В., Авраменко А.Н. Разработка конечноэлементной модели теплонапряженного и деформированного состояния головки цилиндров быстроходного дизеля. //Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2007. - № 1. - С. 20 - 30. Здобувачем була розроблена модель теплонапруженого та деформованого стану головки циліндрів, та проведено розрахунок полів температур, напружень та деформацій.

11. Тринёв А.В., Минак А.Ф., Коваленко В.Т., Авраменко А.Н., Обозный С.В. Экспериментальный анализ теплового состояния втулки выпускного клапана тракторного дизеля. // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2007. - № 2. С. 15 - 20. Здобувачем проведено моторний експеримент та визначено тепловий стан направляючої втулки.

12. Тринев А.В., Коваленко В.Т., Авраменко А.Н., Сиротин С.А. Расчетно-экспериментальное исследование условий работы сопряжения выпускной клапан – направляющая втулка. // Вестник Национального технического университета “ХПИ”. Сборник научных трудов. Тематический выпуск: Транспортное машиностроение. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2007. № 33. - С. 184 - 187. Здобувачем була розроблена вузлова модель клапанного вузла, проведено експериментальне дослідження та виконано розрахунок полів температур та деформацій.

13. Випускний клапанний вузол тепловозного дизеля з локальним охолодженням. (Деклараційний патент України № 61381 А) / Шеховцов А.Ф., Триньов О.В., Авраменко А.М. - 2003 010307; Заявл. 14.01.2003; Опубл. 17.11.2003, Бюл. № 11. - 3 с. Здобувачем запропонована відкрита проточна порожнина, виконана зі сторони нижнього торця направляючої втулки клапана.

14. Система локального повітряного охолодження головки циліндрів двигуна з газотурбінним наддувом. Патент України на корисну модель № 13660/ Шеховцов А.Ф., Триньов О.В., Авраменко А.М., Гончар П.Д. - u 2005 09327; Заявл. 04.10.2005; Опубл. 17.04.2006, Бюл. № 4. - 3 с. Здобувачем запропоновано відводити охолоджуюче повітря в зону зі зниженим тиском.

15. Пристрій для визначення витрат мастила на вигоряння в клапанному механізмі двигуна внутрішнього згоряння. Патент України на корисну модель № 21935 / Шеховцов А.Ф., Марченко А.П., Триньов О.В., Авраменко А.М., - u 2006 11193; Заявл. 23.10.2006; Опубл. 10.04.2007, Бюл. № 4. - 3 с. Здобувачем запропонована схема підводу мастила до клапанного вузла.

16. Складений клапан двигуна внутрішнього згоряння. Патент України на корисну модель № 24565 / Шеховцов А.Ф., Марченко А.П., Триньов О.В., Авраменко А.М., - u 2007 00197; Заявл. 09.01.2007; Опубл. 10.07.2007, Бюл. № 10. - 3 с. Здобувачем запропоновані теплофізичні параметри біметалевого прошарку, в залежності від матеріалів складеного клапана.