Details

Актуальность работы обусловлена тем, что уровень теплонапряженности задает пределы форсирования двигателя по мощности, влияет на надежность и ресурс поршневой группы, а также определяет нестационарные режимы работы двигателя. В ходе исследования решались следующие задачи: анализ существующих судовых двухтактных малооборотных двигателей; расчет рабочего процесса прототипа двигателя; моделирование поршней различных конструкций; расчет тепловой напряженности поршней на выбранном режиме работы; аппроксимация моделей поршней; сравнительный анализ поршней по итогам теплонапряженного расчета. По результатам исследования установлено, что влияние температурных полей и способов охлаждения оказывают существенное влияние на напряженно деформированное состояние поршня. Наиболее чувствительными оказались показатели температур на днище поршня, а также температур в районе поршневых колец. Для первоначальных конструкций поршней нагрузки превысили 100% от предела текучести, после оптимизации моделей максимальные напряжения не превышали допустимых значений. Результатом работы стало подтверждение работоспособности сконструированных поршней для двухтактного малооборотного двигателя, сделан анализ основных влияний на теплонапряженность поршня, а также предложены пути для снижения температур и напряженного состояния.

The relevance of the work is due to the fact that the level of thermal stress sets the limits of engine boost in terms of power, affects the reliability and life of the piston group, and also determines the non-stationary operating modes of the engine. The following tasks were solved during the research: analysis of existing marine two-stroke low-speed engines; calculation of the working process of the prototype engine; modeling of pistons of various designs; calculation of the thermal tension of pistons in the selected operating mode; approximation of piston models; comparative analysis of pistons based on the results of a heat-stressed calculation. According to the results of the study, it was found that the influence of temperature fields and cooling methods have a significant effect on the stress-strain state of the piston. The most sensitive were the temperatures at the bottom of the piston, as well as temperatures in the area of the piston rings. For the initial piston designs, the loads exceeded 100% of the yield strength; after optimizing the models, the maximum stresses did not exceed the permissible values. The result of the work was a confirmation of the operability of the designed pistons for a two-stroke low-speed engine, an analysis of the main effects on the thermal stress of the piston was made, and ways to reduce temperatures and stress were proposed.